本發(fā)明屬于鋼鐵冶金與有色冶金的交叉領域，具體而言，本發(fā)明涉及一種紅土鎳礦平爐冶煉的裝置及方法。

背景技術：

紅土鎳礦通常是利用電爐、豎爐以及轉體爐等進行冶煉，需要對原料進行造球或燒結，并大量使用焦炭和電力，存在流程長、效率低、能耗高、投資大及環(huán)境污染等問題，因此現有的紅土鎳礦冶煉技術有待進一步改進。

現有技術CN101713008A“一種熔融還原鎳渣提鐵的方法及裝置”中公布到：一種熔融還原鎳渣提鐵的方法，其特征在于，該方法在一座電爐上同時完成鎳渣熔融和還原兩個過程，熱態(tài)鎳渣及少量冷態(tài)鎳渣置入電爐內，逐漸加料，在電爐內加熱至1500-1550℃，熔化至熔融狀態(tài)，形成一定的熔池，再逐漸噴入煤粉對鎳渣中的鐵進行還原，同時加入石灰和其它輔料進行造渣，即實現鎳渣中的鐵被還原的過程。

一種熔融還原鎳渣提鐵的方法采用的裝置，其特征在于，該裝置由一座提鐵電爐構成，包括熔融段和還原段，熔融段采用長方體結構，底部為斜坡式結構，還原段為平爐底結構，底部為平底式結構，熔融段和還原段底部相通，上部設有隔墻；熔融段上部設有加熱電極，下部設有鎳渣加入口；還原段側面設有煤粉噴槍入口，上部設有造渣劑加入口、排煙口、下部設有鐵水出口及出渣口。

該現有技術的問題在于：1、鎳渣熔融的過程中效率低、能耗高、投資大；2、上述技術只能獲得鎳渣中的鐵，不能回收鎳渣中的金屬鎳。

現有技術CN104451195A“紅土鎳礦的閃速熔煉方法”中報道了如下內容：

一種紅土鎳礦的閃速熔煉方法，其特征在于，包括：在還原氣氛下，將所述紅土鎳礦粉末在紅土鎳礦熔煉爐內進行熔煉處理，以便得到含有鎳鈷鐵的合金和熔煉渣，其中，所述紅土鎳礦熔煉爐包括：立式爐身，所述立式爐身內具有懸浮熔煉腔室；臥式爐底，所述臥式爐底內具有熔煉腔室， 所述熔煉腔室的下部形成有熔池，所述臥式爐底的頂部與所述立式爐身的下端相連，以便所述熔煉腔室與所述懸浮熔煉腔室連通；紅土鎳礦噴嘴，所述紅土鎳礦噴嘴設在所述立式爐身的頂部，以便從所述立式爐身的頂部向所述懸浮熔煉腔室內噴入紅土鎳礦粉末、粉煤、焦粒、熔劑和氧氣；熔池噴嘴，所述熔池噴嘴設在所述臥式爐底的側壁上，以便向所述熔池內噴入噴煤氧氣；以及排煙通道，所述排煙通道的下端與所述臥式爐底的頂部相連且與所述立式爐身間隔設置，其中，所述懸浮熔煉腔室內的溫度為800～1200攝氏度，并且所述還原氣氛中含有85％以下的還原氣體。

該現有技術的問題在于：1、紅土鎳礦還原不充分，產生大量未反應的殘留物，鎳鐵合金產量低；2、冶煉時，爐溫高反應條件苛刻，不利于規(guī)?；a。

技術實現要素：

為克服現有技術中的缺陷，本發(fā)明提出一種新的紅土鎳礦冶煉裝置及冶煉方法，該冶煉裝置及方法可以顯著提高紅土鎳礦的冶金效率，并實現清潔生產。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種紅土鎳礦平爐冶煉裝置，其特征在于，包括：爐身、爐底、爐料噴嘴、熔池噴嘴；爐身內有氣相反應區(qū)；爐底內有液相反應區(qū)；液相反應區(qū)從下至上依次設置有鎳鐵合金層區(qū)，渣層區(qū)、焦炭床層；氣相反應區(qū)與液相反應區(qū)連通；爐料噴嘴設在爐身上；熔池噴嘴安裝在爐底的側壁上。

進一步的，所述爐料噴槍，所述爐料噴槍包括側噴方式和頂噴方式。

進一步的，所述氣相反應區(qū)上端口徑小，下端口徑大。

進一步的，所述焦炭床層10的厚度360-500mm；渣層的厚度360-500mm；鎳鐵合金層的厚度660-1000mm。

進一步的，所述熔池噴嘴位于渣層區(qū)和焦炭層區(qū)之間，用于在液相反應區(qū)噴射熔池噴料。

進一步的，所述裝置中還設置有煙道，與余熱鍋爐連接。

一種基于紅土鎳礦平爐冶煉方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：噴射爐料的選擇

爐料為紅土鎳礦、燃料、氧氣及還原性造氣；

紅土鎳礦為粉末狀或塊狀；所述還原性造氣含有一氧化碳及氫氣；

還原性造氣的溫度為1350-1450℃，壓力為0.4-0.6Mpa；

步驟二：氣相反應區(qū)的還原；

噴射噴嘴以一定角度、速度向氣相反應區(qū)噴射，還原生成金屬鎳和金屬鐵；

步驟三：焦炭床層的還原反應

氣相反應區(qū)的殘余物與焦炭床層反應，還原生成鎳鐵合金；

步驟四：渣層的還原反應

熔池噴嘴噴射熔池噴料，對渣層中的鐵礦進行還原。

進一步的，所述還原性造氣含CO 66％，H₂25％。

進一步的，所述燃料可以為固體燃料、氣體燃料、液體燃料或混合燃料。

進一步的，所述焦炭床可以為焦炭、半焦炭或粒煤。

本發(fā)明的有益效果：

(1)該平爐裝置適用于處理粉狀紅土鎳礦，但也可以同時處理一部分塊狀紅土鎳礦，具有流程短、節(jié)能和清潔生產的特點，并可實現“煤-冶-電”三聯產。

(2)在本發(fā)明的一些實施例中，所述的紅土鎳礦冶煉裝置進一步包括：采用余熱鍋爐回收從所述紅土鎳礦平爐冶煉排出的煙氣中的熱量。由此，可以實現能源的最大化利用。

(3)該熔煉方法可以顯著提高紅土鎳礦的冶煉效率，較傳統的紅土鎳礦熔煉方法可省去了制?；蛘唠姞t的工藝，進而可以顯著降低成本。另外，經過爐料噴嘴的高速噴射，可以顯著提高紅土鎳礦與還原造氣的接觸面積，提高還原效率，提高紅土鎳礦中鎳的回收率，解決了傳統處理紅土鎳礦的方法只能按同比例回收鎳和鐵的技術難題，且避免了反應爐溫過高，還原反應不充分的問題。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明實施例一的紅土鎳礦冶煉裝置結構示意圖；

附圖2是本發(fā)明實施例二的紅土鎳礦冶煉裝置結構示意圖；

附圖3是本發(fā)明的紅土鎳礦冶煉方法流程圖；

圖中，平爐100、焦炭層區(qū)10、渣層區(qū)11、鎳鐵合金層區(qū)12、爐料噴槍200、煙道300、余熱鍋爐400。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種紅土鎳礦冶煉裝置。下面本發(fā)明實施例的冶煉裝置進行詳細描述：

實施例一：

如圖1所示，平爐100的寬為7.8m，長為20m，內襯為水冷碳磚或碳化硅磚。

主要包括：爐身、爐底、爐料噴嘴200、熔池噴嘴13和煙道300。

其中，爐身內有氣相反應區(qū)，且該氣相反應區(qū)上端口徑小，下端口徑大，上述構型設計便于氣相反應區(qū)中的氣體與液相反應區(qū)中焦炭層充分接觸。

爐底內有液相反應區(qū)，液相反應區(qū)從下至上依次設置有鎳鐵合金層區(qū)12，渣層區(qū)11、焦炭床層10。焦炭床層10的厚度360mm，焦炭粒度小于100mm；渣層11的厚度360mm；鎳鐵合金層12的厚度660mm。氣相反應區(qū)與液相反應區(qū)連通。

爐料噴嘴200設在爐身的側部，以便爐料從爐身的側部噴射，其噴射角度可調，爐料噴嘴200投礦能力為346t/h。熔池噴嘴13安裝在爐底的側壁上，位于渣層區(qū)11和焦炭層區(qū)10之間，用于在液相反應區(qū)噴射熔池噴料。

煙道300的下端與爐底的頂部相連且與爐身間隔設置。煙道300出口處設有余熱鍋爐400，余熱鍋爐用于回收冶煉煙氣中的余熱產生蒸汽，起到節(jié)能減排的作用。

實施例二：

如圖2所示，平爐100的寬為7.8m，長為20m，內襯為水冷碳磚或碳化硅磚。

主要包括：爐身、爐底、爐料噴嘴200、熔池噴嘴13和煙道300。

其中，爐身內有氣相反應區(qū)，且該氣相反應區(qū)上端口徑小，下端口徑大；

爐底內有液相反應區(qū)，液相反應區(qū)從下至上依次設置有鎳鐵合金層區(qū)12，渣層區(qū)11、焦炭床層10。焦炭層區(qū)10的厚度500mm，焦炭粒度小于100mm；渣層區(qū)11的厚度500mm；鎳鐵合金層區(qū)12的厚度1000mm。氣相反應區(qū)與液相反應區(qū)連通。

爐料噴嘴200設在爐身的頂部，以便爐料從爐身的頂部噴射，爐料噴嘴200投礦能力346t/h。熔池噴嘴13安裝在爐底的側壁上，位于渣層區(qū)11和焦炭層區(qū)10之間，用于在液相反應區(qū)噴射熔池噴料。

煙道300的下端與爐底的頂部相連且與爐身間隔設置。煙道300出口處設有余熱鍋爐400。余熱鍋爐用于回收冶煉煙氣中的余熱產生蒸汽，起到節(jié)能減排的作用。

實施例三

基于實施例一的平爐結構，該紅土鎳礦平爐冶煉方法包括：

步驟一：爐料的選擇

本實施例中爐料為紅土鎳礦、燃料、氧氣及還原性造氣。

紅土鎳礦為含Ni 1.2％，含Fe 42％的粉末狀或塊狀。燃料可以選擇固體燃料、氣體燃料、液體燃料或混合燃料。氧氣含氧99.6％，溫度25℃。還原性造氣含CO 66％，H₂25％，溫度1450℃，爐前壓力0.6Mpa。

步驟二：熔池噴料的選擇

本實施例中熔池噴嘴內的熔池噴料為粉煤。

步驟三：爐料噴嘴水平向下傾角6度噴射，氣相反應區(qū)還原反應。

爐料噴嘴在氣相反應區(qū)噴射瞬間，高溫高壓的還原造氣，使得紅土鎳礦粉末與還原造氣充分接觸，并形成劇烈的分子碰撞發(fā)生還原反應。由此，紅土鎳礦中鎳的氧化物首先被還原，生成金屬鎳；其次紅土鎳礦中鐵的氧化物被還原，生成金屬鐵。

通過控制爐料噴嘴的噴射速度，爐料的溫度和壓力，可以使得噴入的紅土鎳礦粉末在氣相反應區(qū)內迅速焙燒發(fā)生還原反應。因此，該熔煉方法可以顯著提高紅土鎳礦的冶煉效率，較傳統的紅土鎳礦熔煉方法可省去了制?；蛘唠姞t的工藝，進而可以顯著降低成本。另外，經過爐料噴嘴的高速噴射， 可以顯著提高紅土鎳礦與還原造氣的接觸面積，提高還原效率，提高紅土鎳礦中鎳的回收率，解決了傳統處理紅土鎳礦的方法只能按同比例回收鎳和鐵的技術難題，且避免了反應爐溫過高，還原反應不充分的問題。

步驟四：液相反應區(qū)的還原反應。

氣相反應區(qū)生成的金屬鐵和金屬鎳，在自身重力的作用下飄落于平爐的液相區(qū)，分別在液相反應區(qū)中的鎳鐵合金層、渣層富集。

氣相反應區(qū)空間飄落的產物中的殘留鎳的氧化物和鐵的氧化物在焦炭床層被進一步還原，先后被還原，生成的熔融鎳鐵合金及爐渣，沉落到鎳鐵合金層和渣層。

熔池噴嘴噴射熔池噴料，對渣層中的鐵礦進行還原，生成鐵水，從渣層的鐵水口流出，以便順利排出鎳鈷。因此，經過液相反應區(qū)，可以最大程度的實現紅土鎳礦粉末中鎳的冶煉，提高鎳鐵合金中鎳的含量。

實施例四

基于實施例二的平爐結構，該紅土鎳礦平爐冶煉方法包括：

步驟一：爐料的選擇

本實施例中爐料為紅土鎳礦、燃料、氧氣及還原性造氣。

紅土鎳礦為含Ni 2.12％，含Fe 13.38％的粉末狀或塊狀。燃料可以選擇固體燃料、氣體燃料、液體燃料或混合燃料。氧氣含氧99.6％，溫度25℃。還原性造氣含CO 66％，H₂25％，溫度1450℃，爐前壓力0.6Mpa。

步驟二：熔池噴料的選擇

本實施例中熔池噴嘴內的熔池噴料為粉煤。

步驟三：爐料噴嘴垂直噴射，氣相反應區(qū)還原反應。

爐料噴嘴在氣相反應區(qū)噴射瞬間，高溫高壓的還原造氣，使得紅土鎳礦粉末與還原造氣充分接觸，并形成劇烈的分子碰撞發(fā)生還原反應。由此，紅土鎳礦中鎳的氧化物首先被還原，生成金屬鎳；其次紅土鎳礦中鐵的氧化物被還原，生成金屬鐵。

通過控制爐料噴嘴的噴射速度，爐料的溫度和壓力，可以使得噴入的紅土鎳礦粉末在氣相反應區(qū)內迅速焙燒發(fā)生還原反應。因此，該熔煉方法可以顯著提高紅土鎳礦的冶煉效率，較傳統的紅土鎳礦熔煉方法可省去了制?；蛘唠姞t的工藝，進而可以顯著降低成本。另外，經過爐料噴嘴的高速噴射， 可以顯著提高紅土鎳礦與還原造氣的接觸面積，提高還原效率，提高紅土鎳礦中鎳的回收率，解決了傳統處理紅土鎳礦的方法只能按同比例回收鎳和鐵的技術難題，且避免了反應爐溫過高，還原反應不充分的問題。

步驟四：液相反應區(qū)的還原反應。

氣相反應區(qū)生成的金屬鐵和金屬鎳，在自身重力的作用下飄落于平爐的液相區(qū)，分別在液相反應區(qū)中的鎳鐵合金層、渣層富集。

氣相反應區(qū)空間飄落的產物中的殘留鎳的氧化物和鐵的氧化物在焦炭床層被進一步還原，先后被還原，生成的熔融鎳鐵合金及爐渣，沉落到鎳鐵合金層和渣層。

熔池噴嘴噴射熔池噴料，對渣層中的鐵礦進行還原，生成鐵水，從渣層的鐵水口流出，以便順利排出鎳鈷。因此，經過液相反應區(qū)，可以最大程度的實現紅土鎳礦粉末中鎳的冶煉，提高鎳鐵合金中鎳的含量。

步驟五：反應預熱再利用

氣相反應區(qū)中的高溫冶煉煙氣經煙道排入余熱鍋爐，余熱鍋爐用于回收冶煉煙氣中的余熱產生蒸汽，余熱鍋爐400入口設計煙氣量21.6萬m³。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。