本發(fā)明涉及一種礦石冶煉方法，具體涉及一種高鋁型貧鎳鐵礦的資源綜合利用，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
世界上大多數(shù)已知或預(yù)期的鎳礦儲(chǔ)量都是紅土型礦床，占全球鎳資源的70％左右。紅土鎳礦礦床通常是分不同的層次存在于地表以下0～40m的范圍，根據(jù)礦物的成分不同，可以分為褐鐵礦層、過(guò)渡層和腐泥土層。
褐鐵礦層主要礦物包括褐鐵礦、針鐵礦和鉻鐵礦，同時(shí)還伴生有蒙脫石、石英和錳氧化物等。礦物成分變化趨勢(shì)為：下部以針鐵礦為主，上部以赤鐵礦為主，由上至下高嶺石含量逐漸增加，石英含量逐漸減少；鎳主要以晶格取代鐵的形式存在，鎳含量較低。
過(guò)度型和腐泥型紅土礦層均屬于硅酸鹽型紅土礦，前者為低鎂型，后者為高鎂型。過(guò)渡礦層位于褐鐵礦層和腐泥礦層之間稱為黏土帶或綠脫石帶，其特點(diǎn)是主要礦物以綠脫石為主，并伴生有二氧化硅，同時(shí)含有少量針鐵礦；鎳主要在綠脫石和硬錳礦中以不同氧化物的形式存在；礦石成分特點(diǎn)是從上至下SiO2含量不斷降低，MgO含量稍微有所增加。而Ni、Fe、MgO和SiO2的總含量介于褐鐵礦層和腐泥礦層之間。
腐泥礦層埋藏較深，正好在基巖之上，主要為葉蛇紋石及蒙脫石，同時(shí)也含有少量的二氧化硅和磁鐵礦等；含鎳礦物主要為表生的硅鎂鎳礦，而鎳則主要以晶格取代鎂的形式存在，礦石含鎳量最高，是紅土礦層中利用價(jià)值最高的礦層。
不同礦層的化學(xué)成分如表1所示。
表1 紅土鎳礦礦層主要化學(xué)成分分析表(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，％)
目前，紅土鎳礦的傳統(tǒng)冶煉工藝主要分為火法工藝、濕法工藝和火法-濕法聯(lián)合工藝。一般來(lái)講，位于紅土鎳礦礦床下部的硅鎂鎳礦，含硅和鎂較高，含鐵量較低，這樣的礦石適合采用火法冶金工藝來(lái)處理，濕法工藝可以處理低鎳品位的紅土鎳礦，一般為紅土鎳礦的褐鐵礦層和過(guò)渡層，該礦層的鐵含量較高，硅鎂含量較低。
硅鎂型紅土鎳礦因其利用價(jià)值高，一直以來(lái)都成為資源開發(fā)的重點(diǎn)，火法(RKEF工藝)處理硅鎂型紅土鎳礦經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展也已成為成熟工藝。然而，在大量的紅土礦資源中，硅鎂型紅土鎳礦只占其中的一部分，剩余大部分主要是鎳低、鐵高、雜質(zhì)含量相對(duì)較高的低品質(zhì)含鎳鐵礦，如褐鐵礦型紅土礦，這些礦藏因?yàn)殒嚻肺坏?、雜質(zhì)含量高而難以利用，在開發(fā)紅土鎳礦礦床的過(guò)程中，通常被開采后即長(zhǎng)期大量堆存，并未得到利用，所以迫切需要開發(fā)出經(jīng)濟(jì)有效的工藝方法來(lái)利用這些低品質(zhì)的含鎳鐵礦，一方面緩解鎳鐵資源的緊張的供求關(guān)系，另一方面實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種高鋁型貧鎳鐵礦的利用方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種高鋁型貧鎳鐵礦的利用方法，以鋁含量高(Al2O3含量為8％～12％)、鐵含量高(TFe含量為40％～50％)、鎳含量低(Ni含量為0.6％～1.2％)的貧鎳鐵礦為原料，采用直接還原—磁選—熔分的工藝將鎳和鐵與其他雜質(zhì)元素分離，得到一定鎳含量的粗鐵產(chǎn)品，同時(shí)，磁選尾渣中富含Al2O3，磁選尾渣與一定的結(jié)合劑和添加劑混合后可制備鋁質(zhì)耐火材料，至此，高鋁型貧鎳鐵礦中的主要元素均得到了充分合理利用，達(dá)到了資源綜合利用的目的。
更具體的方案是：
一種高鋁型貧鎳鐵礦的利用方法，包括如下步驟：
(1)原料處理
將高鋁型貧鎳鐵礦原礦在原料場(chǎng)晾曬至水分在15％，破碎至粒度≤5mm。
(2)配混料
將破碎后的高鋁型貧鎳鐵礦粉、還原劑、粘接劑按照干基的質(zhì)量比為100：(18～25)：(1～5)的比例進(jìn)行配料，攪拌混勻，混合物料中碳和氧的摩爾比為1.0～1.2；
(3)混合料造塊
將混合物料均勻給入壓球機(jī)，控制壓球機(jī)的壓力為18～20MPa，將物料制作成長(zhǎng)×寬×厚為35×30×25mm的橢球形球團(tuán)，＜5mm的粉料返回壓球機(jī)重新壓制。
(4)礦煤混合球團(tuán)還原焙燒
采用爐窯對(duì)步驟(3)中生產(chǎn)的礦煤混合球團(tuán)進(jìn)行還原焙燒，控制反應(yīng)溫度為1250℃～1350℃，物料在1250℃以上的高溫段的停留時(shí)間為0.25～1.0h，控制反應(yīng)氣氛為還原性氣氛，氣氛中O2濃度≤2.0％，得到金屬化球團(tuán)；
(5)金屬化球團(tuán)磁選
還原焙燒得到的金屬化球團(tuán)在密閉并通入保護(hù)性氣氛的條件下降溫冷卻，破碎至粒度＜150目，磁選，磁場(chǎng)強(qiáng)度100～200mT。磁選得到磁選物和尾渣；
(6)將添加劑1與磁選物混合后造塊，添加劑1選取氧化鈣作為助熔劑，氧化鈣加入量為混合物料總重量的5％～10％，物料烘干后裝入電爐進(jìn)行熔化分離，在1550～1650℃的高溫條件下物料熔化，渣鐵分離，鎳進(jìn)入鐵相形成鎳含量2.0％左右的含鎳鐵水，硅、鈣、鎂、鋁以及未被還原的鐵氧化物等進(jìn)入渣相，形成熔分渣。
(7)對(duì)含鎳鐵水進(jìn)行鑄塊處理。
(8)對(duì)磁選尾渣進(jìn)行深度處理，與添加劑2按質(zhì)量比為2:1的比例混合，經(jīng)粉碎、混煉、成型、干燥、燒成等過(guò)程制備高鋁耐火磚。
更進(jìn)一步的方案是：所述添加劑2為高鋁礬土熟料。
更進(jìn)一步的方案是：所述高鋁型貧鎳鐵礦Al2O3含量為8％～12％、TFe含量為40％～50％、Ni含量為0.6％～1.2％。
更進(jìn)一步的方案是：所述還原劑采用碳質(zhì)還原劑。
更進(jìn)一步的方案是：所述碳質(zhì)還原劑為無(wú)煙煤或焦粉。
更進(jìn)一步的方案是：所述粘結(jié)劑為膨潤(rùn)土。
還原劑的加入量以混合物料中的碳和氧的物質(zhì)的量之比來(lái)控制，表示為C/O，控制混合物料中的C/O＝1.0～1.2，其中碳來(lái)自碳質(zhì)還原劑中的固定碳含量，氧來(lái)自貧鎳鐵礦中的Fe2O3、FeO和NiO；粘結(jié)劑可采用普通無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，如膨潤(rùn)土，加入量為混合料總量的1％～5％；；造塊方式選擇為高壓壓球機(jī)壓球，高壓壓球機(jī)壓力為10～25MPa。
礦煤混合球團(tuán)直接還原的反應(yīng)設(shè)備可以為回轉(zhuǎn)窯、轉(zhuǎn)底爐等冶金爐窯，直接還原得到金屬化率(MFe/TFe)≥90％的金屬化物料。
添加劑1的加入主要是起助熔作用，優(yōu)選地，可采用石灰。
磁選尾渣可作為鋁質(zhì)耐火材料的原料使用，如磁選尾渣可與高鋁礬土或類似的高鋁質(zhì)耐材原料搭配使用，經(jīng)混煉、成型、干燥、燒成等工序制作高鋁耐火磚。
本發(fā)明提出的高鋁型貧鎳鐵礦的利用方法，雖然不能產(chǎn)出類似于硅鎂型紅土鎳礦冶煉產(chǎn)生的鎳含量≥20％的鎳鐵產(chǎn)品，但是本工藝生產(chǎn)的鎳含量約為2％的含鎳鐵制品可作為原料與高鎳含量的鐵制品搭配使用，因此存在市場(chǎng)和利益空間，同時(shí)，該含鎳鐵制品為不銹鋼、特種鋼的冶煉提供了來(lái)源廣泛的原料，是鎳鐵資源的有益補(bǔ)充；此外，大量低品位的含鎳礦產(chǎn)資源得到了充分利用，其中絕大部分的的鎳、鐵和鋁都得到了有效利用，提高了資源利用效率，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明工藝流程示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
以某高鋁型貧鎳鐵礦為原料，以無(wú)煙煤煤粉為還原劑、以膨潤(rùn)土為粘結(jié)劑、以活性石灰為添加劑1，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行舉例說(shuō)明。
110℃條件下烘干后的高鋁型貧鎳鐵礦的主要成分及含量如表1所示。
表1 某高鋁型貧鎳鐵礦的主要成分及含量/％
無(wú)煙煤煤粉的成分含量如表2所示。
表2 無(wú)煙煤煤粉的主要化學(xué)組成及含量/％
膨潤(rùn)土為粘結(jié)劑，成分如表3所示。
表3 膨潤(rùn)土主要成分及含量
添加劑選用活性石灰，其主要成分含量如表4所示。
表4 活性石灰的主要成分及含量/％
(1)原料處理
某高鋁型貧鎳鐵礦原礦中含有20％左右的物理水，將原礦在原料場(chǎng)晾曬至水分降至15％左右，破碎至粒度≤5mm。
將無(wú)煙煤原煤烘干并磨細(xì)，粒度要求為≤200目的占到50％。
(2)配混料
將破碎后的高鋁型貧鎳鐵礦粉、無(wú)煙煤煤粉、膨潤(rùn)土、活性石灰按照質(zhì)量比(干基)為100:20:3的比例進(jìn)行配料，攪拌混勻，混合物料中碳和氧的摩爾比為1.0。
(3)混合料造塊
將混合物料均勻給入壓球機(jī)，控制壓球機(jī)的壓力為18～20MPa，將物料制作成長(zhǎng)×寬×厚為35×30×25mm的橢球形球團(tuán)，＜5mm的粉料返回壓球機(jī)重新壓制。
(4)礦煤混合球團(tuán)還原焙燒
采用回轉(zhuǎn)窯對(duì)步驟(3)中生產(chǎn)的礦煤混合球團(tuán)進(jìn)行還原焙燒，控制反應(yīng)溫度為1250℃，物料在1250℃高溫段的停留時(shí)間為50min，得到金屬化率(MFe/TFe)為90.64％的金屬化球團(tuán)，金屬化球團(tuán)的主要成分及含量如表5所示。
表5 金屬化球團(tuán)磁選物的主要成分和含量/％
注：1、表中NiO含量為全鎳含量，包括金屬鎳和氧化鎳；
2、表中TFe為所有鐵元素的總含量。
(5)金屬化球團(tuán)磁選
還原焙燒得到的金屬化球團(tuán)在密閉并通入保護(hù)性氣氛的條件下降溫冷卻，破碎至粒度＜150目，磁選，磁場(chǎng)強(qiáng)度150mT。磁選得到磁選物和尾渣，磁選物和磁選尾渣的成分如表6、表7所示。保護(hù)性氣體一般使用惰性氣體，優(yōu)選地，可采用物美價(jià)廉的工業(yè)氮?dú)狻?/p>
表6 金屬化球團(tuán)磁選物的主要成分和含量/％
表7 磁選尾渣的主要成分和含量/％
(6)將添加劑1與磁選物混合后造塊，添加劑1選取氧化鈣作為助熔劑，氧化鈣加入量為混合物料總量的6％，物料烘干后裝入電爐進(jìn)行熔化分離，在1550～1650℃的高溫條件下物料熔化，渣鐵分離，鎳進(jìn)入鐵相形成鎳含量1.79％的含鎳鐵水，硅、鈣、鎂、鋁以及未被還原的鐵氧化物等進(jìn)入渣相，形成熔分渣。
(7)對(duì)含鎳鐵水進(jìn)行鑄塊處理。
(8)對(duì)磁選尾渣進(jìn)行深度處理，與添加劑2按質(zhì)量比為2:1的比例混合，經(jīng)粉碎、混煉、成型、干燥、燒成等過(guò)程制備高鋁耐火磚。添加劑2為富含鋁的熟料，如高鋁礬土熟料。
盡管這里參照本發(fā)明的解釋性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多其他的修改和實(shí)施方式，這些修改和實(shí)施方式將落在本申請(qǐng)公開的原則范圍和精神之內(nèi)。