富氧粉煤还原熔分红土镍矿的方法和装置与流程

本发明涉及有色冶金领域，具体而言，涉及一种富氧粉煤还原熔分红土镍矿的方法和装置。

背景技术：

红土镍矿是由含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经长期风化淋滤变质而成的。由于风化淋滤，矿床一般形成几层，顶部是一层崩积层(铁帽)，含镍较低；中间层是褐铁矿型红土镍矿层，含铁多、硅镁少，镍低、钴较高，一般采用湿法工艺回收金属；底层是混有脉石的腐植土层(包括硅镁镍矿型红土镍矿)，含硅镁高、低铁、镍较高、钴较低，一般采用火法工艺处理。

表1不同类型红土矿成分及冶炼工艺

世界镍矿资源分布中，红土镍矿约占55％，硫化物型镍矿约占28％，海底铁锰结核中的镍占22％。据美国地质调查局2015年数据，世界镍储量近8100万吨，主要分布于澳大利亚、新喀里多尼亚、巴西、俄罗斯、古巴、印尼、南非和菲律宾等国家。其中，大约有60％是红土镍矿，40％是硫化镍矿。红土镍矿储镍量约占镍总储量的70％，而且红土镍矿产镍量的70％是采用火法工艺流程回收的。火法主要处理工艺有：

(1)回转窑—电炉(rkef)工艺

rkef工艺最早由美国elkem公司开发并应用于工业生产，目前是红土镍矿冶炼镍铁的主要传统工艺。专利公开号cn103421922a，李宾等人提出了一种rkef工艺处理印尼苏拉威西镍红土矿生产镍铁的方法。该工艺的特点是单位产品综合能耗低、装备成熟、产能大。

该工艺主要分为几个工序：干燥、焙烧——预还原、电炉熔炼、精炼。

干燥：采用回转干燥窑，主要脱出矿石中的部分自由水。

焙烧——预还原：采用回转窑，主要是脱出矿石中剩余的自由水和结晶水，预热矿石，选择性还原部分镍和铁。

电炉熔炼：还原金属镍和部分铁，将渣和镍铁分开，生产粗镍铁。

rkef工艺缺点：无法回收镍矿中的钴，对钴含量较高的氧化镍矿并不适用。由于工艺能耗高，从经济角度上考虑，适宜于处理镍含量大于2％、钴含量小于0.05％的矿石，且要求当地要有充沛的电力或燃料供应。

(2)直流电炉法工艺

在rkef工艺流程中，采用干燥回转窑和焙烧回转窑处理物料，烟尘率高，烟尘含镍较高，采用遮弧交流电炉熔炼，这种电炉不易直接处理粉料，因此烟尘需要单独处理,增加了生产成本。为了克服上述缺点，国外公司开发了一种新的工艺流程称作nst(nickelsmeltingtechnology)，该工艺流程借鉴水泥窑外分解的技术，将物料磨细，然后进行闪速干燥、闪速焙烧、在流态化炉中进行预还原，直流电炉熔炼焙烧料，精炼。

该工艺很好的解决了烟尘、细料的有效处理问题，但该工艺配套电炉进行还原熔炼，仍需要消耗大量的电能，能源结构要求高，处理也不经济。

(3)回转窑直接还原镍铁工艺

大江山工艺即回转窑直接还原镍铁工艺。该工艺最初为德国krupp-renn直接还原炼铁工艺移植转化而来，日本大江山冶炼厂早在20世纪30年代开始利用回转窑直接还原工艺生产镍铁。

其主要工艺过程为:原矿经干燥、破碎、筛分处理后与熔剂、还原剂按比例混合制团，团矿经干燥和高温还原焙烧，生成海绵状的镍铁合金，合金与渣的混合物经水淬冷却、破碎、筛分、磁选或重选等处理，得到粗镍铁粒。

工艺特点：回转窑自身熔炼即可产出炉料级镍铁，不需要精炼过程，产出的粒度在1～20mm范围的镍铁粒易于处理且对矿石的适应性广。

该工艺主要特点是直接利用还原煤和燃料煤生产镍铁，适合于在电力供应紧张或电力基础薄弱的国家和地区使用。

大江山工艺历时80年的发展经历，仅在日本大江山冶炼厂(ohiyamasmelter)有生产性实践应用，仍未突破给料方式复杂、回转窑结圈、处理量低、难以规模化等问题。

(4)转底炉工艺

转底炉直接还原工艺主体设备源自于轧钢用的环形加热炉，虽然最初的目的只是用于处理钢铁工业产生的粉尘及废弃物，但很快就有美国、德国、日本等国将其转而开发应用于铁矿石的直接还原。在国内外转底炉直接还原炼铁工艺的发展过程中，随着时间的发展，出现了fastmet、inmetco、comet以及最新的itmk3和charp等典型的转底炉直接还原炼铁工艺。

专利公开号cn104498711a中，储满生等人提出了一种利用不锈钢粉尘生产铬镍铁合金的方法，其属于冶金废物综合利用技术领域。所述方法主要是将不锈钢粉尘和煤粉按照一定比例配料，混匀并且加热、热压成热压块，再将热压块经转底炉还原后进行水淬、筛分后得到铬镍铁合金和炉渣。本发明工艺简单，整个过程不使用任何粘结剂、还原性速度快、原料适应性强、能耗低、渣量少，铁、铬、镍收得率高，对于回收利用不锈钢粉尘中的有价金属有重要的应用价值，具有广阔的工业应用前景。

转底炉工艺对原料、燃料和还原剂的要求比较灵活，工艺简单，设备易于制造。因而投资少，成本低；但该工艺存在以下缺点或问题限制了其发展，主要问题有：

a.辐射传热，影响生产效率。炉内热利用率不到50％，热效率低于高炉、回转窑等工艺。

b.硫及脉石成分高。

c.炉内热工制度与气氛不易控制。

(5)隧道窑工艺

专利[公开号cn104611497a中，李成武等提出了一种红土镍矿在蓄热镍铁隧道窑直接还原含镍生铁方法，适用于还原镍铁使用。采用破碎机、烘干机、细破机、筛分机、双轴搅拌机和蓄热镍铁隧道窑，其特征在于包括如下步骤：降低红土镍矿的含水量后，将红土镍矿颗粒进行破碎，分离出直径小于3mm的红土镍矿颗粒，将红土镍矿颗粒与碳质还原剂、还原熔剂混合均匀；将红土镍矿颗粒制成空心砖，依次转入蓄热镍铁隧道窑,煅烧，排出后进行水淬便可得到含镍生铁。其工艺简单，适用于大型化生产，能耗少。

但该工艺缺点为：该法为固体还原煤直接还原，红土镍矿石处于静止状态而炉料导热性又不良，从而限制了还原反应的充分进行，生产周期长且生产率低。得到的产品为海绵镍铁。

(6)竖炉工艺

专利公开号cn104531933a中，吴道洪等人提出了一种控制性还原红土镍矿生产高品质镍铁的方法，包括如下步骤：(1)将矿石原料进行气体烘干；(2)烘干后的矿石原料进行破碎、筛分；(3)筛分后的矿石粉末进入流化床内经还原气体进行预还原；(4)预还原后的矿石粉末热压块；(5)压块后的矿石进入竖炉经还原气体进行还原；(6)还原处理后的矿石进行破碎、磨细并进行物理分离得到高品质镍铁合金。本发明反应温度低，能耗低，镍铁合金产品质量高，并可灵活调节镍铁合金中镍的含量。

竖炉工艺缺点：物料预还原后达到一定金属化率时，在高温挤压下容易粘结，竖炉炉壁易产生炉结，该炉结无法在热态下清除，必须进行停炉清理，导致该工艺作业率低，生产成本高；并且流态化床容易发生黏结和堵塞，无法连续运行；生产时，需要配入一定量焦炭用于形成料柱，成本高，能源结构有局限性。

(7)侧吹熔池熔炼工艺

侧吹熔池熔炼工艺在有色冶炼领域应用较为广泛，侧吹熔池熔炼是从设于侧墙且埋入熔池的风嘴直接将富氧空气或燃料(可以是天然气、煤粉以及煤气等)鼓入熔体内，精矿或氧化物料与熔剂加到受鼓风强烈搅动的熔池表面，完成氧化和熔化反应。

这种强化熔炼的冶金方法适用于有色金属原料熔化、硫化、氧化、还原、造锍和烟化等冶金过程。如今，侧吹熔池熔炼工艺已经发展演变为一个包含有众多不同技术路线的技术领域，属于侧吹熔池熔炼工艺的有诺兰达法、瓦纽科夫熔炼法、特尼恩特法和白银炼铜法等炼铜方法。

侧吹熔池熔炼法处理红土矿目前技术种类不多，主要方法有：

a.专利公告号cn101457303b中，高占奎等人提出了一种侧吹熔池熔炼工艺处理红土矿生产镍锍的冶炼方法，主要特征是，将包括红土矿的含镍原料、含氧气体、助熔剂、粉煤或焦粉送入熔池熔炼炉中进行熔炼反应，得到产品镍锍和炉渣。

但该法处理物料需要进行压团处理，其产品为镍锍，无法直接得到镍铁，需增设镍锍进一步处理火法或湿法工艺流程，增加了投资和处理环节，增加了有价金属的损失；

专利中提出关于炉床面积1～12m2，床能率为25～35t/m2·d，折算后年处理规模仅15万吨红土矿，同时根据侧吹熔池熔炼原理，风口直径相同时，风压与搅动范围成正比，专利要求书中提出的风口送风压力0.05mpa～0.1mpa，无法满足炉体大型化的工艺原理要求，存在规模小，适用性差的缺点；未明确炉体宽度，因为风口鼓风压力与炉体宽度为侧吹熔池熔炼工艺的核心参数，两者之间有比例关系，该专利中无明确说明。

同时该法侧墙和炉底均为水套结构，水套与熔池之间靠挂渣保护，水套带走的热量多，热损失大；水套无法挂渣时，镍锍直接与水套接触可能会造成水套漏水进入熔池，引发安全事故。

未明确煤粉喷吹、分配、风口喷嘴构成等侧吹熔炼熔炼工艺关键特征的权利要求说明，因为每种不同的侧吹熔池熔炼工艺均有其独特的给料、给煤、喷枪结构、喷枪压力和炉体特殊结构，对这些特性不给出明确说明，本领域技术人员实际上无法实施其专利。

b.俄罗斯提出了一种使用瓦纽科夫双区炉处理红土镍矿的工艺。

该冶炼工艺始于苏联时期，由莫斯科钢铁与合金学院vanyukov教授所领导的课题组开发出的熔融冶炼工艺。瓦纽科夫工艺处理红土镍矿属于两步熔融还原工艺，冶炼过程在一台特殊的双区瓦纽科夫炉中实现，但其处理物料为红土镍矿，但产品为镍冰铜，无法直接熔炼得到镍铁产品。

瓦纽科夫炉由基础、炉缸以及铜水套组合而成的炉身等构成，氧化镍矿等熔剂由设在炉顶的加料口加入炉内，与风口鼓入炉内的氧气发生一系列化学反应，反应生成的氧化渣第一区对加入的炉料进行连续熔化，熔化后的炉料通过炉内隔墙进入第二区，在第一区得到的氧化物在第二区进行还原硫化处理，生成镍冰铜和弃渣。

瓦纽科夫炉存在的问题是：1)熔体温度不易维持，镍冰铜和炉渣通道经常因为温度不足被被炉结堵塞，要停炉进行清理，影响正常生产；2)从风口吹入的氧气与熔体反应容易发生局部过氧化，而过氧化则会导致泡沫渣，严重时造成喷溅威胁安全生产；3)瓦纽科夫炉的炉体由水套拼合而成，烟气或熔体容易从水套缝隙处溢出，使得操作环境，污染企业周遍的大气环境，给人和生物的生存带来不利影响；4)瓦纽科夫炉在工作时，通过水套的水冷作用使熔体在水套表面挂渣，从而避免水套与熔体长时间直接接触，但这种挂渣并不稳定，一旦水套破裂使得水进入熔体，将严重危害生产安全和人身安全；5)瓦纽科夫炉铜水套隔墙将冶金炉分为熔炼和还原区，隔墙两边分别为氧化氛围和还原氛围，铜水套隔墙存在化学稳定性差，寿命短的问题，同时隔墙区域易产生炉结。

c.顶燃侧吹熔炼工艺

专利公告号cn101838747b中，曹珂菲等提出了一种用于红土镍矿熔炼炉工艺。该熔炼炉炉体设置有添加物料的加料口、出烟口、出镍口和出渣口；顶燃喷枪的下端从炉体顶部伸入炉膛内并位于熔池上方，方便向熔池上空喷入粉煤和氧气，对熔池进行补热；炉体侧墙有侧吹喷枪插入熔池内喷入粉煤和氧气，同时该炉配置有电极澄清区，电极下端伸入熔池内以加热熔池内的熔体从而澄清分离镍铁和炉渣。

该工艺中，设置的顶燃喷枪直接向熔池上空入粉煤和氧气，可以方便的对熔池进行补热，但是存在煤粉不能完全燃烧，带入后续余热锅炉和收尘系统，这样会造成烟气中co超标，发生危险。

主要原因：红土镍矿主要组成为镍镁硅酸盐，实质为氧化镍，炉内进行熔化还原熔炼时，必须控制成还原氛围，空气过剩系数应小于1.0。熔池上空喷入大量的煤粉和氧气，由于需要控制炉内为还原氛围，同时由于炉内负压的影响，势必造成喷入的煤粉未完全燃烧完成而直接被抽入上升烟道；同时由于炉内熔池翻腾剧烈，该顶燃喷枪易被粘接或冲刷腐蚀，发生漏水危险，给熔炼炉稳定运行带来风险。

该专利权利要求书中仅明确了侧吹喷枪向熔池内喷入煤粉和氧气，未进一步提出喷枪结构形式。同时对于侧吹熔池熔炼工艺核心特征两侧喷枪间距和喷枪位于熔池内的位置未作任何权利要求，保留有电极保温区，仍需耗费二次能源电能。

cn106609325a中公开了一种富氧粉煤熔融还原红土镍矿工艺和氧煤侧吹炉，该专利描述了将深度干燥后的红土矿通过刮板或喷嘴将红土矿加入到熔池熔炼炉中，熔炼炉采用富氧侧吹熔池熔炼。该工艺具有热效率高，不需要消耗大量电能等优点。但是红土矿用蒸汽或回转窑干燥后，直接送入炉膛，导致熔炼炉物料熔化还原所需热量太大，有可能导致熔炼过程不能顺利进行，且残渣含镍较高；同时放渣放镍区缺少有效的提温手段，放渣出镍铁容易出现冻结现象。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种富氧粉煤还原熔分红土镍矿的方法和装置，以解决现有技术中的富氧粉煤还原熔分红土镍矿过程中所需热量太大，有可能导致熔炼过程不能顺利进行的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种富氧粉煤还原熔分红土镍矿的方法，包括：将红土镍矿进行干燥处理，使红土镍矿含水量降至22％以下；将干燥处理后的红土镍矿输送至回转窑进行焙烧预还原并得到高温焙砂，高温焙砂的出窑温度为750℃至950℃；将高温焙砂加入氧煤侧吹电热熔分炉内，高温焙砂进入氧煤侧吹电热熔分炉的温度为700℃至850℃，同时加入熔剂，通过设置在氧煤侧吹电热熔分炉两侧的多通道喷枪将富氧气体、还原剂和燃料以180m/s至280m/s的流速喷入氧煤侧吹电热熔分炉的熔池混合区，并将氧煤侧吹电热熔分炉的熔池内的温度提升至1450℃至1550℃，以使氧煤侧吹电热熔分炉内物料发生熔池熔炼反应并生成镍铁合金和熔炼炉渣；其中，熔池混合区是指熔池上部熔炼炉渣层和熔池下部镍铁合金层之间的过渡区域，该过渡区域同时含有镍铁合金和熔炼炉渣；从氧煤侧吹电热熔分炉的出渣口放出熔炼炉渣，从氧煤侧吹电热熔分炉的金属放出口放出镍铁合金。

进一步地，在将高温焙砂加入氧煤侧吹电热熔分炉的步骤中，高温焙砂从氧煤侧吹电热熔分炉的顶部加料口和\或侧墙加料口进入氧煤侧吹电热熔分炉内。

进一步地，在氧煤侧吹电热熔分炉内物料发生熔池熔炼反应的过程中，利用氧煤侧吹电热熔分炉上的二次风口向氧煤侧吹电热熔分炉内通入空气以使氧煤侧吹电热熔分炉溢出的co充分燃烧。

进一步地，多通道喷枪安装在氧煤侧吹电热熔分炉的枪口套砖上，且多通道喷枪前端伸出枪口套砖100mm至200mm，以使富氧气体、还原剂和燃料以180m/s至280m/s的流速喷入熔池混合区时，多通道喷枪的伸出部分附近熔体冷却至半凝固状态，从而保护枪口套砖不受侵蚀。

进一步地，将红土镍矿进行干燥处理，使其含水量降至22％以下的步骤具体为：采用干燥窑将红土镍矿干燥至含水量为22％以下；将干燥处理后的红土镍矿输送至回转窑进行焙烧预还原的步骤具体为：通过胶带传输机将经过干燥处理后的红土镍矿加入到回转窑内；将高温焙砂加入氧煤侧吹电热熔分炉内的具体步骤为：通过焙砂热料输送系统将高温焙砂加入到氧煤侧吹电热熔分炉内。

进一步地，红土镍矿为褐铁矿型、硅镁型或二者配合的红土镍矿，采用石灰石作为熔剂的成分之一，以sio2-mgo-cao-feo渣型为基础，通过调整熔剂的加入量以调整渣型，并通过调整还原剂加入量来控制fe的还原度，得到不同品位的镍铁合金，氧煤侧吹电热熔分炉的熔池内的温度根据渣型不同控制在1400℃至1550℃的范围内，生产含镍10％～35％的镍铁合金。

根据本发明的另一方面，提供了一种富氧粉煤还原熔分红土镍矿的装置，包括干燥窑、回转窑以及氧煤侧吹电热熔分炉，其中，回转窑和干燥窑之间设置有胶带传输机，回转窑用于对胶带传输机传输过来的红土镍矿进行焙烧预还原并得到高温焙砂；回转窑和氧煤侧吹电热熔分炉之间设置有焙砂热料输送系统，氧煤侧吹电热熔分炉的顶部设置顶部加料口，氧煤侧吹电热熔分炉的侧墙上设置有侧墙加料口、出渣口和多个多通道喷枪，氧煤侧吹电热熔分炉的底部设置有金属放出口，高温焙砂通过焙砂热料输送系统从顶部加料口和\或侧墙加料口进入氧煤侧吹电热熔分炉内，多个多通道喷枪的输出端伸进氧煤侧吹电热熔分炉的内部。

进一步地，氧煤侧吹电热熔分炉包括矩形炉体，矩形炉体的中段的上方设置有出烟口，侧墙加料口和顶部加料口位于出烟口的第一侧，出渣口和金属放出口位于出烟口的与第一侧相对的第二侧。

进一步地，氧煤侧吹电热熔分炉还包括二次风口，二次风口设置在熔炼区炉墙的侧壁和出烟口的侧壁上。

进一步地，出烟口的第二侧设置有水冷隔墙，出渣口和金属放出口位于水冷隔墙的远离出烟口的一侧，多个多通道喷枪位于水冷隔墙的靠近出烟口的一侧。

进一步地，氧煤侧吹电热熔分炉还包括加热组件，加热组件设置在水冷隔墙的远离出烟口的一侧。

进一步地，加热组件包括电极装置。

进一步地，水冷隔墙内嵌设有冷水管道。

应用本发明的技术方案，由于本发明中的红土镍矿在进入氧煤侧吹电热熔分炉之前通过回转窑进行焙烧预还原处理得到高温焙砂，在此过程中，氧化镍和部分铁在回转窑内还原成金属态，此含炭焙砂进入氧煤侧吹电热熔分炉进行选择性还原，可生产含镍10％～35％不同品位的镍铁。如果不采用焙烧预还原，先还原出镍和部分铁，则很难进行选择性还原生产高镍铁。此外，通过焙烧预还原处理后在对高温焙砂进行熔池熔炼反应，能够降低氧煤侧吹电热熔分炉的热量需求，保证熔池熔炼反应的顺利进行。本发明的富氧粉煤还原熔分红土镍矿的方法和装置的高温焙砂通过热装热送，焙砂出窑温度为750℃～950℃，入氧煤侧吹电热熔分炉温度为700℃～850℃。高温炉料热装热送能降低能耗，提高氧煤侧吹电热熔分炉的效率及床能率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本发明的富氧粉煤还原熔分红土镍矿的方法的流程图；

图2示意性示出了本发明的富氧粉煤还原熔分红土镍矿的装置的主视图；

图3示意性示出了本发明的氧煤侧吹电热熔分炉的俯视图；以及

图4示意性示出了本发明的氧煤侧吹电热熔分炉的主视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、干燥窑；20、回转窑；30、氧煤侧吹电热熔分炉；31、顶部加料口；32、侧墙加料口；33、出烟口；34、多通道喷枪；35、二次风口；36、水冷隔墙；37、电极装置；38、出渣口；39、金属放出口；40、胶带传输机；50、焙砂提升井；60、起重机；70、加料仓；80、矿仓；100、干矿仓；110、辅料仓；120、焙砂热料输送系统。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

参见图1至图4所示，根据本发明的实施例，提供了一种富氧粉煤还原熔分红土镍矿的装置，该装置包括干燥窑10、回转窑20以及氧煤侧吹电热熔分炉30，其中，回转窑20和干燥窑10之间设置有胶带传输机40，回转窑20用于对胶带传输机40传输过来的红土镍矿进行焙烧预还原并得到高温焙砂；回转窑20和氧煤侧吹电热熔分炉30之间设置有焙砂热料输送系统120，氧煤侧吹电热熔分炉30的顶部设置顶部加料口31，氧煤侧吹电热熔分炉30的侧墙上设置有侧墙加料口32、出渣口38和多个多通道喷枪34，氧煤侧吹电热熔分炉30的底部设置有金属放出口39，高温焙砂通过焙砂热料输送系统120从顶部加料口31和\或侧墙加料口32进入氧煤侧吹电热熔分炉30内，多个多通道喷枪34的输出端伸进氧煤侧吹电热熔分炉30的内部。

本实施例中的富氧粉煤还原熔分红土镍矿的装置还包括矿仓80、干矿仓100以及辅料仓110，矿仓80和干燥窑10之间设置有胶带传输机40，采用本发明的富氧粉煤还原熔分红土镍矿的装置进行富氧粉煤还原熔分红土镍矿时，矿仓80内的红土镍矿经过胶带传输机40传送至干燥窑10内，经过干燥窑10进行干燥处理之后，再经过胶带传输机40传输至回转窑20顶部的干矿仓100内后投放到回转窑20内，同时向辅料仓110内投放还原煤和辅料，并经辅料仓110投放到回转窑20内，经过回转窑20的作用，将经过干燥处理之后的红土镍矿进行焙烧预还原，并得到高温焙砂。

然后通过焙砂热料输送系统120从氧煤侧吹电热熔分炉的顶部加料口31和\或侧墙加料口32输送至氧煤侧吹电热熔分炉30内。在此过程中，首先将焙砂热料输送系统120中的焙砂通过焙砂提升井50的提升，并通过起重机60运送至加加料仓70内，加加料仓70仓内的高温焙砂从氧煤侧吹电热熔分炉的顶部加料口31和\或侧墙加料口32输送至氧煤侧吹电热熔分炉30内。同时加入熔剂，通过设置在氧煤侧吹电热熔分炉两侧的多通道喷枪34将富氧气体、还原剂和燃料以180m/s-280m/s的流速喷入熔池混合区，提升熔池内的温度至1450℃～1550℃，使炉内物料发生熔池熔炼反应并生成镍铁合金和熔炼炉渣。

由于本实施例中的红土镍矿在进入氧煤侧吹电热熔分炉30之前通过回转窑20进行焙烧预还原处理得到高温焙砂，在此过程中，氧化镍和部分铁在回转窑20内还原成金属态，此含炭焙砂进入氧煤侧吹电热熔分炉30进行选择性还原，可生产含镍10％～35％不同品位的镍铁。如果不采用焙烧预还原，先还原出镍和部分铁，则很难进行选择性还原生产高镍铁。此外，通过焙烧预还原处理后在对高温焙砂进行熔池熔炼反应，能够降低氧煤侧吹电热熔分炉30的热量需求，保证熔池熔炼反应的顺利进行。

本实施例中的氧煤侧吹电热熔分炉30包括矩形炉体，该矩形炉体的中段的上方设置有出烟口33，便于将氧煤侧吹电热熔分炉30内的烟尘输送至氧煤侧吹电热熔分炉30的外部，侧墙加料口32和顶部加料口31位于出烟口33的第一侧，出渣口38和金属放出口39位于出烟口33的与第一侧相对的第二侧。通过在氧煤侧吹电热熔分炉30上设置有侧墙加料口32和顶部加料口31，氧煤侧吹电热熔分炉30入炉物料通过炉顶多个顶部加料口31或侧墙上的侧墙加料口32分点入炉，使物料熔化速度加快，避免局部冷料堆积过多，造成死炉等现象，实现连续熔炼的目的。

本实施例中的氧煤侧吹电热熔分炉30还包括二次风口35，二次风口35设置在氧煤侧吹电热熔分炉30的侧壁和出烟口33的侧壁上，氧煤侧吹电热熔分炉30侧墙上的二次风口35和出烟口33的侧壁上的二次风口35向氧煤侧吹电热熔分炉30内送风，能够使得熔池中溢出的co在此区域充分燃烧，提高热利用效率。

优选地，出烟口33的第二侧设置有水冷隔墙36，出渣口38和金属放出口39均位于水冷隔墙36的远离出烟口33的一侧，多个多通道喷枪34位于水冷隔墙36的靠近出烟口33的一侧。通过水冷隔墙36的作用，能够在氧煤侧吹电热熔分炉30内分隔得到的沉降区，避免此区域的熔池剧烈扰动，避免渣层上部的生料进入该区域，能较大的提高镍铁的回收率。

本实施例中的氧煤侧吹电热熔分炉30还包括加热组件，该加热组件设置在水冷隔墙36的远离出烟口33的一侧，便于对出渣口38和金属放出口39处的物料进行加热，防止放渣放镍区缺少有效的提温手段而出现放渣出镍铁出现冻结现象，便于将熔炼炉渣从出渣口38排放出来，将镍铁合金从金属放出口39排放出来。

优选地，加热组件为电极装置37。当然，在本发明的其他实施例中，还可以将加热组件设置为其他的加热结构，只要是在本发明的构思下的其他变形方式，均在本发明的保护范围之内。根据上述的结构可以知道，本发明的富氧粉煤还原熔分红土镍矿的装置水冷隔墙36的一侧采用电热保温沉降，确保渣铁在反应区外不冻结，能顺利排出炉外，电极装置37也能确保渣中镍铁更好的分离沉降，提高镍的回收率。

本实施例中的水冷隔墙36内嵌设有冷水管道，通过冷水管道的作用，便于在氧煤侧吹电热熔分炉30内形成负压水冷技术，避免水套漏水带来的安全隐患。

结合图1至图4所示，根据本发明的另一实施例，提供了一种富氧粉煤还原熔分红土镍矿的方法，该方法采用上述实施例中的该富氧粉煤还原熔分红土镍矿的装置实现，本实施例中的富氧粉煤还原熔分红土镍矿的方法包括：将红土镍矿进行干燥处理，使红土镍矿含水量降至22％以下；将干燥处理后的红土镍矿输送至回转窑20进行焙烧预还原并得到高温焙砂，高温焙砂的出窑温度为750℃至950℃；将高温焙砂加入氧煤侧吹电热熔分炉30内，高温焙砂进入氧煤侧吹电热熔分炉30的温度为700℃至850℃，同时加入熔剂，通过设置在氧煤侧吹电热熔分炉30两侧的多通道喷枪34将富氧气体、还原剂和燃料以180m/s至280m/s的流速喷入氧煤侧吹电热熔分炉30的熔池混合区，并将氧煤侧吹电热熔分炉30的熔池内的温度提升至1450℃至1550℃，以使氧煤侧吹电热熔分炉30内物料发生熔池熔炼反应并生成镍铁合金和熔炼炉渣；其中，熔池混合区是指熔池上部熔炼炉渣层和熔池下部镍铁合金层之间的过渡区域，该过渡区域同时含有镍铁合金和熔炼炉渣；从氧煤侧吹电热熔分炉30的出渣口38放出熔炼炉渣，从氧煤侧吹电热熔分炉30的金属放出口39放出镍铁合金。

正如背景技术部分提到的，火法处理红土镍矿在现有技术中已有多种方法。但是，采用侧吹熔池熔炼工艺处理红土镍矿的各种技术路线，普遍存在熔池底部温度不够，底部镍铁合金流动性不足和粘结的问题。这是因为目前已有的采用侧吹熔池熔炼工艺处理红土镍矿的各种技术路线中，喷枪均设置在熔池的熔炼炉渣层，其主要发热部位在喷枪附近，距离底部的镍铁合金层有一定距离，由于热量传导过程中的损失，导致底部镍铁合金层得不到足够的热量，而使其产生流动性不足和粘结的问题。然而，将喷枪位置下移却不是本领域技术人员的常规选择，这又是因为：1)一旦将多通道喷枪设置在熔池底部的镍铁合金层或混合区，则放热部位将集中在这一区域，但该区域的镍铁合金成分在高温下将对附近水套或耐火砖有强烈侵蚀作用，使炉体不能维持一个正常的寿命，寿命缩短；2)将喷枪设置在该区域，将加强该区域熔体搅动，从而加剧镍铁合金成分对附近水套或耐火砖有强烈侵蚀，同样影响到炉体寿命。因此，本领域技术人员在综合分析后，宁可忍受炉温不足和粘结的问题，也不愿将喷枪下移而造成频繁停炉大修。在本申请提出之前，上述观点已是本领域技术人员的普遍认识和常规选择。

然而，在本申请上述实施例中，发明人通过将喷枪设置在喷枪混合区，并将喷枪流速提高到180m/s-280m/s，一举解决了现有技术中一系列问题及担心。这是因为当喷枪流速提升至180m/s-280m/s时，枪口区域燃烧产生的热量在传导至附近水套或耐火砖后，又立即被喷枪中的气体和物料带走，而使枪口区域附近的水套或耐火砖能够保持一个正常的工作温度。这种情况下，混合区的镍铁合金成分对附近的水套或耐火砖的侵蚀作用得到有效控制，使炉体寿命达到一个可接受的程度。此外，这样做还有一个额外的优点，就是相当于把熔池中燃烧放出的热量又通过喷枪中的气体和物料带回熔池中，有利于提高热利用率，减少燃料消耗，可谓一举两得。此外需要说明的是，通过多通道喷枪以180m/s-280m/s的流速喷入熔池混合区的还原剂和燃料可以是同种物质，例如都是粉煤、煤气或天然气等等。

此外，由于本实施例中的红土镍矿在进入氧煤侧吹电热熔分炉30已经进行焙烧预还原处理得到高温焙砂，在此过程中，氧化镍和部分铁在回转窑20内还原成金属态，此含炭焙砂进入氧煤侧吹电热熔分炉30进行选择性还原，可生产含镍10％～35％不同品位的镍铁。如果不采用焙烧预还原，先还原出镍和部分铁，则很难进行选择性还原生产高镍铁。此外，通过焙烧预还原处理后在对高温焙砂进行熔池熔炼反应，能够降低氧煤侧吹电热熔分炉30的热量需求，保证熔池熔炼反应的顺利进行。

根据本发明的氧煤侧吹电热熔分炉的实施例，上述多通道喷枪34安装在枪口套砖(图中未示出)上，且多通道喷枪34前端伸出枪口套砖100mm-200mm，使富氧气体、还原剂和燃料以180m/s-280m/s的流速喷入熔池混合区时，多通道喷枪34的伸出部分附近熔体冷却至半凝固状态，从而保护枪口套砖不受侵蚀。

本申请发明人还进一步提出，通过将多通道喷枪34前端伸出枪口套砖100mm-200mm，可以使伸出部分附近的混合区熔体被冷却至半凝固状态。这种半凝固状态的熔体温度低、流动性差，对伸出部分的喷枪和枪口套砖形成天然保护，甚至能对附近其他水套或耐火砖起到保护作用。通过上述技术手段，可以有效避免枪口区域熔体强烈搅动造成的镍铁合金成分对水套或耐火砖的侵蚀，使炉体寿命提升到一个较好的水平。

本申请发明人发现，现有技术中无论是枪口砖(即耐火砖)，还是安装多通道喷枪34的相应的水套(下称枪口水套)都存在不足。枪口砖的冷却效果不好，而枪口区域的温度本来就高，冷却不足将导致枪口砖侵蚀较快，难以维持合理寿命，当多通道喷枪34设置在混合区时更是如此；而枪口水套则是依靠挂渣保护，但在熔池混合区熔炼炉渣成分较少，难以有效挂渣，另外镍铁合金成分又会对制造水套的金属产生严重侵蚀，一旦漏水将造成严重安全事故。因此，发明人提出一种耐火砖-水套复合结构的枪口套砖，其靠近熔池的一端为耐火砖，其另一端为水套，这种枪口套砖的优点是：1)由于存在水套的强化冷却，因此靠近熔池的耐火砖温度可以得到有效控制，侵蚀速度大大放缓，可以维持枪口套砖的合理寿命；2)由于水套并不直接与混合区熔池接触，因此不必担心难以挂渣、镍铁合金成分侵蚀水套的问题。此外，由于耐火砖和水套在高温下膨胀系数不同，生产时容易发生掉砖、为了保证耐火砖与水套两个部分稳固结合，发明人提出以楔形齿连接方式组合构成长方体结构的枪口套砖。

红土镍矿为褐铁矿型、硅镁型或二者配合的红土镍矿，采用石灰石作为熔剂的成分之一，以sio2-mgo-cao-feo渣型为基础，通过调整熔剂的加入量以调整渣型，并通过调整还原剂加入量来控制fe的还原度，得到不同品位的镍铁合金，氧煤侧吹电热熔分炉30的熔池内的温度根据渣型不同控制在1400℃至1550℃的范围内，生产含镍10％～35％的镍铁合金。

上述高品位镍铁合金或低品位镍铁合金根据冶炼产品所要求的标准进行自定义设定。

红土镍矿通常含物理水30％-35％，另有10％的结晶水。必须先进行干燥，本实施例中的红土镍矿干燥处理之后还进行了焙烧预还原处理，然后才送入氧煤侧吹电热熔分炉30进行还原熔炼，氧化镍和部分铁在回转窑20内还原成金属态，此含炭焙砂进入氧煤侧吹电热熔分炉30进行选择性还原，可生产含镍10％～35％不同品位的镍铁。如果不采用焙烧预还原，先还原出镍和部分铁，则很难进行选择性还原生产高镍铁。此外，通过焙烧预还原处理后在对高温焙砂进行熔池熔炼反应，能够降低氧煤侧吹电热熔分炉30的热量需求，保证熔池熔炼反应的顺利进行。

本实施例中在将高温焙砂加入氧煤侧吹电热熔分炉30的步骤中，高温焙砂从氧煤侧吹电热熔分炉30的顶部加料口31和\或侧墙加料口32进入氧煤侧吹电热熔分炉30内。氧煤侧吹电热熔分炉30入炉物料通过炉顶多个顶部加料口31和\或侧墙上的侧墙加料口32分点入炉，使物料熔化速度加快，避免局部冷料堆积过多，造成死炉等现象，实现连续熔炼的目的。

在氧煤侧吹电热熔分炉30内物料发生熔池熔炼反应的过程中，利用氧煤侧吹电热熔分炉30上的二次风口35向氧煤侧吹电热熔分炉30内通入空气以使氧煤侧吹电热熔分炉30溢出的co充分燃烧。

在本实施例的富氧粉煤还原熔分红土镍矿的方法中，将红土镍矿进行干燥处理，使其含水量降至22％以下的步骤具体为：采用干燥窑10将红土镍矿干燥至含水量为22％以下；将干燥处理后的红土镍矿输送至回转窑20进行焙烧预还原的步骤具体为：通过胶带传输机将经过干燥处理的红土镍矿加入到回转窑20内；将高温焙砂加入氧煤侧吹电热熔分炉30内的具体步骤为：通过焙砂热料输送系统120将高温焙砂从加料仓70直接从顶部加料口31和\或侧墙加料口32送入氧煤侧吹电热熔分炉30内。氧煤侧吹电热熔分炉30入炉物料通过炉顶多个顶部加料口31或侧墙上的侧墙加料口32分点入炉，使物料熔化速度加快，避免局部冷料堆积过多，造成死炉等现象，实现连续熔炼的目的。

在上述各个实施例中，熔剂可以通过氧煤侧吹电热熔分炉30上的顶部加料口31和\或侧墙加料口32直接加入到氧煤侧吹电热熔分炉内。

如图1和图2所示，本发明提供的富氧粉煤还原熔分红土镍矿的方法的实施流程如下：

将红土镍矿进行初步筛分、破碎，送至堆料场堆存备用。将堆料场的红土镍矿送至干燥窑进行干燥，得到含水22％以下的红土镍矿。干燥过程中，向干燥窑送入空气和粉煤，产生的烟气经电收尘后送尾气脱硫，收下来的烟尘作为后续氧煤侧吹电热熔分炉的入炉物料之一。

上述含水22％以下的红土镍矿再次筛分后，加入适量粉煤和辅料进行配料后将其送入回转窑，并通入空气和粉煤，进行焙烧干燥和预还原，使其得到出窑温度为750℃～950℃的高温焙砂，然后送去氧煤侧吹电热熔分炉的料仓。经氧煤侧吹电热熔分炉配料系统将熔剂(例如石灰)、经深度干燥的红土镍矿和之前得到的烟尘按一定比例从顶部加料口和\或侧墙加料口直接加入到氧煤侧吹电热熔分炉内送，同时通过多通道喷枪将富氧气体、还原剂和燃料(例如粉煤)喷入熔池。其中富氧气体可以用压缩空气和氧气混合而成。

氧煤侧吹电热熔分炉的产物有炉渣、粗镍铁合金和烟气，炉渣经过水冷隔墙电热澄清后放出，炉渣可以水碎处理后外卖，粗镍铁合金可以外卖或送精炼工序，烟气可以用于经余热余热发电后，经过烟气处理后排空。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)热损失少，循环水量少，综合能耗低。相比于现有技术中的侧吹熔池熔炼炉(例如瓦纽科夫炉)中水套直接与熔体接触(中间仅有一层挂渣保护)而言，由于本实施例的熔池熔炼炉的水套内侧镶嵌了耐火砖保护，使得熔体热量散失减少，水套所需的冷却循环水量也小了很多，综合能耗更低了，此外，由于更多热量留在炉内，使得生产过程中需添加的燃料也少了。

(2)燃料适应性强。本实施例的多通道喷枪中喷吹的燃料可采用天然气、粉煤或重油。

(3)整个冶炼系统的还原煤直接配料进回转窑焙烧预还原，氧化镍和部分铁在回转窑还原成金属态，此含炭焙砂进入熔分炉进行选择性还原，可生产含镍10～35％不同品位的镍铁。如果不采用预还原，先还原出镍和部分铁，则很难进行选择性还原生产高镍铁。

(4)高温焙砂通过热装热送，焙砂出窑温度为750℃～950℃，入氧煤侧吹电热熔分炉温度为700℃～850℃。高温炉料热装热送能降低能耗，提高氧煤侧吹电热熔分炉的效率及床能率。

(5)氧煤侧吹电热熔分炉入炉物料通过炉顶多个点或与炉墙侧边多个点分点入炉，使物料熔化速度加快，避免局部冷料堆积过多，造成死炉等现象，实现连续熔炼的目的。

(6)氧煤侧吹电热熔分炉侧墙布置多个二次风口，熔池中溢出的co在此区域充分燃烧，提高热利用效率。

(7)氧煤侧吹电热熔分炉出渣端设置水冷隔墙。水冷隔墙将制造更好的沉降区，避免此区域的熔池剧烈扰动，避免渣层上部的生料进入该区域，能较大的提高镍铁的回收率。

(8)在水冷隔墙的一侧采用电热保温沉降，确保渣铁在反应区外不冻结，能顺利排出炉外，电极装置也能确保渣中镍铁更好的分离沉降，提高镍的回收率。

(9)水冷隔墙采用负压水冷技术，避免水套漏水带来的安全隐患。

可见，本发明的富氧粉煤还原熔分红土镍矿的方法和装置具有电力依赖低、能冶炼低品位红土矿，该工艺能实现可控的选择性还原、燃料适应性高、镍回收率高，热效率高，作业率高等优点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。