专利名称：红土镍矿熔融还原制取镍铁合金工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种红土镍矿熔融还原制取镍铁合金工艺，属于钢铁冶金领域。
背景技术：
镍、铬主要用于冶炼不锈钢，通常的镍基不锈钢，须添加8％～11％(重量)的镍，18％～20％的铬。全球约2/3的镍用于生产不锈钢，因此不锈钢行业对镍消费的影响居第1位。而目前可供人类开发利用的镍资源只限于陆地的硫化镍矿和氧化镍矿两种，其中约30％为硫化矿、70％为氧化镍矿。氧化镍矿床是含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经过大规模的长期的风化淋滤变质而成的，是由铁、铝、硅等含水氧化物组成的疏松的粘土状矿石。由于铁的氧化，矿石呈红色，所以被称为红土镍矿(laterite)，红土镍矿的可采部分一般由3层组成褐铁矿层Ni含量0.8～1.5％，过渡层Ni含量1.5～1.8％，腐植土层Ni含量1.8～3.0％。镍含量制约开发红土镍矿的技术及经济指标。
目前，世界上投产的红土镍矿处理方法如下 火法工艺中主要为鼓风炉流程、克虏伯流程和回转窑-电炉熔炼、炉外还原冶炼镍铁等工艺，但需要红土镍矿具有较高品位；湿法工艺中加压酸浸(HPAL)法虽然已实现工业化和产业化，但由于其采用高压条件操作，对设备、规模、投资、操作控制及矿石品位等有很高要求，难以普遍推广。而在镍价格较高的情况下，国内部分地区提出利用高炉冶炼制备含镍铁水的方法来利用红土镍矿，但生产实践表明，该方法具有明显的不足(1)渣量较大(大于1120kg/t)；(2)炉渣碱度低，不利脱硫；(3)焦比高，大于1000kg/t；(4)需配加萤石调整炉渣粘度；(5)高炉利用系数低；铁产量低；(6)铁水磷含量较高；(7)铁水硅含量较高，不利于炉外脱磷。该方法为传统高炉流程，加工成本高，环境污染大。
发明内容
本发明提供一种红土镍矿熔融还原制取镍铁合金工艺，该工艺利用熔融还原技术经济地从红土镍矿中制备不同规格的镍铁合金，用做生产优质不锈钢的原料，缓解我国不锈钢行业镍资源严重短缺的困境。
红土镍矿熔融还原制取镍铁合金工艺，首先将红土镍矿中的氧化镍和赤铁矿预还原转化为金属镍和金属铁或四氧化三铁，同时将脉石及硫、磷等有害元素转入非磁性物相或易溶的硫酸盐，然后利用湿式磁选，使镍铁大幅度富集的同时，脉石及硫、磷等有害元素被脱除，最后将预还原得到的镍铁精矿进行熔融还原制备镍铁合金。具体工艺过程及参数为将红土镍矿破碎筛分，大于5mm的块矿直接入链箅机-回转窑预还原，小于5mm的矿粉细磨到-200目75-85％，加入复合粘结剂、还原煤、水经造球后入回转窑预还原，造球过程中复合粘结剂为腐植酸钠、生石灰和碳酸钠的混合物，混合重量比为8∶1∶1，复合粘结剂加入量为矿粉重量的1-3％，内配煤3-10％，水加入量10-15％，生球粒度为8-16mm。
球团预热温度800-900℃，预热时间15min；预热球团直接进入回转窑进行预还原。
预还原球团预还原在回转窑内进行，采用普通或劣质煤为还原剂，加入量800-850kg/t原矿；球团预还原温度1050-1250℃，还原时间70-90min，干式磁选预还原产品冷却后进入弱磁选机，分离金属化球团和煤灰；湿式磁选预还原的磁性产物破碎细磨到-200目80-90％，弱磁选工艺，磁选磁场强度80-100特斯拉，得到镍品位为2-3％、镍收率为90-95％，铁品位58-68％、铁收率为80-85％的镍铁粗精矿；还原熔炼镍铁精矿压团进入电炉或其它熔炼炉内熔炼，还原熔炼温度1500-1550℃，熔炼时间10-15min，炉渣碱度(CaO/SiO2)0.7-1.2，得到含镍6-10％，铁85-90％左右的镍铁合金，镍铁收率大于85％，硫磷低于0.04％。
本发明主要包括预还原-磁选-熔融还原工艺过程，具有以下特点其一，通过多功能添加剂所具有的粘结功能，将红土镍矿制成球团，不经焙烧直接入炉还原焙烧，即生球直接入炉，将氧化镍转化为金属镍，将赤铁矿转化为金属铁或磁铁矿；其二，内配煤粉，强化预还原过程，加快还原速度，提高产量；其三，湿式磁选可预先脱除40％尾矿，降低杂质含量，一段富集使原矿镍由1％左右提高到2-3％；其四，利用非焦煤或少量焦作还原剂，还原熔炼直接生产不同规格镍铁合金，合金中镍含量6-10％，铁含量90％左右，镍铁收率大于85％，冶炼成本低，环境好；其五，电炉中熔炼温度较低，只有1500℃左右，入电炉处理料量仅60％，入炉品位高，杂质含量低，电耗和成本降低；其六，在电炉熔炼中调整碱度和选择性还原工艺条件，提高镍铁合金含镍量，控制和降低有害元素含量。最后，球团矿或块矿在进入回转窑前在链箅机上进行预热，脱除结晶水，有利于降低能耗，节省成本。
图1本发明的工艺流程具体实施方式
实施例1多功能添加剂用量为1％，内配3％还原煤造球，红土镍矿镍品位0.85％，铁品位50.03％；球团预热温度890℃，预热时间15min；球团预还原温度1050-1100℃，还原时间70-90min，还原煤添加量850kg/t；预还原产物破碎细磨到-200目80％，磁选磁场强度80特斯拉，得到镍品位为2.10％、镍收率为95.12％，铁品位68.72％、铁收率为82.21％的镍铁粗精矿；镍铁精矿压团进入电炉熔炼，还原熔炼温度1500-1550℃，熔炼时间10min，炉渣碱度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到含镍6.2％，铁88.5％左右的镍铁合金，镍铁收率大于85％，硫磷低于0.04％。
实施例2多功能添加剂用量为1％，内配还原煤4.5％；红土镍矿镍品位1.38％，铁品位48.90％；球团预热温度890℃，预热时间15min；球团预还原温度1090-1140℃，还原时间80-95min，还原煤添加量850kg/t；预还原产物破碎细磨到-200目80％，磁场强度85特斯拉，得到镍品位为2.60％、镍收率为94.08％，铁品位68.25％、铁收率为83.77％的镍铁粗精矿；还原熔炼温度1510-1550℃，熔炼时间9min，炉渣碱度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到镍7.85％，铁89.06％左右的镍铁合金，镍铁收率大于86％，硫磷低于0.039％。
实施例3多功能添加剂用量为1.2％，内配煤4.5％造球，红土镍矿镍品位1.54％，铁品位39.45％；球团预热温度900℃，预热时间15min；预还原温度1050-1100℃，还原时间80-100min，还原煤添加量850kg/t；预还原产物破碎细磨到-200目80％，磁场强度110特斯拉，得到镍品位为2.85％、镍收率为93.69％，铁品位66.97％、铁收率为86.89％的镍铁粗精矿；还原熔炼温度1520-1560℃，熔炼时间10min，炉渣碱度(CaO/SiO2)1.0-1.1，得到镍8.78％，铁90.08％左右的镍铁合金，镍铁收率大于85.07％，硫磷低于0.037％。
实施例4多功能添加剂用量为1.2％，内配煤4.5％造球，红土镍矿镍品位1.83％，铁品位26.90％；球团预热温度890℃，预热时间15min；球团预还原温度1050-1100℃，还原时间85-100min，还原煤添加量850kg/t；预还原产物破碎细磨到-200目81.9％，磁场强度175特斯拉，得到镍品位为2.98％、镍收率为93.08％，铁品位39.38％、铁收率为85.68％的镍铁粗精矿；镍铁粗精矿压团后入炉熔炼，还原熔炼温度1500-1540℃，熔炼时间9min，炉渣碱度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到镍9.44％，铁88.06％左右的镍铁合金，镍铁收率大于84.5％，硫磷低于0.04％。
实施例5多功能添加剂用量为1％，内配煤5％造球，红土镍矿镍品位2.38％，铁品位20.24％；球团预热温度890℃，预热时间15min；球团预还原温度1090-1140℃，还原时间90-100min，还原煤添加量848kg/t；预还原产物细磨到-200目82.5％，磁场强度180特斯拉，得到镍品位为3.24％、镍收率为92.23％，铁品位35.27％、铁收率为85.34％的镍铁粗精矿；镍铁粗精矿压团后入炉熔炼，还原熔炼温度1510-1550℃，熔炼时间9min，炉渣碱度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到镍10.76％，铁85.24％左右的镍铁合金，镍铁收率大于84.3％，硫磷低于0.048％。
实施例6红土镍矿块矿(5-25mm)，红土镍矿镍品位2.38％，铁品位20.24％；球团预热温度910℃，预热时间20min；预还原温度1090-1140℃，还原时间90-100min，还原煤添加量840kg/t；预还原产物细磨到-200目82.5％，磁场强度180特斯拉，得到镍品位为3.14％、镍收率为92.19％，铁品位34.58％、铁收率为84.79％的镍铁粗精矿；镍铁粗精矿压团后入炉熔炼，还原熔炼温度1510-1550℃，熔炼时间9min，炉渣碱度(CaO/SiO2)1.0-1.2，得到镍9.88％，铁84.37％左右的镍铁合金，镍铁收率大于85.01％，硫磷低于0.042％。
权利要求
1.红土镍矿熔融还原制取镍铁合金工艺，其特征在于首先将红土镍矿中的氧化镍和赤铁矿预还原转化为金属镍和金属铁或四氧化三铁，同时将脉石及硫、磷等有害元素转入非磁性物相或易溶的硫酸盐，然后利用湿式磁选，使镍铁大幅度富集的同时，脉石及硫、磷等有害元素被脱除，最后将预还原得到的镍铁精矿进行熔融还原制备镍铁合金；具体工艺过程及参数为将红土镍矿破碎筛分，大于5mm的块矿直接入链箅机-回转窑预还原，小于5mm的矿粉细磨到-200目75-85％，加入复合粘结剂、还原煤、水经造球后入回转窑预还原，造球过程中复合粘结剂为腐植酸钠、生石灰和碳酸钠的混合物，混合重量比为8∶1∶1，复合粘结剂加入量为矿粉重量的1-3％，内配煤3-10％，水加入量10-15％，生球粒度为8-16mm；球团预热温度800-900℃，预热时间15min；预热球团直接进入回转窑进行预还原；预还原球团预还原在回转窑内进行，采用普通或劣质煤为还原剂，加入量800-850kg/t原矿；球团预还原温度1050-1250℃，还原时间70-90min，干式磁选预还原产品冷却后进入弱磁选机，分离金属化球团和煤灰；湿式磁选预还原的磁性产物破碎细磨到-200目80-90％，弱磁选工艺，磁选磁场强度80-100特斯拉，得到镍铁粗精矿；还原熔炼镍铁精矿压团进入电炉或其它熔炼炉内熔炼，还原熔炼温度1500-1550℃，熔炼时间10-15min，炉渣碱度0.7-1.2，得到含镍6-10％，铁85-90％左右的镍铁合金。
全文摘要
红土镍矿熔融还原制取镍铁合金工艺，首先将红土镍矿中的氧化镍和赤铁矿预还原转化为金属镍和金属铁或四氧化三铁，然后利用湿式磁选，使镍铁大幅度富集的同时，脉石及硫、磷等有害元素被脱除，最后将预还原得到的镍铁精矿进行熔融还原制备镍铁合金。本发明具有工艺流程简单，技术指标先进的特点，可适应不同品位的红土镍矿资源；能综合利用红土镍矿中的镍和铁，有助于解决我国铁矿资源紧缺和镍资源奇缺的状况；利用非焦煤或少量焦作还原剂，成本低，环境好；可生产镍6－10％，铁85－90％的镍铁合金，镍铁收率大于85％，硫磷低于0.03％。
文档编号B03C1/02GK101033515SQ200710034750
公开日2007年9月12日 申请日期2007年4月16日 优先权日2007年4月16日
发明者朱德庆, 邱冠周, 潘建, 李启厚, 崔瑜, 徐小锋 申请人:中南大学