一种红土镍矿的烧结配矿方法
【专利摘要】本发明公开了一种红土镍矿的烧结配矿方法。是将组分相同、质量配比不同的多种红土镍矿进行配矿，控制各组分质量比满足：MgO/SiO2＝0.2～0.6，MgO/Al2O3＝2～5，Al2O3/SiO2＝0.1～0.5；同时，配加碱性熔剂及固体燃料来调控化学成分，以调节烧结混合料四元碱度、烧结温度及烧结气氛，三者相互配合，使红土镍矿在烧结过程中生成适宜的粘结相，强化烧结过程的液相生成，从而提高烧结矿质量及冶金性能，降低烧结燃耗，优化高炉炉料质量，大幅降低熔炼法生产镍铁的成本，为随后的矿热炉熔炼生产镍铁提供优质的原料。
【专利说明】一种红土镍矿的烧结配矿方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种红土镍矿的烧结配矿方法，具体涉及红土镍矿生产炼钢用烧结 矿的配矿方法。属于冶金【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 镍主要用于不锈钢、高温合金、电镀和化工等行业，其中不锈钢对镍的消费量约占 全球镍消费总量的66%。到2012年，我国不锈钢粗钢产量达到1608. 7万吨，不锈钢表观消 费量1286. 5万吨，均居世界首位。不锈钢工业的迅速发展驱动镍的需求也强劲增加。
[0003] 尽管红土镍矿占世界陆基镍资源总量的70%以上，但由于技术经济原因一直未能 得到充分的开发利用，其生产的镍只占有世界镍总产量的40%。随着高品位硫化镍矿资源 日益减少，红土矿已成为当今镍资源的主要来源。但由于不同类型及不同产地红土镍矿的 镍品位和化学成分差异较大，导致原料来源不稳定，致使红土镍矿难以得到高效利用。
[0004] 利用高炉冶炼红土镍矿制备镍铁具有工艺成熟、产量高、操作简单等特点，是不锈 钢企业利用红土镍矿资源的有效途径之一，可为不锈钢产业提供稳定、廉价的合金原料。
[0005] 目前，国内小高炉法冶炼低镍生铁是通过将炼铁小高炉转产低镍生铁，该工艺利 用原有的高炉设备，只稍加改变生产工艺即可得到镍铁产品，技术成熟，设备现成，操作简 单，投资成本较低。因此，在目前高镍价条件下，该工艺的经济效益远高于冶炼普通生铁，使 得采用小高炉冶炼低镍生铁工艺在我国得到了迅猛发展。
[0006] 与铁矿烧结料的成分不同，红土镍矿属于低品位复合矿，在烧结及高炉冶炼中存 在很多难点。一方面，由于红土镍矿中含水量高（27%?45% )，导致矿石粘性很大，对烧结 过程及烧结矿质量会产生不利影响。此外，红土镍矿中的硅、镁含量较高，而铁品位非常低， 特别是腐殖型红土矿，通常Mg0>10%，Si0 2>20%，在烧结时难以生成液相，导致烧结过程的 烧结矿质量差。同时，在后续的高炉冶炼时也会导致渣量过大，能耗过高，并使高炉软熔带 位置偏上，高炉上部炉料的透气性恶化，炉缸下部铁水的温度下降，影响铁水的流动性。现 有红土镍矿烧结，一般并不进行配矿处理，仅单矿烧结，在配入适量的CaO后，调整二元碱 度至0. 5?0. 8,在1450°C以上的常规烧结温度进行烧结，CaO配入一方面是可以起到脱水 干燥的作用，另外还能预热混合料，并在后续的烧结过程中作为熔剂，使红土镍矿烧结能够 广生足够的黏结相。但对于具有1?娃、1?缓、低铁性质的红土镇矿而目，仅考虑-兀喊度情 况下，添加 CaO难以生成铁矿烧结中所需的铁酸钙粘结相，所以，目前国内生产企业在红土 镍矿的烧结生产中普遍存在烧结矿成品率低、返矿量高（40%以上），转鼓强度偏低（63% 以下），粒级分布不理想，5?10mm所占比例较大等问题。因此，在红土镍矿的烧结中，通过 确定适宜作为红土镍矿烧结的粘结相，强化烧结过程的液相生成，提高烧结矿质量和冶金 性能，为高炉优化炉料质量、生产低成本的镍铁尤为重要。
[0007] 红土镍矿烧结后再采用矿热炉熔分，氧化镍易被C、CO、Si等还原，在较高温度下 控制一定的还原条件，氧化镍完全还原成金属镍，而铁氧化物部分还原成金属铁，与金属镍 熔融成镍铁合金，未被还原的硅、镁氧化物与另一部分氧化铁进行造渣。电炉熔炼可处理各 种类型的氧化镍矿，对入炉炉料也没有严格要求，粉料或大块料都可以处理，炉气量少且含 尘量较低，生产容易控制。且金属回收率高，可以同时回收镍和铁。镍铁合金能够直接代替 电解镍，作为炼钢镍元素添加剂用于不锈钢生产，具有较强的成本和价格竞争优势。但是由 于矿热炉冶炼耗电量大，导致工艺能耗高，且无法回收镍矿中的钴。
【发明内容】
[0008] 针对红土镍矿冶炼镍铁工艺中所存在的问题，本发明提供一种红土镍矿的烧结配 矿方法，确定适宜作为红土镍矿烧结的粘结相，强化烧结过程的液相生成，提高烧结矿质量 和冶金性能。
[0009] 本发明的技术方案为：
[0010] 本发明一种红土镍矿的烧结配矿方法，包括下述步骤：
[0011] 第一步：配矿
[0012] 选择组分相同、质量配比不同的多种红土镍矿进行配矿，得到红土镍矿原料，所述 红土镍矿原料中各组分质量比满足：
[0013] Mg0/Si02 = 0· 2 ?0· 6，
[0014] Mg0/Al203 = 2 ?5，
[0015] Al203/Si02 = 0· 1 ?0· 5 ;
[0016] 第二步：配制烧结混合料
[0017] 按红土镍矿原料质量的10%?15%配加焦粉，同时，配加碱性熔剂，混匀，配制四 元碱度为〇. 5?1. 4的烧结混合料。
[0018] 本发明一种红土镍矿的烧结配矿方法，所述碱性熔剂包括石灰石、生石灰。
[0019] 本发明一种红土镍矿的烧结配矿方法，所述碱性熔剂的配加量按烧结混合料中： Ca0+Mg0/Si02+Al203 = 0· 5 ?1. 4 确定。
[0020] 本发明一种红土镍矿的烧结配矿方法，烧结混合料的四元碱度为0. 8?1. 2,更优 选为 0· 85-1. 0。
[0021] 本发明一种红土镍矿的烧结配矿方法，所述烧结混合料烧结温度为1300°c? 1380°C。
[0022] 本发明一种红土镍矿的烧结配矿方法，烧结混合料烧结得到的烧结矿中FeO含量 为 10%?20%。
[0023] 本发明的主要原理在于：
[0024] 现有技术中，红土镍矿通常在控制二元碱度的条件下进行常规烧结，主要生成的 物相为镁铁尖晶石和顽火辉石、镁橄榄石等高熔点物质，其熔点分别为1750°C、1898°C和 1577°C。因此，在1300?1400°C的烧结温度下难以生成液相，烧结产品主要依靠镁橄榄石 和赤铁矿的固相反应以及非晶态（Mg，Fe)Si0 3的固态重结晶实现固相固结，这不利于烧结 过程的进行，同时也带来烧结矿质量差等问题。
[0025] 本发明通过多种红土镍矿的配矿处理，保证混合料的Mg0/Si02、Mg0/Al 203、A1203/ Si02在一定的范围内，并添加碱性熔剂石灰石或生石灰，调配烧结混合料的四元碱度在 0. 5?1. 4,在烧结过程中能够生成低熔点的透辉石（CaMgSi206)和钙镁橄榄石（CaMgSi0 4)， 它们的熔点分别为1391°C和1490°C，其最低共熔温度为1321°C，在常规烧结下能够生成部 分液相，可以作为红土镍矿烧结矿的粘结相。当混合料碱度为0. 8?1. 0时，透辉石得以大 量生成，使烧结混合料的软熔温度明显降低，在常规烧结温度条件下能够生成大量液相，使 烧结过程顺利进行。
[0026] 另外，本发明通过配加占红土镍矿原料质量的10 %?15 %的焦粉并混合均匀，使 烧结温度达到1300°C?1380°C，且烧结在还原性气氛下进行，还原性气氛会强化烧结料中 FeO的生成，使烧结矿中FeO含量达到10%?20%，FeO的大量生成会显著提高烧结过程中 Fe2Si04 和 FeSi03 的生成量，进而与 Mg2Si04 和 MgSi03 形成固烙体（Mg，Fe)2Si04 和（Mg，Fe) Si03，使烧结过程生成较多的镁铁橄榄石；其中，由于？％5104熔点很低，仅为1205°C，它的 生成将显著降低烧结料的液相生成温度；加之烧结混合料的四元碱度控制在0. 5?1. 4之 间，烧结的还原气氛与四元碱度的协同作用，可以生成低共熔点的化合物透辉石和钙镁橄 榄石；当烧结混合料的四元碱度在〇. 8?1. 0之间，可以大量生成透辉石，常规烧结温度条 件下容易生成液相，有利于烧结过程的固结反应，大大提高了红土镍矿烧结矿的产质量。
[0027] 本发明的特点和有益效果：本发明通过红土镍矿经过配矿，控制MgO、Si02、A1 203 在红土镍矿原料中的含量，合理配入碱性熔剂，调节红土镍矿烧结混合料的碱度，并通过调 节焦粉配比，控制烧结温度及烧结气氛，使其有利于烧结过程的液相生成，充足的液相有益 于烧结矿的固结反应，可实现提高烧结矿的强度的目的，从而改善红土镍矿烧结矿的产量 以及质量指标，本发明制备的红土镍矿烧结矿的成品率达到75%以上、转鼓强度达到65% 以上。
[0028] 综上所述，本发明通过对红土镍矿配矿，配加碱性熔剂及固体燃料来调控化学成 分，以调节烧结混合料四元碱度、烧结温度及烧结气氛，三者相互配合，使红土镍矿在烧结 过程中生成适宜的粘结相，强化烧结过程的液相生成，从而提高烧结矿质量及冶金性能，降 低烧结燃耗，优化高炉炉料质量，大幅降低熔炼法生产镍铁的成本，为随后的矿热炉熔炼生 产镍铁提供优质的原料。
【具体实施方式】
[0029] 下面对本发明做进一步的解释和说明。
[0030] 对比例1 :
[0031] 以单一红土镍矿为烧结原料，焦粉配比为12%，内配返矿25%，混合料二元碱度 0. 8,混匀、制粒成0. 5?8_的烧结混合料，混合料水分为34%。将混合料布料、烧结焙烧， 其中控制烧结料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温lmin，点火温度1100±20°C，点 火负压5kPa，烧结温度1430°C，烧结抽风负压为10kPa，烧结完成后调整冷却负压为5kPa， 冷却时间3min。所得烧结矿成品率56. 62%、转鼓强度为60. 31 %、利用系数为0. 858t/ (h · m2)。
[0032] 实施例1 :
[0033] 以多种红土镍矿为烧结原料，经配矿后使混合料中Mg0/Si02 = 0. 5、Mg0/Al203 = 3. 2、Al203/Si02 = 0. 2,再配加石灰调整混合料四元碱度为1. 3,并外配焦粉12%，内配返 矿25%，混匀制粒成0. 5?8mm的烧结混合料，混合料水分为34%。将混合料布料、烧结焙 烧，其中控制烧结料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温lmin，点火温度1100±20°C， 点火负压5kPa，烧结温度1320±30°C，烧结抽风负压为10kPa，烧结完成后调整冷却负压 为5kPa，冷却时间3min。所得烧结矿成品率73. 43%、转鼓强度为72. 57%、利用系数为 0. 858t/(h · m2) 〇
[0034] 实施例2 :
[0035] 以多种红土镍矿为烧结原料，经配矿后使混合料中Mg0/Si02 = 0. 5、Mg0/Al203 = 3. 2、Al203/Si02 = 0.2,再配加石灰调整混合料四元碱度为1.0,并外配焦粉配比为12%， 内配返矿25%，混勻制粒成0. 5?8mm的烧结混合料，混合料水分为34%。将混合料布 料、烧结焙烧，其中控制烧结料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温lmin，点火温度 1100±20°C，点火负压5kPa，烧结温度1320±30°C，烧结烧结抽风负压为10kPa，将烧结废 气温度达到最高点定为烧结终点，达到终点后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min。所得 烧结矿成品率80. 46%、转鼓强度为66. 52%、利用系数为1. 025tAh · m2)。
[0036] 实施例3 :
[0037] 以多种红土镍矿为烧结原料，经配矿后使混合料中Mg0/Si02 = 0. 6、Mg0/Al203 = 2. 1、Al203/Si02 = 0. 3,再配加石灰调整混合料四元碱度为0. 5,并外配焦粉配比为12%， 内配返矿25%，混勻制粒成0. 5?8mm的烧结混合料，混合料水分为34%。将混合料布 料、烧结焙烧，其中控制烧结料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温lmin，点火温度 1100±20°C，点火负压5kPa，烧结温度1300±30°C，烧结烧结抽风负压为10kPa，烧结完成 后调整冷却负压为5kPa，冷却时间3min。所得烧结矿成品率76. 54%、转鼓强度为65. 72%、 利用系数为〇. 962t/(h · m2)。
[0038] 实施例4 :
[0039] 以多种红土镍矿为烧结原料，经配矿后使混合料中Mg0/Si02 = 0. 6、Mg0/Al203 = 2. 1、A1203/Si02 = 0. 3,再配加石灰调整混合料碱度为0. 8,并外配焦粉配比为15%，内配返 矿25%，混匀制粒成0. 5?8mm的烧结混合料，混合料水分为34%。将混合料布料、烧结焙 烧，其中控制烧结料层厚度为500mm，烧结点火时间2min、保温lmin，点火温度1100±20°C， 点火负压5kPa，烧结温度1320±30°C，烧结烧结抽风负压为10kPa，烧结完成后调整冷却负 压为5kPa，冷却时间3min。所得烧结矿成品率79. 22%、转鼓强度为67. 53%、利用系数为 0. 896t/ (h · m2) 〇
[0040] 比较实施例1-4与对比例1所得到的烧结矿的成品率、转鼓强度、利用系数数 据，在单一红土镍矿烧结，调整其二元碱度0. 8,其烧结矿成品率56. 62 %、转鼓强度为 60. 31 %。而通过多种红土镍矿配矿，调整混合料Mg0/Si02、Mg0/Al203、Al 203/Si02，并配加 石灰调整混合料四元碱度之后，烧结矿的成品率及转鼓强度显著增加，烧结矿的成品率及 转鼓强度分别达到75%及65%以上。说明经过多种红土镍矿配矿，调整混合料Mg0/Si0 2、 Mg0/Al203、Al203/Si0 2至适合的范围，并配加石灰调整混合料的四元碱度，在配加适当的焦 粉下烧结能够有效提高红土镍矿烧结矿质量。
【权利要求】
1. 一种红土镍矿的烧结配矿方法，包括下述步骤： 第一步：配矿 选择组分相同、质量配比不同的多种红土镍矿进行配矿，得到红土镍矿原料，所述红土 镍矿原料中各组分质量比满足： Mg0/Si02 = 0· 2 ?0· 6， Mg0/Al203 = 2 ?5， Al203/Si02 = 0· 1 ?0· 5 ; 第二步：配制烧结混合料 按红土镍矿原料质量的10 %?15 %配加焦粉，同时，配加碱性烙剂，混匀，制成四元碱 度为0. 5?1. 4的烧结混合料。
2. 根据权利要求1所述的一种红土镍矿的烧结配矿方法，其特征在于：所述碱性熔剂 选自石灰石、生石灰中的至少一种。
3. 根据权利要求1所述的一种红土镍矿的烧结配矿方法，其特征在于：所述碱性熔剂 的配加量按烧结混合料中：（Ca0+Mg0V(Si0 2+Al203) = 0. 5?1. 4确定。
4. 根据权利要求1所述的一种红土镍矿的烧结配矿方法，其特征在于：烧结混合料的 四元碱度为〇. 8?1. 2。
5. 根据权利要求4所述的一种红土镍矿的烧结配矿方法，其特征在于：烧结混合料的 四元碱度为〇. 8?1. 0。
6. 根据权利要求1-5任意一项所述的一种红土镍矿的烧结配矿方法，其特征在于：所 述烧结混合料烧结温度为1300°C?1380°C。
【文档编号】C22B1/16GK104152676SQ201410359075
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】李光辉, 姜涛, 饶明军, 罗骏, 张元波, 范晓慧, 朱忠平, 彭志伟, 陈许玲, 郭宇峰, 黄柱成, 杨永斌, 李骞, 徐斌, 梁斌珺, 智谦, 游志雄, 刘君豪, 贾浩 申请人:中南大学