【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿物加工及冶金，具体涉及一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法。
技术介绍
1、镍是一种重要的战略金属，广泛应用于不锈钢制造、电池材料、电镀、催化剂等领域。随着硫化镍矿资源的日渐枯竭，人们把目光投放到储量更为巨大的氧化镍矿上面，近年来红土镍矿在冶炼中的使用占比已经高达70％。目前，蛇纹石型红土镍矿在火法工艺中得到了很好的应用。但褐铁型红土镍矿堆存，该矿含ni 0.8％～1.3％，含fe 40％～50％，是一种镍铁共伴生资源。因此，褐铁型红土镍矿的高效利用开发对我国镍、铁金属战略安全具有重要的意义。
2、专利cn102345019a公开了一种处理褐铁型红土镍矿的方法，将红土镍矿粉碎成细粉后进行拌酸熟化焙烧，熟化焙烧原料进行水浸提镍；水浸渣配入3～20％煤粉再进行磁化焙烧、磨矿、磁选，获得tfe 63％的铁精粉，有效实现了镍、铁的分离与综合回收。
3、专利cn112322909a公开了一种用硫酸浸出法提取红土镍矿有价金属元素及酸、碱再生循环的方法，该方法先将红土镍矿矿粉与硫酸混合制浆后高压选择性浸出，浸出浆进行浓密分离，底流作为铁精矿，溢流液加入ph调整剂进行沉淀反应，过滤得到镍钴富集物，过滤液经蒸发浓缩形成硫酸镁晶体。
4、总体而言，高压酸浸工艺是目前处理褐铁型红土镍矿的主流工艺，但存在工艺流程长、生产成本高、高压反应釜易发生腐蚀和结垢等问题，尤其是浸出渣难以处置。因此，亟待研发一种创新工艺能够从根本上避免酸浸工艺所带来的问题，实现低品位褐铁型红土镍矿的高效开发
技术实现思路
1、针对现有酸浸工艺生产成本高、尾渣处理困难、设备腐蚀严重等问题，本专利技术提供一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，通过多级流态化脱水焙烧，然后进行流态化选择性还原，精确控制铁、镍氧化物的还原程度，将褐铁矿还原为氧化亚铁、氧化亚铁还原为金属化率≤10的金属铁、氧化镍还原为金属化率≥95％的金属镍；最后通过添加石英砂调整渣系的硅铁比，即sio2/feo的摩尔比为(0.45～0.60)：1进行电炉熔炼，获得高品位镍铁合金和硅酸铁炉渣，实现低品位褐铁型红土镍矿中的镍的高效分离与回收。
2、本专利技术的褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，具体包括以下步骤：
3、(1)将褐铁型红土镍矿细碎至粒度≤1.5mm后给入料仓，其中粒度小于0.074mm的部分占总质量的25～40％；
4、(2)红土镍矿经料仓放出后由螺旋给料机连续给入多级旋风预热脱水系统，经高温烟气预热脱去吸附水后给入流态化焙烧主炉加热系统进行脱水焙烧，使红土镍矿中的针铁矿全部分解为赤铁矿，分解后形成脱水物料；
5、(3)脱水物料经一次气固分离后形成一次固体物料，进入流态化还原反应器与还原气体进行流态化选择性还原焙烧，使一次固体物料中的氧化镍还原为金属镍，赤铁矿选择性还原为氧化亚铁和少量金属铁，选择性还原焙烧后形成还原物料；
6、(4)还原物料经二次气固分离后形成二次固体物料，二次固体物料与石英砂熔剂混合调整硅铁比后进入电炉熔炼，使二次固体物料中的氧化亚铁与石英砂融合形成硅酸铁，金属铁与金属镍融合形成镍铁水，熔炼后分别由炉渣出料口和镍铁水出料口放出，冷却后形成硅酸铁炉渣和镍铁合金。
7、其中：
8、所述步骤(1)中，褐铁型红土镍矿的ni品位0.7～1.3％，按重量百分比含tfe 40～50％，sio2 3～5％，al2o3 4～6％，cao 4～6％，mgo 0.5～5％，含水≤15％。
9、所述步骤(2)中，多级旋风预热系统的预热温度为450～650℃，进入多级旋风预热系统的气体体积流量与红土镍矿的质量流量的比例为0.10～0.30m3/kg，流态化焙烧主炉加热系统的焙烧温度为800～1000℃。
10、所述步骤(2)中，红土镍矿预热过程中脱去吸附水，脱水焙烧过程中针铁矿分解为赤铁矿的主要反应式为：
11、h2o(l)＝h2o(g) (1)
12、2feo(oh)＝fe2o3+h2o (2)。
13、所述步骤(3)中，脱水物料经一次气固分离后的高温烟气给入多级旋风预热脱水系统，对红土镍矿进行预热。
14、所述步骤(3)中，还原气体由煤制气或天然气裂解产生h2及co与氮气混合制成。
15、所述步骤(3)中，一次固体物料在还原反应器进行还原反应时的温度为600～700℃，一次固体物料在还原反应器内的停留时间为30～60min，进入还原反应器的还原气体中的h2及co的总量与一次固体物料中fe2o3的摩尔比为1:(1.0～1.5)，进入还原反应器的还原气体的体积流量与一次固体物料的质量流量的比例为0.06～0.40m3/kg。
16、所述步骤(3)中，还原物料中镍的金属化率≥95％，铁的金属化率≤10％。
17、所述步骤(3)中，选择性还原焙烧过程中氧化镍还原为金属镍，赤铁矿选择性还原为氧化亚铁和少量金属铁的主要反应式为：
18、nio+co/h2＝ni+co2/h2o (3)
19、fe2o3+co/h2＝2feo+co2/h2o (4)
20、feo+co/h2＝fe+co2/h2o (5)。
21、所述步骤(4)中，还原物料经二次气固分离后的过剩还原气体给入流态化焙烧主炉加热系统，作为燃料燃烧。
22、所述步骤(4)中，调整硅铁比具体为调整二次固体物料中sio2/feo的摩尔比至(0.45～0.60)：1，石英砂熔剂的添加量为红土镍矿总重量的15～30％。
23、所述步骤(4)中，电炉熔炼过程中氧化亚铁与石英砂融合形成硅酸铁，金属铁与金属镍融合形成镍铁水的主要反应式为：
24、2feo+sio2＝fe2sio4 (6)
25、fe+ni＝feni (7)。
26、所述步骤(4)中，二次固体物料在电炉中的熔炼温度为1500～1550℃，熔炼时间为30～90min。
27、所述步骤(4)中，镍铁合金按质量百分比计，含ni 10～35％，tfe 60～85％；其中ni回收率≥95％，fe回收率5～10％。
28、本专利技术的基本原理是，褐铁型红土镍矿在450～650℃温度下经多级旋风脱水及800～1000℃温度下流态化焙烧加热脱水分解，使红土镍矿中的吸附水及结构水脱除，针铁矿feo(oh)转变为赤铁矿fe2o3；由于氧化镍比氧化铁更容易发生还原反应，通过控制还原条件，将得到的赤铁矿fe2o3在流化状态下选择性还原为feo，少量feo发生过还原生成金属化率≤10％的金属铁fe，其中氧化镍nio在600～700℃的温度下还原为金属化率≥95％的金属ni；还原物料中的金属镍ni与金属铁fe在1500～1550℃温度下的电炉熔炼过程中融合形成高品位镍铁合金，并通过镍铁水排本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，褐铁型红土镍矿的Ni品位0.7～1.3％，按重量百分比含TFe 40～50％，SiO2 3～5％，Al2O3 4～6％，CaO 4～6％，MgO 0.5～5％，含水≤15％。
3.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，多级旋风预热系统的预热温度为450～650℃，进入多级旋风预热系统的气体体积流量与红土镍矿的质量流量的比例为0.10～0.30m3/kg，流态化焙烧主炉加热系统的焙烧温度为800～1000℃。
4.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，脱水物料经一次气固分离后的高温烟气给入多级旋风预热干燥系统，对红土镍矿进行预热。
5.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还
6.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，一次固体物料在还原反应器进行还原反应时的温度为600～700℃，一次固体物料在还原反应器内的停留时间为30～60min；进入还原反应器的还原气体中的H2及CO的总量与一次固体物料中Fe2O3的摩尔比为1:(1.0～1.5)，进入还原反应器的还原气体的体积流量与一次固体物料的质量流量的比例为0.06～0.40m3/kg。
7.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，还原物料中镍的金属化率≥95％，铁的金属化率≤10％。
8.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，还原物料经二次气固分离后的过剩还原气体给入流态化焙烧主炉加热系统，作为燃料燃烧。
9.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，调整硅铁比具体为调整二次固体物料中SiO2/FeO的摩尔比至(0.45～0.60)：1，石英砂熔剂的添加量为红土镍矿总重量的15～30％；二次固体物料在电炉中的熔炼温度为1500～1550℃，熔炼时间为30～90min。
10.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，镍铁合金按质量百分比计，含Ni 10～35％，TFe 60～85％；其中Ni回收率≥95％，Fe回收率5～10％。
...【技术特征摘要】
1.一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，褐铁型红土镍矿的ni品位0.7～1.3％，按重量百分比含tfe 40～50％，sio2 3～5％，al2o3 4～6％，cao 4～6％，mgo 0.5～5％，含水≤15％。
3.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，多级旋风预热系统的预热温度为450～650℃，进入多级旋风预热系统的气体体积流量与红土镍矿的质量流量的比例为0.10～0.30m3/kg，流态化焙烧主炉加热系统的焙烧温度为800～1000℃。
4.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，脱水物料经一次气固分离后的高温烟气给入多级旋风预热干燥系统，对红土镍矿进行预热。
5.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，还原气体由煤制气或天然气裂解产生h2及co与氮气混合制成。
6.根据权利要求1所述的一种褐铁型红土镍矿流态化预热预还原-电炉熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，一次固体物料在还原反应器进行还原...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩跃新，余建文，李佩昱，李艳军，高鹏，靳建平，孙永升，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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