用红土镍矿低温冶炼生产镍铁合金的方法技术

一种用红土镍矿低温冶炼生产镍铁合金的方法，属于有色金属冶金制备领域。工艺流程是：将红土镍矿与碳质还原剂成型后对成型原料进行干燥、预热与脱除结晶水，再进行预还原、深度还原和镍铁合金晶粒长大，冷却后通过磁选方式实现镍铁合金和炉渣分离。优点在于，与现有技术相比具有反应温度低、能耗低、容易得到高品质镍铁合金颗粒、制备过程简单、生产成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于有色金属冶金制备
，特别涉及一种。
技术介绍
镍是一种重要的战略金属材料，具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高、延展性好等特点，在现代工业中有着广泛的用途。镍主要消费用于不锈钢生产，不锈钢用镍需求约占全球镍消费总量的66%。目前，已探明陆地上的镍金属工业储量约为8千万吨，其中硫化镍矿约占20%，红土镍矿约占75%，而硅酸镍矿占5 %。传统镍冶金是使用硫化镍矿进行冶炼，但是受到资源的限制。从长远来看，红土矿将是未来镍的主要来源，因此资源更广泛的红土镍矿得到了开 发。目前投入工业化生产的红土矿冶炼技术包括高炉法和矿热炉冶炼法。高炉法采用焦炭冶炼，对于含铁低的红土矿，吨镍铁合金焦比超过2吨，经济性差；矿热炉法通过点冶金，I吨镍铁合金达到6000度左右，同时还消耗I吨左右的碳质还原剂或燃料。从目前的行情来说，矿热炉冶炼也不具备多少经济性。高炉法或电炉法冶炼红土矿均采用高温(1500 1700°C左右)来分离渣铁，而红土矿中炉渣的质量远远大于镍铁合金的质量，导致冶炼有效热量不高，因此表现的是高炉和矿热炉冶炼红土矿的能耗高，所需冶炼成本高，对企业来说，经济性差，对国家来说，碳排放大。除了这两种成熟的火法冶炼红土矿工艺外，日本在上世纪尝试开发用回转窑法直接冶炼红土矿生产液态镍铁合金技术(称为大江山法)，将回转窑内的窑头温度控制在1350°C 1450°C，促使还原后的镍铁合金以及炉渣成为液态，再冷却并回收镍铁合金和炉渣。这种工艺对回转窑装备要求很高，同时很容易结瘤，工艺难以长期顺行，同时一吨镍铁合金需要3 5吨煤粉，其经济性与矿热炉或高炉法相当，但由于冶炼难度大于高炉和矿热炉，这种回转窑冶炼红土矿技术没有得到发展。本世纪中国研究红土矿的积极性较高，其发展思路是将非高炉炼铁工艺用于红土矿的冶炼，主要分为3类工艺( I)转底炉生产红土矿工艺想法转底炉主要用于钢铁行业含锌粉尘的处理，冶炼温度1250 1350°C，冶炼废气温度达到1100°c，其主要目的是得到富锌料，另外得到低金属化率的金属化球团，但是这种工艺能量效率很低，将含碳球团直接从常温进入高温，容易爆裂导致粉尘量大。中国产生利用转底炉生产红土矿的想法，包括授权专利ZL200610163832. O、申请专利200610031071. 3等，但是红土矿的理化性能与钢厂粉尘差距很大，最为重要的差距来自红土矿含有大量结晶水，约10 15%，含如此多的结晶水的含碳球团突然进入高温去，会大量爆裂，使生产难以延续，另外，转底炉的热效率非常低(高温废气带走了大部分热量)，对于冶炼红土矿，其能耗将会很高，经济性较差。(2)回转窑生产红土矿工艺想法回转窑用于海绵铁的生产，其产品为海绵铁，采用富矿冶炼，冶炼温度低于1100°C。中国将这种思想用于红土矿还原，大致分为两类，一类采用固体还原，再通过磁选方式得到含镍的铁精矿粉，这是一种中间原料，不能直接用作不锈钢冶炼的原料；另一类是熔化法，通过提高还原温度(遵照日本的做法)或通过低熔点添加剂降低炉渣熔点来促进渣铁分离，得到镍铁合金，这种做法与日本大江山法相类似，其能耗也与日本大江山法类似，解决不了回转窑结瘤和经济性低的难题，在高镍价时代，有一定赢利空间，但在低镍价时期，将会失去经济性。(3)隧道窑生产红土矿工艺想法中国还有将隧道窑生产海绵铁的工艺移植到红土矿的还原，一类想通过罐装方式生产镍铁(授权号为CN100424191C的专利技术专利)，这类工艺能耗极高，原因是采用优质矿生产海绵铁，I吨海绵铁的能耗达到1200公斤煤耗，而红土矿中的铁只有10 30%左右，用·此方法冶炼，即时能够得到镍铁，I吨镍铁合金的煤耗将超过5000公斤，没有经济性。实际上采用传统罐装隧道窑，窑内温度最高只有1180°C，而罐内的温度低于1150°C，即时还原后得到的镍与铁粉，也是极其细微的，通过后续磁选也是选不出来的。因此，申请号为200910136198. 5的申请专利，提出将罐取消，直接将物料堆放在台车上，然后再推入隧道窑内，同时在物料中配加添加剂，便于铁与炉渣分离，关键的是将反应温度提高到1250°C 1400°C，理论上还原是可以的，但是本工艺需要的煤耗太高，从其实施例来看，I吨红土矿配加16%的煤，同时铺焦粉煤量达到20%，相当于I吨红土矿配煤30%，红土矿中铁、镍含量只有10%，相当于I吨镍铁合金需要还原煤3吨，同时在隧道窑内还需加热用煤(煤气)，以1250°C 1400°C，I吨矿要消耗400公斤煤，相当于I吨镍铁需要4吨煤，因此，冶炼I吨镍铁合金需要煤7吨，属于典型的高能耗工艺，没有多少经济性而言。从上面分析可见，目前能够冶炼红土矿的工艺也就是高炉法和矿热炉法。虽然有人尝试各种非高炉方式冶炼红土矿，但是有其共性问题，当还原温度较低时，渣铁难以分离，要分离，就必须采用高温还原，而目前使用于非高炉炼铁方面的转底炉、回转窑和隧道窑根本不是处理红土矿高温还原的专有设备，转底炉，高温废气温度高，导致热效率低，同时对于红土矿，还将因为含结晶水的球团突然高温区发生爆裂产生大量粉尘导致工艺顺行困难；回转窑适合较低温度还原，将其温度提高至高温，红土矿渣量熔点低，就会结圈，结瘤，且侵蚀炉衬，工艺顺行困难；隧道窑也是海绵铁的专有设备，将其放到高温态，问题与转底炉是相似的(拉直的转底炉)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，实现了红土矿的低成本、低能耗冶炼。本专利技术的工艺流程是将红土镍矿粉与碳质还原剂成型(压球或造块)后对成型原料进行干燥、预热与脱除结晶水，再进行预还原、深度还原和镍铁合金晶粒长大，冷却后通过磁选方式实现镍铁合金和炉渣分离。红土镍矿粉与碳质还原剂成型是采用无粘结剂成型，即利用红土镍矿自身的粘结性成型，成型为球团或块状，将含水量为10 20重量％的红土镍矿粉与碳质还原剂粉(约40目)按照碳氧(碳氧比为专业术语，即碳质还原剂中的固定碳与红土镍矿中需要脱除的理论氧的摩尔比值)比0. 9:1 I. 2:1比例混合，通过压球机成型；干燥、预热与脱除结晶水、预还原、深度还原和镍铁合金晶粒长大等工序在一个连续的反应装置内进行，分为4个阶段，I)干燥和预热，在干燥和预热阶段停留30 60min，将成型后的球团脱除物理水，并加热到500 700°C水平，热量来源于脱结晶水阶段的高温气体余热；2)脱除结晶水，在脱除结晶水阶段停留时间20 40min，利用预还原阶段的高温废气将预热后的球团加热到800 1000°C，结晶水脱除95%以上；3)预还原阶段，在预还原阶段将脱除结晶水的球团预还原，预还原温度1000 1150°C，还原时间20min 40min，还原率达到70%以上水平，加热煤气分为两部分，一部分 煤气来自还原后期的不充分燃烧煤气，一部分为补充煤气；4)深度还原和镍铁晶粒长大，在深度还原和镍铁晶粒长大阶段温度1150°C 1300°C,时间20min 40min,镍铁合金的晶粒长大到Imm以上,深度还原及低温晶粒长大必须要在缺氧气氛下进行，保证煤气中(CCHH2) / (C0+H2+H20+C02) >50% ;最后将晶粒长大后的产品冷却，送入破碎设备将产品平均粒度破碎到40目，然后送入磁选机进行磁选，得到镍铁合金颗粒。本专利技术所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用红土镍矿低温冶炼生产镍铁合金的方法，其特征在于，工艺以及在工艺中控制的技术参数为：红土镍矿粉与碳质还原剂粉成型是采用无粘结剂成型，成型为球团或块状，将含水量为10～20重量%的红土镍矿粉与碳质还原剂粉按照碳氧比0.9:1～1.2:1比例混合，通过压球机成型；干燥、预热与脱除结晶水、预还原、深度还原和镍铁合金晶粒长大工序，在一个连续的反应装置内进行，分为4个阶段，1）干燥和预热，在干燥和预热阶段停留30～60min，将成型后的球团脱除物理水，并加热到500～700℃水平，热量来源于脱结晶水阶段的高温气体余热；2）脱除结晶水，在脱除结晶水阶段停留时间20～40min，利用预还原阶段的高温废气将预热后的球团加热到800～1000℃，结晶水脱除95％以上；3）预还原阶段，在预还原阶段将脱除结晶水的球团预还原，预还原温度1000～1150℃，还原时间20min～40min，还原率达到70％以上水平，加热煤气分为两部分，一部分煤气来自还原后期的不充分燃烧煤气，一部分为补充煤气；4）深度还原和镍铁晶粒长大，在深度还原和镍铁晶粒长大阶段温度1150℃～1300℃，时间20min～40min，镍铁合金的晶粒长大到1mm以上，深度还原及低温晶粒长大必须要在缺氧气氛下进行，保证煤气中(CO+H2)/(CO+H2+H2O+CO2)>50%；最后将晶粒长大后的产品冷却，送入破碎设备将产品平均粒度破碎到40目，然后送入磁选机进行磁选，得到镍铁合金颗粒。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵沛，郭培民，庞建明，
申请(专利权)人：中国钢研科技集团有限公司，新冶高科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：