红土镍矿一步法制备含镍不锈钢原料的方法

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红土镍矿一步法制备含镍不锈钢原料的方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于有色金属冶金领域，具体地，本发明涉及红土镍矿一步法制备含镍不锈钢原料的方法。\n背景技术\n[0002] 近年来，随着我国不锈钢需求量和产能的大幅提高，对镍、铬的需求也随之增大。\n铬镍系不锈钢占世界不锈钢产量的三分之二。为保证不锈钢所固有的耐腐蚀性，钢必须含有16%以上铬、8%以上的镍。铬和镍是生产不锈钢的基本添加元素。我国每年需要生产大量的铬铁和镍铁。镍具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高、延展性好等特点，因而，其用途广泛。目前在镍的消费中，钢铁和有色金属冶炼业约占总消费量的65%～70%，尤其是在不锈钢和耐热钢中的应用比重最大。镍的主要来源分别为硫化镍矿与红土镍矿，随着镍市场需要的不断增长以及硫化镍资源的逐渐枯竭，对红土镍矿的开发与利用将具有广阔的前景。\n[0003] 红土镍矿处理工艺较多，按照冶炼工艺的特点分为火法工艺和湿法工艺。火法工艺主要适用于处理含Ni品位较高的红土镍矿，即Ni的品位在1.5%～3%之间。常见的方法主要包括回转窑干燥预还原-电炉熔炼法(RKEF)、鼓风炉熔炼法、烧结-高炉还原熔炼法、竖炉电炉工艺等，产品主要为镍铁合金和镍锍；湿法工艺主要有两种，分别是还原焙烧—氨浸工艺和硫酸加压酸浸工艺。由于红土镍矿中的Ni品位低而且主要赋存于其他矿物中，例如在褐铁型红土镍矿中，Ni赋存于针铁矿中，而在硅镁型红土镍矿中，Ni主要赋存于硅酸盐中（蛇纹石和橄榄石）。因此适宜采用火法工艺进行冶炼，而且随着不锈钢产量的日益增加，采用火法冶炼镍铁合金成为目前最主要的工艺。\n[0004] 梁威等人采用“一步还原焙烧-磁选”工艺制取镍铁合金。分别考察还原温度、还原时间、还原煤量和复合添加剂对红土镍矿焙烧还原效果的影响。研究结果表明：配煤量为20%、复合添加剂为12%、焙烧温度为1200℃、通N2保护条件下焙烧180min，原矿中的大部分氧化镍和少量氧化铁得到选择性还原。焙烧水淬急冷后常规磁选，得到Ni质量分数为\n10.74%，Fe与Ni的质量分数之比为4.5，Ni回收率为86.23%的镍铁精矿。这种方法在一定程度上能够达到从红土镍矿中高效回收镍铁的目的，但是还原时间太长，能否在工业实践中得到应用值得进一步探讨。\n[0005] 李艳军等人采用深度还原-磁选工艺，以煤粉为还原剂，添加氧化钙作助熔，在不完全造渣的条件下，将矿石中镍和铁的氧化物还原成金属镍铁，然后经磁选富集得到磁选精矿。结果表明，深度还原最佳工艺条件为：还原温度1300℃，还原时间60min，配煤过剩倍数2，在此工艺条件下可以得到镍、铁质量分数分别为5.01%，22.46%的镍铁产品，镍、铁回收率分别为96.05%，79.69%。对深度还原过程研究表明，还原物料中镍和铁以金属合金颗粒形式存在，升高还原温度及适当延长还原时间有利于镍、铁还原以及金属颗粒的聚集长大，进而有利于磁选富集。\n[0006] 张建良等人利用深还原工艺将镍和铁由其矿物还原成金属镍和铁，再通过磁选分离富集得到高品位的镍铁精矿。得到最佳的工艺条件为；内配碳量(C/O原子比)为1.3，还原时间为80min，CaO质量分数为10%，还原温度为1300℃，在此条件下可得到镍品位为\n5.17%，全铁品位为65.38%，镍和铁的回收率分别为89.29%和91.06%的镍铁精矿。\n[0007] 孙体昌等人采用添加助熔剂直接还原焙烧-磁选方法，对镍主要以硅酸镍形式存在的低品位红土镍矿进行了研究。结果表明，同时添加助熔剂，还原磁选富集的效果最好。\n最佳工艺条件为；配煤15%，添加助熔剂20%，焙烧温度1200℃，还原时间40min，得到镍品位\n10.83%、铁品位52.87%、镍回收率82.15%和铁回收率54.59%的镍铁精矿。\n[0008] 张建良等人研究了不同焙烧还原温度对镍铁合金颗粒长大聚集效果的影响，结果表明，还原温度对镍铁金属颗粒的聚集有着重要的影响作用。还原温度为1200℃时，还原后镍铁金属颗粒为5～10μm；当还原温度升高到1250℃时，金属颗粒呈现明显的长大趋势，这时的金属颗粒呈蠕虫状；温度升高到1300时，球星金属颗粒的尺寸可以达到20～\n150μm；继续升高还原温度到1350℃，镍铁合金聚集长大到3～8mm的金属球，金属球中镍和铁的品位分别为9.08%和85.21%。\n[0009] 范兴祥等人申请了一种转底炉快速还原含碳红土镍矿球团富集镍的方法专利（申请号：200610163832.0），一种转底炉快速还原含碳红土镍矿球团富集镍的方法，红土镍矿经磨破、加入一定比例的碳质还原剂和复合添加剂与红土镍矿混磨，用球蛋成型机制成球团，在200～400℃干燥4～6h，采用转底炉进行快速还原，温度控制在950～1300℃，时间\n15～40min。还原焙烧后，进行粗破，然后进行湿法球磨，球磨时间1～3h，球磨后，采用窑床进行重选，重选获得的镍精矿采用3000～5000高斯的磁选机再进行选别，得到高品位的镍精矿。本发明工艺流程短、原料适应性强、镍回收率高、环境友好，通过简单的生产工序就可以得到高品位的镍精矿。\n[0010] 汪云华等人申请了一种从红土镍矿中富集镍及联产铁红的方法专利（申请号：\n200810058082.X），一种从红土镍矿中富集镍及联产铁红的方法，红土镍矿磨破、加入碳质还原剂和添加生石灰混磨，用球蛋成型机制成球团，干燥；转底炉进行高温快速还原球团，还原后，进行破碎，湿法球磨，采用磁选机进行选别，得到含镍大于4%的初级镍铁粉；采用加压氧浸初级镍铁粉，氧浸结束后，进行过滤和洗涤，分别得到铁红和硫酸镍溶液；采用氢氧化钠沉镍，获得氢氧化镍。此工艺条件下氢氧化镍产品含镍可达到30～40%，镍直收率达到70～75%，铁红含铁62～68%，铁收率可达70～75%。本发明具有原料来源广、工序简单、生产效率高、镍回收率高成本低、资源利用率高等特点，具有重要的应用和推广价值。\n[0011] 吴道洪等人申请了红土镍矿转底炉煤基直接还原-燃气熔分炉熔分的炼铁方法专利（申请号：201110139300.4），涉及红土镍矿转底炉煤基直接还原-燃气熔分炉熔分的炼铁方法。首先将一定量的煤、红土镍矿及助熔剂混合后造球，干燥后将生球步入转底炉加热到1200～1300℃，保持30～40min，然后将600～1100℃的转底炉高温金属化球团热装罐送入用煤气做燃料的蓄热式燃气熔分炉进行熔分，燃气熔分炉温度1420～1500℃，熔分时间30分钟。除去渣子后，最终得到高镍的镍铁合金。此方法工艺简单、流程短、效率高、镍的回收率高、不需焦煤、适于处理红土镍矿。\n[0012] 张国兴等人申请了一种新型以天然气为原料用转底炉冶炼红土镍矿的方法专利（申请号：200910119247.4），一种新型以天然气为原料用转底炉冶炼红土镍矿的方法，它涉及一种用天然气作燃料，以红土镍矿为原料用转底炉与还原炉联动生产镍铁的方法。它是由主料红土镍矿、还原剂焦炭或无烟煤、熔剂石灰石组成；红土镍矿原料中镍的含量为\n0.8%-3.0%，红土镍矿还原剂和熔剂按照重量比例为100:8-15:8-15的配比；能减少工艺的流程，操作简单，易于控制，原料适应性强，能耗低、天气热热价比值高，较环保少污染、设备投资少、生产成本低、镍回收率高。\n[0013] 吴道洪等人申请了一种高效回收镍资源的红土镍矿处理方法的专利（申请号：\n201210102397.6），一种能够节约前期球团处理成本，提高镍的回收率的高效回收镍资源的红土镍矿处理方法，包括如下步骤：（1）红土镍矿分级处理：将红土镍矿进行破碎筛分，大于2mm的红土镍矿配入还原煤、助熔剂后直接布入转底炉，小于2mm的红土镍矿配入还原煤、助熔剂后用压球机压制成含碳球团，含碳球团经烘干后再布入转底炉；（2）预还原：将含碳球团布入蓄热式煤基转底炉后在炉内进行高温快速还原，还原温度为1200℃～\n1300℃，还原时间20～45min；（3）熔分：将转底炉出料产品送入熔融设备进行渣铁分离生产镍铁合金；（4）磨细选别后再熔分：将步骤（3）得到的熔分渣经过破碎处理后，进行磨矿磁选处理，磁选后的金属铁粉再返回步骤（3）的所述熔融设备进行渣铁分离，得到镍铁合金。\n[0014] 以上发明的工艺流程都具有工艺流程复杂、还原时间长、能耗较高、镍回收率低等弊端，还有待研发新的、更加优良的红土镍矿处理工艺。\n发明内容\n[0015] 针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种红土镍矿一步法制备含镍不锈钢原料的方法，具有工艺流程短、操作简单、原料适用范围广、生产效率高、镍回收率高、能耗低等特点，且在生产过程中镍珠铁颗粒较大，易于选别而得到高品位含镍不锈钢原料。\n[0016] 本发明的红土镍矿一步法制备含镍不锈钢原料的方法，包括以下步骤：\n[0017] 1）将红土镍矿进行干燥处理，温度设定为120±5℃，时间为2～2.5h；\n[0018] 2）将干燥后红土镍矿进行球磨，同时球磨还原剂煤粉；\n[0019] 3）将球磨后的红土镍矿配加生石灰、球磨后的还原剂煤粉，压制成生球团；\n[0020] 4）将压制好的生球团进行干燥，温度120±5℃，时间2～2.5h；\n[0021] 5）将干燥的生球团进行快速还原；\n[0022] 6）将还原焙烧后的球团进行水冷；\n[0023] 7）将还原后的球团进行破碎分离，破碎至3mm以下，采用重选或磁选分离方式获得含镍不锈钢原料。\n[0024] 上述步骤7）将球团破碎后，倘若珠铁长大效果较好，可以采用重选的方式，倘若聚集长大的效果较差，采用磁选分离，磁场强度<200高斯。\n[0025] 根据本发明的制备含镍不锈钢原料的方法，步骤3）所述石灰石的添加量为使SiO2-MgO-CaO三元渣系中CaO量为15%；步骤3）所述煤粉的添加量为使混合料中C/O为\n0.62～0.75。\n[0026] 优选地，步骤3）将混合后的料利用对辊式高压压球机压制成球团，球团为椭圆形，尺寸为15×25×30mm。\n[0027] 根据本发明的制备含镍不锈钢原料的方法，优选地，步骤5）所述还原温度为\n1340～1400℃，时间为30～35min。\n[0028] 优选地，本发明的步骤5）使用转底炉进行还原，炉底铺设的耐火材料选用三氧化二铝或石墨。\n[0029] 本发明通过特有还原设备，提高还原温度，极大缩短了球团还原时间，提高了镍的回收率。同时针对低品位红土镍矿制定的配料、压球方法扩大了原料的适用范围。\n[0030] 本发明的红土镍矿一步法制备含镍不锈钢原料具有如下有益效果：\n[0031] 1、本发明原料适用范围广泛，可有效处理低品位红土镍矿；\n[0032] 2、本发明所用还原剂与熔剂分别为煤粉与石灰石，来源广泛，价格低廉，降低生产成本；\n[0033] 3、本发明省去熔分环节，还原焙烧后直接进行选别，缩短了生产流程、简化了生产工艺；\n[0034] 4、本发明采用石墨作为耐材，使得渣与耐材易于分离，解决了渣与耐材粘接难分离的问题；\n[0035] 5、本发明得到的镍珠铁颗粒较大，尺寸达到毫米甚至厘米级，易于选别，且镍回收率高达98.98%。\n附图说明\n[0036] 图1是本发明的红土镍矿一步法制备含镍不锈钢原料的工艺流程。\n具体实施方式\n[0037] 实施例1\n[0038] 将含镍1.814%，全铁含量17.87%的红土镍矿120±5℃，干燥2～2.5h，除去其自由水。将干燥后红土镍矿以及煤粉分别使用球磨机球磨至<74μm的比例达到80%以上，按照红土镍矿100份，添加的煤粉量保证C/O比为0.75，石灰的添加量保证SiO2-MgO-CaO三元渣系中CaO量为15%的原则进行混料，利用对辊式高压压球机压制成尺寸为15×25×30mm的球团，生球烘干（120±5℃，干燥2～2.5h）后布入转底炉进行快速还原，还原温度为\n1400℃，时间为30min，以三氧化二铝为耐材。还原后对球团进行水冷以及破碎分离，破碎至\n3mm以下，针对珠铁长大效果较好的，可以采用重选的方式，对聚集长大效果较差的，采用磁选分离，磁场强度<200高斯，便可以得到含镍不锈钢原料。此工艺条件下达到的技术经济指标：合金中镍含量达到12.63%，铁含量为81.10%，镍回收率达到96.21%。\n[0039] 实施例2\n[0040] 将含镍1.814%，全铁含量17.87%的红土镍矿120±5℃，干燥2～2.5h，除去其自由水。将干燥后红土镍矿以及煤粉分别使用球磨机球磨至<74μm的比例达到80%以上，按照红土镍矿100份，添加的煤粉量保证C/O比为0.69，石灰的添加量保证SiO2-MgO-CaO三元渣系中CaO量为15%的原则进行混料，利用对辊式高压压球机压制成尺寸为15×25×30mm的球团，生球烘干（120±5℃，干燥2～2.5h）后布入转底炉进行快速还原，还原温度为\n1340℃，时间为35min，以三氧化二铝为耐材。还原后对球团进行水冷以及破碎分离，破碎至\n3mm以下，针对珠铁长大效果较好的，可以采用重选的方式，对聚集长大效果较差的，采用磁选分离，磁场强度<200高斯，便可以得到含镍不锈钢原料。此工艺条件下达到的技术经济指标：合金中镍含量达到11.54%，铁含量为84.69%，镍回收率达到98.60%。\n[0041] 实施例3\n[0042] 将含镍1.814%，全铁含量17.87%的红土镍矿120±5℃，干燥2～2.5h，除去其自由水。将干燥后红土镍矿以及煤粉分别使用球磨机球磨至<74μm的比例达到80%以上，按照红土镍矿100份，添加的煤粉量保证C/O比为0.62，石灰的添加量保证SiO2-MgO-CaO三元渣系中CaO量为15%的原则进行混料，利用对辊式高压压球机压制成尺寸为15×25×30mm的球团，生球烘干（120±5℃，干燥2～2.5h）后布入转底炉进行快速还原，还原温度为\n1400℃，时间为30min，以石墨为耐材。还原后对球团进行水冷以及破碎分离，且渣与石墨很容易就分离开来，破碎至3mm以下，针对珠铁长大效果较好的，可以采用重选的方式，对聚集长大效果较差的，采用磁选分离，磁场强度<200高斯，便可以得到含镍不锈钢原料。此工艺条件下达到的技术经济指标：合金中镍含量达到11.49%，铁含量为77.45%，镍回收率达到98.98%。\n[0043] 当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。