專利名稱：一種紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法
技術領域：
本發明涉及金屬冶煉技術領域，更具體地，本發明涉及一種紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法。
背景技術：
鎳具有抗氧化、抗腐蝕、耐高溫、強度高、延展性好等特點，其用途十分廣泛，尤其在鋼鐵和有色金屬冶煉業中的消費比重最大，其次應用在輕工行業、機械制造、化工、石油和電力等行業，而高新技術領域對鎳的需求也很旺盛。世界陸基鎳的儲量約為417億噸，39. 14%以硫化礦的形式存在，而世界上約70%的鎳是從硫化礦中提取，賦存在氧化礦床中的鎳占鎳儲量的60. 16%。隨著可經濟利用的硫化鎳礦和高品位紅土鎳礦資源的日益枯竭，大量存在的低品位紅土鎳礦的經濟開發成了·當今鎳冶金的研究熱點。然而，目前的紅土鎳礦主要采用回轉焙燒窯的方法來冶煉鎳鐵，該方法和設備處理能力較低，而且能耗大，不利于環保，因此仍有待改進。
發明內容
本發明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一或至少提供一種有用的商業選擇。為此，本發明的一個目的在于提出一種實施簡單、能耗低且可行性強的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法。根據本發明實施例的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，包括以下步驟a)將所述紅土型鎳礦與還原劑混合，得到混合物料；b)將所述混合物料進行熔池熔煉，得到鎳鐵產物和廢渣。根據本發明實施例的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法,通過熔池熔煉的方法對紅土型鎳礦進行熔煉得到鎳鐵，該方法實施簡單，可操作性強，并且大大降低了鎳鐵熔煉的能耗，有利于環保，可以在電力缺乏的地區開展紅土礦冶煉工作，而且煤可以提供整個生產過程的能源，生產過程中高溫煙氣經過脫塵后可利用余熱發電技術進行熱能回收利用，達到有效降低整個冶煉過程能耗的效果。另外，根據本發明上述實施例的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，還可以具有如下附加的技術特征根據本發明的一個實施例，步驟a)包括以下步驟a_l)提供紅土型鎳礦，并干燥所述紅土型鎳礦得到干燥的紅土型鎳礦；a_2)將干燥的紅土型鎳礦與所述還原劑混合，得到所述混合物料。根據本發明的一個實施例，在所述混合物料中含有60 80重量份的所述紅土型鎳礦和5 20重量份的所述還原劑。根據本發明的一個實施例，所述還原劑為選自無煙煤、煙煤和焦炭中的一種或多種。根據本發明的一個實施例，所述步驟a)中還添加有5 20重量份的造渣劑以得到所述混合物料。根據本發明的一個實施例，所述造渣劑為選自石灰石、石灰、白云石、碳酸鈉、硫酸納、石骨和硫Ifef丐中的一種或多種。根據本發明的一個實施例,所述熔池熔煉為頂吹熔池熔煉、側吹熔池熔煉或底吹熔池熔煉。根據本發明的一個實施例，還包括以下步驟c)將所述廢渣進行資源化利用以得到礦物棉和/或人工砂石。根據本發明的一個實施例，所述熔池熔煉溫度為1400 1600°C。 根據本發明的一個實施例，所述紅土型鎳礦通過干燥窯進行干燥。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I是根據本發明實施例的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法的流程示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。首先，參考圖I描述本發明所涉及的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法的流程。
具體的，本發明所涉及的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法包括以下步驟a)將所述紅土型鎳礦與還原劑混合，得到混合物料；b)將所述混合物料進行熔池熔煉，得到鎳鐵產物和廢渣。由此，根據本發明實施例的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，通過熔池熔煉的方法實現了紅土型鎳礦熔煉得到鎳鐵的過程，該方法實施簡單，可操作性強，并且大大降低了鎳鐵熔煉的能耗，有利于環保，可以在電力缺乏的地區開展紅土礦冶煉工作，而且煤可以提供整個生產過程的能源，生產過程中高溫煙氣經過脫塵后可利用余熱發電技術進行熱能回收利用，達到有效降低整個冶煉過程能耗的效果。關于步驟a)，需要理解的是，所述紅土型鎳礦與還原劑混合得到混合物料的方法沒有特殊限制，考慮到紅土型鎳礦中可能存在較多水分會影響熔池熔煉的正常進行，可以對所述紅土型鎳礦進行干燥得到干燥的紅土型鎳礦后再進行混合。所述紅土型鎳礦的干燥設備也沒有特殊限制，只要能起到干燥紅土型鎳礦的效果即可，優選地，所述紅土型鎳礦通過干燥窯進行干燥。其具體操作可以為提供紅土型鎳礦，并干燥所述紅土型鎳礦得到干燥的紅土型鎳礦；將干燥的紅土型鎳礦與所述還原劑混合，得到所述混合物料。
關于熔池熔煉的方法，需要理解的是，所述熔池熔煉的方法沒有特殊限制，根據不同的熔煉設備可以選擇不同的熔煉方法。優選地，所述熔煉方法可以包括頂吹熔池熔煉、側吹熔池熔煉或底吹熔池熔煉。 根據本發明實施例的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法,所述混合物料中含有60 80重量份的所述紅土型鎳礦,5 20重量份的所述還原劑。關于還原劑的選擇，需要理解的是，所述還原劑具有還原性，并可作為燃料使用，以通過燃燒達到熔池熔煉的溫度，考慮到成本問題，優選地，所述還原劑可以是選自無煙煤、煙煤和焦炭中的一種或多種。鎳在紅土礦中是以復雜硅酸鹽形式存在，如綠泥石、鎳滑石、蛇紋石類礦物。各類礦物都經過分解生成簡單硅酸鹽，簡單硅酸鹽直接與還原劑反應或在造渣劑作用下生成NiO后再與還原劑反應。
( I)綠泥石類礦物分解生成簡單硅酸鹽的機理為(a) Ni3Si2O5(OH)4 — Ni3Si207+2H20(b) 2Ni3Si207 — 3Ni2Si04+Si02(2)鎳滑石分解生成簡單硅酸鹽的機理為(a) (Ni, Mg) 3Si4010 (OH) 2 ^ 3 (Ni, Mg) Si03+Si02+H20(b) 2 (Ni, Mg) SiO3 ^ (Ni, Mg) 2Si04+Si02簡單硅酸鹽與還原劑直接還原機理為 (Ni, Mg) 2Si04+C — Ni+C02+Mg2Si04Ni2SiOJP (Ni，Mg)講04在造渣劑(造渣劑中參與反應的主要成分為造渣劑經過分解后產生的A0，其中，所述AO為CaO、MgO或Na2O, AO的分解機理見造渣劑在熔煉過程中的反應)作用下置換反應生成NiO的反應機理為(Ni, Mg) 2Si04+A0 — NiO+ (A, Mg) 2Si04Ni2Si04+A0 — ASi04+Ni0置換出的NiO為溶解態用[NiO]表示,其還原機理為[Ni0]+C — Ni+C02考慮到紅土礦中鐵可能以針鐵礦、赤鐵礦、復雜硅酸鹽如蛇紋石、葉蠟石等多種礦物形式存在，因此，不同賦存狀態的鐵，其還原機理有所不同，還原劑在還原過程中的主要反應也不相同。(I)針鐵礦形式存在的鐵，其熔融還原機理為(a)針鐵礦高溫脫水分解FeOOH — Fe203+H20(b)熔融還原Fe203+C+02 — Fe+C02( 2 )赤鐵礦熔融還原機理為Fe203+C+02 — Fe+C02(3)葉蠟石中鐵熔融還原機理為(a)葉蠟石高溫分解Fe2Si4O10 (OH) 2 — Fe203+Si02+H20
(b)熔融還原Fe203+C+02 — Fe+C02由此，可以制得由Ni、Fe等混合而成的鎳鐵產物，其中，所述鎳鐵產物中Ni的質量百分比為10 30%，Fe的質量百分比為70 90%，所述鎳鐵產物中還含有質量百分比為0. 01 0. 1%的S及質量百分比為0. I 5%的C。考慮到鎳鐵熔煉的反應溫度，為了保證熔煉反應的正常進行，優選地，所述熔池熔煉的反應溫度為1400 1600°C。由于所述熔池熔煉的反應溫度為1400 1600°C，在該溫度下反應得到的鎳鐵產物排出溫度約為1300 1500°C，廢渣的排出溫度約為1350 1550°C。考慮到溫度較高的廢渣排出處理過程困難且成本較高，因此，可在所述混合物料進行熔池熔煉之前混合適量造渣劑以降低廢渣排出溫度。優選地，可在所述混合物料中混入5 20重量份的造渣劑。 需要理解的是，關于所述造渣劑的選擇沒有特殊限制，只要能結合干紅土型鎳礦熔體中的SiO2,降低干紅土型鎳礦的熔點即可。優選地，所述造渣劑為選自石灰石、石灰、白云石、碳酸鈉、硫酸鈉、石膏和硫酸鈣中的一種或多種。石灰石在熔池熔煉過程中的主要反應為CaCO3 — Ca0+C02CaCHSiO2 — CaSiO3白云石在熔池熔煉過程中的主要反應為CaMgCO3 — Ca0+Mg0+C02CaCHSiO2 — CaSiO3MgCHSiO2 — MgSiO3碳酸鈉在熔池熔煉過程中的主要反應為Na2CO3 — Na2CHCO2Na2CHSiO2 — Na2SiO3硫酸鈉在熔池熔煉過程中的主要反應為Na2SO4 — Na20+S02+02Na2CHSiO2 — Na2SiO3硫酸鈣在熔池熔煉過程中的主要反應為CaSO4 — Ca0+S02+02CaCHSiO2 — CaSiO3在有還原劑情況下，硫酸鈣分解機理為2CaS04+C — 2Ca0+2S02+C02由此，在加入造渣劑后，廢渣的排出溫度可以降低為1350 1450°C，降低了廢渣排出處理的難度，降低了成本。考慮到熔池熔煉過程中產生大量的副產物，為了更好的起到環保作用，可以對副產物，如廢渣，進行資源化利用。優選地，可以將所述廢渣進行資源化利用獲得礦物棉和/或人工砂石。下面結合具體實施例描述根據本發明的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法。
實施例I提供紅土型鎳礦，加入干燥窯進行干燥得到干燥的紅土型鎳礦，將干燥的紅土型鎳礦、無煙煤和石灰石以質量比為7 1 2的比例混合，得到混合物料，將混合物料加入到頂吹熔爐中，在1500°C下進行頂吹熔池熔煉，得到鎳鐵產物和廢渣，其中，所述鎳鐵產物中含有Ni 17%, Fe 80%, S 0. 02%, P :0. 002%, C 2% (質量百分比)。將廢渣進行資源化利用獲得礦物棉和/或人工砂石。實施例2提供紅土型鎳礦，加入干燥窯進行干燥得到干燥的紅土型鎳礦，將干燥的紅土型鎳礦、煙煤和石膏以質量比為8 1 1的比例混合，得到混合物料，將混合物料加入到側吹熔爐中，在1400°C下進行側吹熔池熔煉，得到鎳鐵產物和廢渣，其中，所述鎳鐵產物中含有Ni 15%, Fe 82%, S :0. 02%, P :0. 002%, C 2% (質量百分比)。將廢渣進行資源化利用獲得礦物棉和/或人工砂石。 實施例3提供紅土型鎳礦，加入干燥窯進行干燥得到干燥的紅土型鎳礦，將干燥的紅土型鎳礦、焦炭和硫酸鈣以質量比為15 2 3的比例混合，得到混合物料，將混合物料加入到底吹熔爐中，在1600°C下進行底吹熔池熔煉，得到鎳鐵產物和廢渣，其中，所述鎳鐵產物中含有Ni 16%, Fe 81%, S 0. 02%,P :0. 002%, C 2% (質量百分比)。將廢渣進行資源化利用獲得礦物棉和/或人工砂石。在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，其特征在于，包括以下步驟 a)將所述紅土型鎳礦與還原劑混合，得到混合物料； b)將所述混合物料進行熔池熔煉，得到鎳鐵產物和廢渣。
2.根據權利要求I所述的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，其特征在于，步驟a)包括以下步驟 a_l)提供紅土型鎳礦，并干燥所述紅土型鎳礦得到干燥的紅土型鎳礦； a-2)將干燥的紅土型鎳礦與所述還原劑混合，得到所述混合物料。
3.根據權利要求I所述的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，其特征在于，在所述混合物料中含有60 80重量份的所述紅土型鎳礦和5 20重量份的所述還原劑。
4.根據權利要求I所述的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，其特征在于，所述還原劑為選自無煙煤、煙煤和焦炭中的一種或多種。
5.根據權利要求I所述的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，其特征在于，所述步驟a)中還添加有5 20重量份的造渣劑以得到所述混合物料。
6.根據權利要求4所述的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，其特征在于，所述造渣劑為選自石灰石、石灰、白云石、碳酸鈉、硫酸鈉、石膏和硫酸鈣中的一種或多種。
7.根據權利要求I所述的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，其特征在于，所述熔池熔煉為頂吹熔池熔煉、側吹熔池熔煉或底吹熔池熔煉。
8.根據權利要求I所述的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，其特征在于，還包括以下步驟 c)將所述廢渣進行資源化利用以得到礦物棉和/或人工砂石。
9.根據權利要求I所述的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，其特征在于，所述熔池熔煉溫度為1400 1600°C。
10.根據權利要求2所述的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，其特征在于，所述紅土型鎳礦通過干燥窯進行干燥。
全文摘要
本發明公開了一種紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，包括以下步驟a)將所述紅土型鎳礦與還原劑混合，得到混合物料；b)將所述混合物料進行熔池熔煉，得到鎳鐵產物和廢渣。根據本發明實施例的紅土型鎳礦熔池熔煉生產鎳鐵的方法，通過熔池熔煉的方法實現了紅土型鎳礦熔煉得到鎳鐵的過程，該方法實施簡單，可操作性強，并且大大降低了鎳鐵熔煉的能耗，有利于環保，可以在電力缺乏的地區開展紅土礦冶煉工作，而且煤可以提供整個生產過程的能源，生產過程中高溫煙氣經過脫塵后可利用余熱發電技術進行熱能回收利用，達到有效降低整個冶煉過程能耗的效果。
文檔編號C22B23/02GK102703733SQ201210206679
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月18日 優先權日2012年6月18日
發明者盧笠漁, 尉克儉, 李興杰, 李曰榮, 馬明生, 黎敏 申請人:中國恩菲工程技術有限公司