[发明专利]一种利用富氧热风竖炉处理红土镍矿生产镍铁合金工艺

说明书

技术领域

本发明属于红土镍矿生产领域，涉及一种镍铁合金生产工艺，尤其是涉及一种利用竖炉处理红土镍矿生产镍铁合金工艺。

背景技术

镍具有抗氧化、抗腐蚀、耐高温、延展性好、强度高等优点，被广泛用于生产不锈钢、高温合金钢等关键材料，是一种重要的战略性金属。镍的矿物资源主要分为硫化镍矿和红土镍矿，其中硫化镍矿占世界上可供开采的镍资源的30%～40%，氧化镍矿占60%～70%，硫化镍矿资源储量有限，且经过长期的开采，其储量急剧下降，正面临着日益枯竭的局面，而红土镍矿资源丰富，采矿成本低，资源优势明显，将是未来镍的主要来源。

近年来随着不锈钢产业对镍铁合金需求量的增加，使得红土镍矿冶炼镍铁合金工业在国内发展迅速。传统的烧结-高炉工艺处理红土镍矿工艺(有色冶金设计与研究，2012，33(5)：16)具有能耗高、污染严重等缺点，已逐渐被淘汰，近年来以回转窑-电炉工艺为代表煤基直接还原工艺(如中国专利200910067714.3)在国内外得到了广泛的应用，但该工艺也存在流程厂、能耗高、回转窑易结圈、处理效率低等缺点。罕王实业集团有限公司发明了一种采用湿球入炉低温还原方式冶炼红土镍矿的方法，该方法采用湿球入炉操作，替代了传统的烧结工艺，不仅降低了污染和能耗，同时湿球在冶炼时还能起到过滤烟尘的作用。另外，该工艺采用低温冶炼的方法，可提高镍铁中的镍含量，是一种较好的红土镍矿处理工艺。综合来看，我国在红土镍矿处理方面还有很大的发展空间，迫切需要开发适合我国国情的红土镍矿高效处理工艺。

发明内容

本发明涉及一种利用富氧热风竖炉高效处理红土镍矿生产镍铁合金的新工艺，该工艺能处理不同品位的红土镍矿，生产不同镍含量的镍铁合金，同时还可得到高热值煤气和炉渣等副产品。

本发明以红土镍矿为主要原料，配加一定量的还原剂、熔剂和水，充分混匀后经压球机压制成球，烘干后送入富氧热风竖炉进行冶炼，最终得到含镍铁水、高热值煤气和炉渣，含镍铁水熔铸成锭，得到镍铁合金，高热值煤气和炉渣都可以进行循环和利用。本发明的技术方案为：

(1)对红土镍矿进行干燥，脱除矿物中的自由水，磨细至指定粒度（小于10目），送入红土镍矿配料仓；

(2)红土镍矿中配入5～10%的还原剂(无烟煤、焦粉)、0～20%熔剂(生石灰、石灰石)和5～15%水，充分混匀后经对辊压球机或振动压球机压制成块，烘干后备用。该工序可替代烧结工序，减少污染，降低能耗；

(3)将红土镍矿球团、焦炭、熔剂等冶炼原料由皮带运输机送往竖炉炉顶料仓，按生产配比加入竖炉，进行高温冶炼。

900℃以上为竖炉上部区域，炉料在该区域逐渐被加热，完成碳酸盐等物质的分解和结晶水的蒸发，同时部分金属氧化物被还原，且主要以间接还原为主，但由于反应温度低和反应时间短，还原程度较弱；

900～1300℃为竖炉的中部，该阶段可实现铁、镍等氧化物的快速还原，炉料开始熔融。通过控制球团中的配碳量，可实现球团的选择性还原，氧化镍的稳定性差，基本上可全部还原，以金属镍的形式存在，而铁氧化物部分被还原，以金属铁和氧化亚铁的形式存在。

1300℃以上为熔融炉的下部，在该阶段，还原完的炉料经过炽热的焦炭，形成炉渣和铁水，镍进入铁水中，未被还原的FeO进入渣相。

(4)竖炉下部焦炭燃烧，放出热量，产生高温的还原性炉气，炉料与炽热的焦炭及高温炉气接触，进行激烈的热交换，完成红土镍矿球团的预热、还原、熔化、渣铁分离等冶金过程，最终生成含镍铁水、炉渣和高热值煤气。

由于镍的经济价值远高于铁，因此，在红土镍矿的冶炼过程中我们希望镍尽可能地多被还原，而铁尽可能地少被还原，从而提高镍铁中镍的品位，罕王实业集团有限公司采用低温冶炼的方法，冶炼温度约为1260℃～1380℃，使镍在还原区内优先被还原，铁部分被还原，从而提高镍铁中的镍含量。本发明采用的是低配碳、高炉温、高效率的冶炼方式，红土镍矿球团的配碳量仅需满足镍和部分铁的还原，在竖炉下部设有风口，并配备热风炉，冶炼时富氧热风（热风温度700～1000℃，富氧率1～10%）由风口吹入炉内，使炉内最高温度可到2000℃，大大加快了红土镍矿球团在炉内的冶炼过程，缩短还原时间，镍大部分被还原，铁部分被还原，最终实现红土镍矿球团的选择性还原，提高镍铁中的镍品位。