[发明专利]采用富氧强化熔池熔炼红土镍矿获得镍铁的工艺及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种关于有色金属镍的冶炼工艺及其装置，更具体的讲是一种采用富氧强化熔池熔炼红土镍矿生产镍铁合金的工艺及其专用的CSC（熔池熔炼炉名称）熔炼装置。

背景技术

镍是一种银白色金属，具有良好的机械性能，在国防、航空及日常生活中具有广泛的应用；尤其在生产不锈钢和耐热钢等领域更是不可缺少的金属。目前镍主要从两种含镍矿物中获取，一是硫化镍矿，另一种是红土镍矿，其中60%金属镍是来自于硫化镍矿。随着硫化镍矿的减少甚至枯竭，开发和利用红土镍矿得到了高度重视。

目前处理红土镍矿的方法可以分为湿法和火法，湿法有加压酸浸（HPLA）和还原焙烧——氨浸（RRAL）。火法冶炼方法可以分为镍铁工艺和镍锍工艺，镍铁工艺是指采用鼓风炉或电炉还原熔炼得到镍铁合金，镍锍工艺是指外加硫化剂，生产过程中进行造锍和造渣，得到中间产品低冰镍。低冰镍进一步吹炼可以得到含镍75%以上的高冰镍。火法冶炼的设备主要有鼓风炉，电炉、回转窑、高炉等冶炼炉型。采用鼓风熔炼，物料需要先进行烧结，对粉料适应性差，生产过程中消耗大量的焦碳，现场环境污染严重。回转窑直接还原工艺，回转窑耐火材料使用寿命较短，作业率低；电炉熔炼是一种比较清洁的冶炼工艺，但是电炉能耗高，装机负荷大，对于电力紧张的地区难以实施。高炉冶炼消耗大量冶金焦，镍铁合金产品含镍品位低。

发明内容

本发明旨在克服有色金属镍火法冶炼现有的技术缺点，提供一种有效的冶炼红土镍矿获得镍铁的工艺及其装置，解决目前镍火法冶炼过程中能耗高，环境污染严重，流程长，物料适应性差等问题。

本发明的技术方案为：一种采用富氧强化熔池熔炼红土镍矿获得镍铁的工艺，包括以下步骤：

1）将红土镍矿干燥；

2）将干燥后的红土镍矿、熔剂和碎煤进行配料；

3）将配好的物料加入至熔池熔炼熔化炉进行熔炼，将含氧85%~99%（体积）、温度为600℃~800℃的富氧空气鼓入炉内熔体中；

4）熔池熔炼熔化炉产出的熔体通过溜槽流入熔池熔炼还原炉，加入还原剂，将含氧60% ~85%（体积）、温度为600℃~800℃的富氧空气鼓入炉内熔体中，控制富氧空气对还原剂的过剩系数为0.4~0.5，熔体反应生成含镍15~30%（质量）的镍铁合金和炉渣。

进一步的，红土镍矿干燥至含水12%~15%（质量）。熔炼渣型为CaO/SiO₂=0.6~1.2（质量比），（CaO+MgO）/ SiO₂=1.1~1.4。步骤2）红土镍矿与碎煤的配料质量比为1:（0.25~0.35）。配好料后压球成型，直径为15~30mm，然后再加入熔池熔炼熔化炉。所述还原剂为碎煤。

进一步的，富氧空气通过熔池熔炼熔化炉或熔池熔炼还原炉两侧与水平成0~15°的风嘴鼓入。

进一步的，从熔池熔炼熔化炉两侧风嘴鼓入的富氧空气，风嘴出口的风速为220~ 320m/s，富氧空气对燃料的过剩系数为1.05~1.10，熔炼温度为1450~1650 ℃，物料在炉内停留时间不小于1小时。

进一步的，从熔池熔炼还原炉两侧风嘴鼓入的富氧空气，风嘴出口的风速为180~280 m/s，富氧空气鼓入熔体的渣层，还原熔炼温度为1450~1650℃，熔体在炉内停留时间不小于45min。

进一步的，通过熔池熔炼还原炉上的二次风嘴鼓入含氧40%~60%(体积)的富氧空气，燃烧炉膛上部CO。

一种采用富氧强化熔池熔炼红土镍矿获得镍铁的装置，该装置包括熔池熔炼熔化炉、熔池熔炼还原炉以及连接两炉的溜槽；熔池熔炼熔化炉和熔池熔炼还原炉的炉身下部由2~3层镶砖铜质冷却件拼接而成，立于炉缸上面；熔池熔炼熔化炉和熔池熔炼还原炉的炉身上部结构采用平板铜质冷却件与耐火材料制成的砌体交替砌筑而成；熔池熔炼熔化炉和熔池熔炼还原炉的炉身两侧设有不少于两个用于强烈搅拌熔池的风嘴装置，风嘴与水平呈0~15°角度；熔池熔炼还原炉两侧顶层镶砖铜质冷却件上设有不少于两个二次风嘴，二次风嘴与水平方向成12°~30°角度。

进一步的，熔池熔炼熔化炉设置位置高于熔池熔炼还原炉，熔池熔炼熔化炉熔体通过溜槽自动流至熔池熔炼还原炉。

进一步的，熔池熔炼熔化炉炉身两侧从第二层镶砖铜质冷却件开始向外扩展，与竖直方向成7°~10°扩展角，以减小空气流速，降低烟尘率。熔池熔炼还原炉炉身两侧从第二层镶砖铜质冷却件开始向外扩展，与竖直方向成7°~15°扩展角，以满足二次燃烧空间要求。