[发明专利]富氧粉煤还原熔分红土镍矿的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及有色冶金领域，具体而言，涉及一种富氧粉煤还原熔分红土镍矿的方法和装置。

背景技术

红土镍矿是由含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经长期风化淋滤变质而成的。由于风化淋滤，矿床一般形成几层，顶部是一层崩积层(铁帽)，含镍较低；中间层是褐铁矿型红土镍矿层，含铁多、硅镁少，镍低、钴较高，一般采用湿法工艺回收金属；底层是混有脉石的腐植土层(包括硅镁镍矿型红土镍矿)，含硅镁高、低铁、镍较高、钴较低，一般采用火法工艺处理。

表1不同类型红土矿成分及冶炼工艺

世界镍矿资源分布中，红土镍矿约占55％，硫化物型镍矿约占28％，海底铁锰结核中的镍占22％。据美国地质调查局2015年数据，世界镍储量近8100万吨，主要分布于澳大利亚、新喀里多尼亚、巴西、俄罗斯、古巴、印尼、南非和菲律宾等国家。其中，大约有60％是红土镍矿，40％是硫化镍矿。红土镍矿储镍量约占镍总储量的70％，而且红土镍矿产镍量的70％是采用火法工艺流程回收的。火法主要处理工艺有：

(1)回转窑—电炉(RKEF)工艺

RKEF工艺最早由美国Elkem公司开发并应用于工业生产，目前是红土镍矿冶炼镍铁的主要传统工艺。专利公开号CN103421922A，李宾等人提出了一种RKEF工艺处理印尼苏拉威西镍红土矿生产镍铁的方法。该工艺的特点是单位产品综合能耗低、装备成熟、产能大。

该工艺主要分为几个工序：干燥、焙烧——预还原、电炉熔炼、精炼。

干燥：采用回转干燥窑，主要脱出矿石中的部分自由水。

焙烧——预还原：采用回转窑，主要是脱出矿石中剩余的自由水和结晶水，预热矿石，选择性还原部分镍和铁。

电炉熔炼：还原金属镍和部分铁，将渣和镍铁分开，生产粗镍铁。

RKEF工艺缺点：无法回收镍矿中的钴，对钴含量较高的氧化镍矿并不适用。由于工艺能耗高，从经济角度上考虑，适宜于处理镍含量大于2％、钴含量小于0.05％的矿石，且要求当地要有充沛的电力或燃料供应。

(2)直流电炉法工艺

在RKEF工艺流程中，采用干燥回转窑和焙烧回转窑处理物料，烟尘率高，烟尘含镍较高，采用遮弧交流电炉熔炼，这种电炉不易直接处理粉料，因此烟尘需要单独处理,增加了生产成本。为了克服上述缺点，国外公司开发了一种新的工艺流程称作NST(NICKEL SMELTING TECHNOLOGY)，该工艺流程借鉴水泥窑外分解的技术，将物料磨细，然后进行闪速干燥、闪速焙烧、在流态化炉中进行预还原，直流电炉熔炼焙烧料，精炼。

该工艺很好的解决了烟尘、细料的有效处理问题，但该工艺配套电炉进行还原熔炼，仍需要消耗大量的电能，能源结构要求高，处理也不经济。

(3)回转窑直接还原镍铁工艺

大江山工艺即回转窑直接还原镍铁工艺。该工艺最初为德国Krupp-Renn直接还原炼铁工艺移植转化而来，日本大江山冶炼厂早在20世纪30年代开始利用回转窑直接还原工艺生产镍铁。

其主要工艺过程为:原矿经干燥、破碎、筛分处理后与熔剂、还原剂按比例混合制团，团矿经干燥和高温还原焙烧，生成海绵状的镍铁合金，合金与渣的混合物经水淬冷却、破碎、筛分、磁选或重选等处理，得到粗镍铁粒。

工艺特点：回转窑自身熔炼即可产出炉料级镍铁，不需要精炼过程，产出的粒度在1～20mm范围的镍铁粒易于处理且对矿石的适应性广。

该工艺主要特点是直接利用还原煤和燃料煤生产镍铁，适合于在电力供应紧张或电力基础薄弱的国家和地区使用。

大江山工艺历时80年的发展经历，仅在日本大江山冶炼厂(Ohiyama Smelter)有生产性实践应用，仍未突破给料方式复杂、回转窑结圈、处理量低、难以规模化等问题。

(4)转底炉工艺

转底炉直接还原工艺主体设备源自于轧钢用的环形加热炉，虽然最初的目的只是用于处理钢铁工业产生的粉尘及废弃物，但很快就有美国、德国、日本等国将其转而开发应用于铁矿石的直接还原。在国内外转底炉直接还原炼铁工艺的发展过程中，随着时间的发展，出现了Fastmet、Inmetco、Comet以及最新的ITmk3和CHARP等典型的转底炉直接还原炼铁工艺。