[发明专利]一种选择性还原处理红土镍矿的系统和方法

说明书

技术领域

本发明总地涉及冶金领域，具体涉及一种选择性还原处理红土镍矿的系统和方法。

背景技术

镍作为主要合金元素，应用于制备不锈钢、耐热合金钢和多种镍合金，占镍消耗总量的70％以上。随着不锈钢产业的快速发展，对镍的需求量也大幅增加。目前，全球矿山镍产量60％来源于硫化镍矿，40％来源于红土镍矿。而在全球镍矿储量2.2亿吨中，红土镍矿约占70％。随着硫化镍矿资源的不断减少和红土镍矿冶炼技术的不断进步，从红土镍矿生产镍的比重将会不断增加。

针对不同类型的红土镍矿现有以下不同处理工艺：火法工艺、湿法工艺、火湿法结合工艺以及其他工艺。其中，火法工艺由于流程短、效率高，处理规模大等优点，是处理红土镍矿的主导工艺。在红土镍矿火法处理工艺中，传统的高炉冶炼工艺流程虽然产能大，但是投资高、生产成本高。而非传统流程的工艺包括回转窑法和转底炉法。回转窑法虽然投资小、工艺简单，但是产能低，占地面积大，自动化程度不高。而转底炉法投资大，产能低，工艺复杂。此外，这两种工艺最大的缺点是镍铁镍含量低、碳含量高，给不锈钢生产造成很大的困难。

固态碳和CO₂发生反应，吸收大量热量，生成CO，进行碳的气化反应，产生的CO参与镍矿石的间接还原，这是目前公认的固态碳还原氧化铁的二步还原机理。红土镍矿碳直接碳还原的热力学平衡曲线如图1所示，理论上，当还原温度控制在656-710℃之间，能达到矿石中的Ni被还原成金属镍、铁以FeO稳定态存在的情况，可以利用磁选的方式将镍富集分离出来，但实际操作操作过程中很难达到此种理想结果，这主要是因为红土镍矿中镍和铁在矿石中大都以类质同象的形式存在，即使用还原焙烧也不能改变其晶格状态，用物理分选的方式很难将镍和铁分离开。此外，在后续以镍为原料的冶炼过程中也并不需要添加纯的镍金属。

综上所述，针对红土镍矿的矿相特点和现有工艺的缺点，开发合理的红土镍矿处理工艺，成为镍铁生产迫在眉睫的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选择性还原处理红土镍矿的方法和系统。以廉价的转炉煤气和高炉煤气做还原气，采用气基竖炉直接还原系统将红土镍矿中的镍氧化物还原为金属镍，将高价铁氧化物还原为氧化亚铁，结合电炉熔分装置，在熔分过程中进行配碳调控金属铁含量，到达精确调控镍铁合金中镍铁含量的目的。

本发明提供一种选择性还原处理红土镍矿的系统，其中，所述系统包括还原煤气制备子系统、竖炉和熔分-深还原装置。所述还原煤气制备子系统包括高炉、转炉和混合塔，所述高炉包括高炉煤气出口，所述转炉包括转炉煤气出口，所述混合塔包括高炉煤气入口、转炉煤气入口和还原煤气出口，所述高炉的高炉煤气出口连接所述混合塔的高炉煤气入口，所述转炉的转炉煤气出口连接所述混合塔的转炉煤气入口。所述竖炉包括红土镍矿入料口、还原物料出口和还原煤气入口，所述还原煤气入口连接所述混合塔的还原煤气出口。所述熔分-深还原装置包括还原物料入口和镍铁合金出口，所述还原物料入口连接所述竖炉的还原物料出口。其中，所述熔分-深还原装置能够为电炉或燃气熔分炉。

优选地，根据前述的选择性还原处理红土镍矿的系统，其中，所述还原煤气制备子系统还包括除尘装置，其设置在所述高炉的高炉煤气出口和所述混合塔的高炉煤气入口之间，用于对所述高炉煤气进行除尘处理。

优选地，根据前述的选择性还原处理红土镍矿的系统，其中，所述还原煤气制备子系统还包括煤气加压装置，其设置在所述竖炉的还原煤气入口和所述混合塔的还原煤气出口之间，用于加压所述混合塔产生的还原煤气。

优选地，根据前述的选择性还原处理红土镍矿的系统，其中，所述系统还包括球团制备子系统，其包括混料机、造球机和链篦机-回转窑装置，所述混料机包括矿石入口和混料出口，所述造球机包括混料入口和球团出口，所述链篦机-回转窑装置包括球团入口和氧化球团出口，所述混料机的混料出口连接所述造球机的混料入口，所述造球机的球团出口连接所述链篦机-回转窑装置的球团入口，所述链篦机-回转窑装置的氧化球团出口连接所述竖炉的红土镍矿入料口。

更优选地，根据前述的选择性还原处理红土镍矿的系统，其中，所述球团制备子系统还包括破碎机，所述破碎机包括矿石原料入口和矿石出口，所述破碎机的矿石出口连接所述混料机的矿石入口。

本发明还提供了一种利用上述系统选择性还原处理红土镍矿的方法，其中，所述方法包括如下步骤：