一种利用硅镁型红土镍矿联产镍铁合金和金属镁的系统的制作方法

本实用新型涉及冶金技术领域，具体涉及一种利用硅镁型红土镍矿联产镍铁合金和金属镁的系统。

背景技术：

镍具有高度的化学稳定性、优良的电磁性、良好的可塑性、耐高温性、耐腐蚀性，以及良好的机械强度和延展性，因此应用广泛，特别是在不锈钢和耐热钢的生产中，镍是一种不可或缺的元素。镍主要由红土镍矿和硫化镍矿冶炼而来，由于近年来镍消耗量的不断增加以及硫化镍矿储量不断减少，红土镍矿的开发日益受到重视。红土镍矿的处理方法主要有湿法与火法两种。湿法工艺一般用于处理低镁高铁红土镍矿，火法工艺一般用于处理高镁低铁红土镍矿。

目前，火法工艺是处理红土镍矿的主要手段，镍铁渣是提镍铁后的产物。随着红土镍矿冶炼镍铁产业的进一步发展，每年产生的镍铁渣超过了2500万吨，可能成为我国继铁渣、钢渣、赤泥之后的第四大冶炼渣。镍铁渣作为冶金渣是利用率较低的一种，在国外主要用于混凝土细集料、制备复合无机聚合物、与石灰石和矾土复合制备高铝水泥等。国内对镍铁合金渣的利用研究报道较少，与国外有很大差距。

镁是近几十年来才发展起来的新型轻质耐腐蚀金属材料，在许多领域都获得了广泛应用，成为重要的资源。硅镁型红土镍矿中镁含量高，一般在20wt％(wt％为质量百分比)以上，而镍的平均含量在2wt％以下。但近年来的研究中，仅专注于金属镍的回收，对矿中经济价值为两倍的金属镁，却在火法冶炼红土镍矿中常作为脉石通过造渣进入镍铁渣。特别是硅镁型红土镍矿冶炼得到的镍铁渣中，氧化镁含量过高是引起水泥安定性不良的原因之一，镍铁渣一般得不到资源化利用。这样，不仅浪费了资源，也给环境带来较大的负担。

因此，现行的红土镍矿处理方法有待进一步改善。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型旨在提供一种处理系统，可充分回收硅镁型红土镍矿中的镍铁合金和金属镁。

本实用新型公开了一种利用硅镁型红土镍矿联产镍铁合金和金属镁的系统，所述系统包括混料装置、还原-熔分装置、真空还原熔炼装置、冷凝精炼装置；

所述混料装置具有硅镁型红土镍矿入口、还原煤入口、添加剂入口、混合料出口；

所述还原-熔分装置具有混合料入口、镍铁合金出口、镍铁渣出口；所述混合料入口与所述混料装置的混合料出口连接；

所述真空还原熔炼装置具有镍铁渣入口、硅铁入口、生石灰入口、镁蒸汽出口、尾渣出口；所述镍铁渣入口与所述还原-熔分装置的镍铁渣出口连接；

所述冷凝精炼装置具有镁蒸汽入口、精炼镁出口；所述镁蒸汽入口与所述真空还原熔炼装置的镁蒸汽出口连接。

优选的，所述还原-熔分装置为还原装置和熔分装置的联用装置。

优选的，所述还原装置为转底炉、回转窑、车底炉、隧道窑中的一种。

优选的，所述熔分装置为电弧炉、矿热炉、非电熔分炉中的一种。

优选的，所述非电熔分炉为天然气熔分炉、煤制气熔分炉、燃油熔分炉中的一种。

优选的，所述真空还原熔炼装置为真空还原炉。

优选的，所述真空还原炉为石墨高温真空炉。

优选的，所述冷凝精炼装置为冷凝装置和精炼装置的联动装置。

优选的，所述冷凝装置为冷凝器，所述精炼装置为升华精炼蒸罐。

利用本实用新型的系统处理硅镁型红土镍矿时，不仅可以有效回收红土镍矿中的镍元素，而且还能回收镁元素，所产生的尾渣主要组成为硅酸二钙，可以直接作为水泥原料，处理过程中没有固废产生，环境友好。

附图说明

图1是本实用新型利用硅镁型红土镍矿联产镍铁合金和金属镁的系统示意图。

图2是利用图1所示的系统联产镍铁合金和金属镁的方法流程示意图。

附图中的附图标记如下：

100、混料装置；200、还原-熔分装置；300、真空还原熔炼装置；400、冷凝精炼装置。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本实用新型的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本实用新型的限制。

如图1所示，为本实用新型利用硅镁型红土镍矿联产镍铁合金和金属镁的系统示意图。该系统包括混料装置100、还原-熔分装置200、真空还原熔炼装置300、冷凝精炼装置400。

混料装置100用于混合硅镁型红土镍矿、还原煤、添加剂，可得到混合料，具有硅镁型红土镍矿入口101、还原煤入口102、添加剂入口103、混合料出口104。

还原-熔分装置200用于对混合料进行还原-熔分熔炼，可得到镍铁合金和镍铁渣，具有混合料入口201、镍铁合金出口202、镍铁渣出口203。其中，混合料入口201与混料装置100的混合料出口104连接。

本实用新型采用的还原-熔分装置200为还原装置和熔分装置的联用装置。其中，还原装置可采用转底炉、回转窑、车底炉、隧道窑中的一种。熔分装置可采用电弧炉、矿热炉、非电熔分炉中的一种，非电熔分炉包括天然气熔分炉、煤制气熔分炉、燃油熔分炉。

真空还原熔炼装置300用于对镍铁渣进行真空还原熔炼，可得到镁蒸汽和尾渣，具有镍铁渣入口301、硅铁入口302、生石灰入口303、尾渣出口304、镁蒸汽出口305。其中，镍铁渣入口301与还原-熔分装置200的镍铁渣出口203连接。

本实用新型采用的真空还原熔炼装置300为真空还原炉，实施例中优选石墨高温真空炉。

冷凝精炼装置400用于对镁蒸汽进行冷凝和精炼处理，可得到精炼镁，具有镁蒸汽入口401、精炼镁出口402。其中，镁蒸汽入口401与真空还原熔炼装置300的镁蒸汽出口305连接。

本实用新型采用的冷凝精炼装置400为冷凝装置和精炼装置的联动装置。其中，冷凝装置采用冷凝器，精炼装置采用升华精炼蒸罐。

如图2所示，为利用图1所示的系统联产镍铁合金和金属镁的方法流程示意图。包括如下步骤：

(1)物料混合

将硅镁型红土镍矿、还原煤、添加剂分别粉碎至粒度小于3mm，按照一定的比例送入混料装置100中，三种物料混合后得到混合料。本实用新型实施例中，控制三种物料混合的质量比例为：硅镁型红土镍矿：还原煤：添加剂＝100：5～25：3～15。

本实用新型实施例中，上述硅镁型红土镍矿中：镍含量为0.5～3.0wt％(wt％为质量百分数)，氧化镁含量不低于20wt％。实用新型人发现，为了得到品位高的镍铁合金，通常需要采用镍含量较高的红土镍矿。当硅镁型红土镍矿中的氧化镁含量过低时，得到的镍铁渣中的镁含量也较低，不具备提镁价值。

实用新型人发现，若还原煤的添加量过低，会影响后续硅镁型红土镍矿进行还原-熔分反应的效果；若还原煤的添加量过高，并没有提高产品技术指标的效果，并且会造成煤资源浪费，提高生产成本。

本实用新型实施例中，添加剂可以选自碱金属氧化物、碱金属盐、碱土金属氧化物、碱土金属盐。实用新型人发现，在硅镁型红土镍矿的还原过程中，上述种类的添加剂能够从镁橄榄石或铁橄榄石中置换出NiO，以提高NiO的活度，从而可显著降低还原冶炼的温度，促进还原反应的进行，提高硅镁型红土镍矿进行还原-熔分反应的效果。实用新型人还发现，添加剂的用量过高或过低，都会降低硅镁型红土镍矿的中镍的还原效果。

(2)还原-熔分熔炼

将上述步骤得到的混合料经由混合料入口201送入还原-熔分装置200中进行还原-熔分熔炼，得到镍铁合金和镍铁渣。

其中，镍铁合金经由镍铁合金出口202收集排出。

实用新型人发现，该步骤得到的镍铁渣中氧化镁的含量在20wt％以上，可以用作提取金属镁的原料。

(3)制备镁蒸汽

将上述步骤得到的镍铁渣经由镍铁渣入口301送入真空还原熔炼装置300中，同时向其中加入硅铁和生石灰，进行真空还原熔炼。真空还原熔炼的温度为1200～1250℃，真空度保持在13.3～133.3Pa范围内，反应时间为6～12h。该步骤可得到镁蒸汽和尾渣。

该步骤中，控制镍铁渣、硅铁、生石灰的质量比为100：10～30：50～100。

由于镍铁渣从还原-熔分装置200中排出时温度较高，在真空还原熔炼装置300中，硅铁可以在高温条件下还原镍铁渣中的MgO，从而产生镁蒸气。

该步骤中，真空还原反应产生的SiO₂与生石灰中的CaO反应会生成硅酸二钙，从而大幅度降低硅铁还原MgO的温度，提高镁的还原率。生成的硅酸二钙即为尾渣的主要成分，该尾渣可作为优质的水泥原料。

(4)制备精炼镁

将上述步骤得到的镁蒸气经由镁蒸气入口401送入冷凝精炼装置400中，进行冷凝、精炼，可得到精炼镁。

该步骤中，首先将镁蒸气在温度为500～600℃时进行冷凝，然后对冷凝后的固态粗镁进行精炼。由于镁的蒸气压比其中杂质的蒸气压高，在升华精炼蒸罐中加热含有杂质的粗镁时，其中的镁优先升华，从而得到精炼镁。

实施例1

将硅镁型红土镍矿(Ni 1.8％，MgO 25.2％)、还原煤、碳酸钠按质量配比100：5：5在混料装置中混合均匀。得到的混合料送入还原-熔分装置冶炼，该装置选用转底炉和天然气熔分炉的联用装置。还原-熔分后的渣铁进行分离，可分别得到镍铁合金(镍品位19.7％)和镍铁渣(MgO26.5％)。将镍铁渣热送至石墨高温真空炉内，同时加入75硅铁和生石灰，进行真空还原熔炼。其中，镍铁渣、75硅铁、生石灰的质量配比为100：20：70。在冶炼温度1200℃，真空度13.4Pa的条件下，进行真空还原熔炼，反应时间6h，生成镁蒸气和尾渣。反应结束后，将镁蒸气送入冷凝器中冷凝，在冷凝温度500℃进行冷凝，收集结晶粗镁(Mg质量含量95.4％)。然后，将结晶粗镁送入升华精炼蒸罐中精炼提纯，得到精炼镁(Mg质量含量99.9％)。尾渣的主要成分为硅酸二钙，其中MgO含量低于3％，可以作为优质的水泥原料。

实施例2

将硅镁型红土镍矿(Ni 1.9％，MgO 30.2％)、还原煤、石灰石按质量配比100：15：3在混料装置中混合均匀。得到的混合料送入还原-熔分装置冶炼，该装置选用回转窑和电弧炉的联用装置。还原-熔分后的渣铁进行分离，可分别得到镍铁合金(镍品位23.2％)和镍铁渣(MgO31.5％)。将镍铁渣热送至石墨高温真空炉内，同时加入75硅铁和生石灰，进行真空还原熔炼。其中，镍铁渣、75硅铁、生石灰的质量配比为100：30：50。在冶炼温度1220℃，真空度40Pa条件下，进行真空还原熔炼，反应时间8h，生成镁蒸气和尾渣。反应结束后，将镁蒸气送入冷凝器中冷凝，冷凝温度550℃，收集结晶粗镁(Mg质量含量94.7％)。然后，将结晶粗镁送入升华精炼蒸罐中精炼提纯，得到精炼镁(Mg质量含量99.85％)。尾渣的主要组成为硅酸二钙，其中MgO含量低于4％，可以作为优质的水泥原料。

实施例3

将硅镁型红土镍矿(Ni 1.5％，MgO 35.2％)、还原煤、石灰按质量配比100：25：15在混料装置中混合均匀。得到的混合料送入还原-熔分装置冶炼，该装置选用转底炉和矿热炉的联用装置。还原-熔分后的渣铁进行分离，可分别得到镍铁合金(镍品位18.6％)和镍铁渣(MgO36.5％)。将镍铁渣热送至石墨高温真空炉内，同时加入75硅铁和生石灰，进行真空还原熔炼。其中，镍铁渣、75硅铁、生石灰的质量配为100：30：70。在冶炼温度1240℃，真空度100Pa的条件下，进行真空还原熔炼，反应时间10h，生成镁蒸气和尾渣。反应结束后，将镁蒸气送入冷凝器中冷凝，在冷凝温度570℃进行冷凝，收集结晶粗镁(Mg质量含量97.4％)。然后，将结晶粗镁送入升华精炼蒸罐中精炼提纯，得到精炼镁(Mg质量含量99.9％)。尾渣的主要组成为硅酸二钙，其中MgO含量低于5％，可以作为优质的水泥原料。

实施例4

将硅镁型红土镍矿(Ni 0.5％，MgO 26.3％)、还原煤、碳酸钠按质量配比100：20：15在混料装置中混合均匀。得到的混合料送入还原-熔分装置冶炼，该装置选用车底炉和电弧炉的联用装置。还原-熔分后的渣铁进行分离，可分别得到镍铁合金(镍品位17.8％)和镍铁渣(MgO27.2％)。将镍铁渣热送至石墨高温真空炉内，同时加入75硅铁和生石灰，进行真空还原熔炼。其中，镍铁渣、75硅铁、生石灰的质量配为100：10：100。在冶炼温度1250℃，真空度133Pa的条件下，进行真空还原熔炼，反应时间12h，生成镁蒸气和尾渣。反应结束后将镁蒸气送入冷凝器中冷凝，在温度600℃进行冷凝处理，收集结晶粗镁(Mg质量含量94.4％)。然后，将结晶粗镁送入升华精炼蒸罐中精炼提纯，得到精炼镁(Mg质量含量99.83％)。尾渣的主要组成为硅酸二钙，其中MgO含量低于4％，可以作为优质的水泥原料。

上述实施例中各物质的含量均为质量含量。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本实用新型而非限制本实用新型的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下对本实用新型进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。