一种红土镍矿还原冷却方法与流程

本发明涉及冶金及材料科学技术领域，具体来说，涉及一种红土镍矿的还原冷却方法。

背景技术：

镍是一种重要的金属材料，在现代工业中有着广泛的应用。镍主要消费于不锈钢生产，不锈钢用镍约占全球镍消费总量的65%。镍原料成本约占奥氏体不锈钢生产总成本的70%，用占世界陆基镍资源72%的红土镍矿作为冶炼不锈钢的原料，其成本明显低于使用电解镍，大幅度降低不锈钢生产成本，是保障不锈钢工业可持续发展的有效途径之一。

但是红土矿中镍铁矿物紧密共生，嵌布粒度微细的特点，不能采用常规选矿方法进行分选富集，也无法采用湿法工艺经济有效地提取镍。大量的研究表明，回转窑直接还原-磁选工艺是处理这种难冶难选矿物的有效手段。因此，近年来利用此种工艺生产镍铁为不锈钢提高原料成为主流。红土镍矿在窑内还原温度高达1200℃，甚至更高，其排出窑口时，温度仍然可达1100℃。通常，在回转窑直接还原-磁选工艺中，红土镍矿还原矿的冷却主要通过水淬冷的方式进行。此种方式不仅消耗大量的水资源，还原矿显然无法有效利用，而且还原矿经过水急冷后，不利于铁晶粒长大，势必要求后续磨矿粒度过细，导致磨矿成本升高且镍回收率亦有所降低。

因此，迫切需要开发出新的红土矿还原矿冷却方式，有效利用其显热，节省水耗，降低成本，提高冷却效率，减少污染。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种红土镍矿还原矿冷却方法，该方法可以使得红土镍矿还原矿出窑时的余热得到充分利用和回收，节约水资源，保护环境，并促进冷却过程中铁晶粒长大，降低磨矿成本，提高镍回收率。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种红土镍矿还原冷却方法，包括以下步骤：

s1、将红土镍矿的还原产物经过竖式冷却炉，与氮气进行热交换，将所述还原产物冷却；

s2、将冷却后的还原产物破碎、磨矿和磁选得到高镍精矿。

上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述红土镍矿的还原产物采用以下方法制备得到：

s1-1、将红土镍矿和复合添加剂混合后压制成团块，所述复合添加剂包括5wt%～15wt%的水玻璃、40wt%～65wt%的无烟煤、5%wt%～20wt%的腐植酸钠和15wt%～30wt%的石灰石；

s1-2、将所述团块干燥、预热后进入回转窑内，加入还原煤，在还原气氛下进行还原得到还原产物。

进一步优选的，所述复合添加剂，包括15wt%的水玻璃、40wt%的无烟煤、20wt%的腐植酸钠和25wt%的石灰石。

上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述s1-1步骤中具体为：

所述红土镍矿和复合添加剂，在转速为17r/min的混合机中混合3min，然后加入10wt%的水，继续混合5分钟得到混合物；将所述混合物放入对辊压团机料盒中，在60mpa的压力下压制成团块。

上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述水玻璃的模数为2.00～3.55，水分为40wt%～49.5wt%，密度为1.297kg•m^-3～1.418kg•m^-3；无烟煤平均粒度0.074mm～3mm，腐植酸钠平均粒度-0.074mm，石灰石平均粒度0.074mm～3mm。

上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述复合添加剂的添加量为15wt%～30wt%。

上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述s1-2步骤中具体为：

s1-2-1、将团块干燥、利用s1步骤中经热交换后的氮气将所述团块预热至850℃～950℃；

s1-2-2、预热后的团块进入回转窑内，根据c/fe质量比0.5～1.0喷入还原煤；

s1-2-3、在氮气气氛下，以1200℃～1250℃还原30min～60min。

上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述s1-2-2步骤中，所述还原煤喷入回转窑之前先经过s3步骤中经热交换后的氮气预热至850℃～900℃，利用热气流喷入窑内。

上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述氮气的浓度为99%以上。

上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述s2步骤中，所述冷却后的还原产物经破碎，磨矿后，90%以上颗粒粒度小于0.074mm。

上述的红土镍矿还原冷却方法，优选的，所述s2步骤中，所述磁选时，磁场强度为0.06t～0.10t。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明提供了一种红土镍矿还原矿的冷却方法，提高了冷却效率，余热能够充分回收。

（2）本发明提供了一种红土镍矿还原矿的冷却方法，节约水资源，且无需对废水进行处理，降低生产成本。

（3）本发明提供了一种红土镍矿还原矿的冷却方法，利用冷却热废气预热团块和还原煤，炉料热装入窑，从而可以保证红土镍矿在窑内高温快速还原，降低还原温度，提高生产效率。

（4）本发明提供了一种红土镍矿还原矿的冷却方法，用竖炉缓冷方式替代水淬急冷，保证还原矿中铁晶粒充分长大，降低后续磨矿成本，提高镍回收率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的还原冷却流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售，其中，水玻璃的模数为2.00～3.55，水分为40wt%～49.5wt%，密度为1.297kg•m^-3～1.418kg•m^-3。无烟煤平均粒度0.074mm～3mm。腐植酸钠平均粒度-0.074mm。石灰石平均粒度0.074mm～3mm。

实施例1

一种本发明的红土镍矿还原冷却方法，包括以下步骤：

（1）取85wt%含铁18.38%，含镍1.72%的低品位红土镍矿，添加15wt%的复合添加剂在转速为17r/min的混合机中混合3min，然后加入10wt%的水，继续混合5分钟得到混合物，将混合物放入对辊压团机料盒中，在60mpa的压力下压制成团块。复合添加剂包括15wt%的水玻璃、40wt%的无烟煤、20wt%的腐植酸钠和25wt%的石灰石。该生团的成品率81.35%，落下强度95%，团块抗压强度138n/个，热爆裂指数0.60%。

（2）在生团矿预热系统中，利用热氮气将团块预热至900℃得到热团块。将热团块进入回转窑，然后在回转窑内以1250℃的还原40min得到热还原块（即还原产物）。同时，在还原过程中，将预热至900℃的还原煤喷入窑内，其喷入量按照c/fe质量比0.8∶1确定。热还原块出窑温度1000℃以上。

（3）将热还原块从竖式冷却炉的顶部流入，冷却氮气由外部加压风机从底部引入，上升的氮气流和下降的还原矿在竖式冷却器内进行热交换，热氮气由上部通过排出管导出，经过惯性除尘器后，可以用作余热发电、预热红土镍矿团矿或者作为喷煤介质。冷还原块经过出料机、上排料阀和下排料阀从下部排出，还原产物冷却至40℃。循环风机为罗茨风机，加压风机采用离心加压风机。

（4）将冷还原块磨矿至90%以上颗粒的细度-0.074mm，然后在磁场强度为0.08t的条件下磁选获得铁粉和镍粉。铁品位为63.33%，铁回收率64.72%，镍品位6.55%，镍回收率为85.33%。

实施例2

一种本发明的红土镍矿还原冷却方法，包括以下步骤：

（1）取80wt%含铁18.38%，含镍1.72%的低品位红土镍矿，添加20wt%的复合添加剂在转速为17r/min的混合机中混合3min，然后加入10wt%的水，继续混合5分钟得到混合物，将混合物放入对辊压团机料盒中，在60mpa的压力下压制成团块。将混合物放入对辊压团机料盒中，在60mpa的压力下压制成团块。复合添加剂包括15wt%的水玻璃、40wt%的无烟煤、20wt%的腐植酸钠和25wt%的石灰石。该生团的成品率83.05%，落下强度96%，团块抗压强度149n/个，热爆裂指数0.40%。

（2）在生团矿预热系统中，利用热氮气将生团块预热至950℃得到热团块。将热团块进入回转窑，然后在回转窑内以1250℃的还原60min得到热还原块。同时，在还原过程中，将预热至850℃的还原煤喷入窑内，其喷入量按照c/fe质量比0.8∶1确定。热还原块出窑温度1000℃以上。

（3）将热还原块从竖式冷却炉的顶部流入，冷却氮气由外部加压风机从底部引入，上升的氮气流和下降的还原矿在竖式冷却器内进行热交换，热氮气由上部通过排出管导出，经过惯性除尘器后，可以用作余热发电、预热红土镍矿团矿或者作为喷煤介质。冷还原块经过出料机、上排料阀和下排料阀从下部排出，还原产物冷却至40℃。

（4）将冷还原块磨矿至90%以上颗粒的细度-0.074mm，然后在磁场强度为0.08t的条件下磁选获得铁粉和镍粉。铁品位为64.58%，铁回收率66.76%，镍品位6.34%，镍回收率为85.78%。

实施例3

一种本发明的红土镍矿还原冷却方法，包括以下步骤：

（1）取85wt%含铁18.38%，含镍1.72%的低品位红土镍矿，添加15wt%的复合添加剂得在转速为17r/min的混合机中混合3min，然后加入10wt%的水，继续混合5分钟得到混合物，将混合物放入对辊压团机料盒中，在60mpa的压力下压制成团块。复合添加剂包括15wt%的水玻璃、40wt%的无烟煤、20wt%的腐植酸钠和25wt%的石灰石。该生团的成品率82.15%，落下强度96%，团块抗压强度142n/个，热爆裂指数0.50%。

（2）在生团矿预热系统中，利用热氮气将生团块预热至950℃得到热团块。将热团块进入回转窑，然后在回转窑内以1250℃的还原30min得到热还原块。同时，在还原过程中，将预热至900℃的还原煤喷入窑内，其喷入量按照c/fe质量比0.8∶1确定。热还原块出窑温度1000℃以上。

（3）将热还原块从竖式冷却炉的顶部流入，冷却氮气由外部加压风机从底部引入，上升的氮气流和下降的还原矿在竖式冷却器内进行热交换，热氮气由上部通过排出管导出，经过惯性除尘器后，可以用作余热发电、预热红土镍矿团矿或者作为喷煤介质。冷还原块经过出料机经过出料机、上排料阀和下排料阀从下部排出，还原产物冷却至40℃。

（4）将冷还原块磨矿至90%以上颗粒的细度-0.074mm，然后在磁场强度为0.08t的条件下磁选获得铁粉和镍粉。铁品位为66.55%，铁回收率62.87%，镍品位6.26%，镍回收率为84.88%。

采用实施例1～3的冷却方法，对年处理20万吨的红土镍矿回转窑，采用竖式冷却方法对其还原产物冷却，将还原矿冷却至40℃，氮气余热进行发电，可年发电量达到40kw/h以上，每年可直接产生经济效益近3亿元，节约水资源1.5万吨。

对比例1

一种本对比例的红土镍矿还原冷却方法，包括以下步骤：

（1）取含铁18.38%，含镍1.72%的低品位红土镍矿，添加15wt%的复合添加剂得到混合物，将混合物压制成生团块。复合添加剂包括15wt%的水玻璃、40wt%的无烟煤、20wt%的腐植酸钠和25wt%的石灰石。

（2）在生团矿预热系统中，将生团块进入回转窑，然后在回转窑内以1250℃的还原80min得到热还原块。在还原过程中，将还原煤喷入窑内，其喷入量按照c/fe质量比0.8∶1确定。热还原块出窑温度1000℃以上。

（3）将热还原块水淬冷却至10～25℃得到冷还原块。

（4）将冷还原块磨矿至90%以上颗粒的细度-0.074mm，然后在磁场强度为0.08t的条件下磁选获得铁粉和镍粉。铁品位为56.34%，铁回收率54.88%，镍品位5.57%，镍回收率为78.75%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。