一种红土镍矿直接还原‑选矿富集生产镍铁的方法与流程

本发明属于有色冶金技术领域，尤其涉及一种红土镍矿直接还原-选矿富集生产镍铁的方法。

背景技术：

自然界可供开采利用的镍资源有两类，即硫化镍矿和红土镍矿，镍资源总量中硫化镍矿和红土镍矿的比例约为3：7，而且硫化矿开采历史较长，资源已经越来越不能满足工业需求。因此，红土镍矿是未来镍冶金工业主要的原料来源。

红土镍矿的处理工艺可分为湿法冶金和火法冶金。近年来，随着澳大利亚、巴布亚新几内亚几个红土镍矿加压酸浸厂的建成投产，湿法冶金技术显示出对含钴较高的红土镍矿利用的优势；然而，高压酸浸存在着设备投资大，技术要求高，生产规模受限和不适用含氧化镁高的红土镍矿原料等问题，难以大规模广泛应用。因此，投资相对较低、技术成熟的火法冶金工艺仍是红土镍矿冶炼的主流；红土镍矿火法冶炼生产镍铁技术主要指高炉冶炼和回转窑-电炉冶炼两种工艺；高炉冶炼镍铁因原料适应性差、环境污染严重、能耗高等原因，目前受到各国环保政策的限制；回转窑-电炉冶炼镍铁工艺对原料适应性强、规模可大可小，但能耗较高，仅电耗就约占操作成本的50%，再加上红土镍矿冶炼前的干燥、还原焙烧等预处理过程的燃料消耗，能耗成本可能要占65%以上，因此，该工艺处理中低品位红土镍矿很难盈利。

面对红土镍矿火法冶炼存在的成本高的问题，结合红土镍矿主要出产地电力基础设施缺乏的实际需求，近些年，中国一些生产装备的企业与一些冶炼企业共同开发了回转窑直接还原-选矿富集法处理红土镍矿工艺。该工艺基本流程：原料经烘干去除自然水分后，进行筛分及破碎，然后把红土镍矿球磨至一定粒度（≤1mm）；配入添加剂及还原剂，充分混匀后制球；生球团经干燥后加入回转窑，在1250-1350℃温度下进行还原焙烧，焙烧产物熟球团直接水淬；之后预先选出粒状镍铁后，水淬渣再经球磨至一定细度（-200目占80%以上）进行选矿富集，最终得到镍铁产品（含ni10%左右）。回转窑直接还原-选矿富集法处理红土镍矿工艺具有能耗小，成本低的特点，但始终存在一些问题，而导致技术至今没有得到有效推广，具体问题如下。

（1）原料适应性问题：红土镍矿成分及结构复杂，该工艺技术参数的设置只适合处理某一产地、某一类或与其相似的红土镍矿，不能推广应用于所有红土镍矿的处理。

（2）回转窑结圈问题：红土镍矿未经制粒直接进行还原焙烧，在950-1300℃温度区间出现半熔融过渡状态，回转窑结圈严重影响作业率，甚至无法连续生产，导致生产能力无法保证。

（3）制粒成本问题：通过实践研究，人们采取红土镍矿制粒的方式有效地缓解了回转窑结圈或延长结圈周期，但并不能彻底避免；而且红土镍矿制粒要经过破碎、干燥、干式磨矿、混料压（制）球等繁琐的工艺过程，加工成本较高。

（4）镍回收率低问题：由于回转窑结圈造成生产波动，或为控制结圈出现不断调整冶炼状态，造成还原效果极不稳定，直接导致选矿回收率的大幅波动，从而使整个工艺的回收率处于较低水平，一般都在60-80%之间。

当前镍红土镍矿生产行业面临重新洗牌，国内产能过剩企业开工不足，而且镍产品库存过大，需求增长乏力；印尼三年前禁止红土镍矿出口，菲律宾加强矿产开采业的整治，原矿价格居高不下。因此，迫使企业必须适应新形势的变化，加快工艺技术研究与改进，以求生存并获得经济效益。特别是印尼等国家实施了限制原矿出口政策后，鼓励外国投资开发本国红土镍矿资源，但其国内的基础设施极度缺乏，为低成本直接还原-选矿富集技术创造了新的现实需求。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种用直接还原-选矿富集工艺处理红土镍矿的方法。该技术方法解决了现行直接还原-选矿富集法工艺中存在的重大技术问题，能保证生产连续、平稳运行，获得较好的经济效益，使这项技术能够在生产中得到推广应用，特别是对电力设施缺乏地区的红土镍矿资源开发更具有实际意义。

为了实现上述的目的，本发明提供的红土镍矿直接还原-选矿富集生产镍铁的方法，具体包括以下步骤。

步骤1、原料准备：在700-750℃温度范围内，先将红土镍矿干燥至表面含水25%以下，然后用12mm的筛分设备进行筛分，筛上部分破碎到12mm以下，再与筛下部分一起与自配的复合添加剂和还原剂进行充分混均后，运到原料仓储存，备用。

步骤2、原料焙烧还原：此过程在两段回转窑中完成，第一段为固相还原过程，回转窑长径比为（15±2）：1，还原焙烧温度在850-1000℃之间，具体以该原料出现烧结的温度为上限，得到热焙砂，第一段回转窑的热源为外加燃料和第二段窑的热烟气；第二段为半熔融还原过程，回转窑长径比为（5±1）:1，窑内还原温度1300-1400℃，得到还原料，第二段回转窑的热源为外加燃料；此过程中，第一段回转窑的热焙砂直接通过下料管给入第二段回转窑内，下料管中设有翻转闸板，热焙砂间歇给入第二段回转窑；由于下料管中有闸板和热焙砂封堵，第二段窑内的热烟气要经过窑尾上部专门的烟道进入一段回转窑的窑头内。

步骤3、还原产物一次水淬后，在1800gs的磁感应强度下进行干式弱磁选得到粒径1-7mm的镍铁金属颗粒产品；磁选渣进行湿式磨矿，磨矿细度不大于0.074mm占70-90%，然后在2000-2500gs的磁感应强度下磁选富集，得到含镍品位8-12%的镍铁产品（回收率80%左右）；将选矿尾渣在3500-5000gs的磁感应强度下，进行强磁磁选，得到含镍品位1-1.5%的低品位镍铁产品（回收率10%左右）和弃渣（含镍品位<0.25%）。

所述的复合添加剂以低品位镍铁（1-1.5%）为基础成份，优选以本发明步骤3选矿富集作业尾渣强磁磁选得到的低品位镍铁为基础成份，其重量百分比为50-80%，另外添加生石灰15-40%、腐植酸钠3-5%及铁精矿1-6%混配而成；复合添加剂添加重量为红土镍矿重量的12-17%。

所述的还原剂为烟煤；其添加重量为红土镍矿重量的15-20%。

所述的两段回转窑包括相互连接的第一段回转窑与第二段回转窑；所述的第一段回转窑包括低温还原窑和窑头罩，所述的第二段回转窑包括高温还原窑和窑尾罩；所述第一段回转窑与第二段回转窑的连接处的连接结构，包括连接窑头罩与窑尾罩的下料管和热烟气通道装置；所述的下料管内设置给料翻板阀控制的可翻转闸板，翻转闸板位于下料管内的上部；所述的热烟气通道装置设置有连接第二段回转窑出烟口与第一段回转窑进烟口的烟道；所述的出烟口位于第二段回转窑内；所述的进烟口位于第一段回转窑内。

所述的烟道为带有80mm厚高铝浇注料保温内衬的烟道。

所述的下料管内可翻转闸板起到封堵烟气、间歇给料的功能；第二段回转窑中的热烟气可以通过热烟气通道装置进入第一段回转窑，提供热源。

本发明的显著效果。

本发明所限定的红土镍矿直接还原-选矿富集生产镍铁产品的技术中，强磁磁选得到的低品位镍铁产品作为复合添加剂的主要成份返回原矿配料，在生产系统中循环并回收，低品位镍铁配制复合添加剂提高还原效率，其作用是作为镍铁的成核剂加快还原焙烧过程镍铁颗粒的聚集、长大，调节碱度和破坏镁橄榄石的结构，促进镍铁还原反应的进行。以此保证整个流程在红土镍矿镍品位不小于1.5%的前提下，获得较高品位的镍铁产品，并且镍的金属回收率达到88-93%。

本发明采用两台回转窑还原焙烧避开回转窑结圈温度区间。使用两段回转窑分区还原，目的是为避开（极速跨过）原料从固相转化为半熔融状态过程中出现的结圈温度区间；即使在第二段窑尾进料处有时出现粘窑现象，由于窑内温度高于结圈温度，粘窑的状态无法持续，因此在本技术限定条件下就不存在结圈的问题。如此，不仅设备作业率提高，冶炼过程的操作条件也得以维持相对稳定，冶炼产品水淬渣的技术指标也稳定，给后续选矿作业创造好的条件。

附图说明

图1还原焙烧-选矿富集法制备镍铁工艺流程图。

图2两段回转窑的连接示意图。

其中，1为第一段回转窑，2为第二段回转窑，3为烟道，4为下料管，5为给料翻板阀，11为窑头罩，21为窑尾罩，31为进烟口，32为出烟口。

具体实施方式

下面结合具体实例对本技术发明的方案做详细介绍：所述的还原焙烧-选矿富集法制备镍铁工艺流程图，见图1；采用的改进两段回转窑连接示意图，见图2。

实施例1。

红土镍矿来源于印尼，主要成分为：ni1.84%，fe21.52%，mgo13.63%，sio230.71。

试验过程中，红土镍矿、配入自制含低品位的镍铁复合添加剂，使用两条窑焙烧还原—磁选+强磁磁选技术方案，获得了较好的技术指标。试验主要技术条件：在750℃条件下，先将红土镍矿干燥至表面含水20%，红土镍矿粒径小于12mm；复合添加剂（低品位镍铁65%，生石灰27%、腐植酸钠4.5%及铁精矿3.5%，常规混合配制而成）加入量为干基矿的15%，还原剂为烟煤，加入量为干基矿的18%；第一段回转窑1长径比为15：1，干燥焙烧温度为880-920℃，时间为2小时，得到热焙砂，第一段回转窑1的热焙砂直接通过下料管4给入第二段回转窑2内，下料管4中设有给料翻板阀5控制的翻转闸板，热焙砂间歇给入第二段回转窑2；由于下料管4中有闸板和热焙砂封堵，第二段回转窑2内的热烟气要从设有窑尾罩21的窑尾上部出烟口32进入专门的烟道3，再从进烟口31进入第一段回转窑1的设有窑头罩11的窑头内；第二段回转窑2长径比为5:1，还原焙烧温度为1340-1360℃，还原焙烧时间1小时，得到还原料；还原产物水淬后干式弱磁选，磁选渣进行磨矿，磨矿细度不大于0.074mm占86.4%；弱磁选磁场强度为2100gs，强磁扫选磁场强度为3800gs。选矿富集后得到含镍9.24%的镍铁产品，强磁磁选得到含镍1.28%的低品位镍铁产品和含镍品位0.214%的弃渣，镍回收率91.27%。试验连续运行30天，回转窑未出现结圈问题。

试验结果：ni品位：9.24%；fe品位：71.59%；ni回收率：91.27%。

实施例2。

红土镍矿来自缅甸达贡山镍矿，主要成分为：ni2.16%，fe13.98%，mgo20.32%，sio241.37%。试验过程中，红土镍矿、配入自制含低品位的镍铁复合添加剂，使用两条窑焙烧还原—磁选+强磁磁选技术方案，获得了较好的技术指标。试验主要技术条件：在700℃条件下，先将红土镍矿干燥至表面含水20%，红土镍矿粒径小于12mm；复合添加剂（低品位镍铁70%，生石灰24%、腐植酸钠3%及铁精矿3%）加入量为干基矿的16%，还原剂为烟煤，加入量为干基矿的16%；第一段回转窑1长径比为16：1，干燥焙烧温度为870-900℃，时间为2小时，得到热焙砂，第一段回转窑1的热焙砂直接通过下料管4给入第二段回转窑2内，下料管4中设有给料翻板阀5控制的翻转闸板，热焙砂间歇给入第二段回转窑2；由于下料管4中有闸板和热焙砂封堵，第二段回转窑2内的热烟气要从设有窑尾罩21的窑尾上部出烟口32进入专门的烟道3，再从进烟口31进入第一段回转窑1的设有窑头罩11的窑头内；第二段回转窑2长径比为5:1，还原焙烧温度为1350-1380℃，还原焙烧时间1小时，得到还原料；还原产物水淬后干式弱磁选，磁选渣进行磨矿，磨矿细度不大于0.074mm占86.2%；弱磁选磁场强度为2000gs，强磁扫选磁场强度为4200gs。选矿富集后得到含镍10.59%的镍铁产品，强磁磁选得到含镍1.22%的低品位镍铁产品和含镍品位0.223%的弃渣，镍回收率92.46%。试验连续运行35天，回转窑未出现结圈问题。

试验结果：ni品位：10.59%；fe品位：68.61%；ni回收率：92.46%。

实施例3。

红土镍矿来自菲律宾镍矿，主要成分为：ni1.65%，fe19.37%，mgo16.11%，sio238.25%。试验过程中，红土镍矿、配入自制含低品位的镍铁复合添加剂，使用两条窑焙烧还原—磁选+强磁磁选技术方案，获得了较好的技术指标。试验主要技术条件：在730℃条件下，先将红土镍矿干燥至表面含水18%，红土镍矿粒径小于12mm；复合添加剂（低品位镍铁67%，生石灰24%、腐植酸钠5%及铁精矿4%）加入量为干基矿的16%，还原剂为烟煤，加入量为干基矿的15%；第一段回转窑1长径比为15：1，干燥焙烧温度为860-900℃，时间为2小时，得到热焙砂，第一段回转窑1的热焙砂直接通过下料管4给入第二段回转窑2内，下料管4中设有给料翻板阀5控制的翻转闸板，热焙砂间歇给入第二段回转窑2；由于下料管4中有闸板和热焙砂封堵，第二段回转窑2内的热烟气要从设有窑尾罩21的窑尾上部出烟口32进入专门的烟道3，再从进烟口31进入第一段回转窑1的设有窑头罩11的窑头内；第二段回转窑2长径比为6:1，还原焙烧温度为1340-1380℃，还原焙烧时间1小时，得到还原料；还原产物水淬后干式弱磁选，磁选渣进行磨矿，磨矿细度不大于0.074mm占83.7%；弱磁选磁场强度为2100gs，强磁扫选磁场强度为4300gs。选矿富集后得到含镍9.36%的镍铁产品，强磁磁选得到含镍1.19%的低品位镍铁产品和含镍品位0.212%的弃渣，镍回收率89.83%。试验连续运行25天，回转窑未出现结圈问题。

试验结果：ni品位：9.36%；fe品位：72.20%；ni回收率：89.83%。