一种转底炉－电炉联合法处理红土镍矿生产镍铁方法

专利名称：一种转底炉－电炉联合法处理红土镍矿生产镍铁方法
技术领域：
本发明属于有色金属冶金领域。涉及转底炉-电炉联合法处理红土镍矿生产镍铁方法。
背景技术：
公知的开发红土镍矿工艺粗分为火法、湿法及火湿法结合三类。火法冶炼工艺，主要是生产粒镍、熔炼镍铁和熔炼镍锍。湿法冶炼工艺，主要是加压酸浸。火湿法结合工艺，主要是还原焙烧-常压氨浸及离析-还原焙烧-选矿。
莫叔迟等人在《有色金属》(冶炼部分)1994年第1期公知了用含镍较低的红土矿作原料，其试验所用低镍矿的化学成分为(％)SiO27.31、Al2O36.11、TFe4.77、CaO 3.29、MnO 0.44、NiO 0.9I、FeO 0.72，P 0.44。采用选择还原工艺，生产了含Ni2.85~5.02％、Cr≤1.05％、C0.013％~5.28％、P0.034％~0.098％的炉料级镍铁。该工艺存在的问题是由于镍品位较低，采用电炉冶炼，能耗较高，相应生产成本也就高；如果镍品位在1.2以上，采用该方法，成本就会低一些。
刘大星在《有色金属》(冶炼部分)2002年第3期报道了针对不同类型的镍红土矿可以有不同的处理工艺。硅镁镍矿通常采用火法冶金工艺。处理镍红土矿的火法冶金有2种熔炼方法，一种是用鼓风炉或电炉还原熔炼得到镍铁，采用电炉熔炼可以达到较高的温度，炉内的气氛也比较容易控制，炉料需预先经过干燥脱水，干燥和预热一般采用回转窑。在电炉还原熔炼的过程中几乎所有的镍和钻的氧化物都被还原成金属，而铁则不必全部还原成金属铁，铁的还原程度通过还原剂焦碳的加入量加以调整。得到的镍铁成分为(％)Ni+Co 25~45；C 0.02～0.06；S 0.02~0.05；Si0.02~1.5；P 0.01~0 03；Fe 55~75。此外硅镁镍矿也可以采用外加硫化剂的方法进行硫化熔炼得到镍锍，石膏是最常用的硫化剂。造锍熔炼一般在鼓风炉中进行，也可以用电炉，镍锍的成分可以通过还原剂(焦粉)和硫化剂(石膏)的加入量加以调整。得到的低镍锍(通常含Ni+Co＝20％~30％)再送到转炉中吹炼成高镍锍。
李建华在《湿法冶金》2004年23卷第4期简述了加压酸浸出红土镍矿的实验，其过程如下在250～270℃，4～5MPa的高温高压条件下，用稀硫酸将镍、钻等有价金属与铁、铝矿物一起溶解，在随后的反应中，控制一定的pH值等条件，使铁、铝和硅等杂质元素水解进入渣中，镍、钻性进人溶液。浸出液用硫化氢还原中和、沉淀，产出高质量的镍钴硫化物。镍钴硫化物通过传统的精炼工艺配套产出最终产品。该文还介绍了硫化焙烧处理红土镍矿的实验将矿石加入硫化剂，于700℃下硫化焙烧，Fe2(SO4)3分解，铁不生成硫酸盐，而镍生成硫酸盐，可用水浸出，镍转入溶液。水热法处理红土镍矿在矿石中加入适量的硫磺，制备成含硫矿浆。含硫矿浆先在硫化反应器中硫化(230~240℃，2.7~3.4MPa，蒸汽加热3h)，然后在氧化反应器中氧化(200℃，2.8MPa，空气氧化)2h，镍溶于矿浆中，可用铁粉置换镍。
加拿大法恩.哈巴希在《国外金属选矿》1998年第19期介绍了在高温和压力下用硫酸浸出含镍红土矿。虽然含有大量红土的三氧化铁溶解在硫酸中，但是在高温下三价铁离子水化沉淀铁氧化物并产生酸。在250℃和4000kPa时用衬有耐酸砖的垂直高压釜从位于莫阿(Moa)的库班红土中回收镍。加压酸浸红土镍矿，具有浸出率高、时间短等优点，缺点是设备投资大、设备要求高；对含镁高的矿耗酸高，对处理出低品位的红土镍矿，成本高，因此加压酸浸，对原料要求高，酸浸工艺适合于处理低镁含量的氧化镍矿，矿石中镁含量过高会增加酸的消耗提高操作成本，对工艺过程也会带来影响。
何焕华在《中国有色冶金》2004年第6期阐述了火法湿法相结合的工艺处理氧化镍的工厂，目前世界上只有日本冶金(NipponYakim)公司的大江山冶炼厂(Oyama Smelter)使用该工艺。过程为原矿磨细与粉煤混合制团(是否加离析氯化剂需进一步核实)，团矿干燥后高温还原焙烧，焙烧矿磨细浆化后进行选矿(重选和磁选)产出镍铁合金产品。该工艺的最大特点是生产成本低，85％的能耗由煤提供(吨矿耗煤160～180kg)。与电炉熔炼(80％能耗为电能，吨矿电耗560～600 kW·h)相比，前者能耗仅为后者的30％左右。该工艺的主要问题是粉煤与矿石有效混合及还原焙烧温度的稳定控制，常因这些问题使技术指标不稳定。但从节能、低成本和适于处理低品位氧化镍矿资源的角度出发，该工艺值得进一步研究完善和推广。俄罗斯的研究人员也研究了离析焙烧-浮选(或磁选)工艺处理乌拉尔氧化镍矿，认为它是目前唯一能处理任何类型的氧化镍矿，且能耗及加工成本较低的方法。
日本E.C桑切斯等人在《国外选矿快报》1998年第9期公开了含有石英、磁铁矿和其它杂质的硅镁镍矿在一台行星齿轮式球磨机中研磨，磨后的矿石在浓度为0.5mol/L的HCI溶液中于297K温度下浸出。矿石进行干磨使硅镁镍矿结构从晶质变为非晶质，而二氧化硅和磁铁矿保特晶质不变。这种动力活化的硅镁镍矿导致在H，21溶液中镬和镍的高浸取率。约80％的Mg和Ni被提取出来，而只有约20％的Si被提取。短时间磨矿可以有效地从矿石中提取Mg和Ni，而抑制了Si的提取。g徐有生公知了一项一种处理氧化镍矿的新方法的专利(申请号90103023.6)，本发明涉及一种处理难选氧化镍矿(适合于处理难选氧化铜矿)的新方法。采用微波能加热硫化、选矿，精矿混入含Ni＞3.5％的氧化镍富矿进入等离子体(N气载流)熔炼炉熔炼，一步直接获取含Ni＞52％的高冰镍，一次性获取含Ni＜0.08％的抛渣，从而为开发利用大量低品位氧化镍矿开辟了一条新路。其工艺流程短、综合能耗低、金属直收率高、无环境污染、经济效益显著。
张昱等人公知了一项从氧化镍矿硅酸镍矿回收镍钴的方法专利(申请号200610010774.8)，本发明涉及一种从氧化镍矿硅酸镍矿中回收镍钴的方法，将原矿氧化镍矿、硅酸镍矿破磨至-200目占80~90wt％，加入原矿重量5~15％的焦炭粉、10~30％的氯化剂、0.1~1.0％的助剂，制成粒径5~15mm球团，再采用氯化离析焙烧-磁选工艺对物料进行处理，控制离析回转窑高温带温度为1000～1300℃，窑尾温度为400～600℃，回转窑转速0.75~2转/分钟，时间1~2小时，离析焙烧后产品进入磁场强度为1500~3000高斯的磁选机选别，最后可得镍品位为5~15％，回收率为80~85％；钴品位为0.3~1.7％，回收率为70~80％的镍钴混合精矿。
李智才申请了一种处理低铁氧化镍矿的常压浸出方法专利(申请号200610046808.9)，一种处理低铁氧化镍矿的常压浸出方法，工艺流程为首先将氧化镍矿湿磨，要求粒度≤0.8mm，然后进行液固分离，要求滤渣含水率为20％~35％；向滤渣中加入浓硫酸，加入量为干矿量的70~90％，酸解干燥后将物料存放1~5天，进行浸出沉铁，要求加料速度＜5克/升·分，液固比2~4，溶液温度90~100℃，浸出时间2~3小时；中和剂加入量为干矿量的10~14％，控制溶液pH值2.5~3.5；然后按常规方法进行液固分离得到浸出液和浸出沉铁渣。本发明方法改变了氧化镍矿浸出沉铁过程的机理，因而在相同硫酸消耗的条件下，金属镍的回收率提高5％左右，浸出沉铁矿浆过滤速度提高5倍以上。
王炜等人申请了一种氧化镍矿的处理新方法的专利(申请号200610010935.3)一种氧化镍矿的处理新方法。本发明涉及一种氧化镍矿的处理工艺技术，是综合了化工冶金和选矿技术的处理氧化镍矿新工艺方法。本工艺过程为，将矿石破碎、磨矿成矿浆，磁选出强磁性矿物；矿浆加温并加入浓硫酸浸出，然后加入硫化剂进行化学反应，产出沉淀的硫化镍；将所有的固、液产物送入浮选设备，浮选出硫化镍精矿。本方法工艺简单，生产成本低，可大大提高氧化镍矿的浸出率，有效利用有限的资源，解决了浸得出来而难以过滤的技术难题，并可有利保护环境。
曹国华申请了低品位红土镍矿堆浸提镍钴的方法专利(申请号200510010915.1)，本发明提供一种低品位红土镍矿堆浸提镍钴的方法，它将矿石进行破碎，控制矿石平均粒度小于2cm；将100目-1.5cm的矿石直接入堆，同时将粒径小于100目和粒径大于1.5cm的矿石按0.5-0.8∶1的质量比混合均匀后入堆；按喷淋液酸度为5-18％，喷淋强度为15-30L/m2.h的量进行喷淋和滴淋；收集喷淋和滴淋后的浸出液进行调配，使浸出液中的镍离子浓度达2-4g/L，得含镍钴的浸出液。其生产规模可大可小，矿物资源利用范围广，工艺路径简单，流程短，投资小，能耗低，不污染环境，镍、钴浸出率高，操作简便，生产成本低，为低品位红土镍矿的开发利用提供了极为有效且经济实用的途径。
国内外对红土镍矿开发技术的研究工作十分活跃，由于上述方法存在各种各样的问题，致使红土镍矿，特别是低品位的红土镍矿没有得到有效利用。

发明内容
本发明的目的是提供一种转底炉-电炉联合法处理红土镍矿生产镍铁新技术，具有工艺流程短、原料适应性强、操作简单、温度场均匀、生产时间较短、反应时间快、生产效率高、镍回收率高、成本低、易自动控制等特点，此外，本技术在生产过程中，所需能耗90％由煤提供，不消耗昂贵的电力，仅通过简单的生产工序就可以得到低成本的镍铁产品。
本发明一种转底炉-电炉联合法处理红土镍矿生产镍铁方法按以下步骤完成红土镍矿破磨，加入碳质还原剂、复合添加剂混磨，用球蛋成型机制成球团，干燥，采用转底炉进行快速还原焙烧后，采用电炉进行熔分，熔分后便得到镍铁。
所述的复合添加剂为氯化钠，生石灰和铁粉，所述的转底炉还原焙烧的温度控制在950～1300℃，时间15～40min。
所述的红土镍矿破磨到-120目占90％，所述的碳质还原剂为原矿重量的2-8％，所述的复合添加剂为原矿重量的4-10％，所述的球团为15-20mm，所述的干燥在200～400℃，4～6h。
红土镍矿破磨到-120目占90％、加入原矿重量2-8％的碳质还原剂、4-10％的复合添加剂(氯化钠、生石灰和铁粉)混磨，用球蛋成型机制成15-20mm球团，在200~400℃干燥4~6h，采用转底炉进行快速还原，温度控制在950~1300℃，时间15~40min。还原焙烧后，采用电炉进行熔分，熔分后便得到镍铁。
2.达到的技术经济指标①镍品位12～20％；②镍直收率70～80％；③镍回收率80～85％。
与现有的技术相比具有的优点同传统方法相比，本发明具有工艺流程短、操作简单、温度可控性强、温度场均匀、反应速率快、还原时间大大缩短、生产效率高、成本低，易于实现自动化等特点。硫酸常压浸出工艺适合于处理氧化镁含量低褐铁矿含量高的氧化镍矿，矿石中氧化镁含量过高会增加酸的消耗，提高生产成本，随之产生大量的硫酸镁和少量的硫酸亚铁，给后续处理增加困难，同时污染环境，对工艺过程也会带来影响。高压酸浸工艺可处理品位1.2％以上的褐铁矿和腐泥土，一般镁要低于5％，镍钴回收率大于90％，主要消耗成本是硫酸的消耗，需要保持残酸来保证浸出率。火法电炉冶炼红土镍矿仅电耗就约占操作成本的50％，再加上氧化镍矿熔炼前的干燥、焙烧预处理工艺的燃料消耗，操作成本中的能耗成本可能要占65％以上，因此需要消耗大量的电能，对原料硅镁比例有要求，能耗高，投资大。还原焙烧一氨浸工艺可处理1.5％以下的高镁红土矿，冶炼回收率85％，钴回收率低，能耗较高，属于即将淘汰的工艺。本发明只需加入还原剂、添加剂经混磨，制团，干燥，焙烧，进行重选和磁选，即可得到高含镍品位高的物料。此外，本发明专利对红土镍矿原料的成分没有要求，不管原料镍品位高或低，均可采用本专利技术进行处理获得高品位的镍铁产品。由于采用转底炉快速还原和电炉熔分，二者有机结合，使生产周期缩短，提高了生产效率，因而本发明为不同类型红土镍矿利用提供了一条可行的途径，社会效益和经济效益显著，具有重要的应用和推广前景。


图1是本发明的工艺流程图。
具体实施例方式
实施例11.镁质红土镍矿原料的化学成分如下Ni 0.89～1.01％、Mg 16.11～22.47％、Fe 8.21～10.98％，Co 0.030～0.031％、Al 0.041～0.067％、Si 16.88～23.07％。
2.工艺条件红土镍矿7000g破磨到-120目占90％、加入原矿重量4％的碳质原料、6％的复合添加剂(氯化钠3％、生石灰3％和铁粉1％)混磨，用球蛋成型机制成15-20mm球团，在250℃干燥4h，采用转底炉快速，温度控制在1300℃，时间16min。还原后，采用电炉熔分，便得到高品位的镍铁合金。在此工艺条件下，镍品位达到18.01％，镍直收率达到75.17％，镍回收率82.06％。
实施例21.铁质红土镍矿原料的化学成分如下Ni 1.10～1.27％、Mg 9.55～11.31％、Fe 25.07～28.97％，Co 0.061～0.081％、Al 3.46～5.73％、Si 11.41～12.57％。
2.工艺条件红土镍矿7000g破磨到-120目占90％、加入原矿重量5％的碳质原料、8％的复合添加剂(氯化钠4％、生石灰3％和铁粉1％)混磨，用球蛋成型机制成15-20mm球团，300℃干燥3h，采用转底炉快速，温度控制在1250℃，时间25min。还原后，采用电炉熔分，便得到高品位的镍铁合金。在此工艺条件下，镍品位达到15.14％，镍直收率达到78.04％，镍回收率84.11％。
实施例31.镁质红土镍矿和铁质红土镍矿混合矿原料的化学成分如下Ni 0.97~1.18％、Mg 12.11~15.34％、Fe 12.04~15.78％，Co 0.043~0.050％、Al 1.20~2.46％、Si 14.07~17.86％。
2.工艺条件红土镍矿9000g破磨到-120目占90％、加入原矿重量7％的碳质原料、6％的复合添加剂(氯化钠2％、生石灰3％和铁粉1％)混磨，用球蛋成型机制成15-20mm球团，在200℃干燥6h，采用转底炉快速，温度控制在1100℃，时间35min。还原后，采用电炉熔分，便得到高品位的镍铁合金。在此工艺条件下，镍品位达到17.07％，镍直收率达到76.22％，镍回收率82.79％。
权利要求
1.一种转底炉-电炉联合法处理红土镍矿生产镍铁方法，其特征在于按以下步骤完成红土镍矿破磨，加入碳质还原剂、复合添加剂混磨，用球蛋成型机制成球团，干燥，采用转底炉进行快速还原焙烧后，采用电炉进行熔分，熔分后便得到镍铁。
2.根据权利要求书1所述的转底炉-电炉联合法处理红土镍矿生产镍铁方法，其特征在于，所述的复合添加剂为氯化钠，生石灰和铁粉，所述的转底炉还原焙烧的温度控制在950～1300℃，时间15～40min。
3.根据权利要求书1所述的转底炉-电炉联合法处理红土镍矿生产镍铁方法，其特征在于，所述的红土镍矿破磨到-120目占90％，所述的碳质还原剂为原矿重量的2-8％，所述的复合添加剂为原矿重量的4-10％，所述的球团为15-20mm，所述的干燥在200～400℃，4～6h。
全文摘要
本发明涉及一种转底炉－电炉联合法处理红土镍矿生产镍铁新方法，工艺步骤包括红土镍矿经破磨、加入一定比例的碳质还原剂和复合添加剂与红土镍矿混磨，用球蛋成型机制成球团，在200～400℃干燥4～6h，采用转底炉进行快速还原，温度控制在950～1300℃，时间15～40min。还原焙烧后，采用电炉熔分，便得到高品位的镍铁。本发明工艺流程短、成本低，克服了传统回转窑－电炉生产镍铁、回转窑生产镍精矿或电炉产生镍铁存在的难以克服的困难，实现了转底炉－电炉有机结合与匹配，达到了生产时间短、生产效率高和成本低的效果。因而，本发明为处理不同类型的红土镍矿开辟了一条可行的途径。
文档编号C22B1/14GK101020958SQ20061016383
公开日2007年8月22日 申请日期2006年12月22日 优先权日2006年12月22日
发明者范兴祥, 汪云华, 朱绍武, 周世平, 李季, 周利民, 吴晓峰, 顾华祥, 关晓伟, 赵家春 申请人:昆明贵金属研究所