专利名称：一种红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法
技术领域：
本发明涉及金属冶炼技术领域，更具体地，本发明涉及一种红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法。
背景技术：
镍具有抗氧化、抗腐蚀、耐高温、强度高、延展性好等特点，其用途十分广泛，尤其在钢铁和有色金属冶炼业中的消费比重最大，其次应用在轻工行业、机械制造、化工、石油和电力等行业，而高新技术领域对镍的需求也很旺盛。世界陆基镍的储量约为417亿吨，39. 14%以硫化矿的形式存在，而世界上约70%的镍是从硫化矿中提取，赋存在氧化矿床中的镍占镍储量的60. 16%。随着可经济利用的硫化镍矿和高品位红土镍矿资源的日益枯竭，大量存在的低品位红土镍矿的经济开发成了·当今镍冶金的研究热点。然而，目前的红土镍矿主要采用回转焙烧窑的方法来冶炼镍铁，该方法和设备处理能力较低，而且能耗大，不利于环保，因此仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出一种实施简单、能耗低且可行性强的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法。根据本发明实施例的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，包括以下步骤a)将所述红土型镍矿与还原剂混合，得到混合物料；b)将所述混合物料进行熔池熔炼，得到镍铁产物和废渣。根据本发明实施例的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法,通过熔池熔炼的方法对红土型镍矿进行熔炼得到镍铁，该方法实施简单，可操作性强，并且大大降低了镍铁熔炼的能耗，有利于环保，可以在电力缺乏的地区开展红土矿冶炼工作，而且煤可以提供整个生产过程的能源，生产过程中高温烟气经过脱尘后可利用余热发电技术进行热能回收利用，达到有效降低整个冶炼过程能耗的效果。另外，根据本发明上述实施例的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，还可以具有如下附加的技术特征根据本发明的一个实施例，步骤a)包括以下步骤a_l)提供红土型镍矿，并干燥所述红土型镍矿得到干燥的红土型镍矿；a_2)将干燥的红土型镍矿与所述还原剂混合，得到所述混合物料。根据本发明的一个实施例，在所述混合物料中含有60 80重量份的所述红土型镍矿和5 20重量份的所述还原剂。根据本发明的一个实施例，所述还原剂为选自无烟煤、烟煤和焦炭中的一种或多种。根据本发明的一个实施例，所述步骤a)中还添加有5 20重量份的造渣剂以得到所述混合物料。根据本发明的一个实施例，所述造渣剂为选自石灰石、石灰、白云石、碳酸钠、硫酸纳、石骨和硫Ifef丐中的一种或多种。根据本发明的一个实施例,所述熔池熔炼为顶吹熔池熔炼、侧吹熔池熔炼或底吹熔池熔炼。根据本发明的一个实施例，还包括以下步骤c)将所述废渣进行资源化利用以得到矿物棉和/或人工砂石。根据本发明的一个实施例，所述熔池熔炼温度为1400 1600°C。 根据本发明的一个实施例，所述红土型镍矿通过干燥窑进行干燥。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I是根据本发明实施例的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法的流程示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。首先，参考图I描述本发明所涉及的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法的流程。
具体的，本发明所涉及的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法包括以下步骤a)将所述红土型镍矿与还原剂混合，得到混合物料；b)将所述混合物料进行熔池熔炼，得到镍铁产物和废渣。由此，根据本发明实施例的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，通过熔池熔炼的方法实现了红土型镍矿熔炼得到镍铁的过程，该方法实施简单，可操作性强，并且大大降低了镍铁熔炼的能耗，有利于环保，可以在电力缺乏的地区开展红土矿冶炼工作，而且煤可以提供整个生产过程的能源，生产过程中高温烟气经过脱尘后可利用余热发电技术进行热能回收利用，达到有效降低整个冶炼过程能耗的效果。关于步骤a)，需要理解的是，所述红土型镍矿与还原剂混合得到混合物料的方法没有特殊限制，考虑到红土型镍矿中可能存在较多水分会影响熔池熔炼的正常进行，可以对所述红土型镍矿进行干燥得到干燥的红土型镍矿后再进行混合。所述红土型镍矿的干燥设备也没有特殊限制，只要能起到干燥红土型镍矿的效果即可，优选地，所述红土型镍矿通过干燥窑进行干燥。其具体操作可以为提供红土型镍矿，并干燥所述红土型镍矿得到干燥的红土型镍矿；将干燥的红土型镍矿与所述还原剂混合，得到所述混合物料。
关于熔池熔炼的方法，需要理解的是，所述熔池熔炼的方法没有特殊限制，根据不同的熔炼设备可以选择不同的熔炼方法。优选地，所述熔炼方法可以包括顶吹熔池熔炼、侧吹熔池熔炼或底吹熔池熔炼。 根据本发明实施例的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法,所述混合物料中含有60 80重量份的所述红土型镍矿,5 20重量份的所述还原剂。关于还原剂的选择，需要理解的是，所述还原剂具有还原性，并可作为燃料使用，以通过燃烧达到熔池熔炼的温度，考虑到成本问题，优选地，所述还原剂可以是选自无烟煤、烟煤和焦炭中的一种或多种。镍在红土矿中是以复杂硅酸盐形式存在，如绿泥石、镍滑石、蛇纹石类矿物。各类矿物都经过分解生成简单硅酸盐，简单硅酸盐直接与还原剂反应或在造渣剂作用下生成NiO后再与还原剂反应。
( I)绿泥石类矿物分解生成简单硅酸盐的机理为(a) Ni3Si2O5(OH)4 — Ni3Si207+2H20(b) 2Ni3Si207 — 3Ni2Si04+Si02(2)镍滑石分解生成简单硅酸盐的机理为(a) (Ni, Mg) 3Si4010 (OH) 2 ^ 3 (Ni, Mg) Si03+Si02+H20(b) 2 (Ni, Mg) SiO3 ^ (Ni, Mg) 2Si04+Si02简单硅酸盐与还原剂直接还原机理为 (Ni, Mg) 2Si04+C — Ni+C02+Mg2Si04Ni2SiOJP (Ni，Mg)讲04在造渣剂(造渣剂中参与反应的主要成分为造渣剂经过分解后产生的A0，其中，所述AO为CaO、MgO或Na2O, AO的分解机理见造渣剂在熔炼过程中的反应)作用下置换反应生成NiO的反应机理为(Ni, Mg) 2Si04+A0 — NiO+ (A, Mg) 2Si04Ni2Si04+A0 — ASi04+Ni0置换出的NiO为溶解态用[NiO]表示,其还原机理为[Ni0]+C — Ni+C02考虑到红土矿中铁可能以针铁矿、赤铁矿、复杂硅酸盐如蛇纹石、叶蜡石等多种矿物形式存在，因此，不同赋存状态的铁，其还原机理有所不同，还原剂在还原过程中的主要反应也不相同。(I)针铁矿形式存在的铁，其熔融还原机理为(a)针铁矿高温脱水分解FeOOH — Fe203+H20(b)熔融还原Fe203+C+02 — Fe+C02( 2 )赤铁矿熔融还原机理为Fe203+C+02 — Fe+C02(3)叶蜡石中铁熔融还原机理为(a)叶蜡石高温分解Fe2Si4O10 (OH) 2 — Fe203+Si02+H20
(b)熔融还原Fe203+C+02 — Fe+C02由此，可以制得由Ni、Fe等混合而成的镍铁产物，其中，所述镍铁产物中Ni的质量百分比为10 30%，Fe的质量百分比为70 90%，所述镍铁产物中还含有质量百分比为0. 01 0. 1%的S及质量百分比为0. I 5%的C。考虑到镍铁熔炼的反应温度，为了保证熔炼反应的正常进行，优选地，所述熔池熔炼的反应温度为1400 1600°C。由于所述熔池熔炼的反应温度为1400 1600°C，在该温度下反应得到的镍铁产物排出温度约为1300 1500°C，废渣的排出温度约为1350 1550°C。考虑到温度较高的废渣排出处理过程困难且成本较高，因此，可在所述混合物料进行熔池熔炼之前混合适量造渣剂以降低废渣排出温度。优选地，可在所述混合物料中混入5 20重量份的造渣剂。 需要理解的是，关于所述造渣剂的选择没有特殊限制，只要能结合干红土型镍矿熔体中的SiO2,降低干红土型镍矿的熔点即可。优选地，所述造渣剂为选自石灰石、石灰、白云石、碳酸钠、硫酸钠、石膏和硫酸钙中的一种或多种。石灰石在熔池熔炼过程中的主要反应为CaCO3 — Ca0+C02CaCHSiO2 — CaSiO3白云石在熔池熔炼过程中的主要反应为CaMgCO3 — Ca0+Mg0+C02CaCHSiO2 — CaSiO3MgCHSiO2 — MgSiO3碳酸钠在熔池熔炼过程中的主要反应为Na2CO3 — Na2CHCO2Na2CHSiO2 — Na2SiO3硫酸钠在熔池熔炼过程中的主要反应为Na2SO4 — Na20+S02+02Na2CHSiO2 — Na2SiO3硫酸钙在熔池熔炼过程中的主要反应为CaSO4 — Ca0+S02+02CaCHSiO2 — CaSiO3在有还原剂情况下，硫酸钙分解机理为2CaS04+C — 2Ca0+2S02+C02由此，在加入造渣剂后，废渣的排出温度可以降低为1350 1450°C，降低了废渣排出处理的难度，降低了成本。考虑到熔池熔炼过程中产生大量的副产物，为了更好的起到环保作用，可以对副产物，如废渣，进行资源化利用。优选地，可以将所述废渣进行资源化利用获得矿物棉和/或人工砂石。下面结合具体实施例描述根据本发明的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法。
实施例I提供红土型镍矿，加入干燥窑进行干燥得到干燥的红土型镍矿，将干燥的红土型镍矿、无烟煤和石灰石以质量比为7 1 2的比例混合，得到混合物料，将混合物料加入到顶吹熔炉中，在1500°C下进行顶吹熔池熔炼，得到镍铁产物和废渣，其中，所述镍铁产物中含有Ni 17%, Fe 80%, S 0. 02%, P :0. 002%, C 2% (质量百分比)。将废渣进行资源化利用获得矿物棉和/或人工砂石。实施例2提供红土型镍矿，加入干燥窑进行干燥得到干燥的红土型镍矿，将干燥的红土型镍矿、烟煤和石膏以质量比为8 1 1的比例混合，得到混合物料，将混合物料加入到侧吹熔炉中，在1400°C下进行侧吹熔池熔炼，得到镍铁产物和废渣，其中，所述镍铁产物中含有Ni 15%, Fe 82%, S :0. 02%, P :0. 002%, C 2% (质量百分比)。将废渣进行资源化利用获得矿物棉和/或人工砂石。 实施例3提供红土型镍矿，加入干燥窑进行干燥得到干燥的红土型镍矿，将干燥的红土型镍矿、焦炭和硫酸钙以质量比为15 2 3的比例混合，得到混合物料，将混合物料加入到底吹熔炉中，在1600°C下进行底吹熔池熔炼，得到镍铁产物和废渣，其中，所述镍铁产物中含有Ni 16%, Fe 81%, S 0. 02%,P :0. 002%, C 2% (质量百分比)。将废渣进行资源化利用获得矿物棉和/或人工砂石。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，包括以下步骤 a)将所述红土型镍矿与还原剂混合，得到混合物料； b)将所述混合物料进行熔池熔炼，得到镍铁产物和废渣。
2.根据权利要求I所述的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，步骤a)包括以下步骤 a_l)提供红土型镍矿，并干燥所述红土型镍矿得到干燥的红土型镍矿； a-2)将干燥的红土型镍矿与所述还原剂混合，得到所述混合物料。
3.根据权利要求I所述的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，在所述混合物料中含有60 80重量份的所述红土型镍矿和5 20重量份的所述还原剂。
4.根据权利要求I所述的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述还原剂为选自无烟煤、烟煤和焦炭中的一种或多种。
5.根据权利要求I所述的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述步骤a)中还添加有5 20重量份的造渣剂以得到所述混合物料。
6.根据权利要求4所述的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述造渣剂为选自石灰石、石灰、白云石、碳酸钠、硫酸钠、石膏和硫酸钙中的一种或多种。
7.根据权利要求I所述的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述熔池熔炼为顶吹熔池熔炼、侧吹熔池熔炼或底吹熔池熔炼。
8.根据权利要求I所述的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，还包括以下步骤 c)将所述废渣进行资源化利用以得到矿物棉和/或人工砂石。
9.根据权利要求I所述的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述熔池熔炼温度为1400 1600°C。
10.根据权利要求2所述的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，其特征在于，所述红土型镍矿通过干燥窑进行干燥。
全文摘要
本发明公开了一种红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，包括以下步骤a)将所述红土型镍矿与还原剂混合，得到混合物料；b)将所述混合物料进行熔池熔炼，得到镍铁产物和废渣。根据本发明实施例的红土型镍矿熔池熔炼生产镍铁的方法，通过熔池熔炼的方法实现了红土型镍矿熔炼得到镍铁的过程，该方法实施简单，可操作性强，并且大大降低了镍铁熔炼的能耗，有利于环保，可以在电力缺乏的地区开展红土矿冶炼工作，而且煤可以提供整个生产过程的能源，生产过程中高温烟气经过脱尘后可利用余热发电技术进行热能回收利用，达到有效降低整个冶炼过程能耗的效果。
文档编号C22B23/02GK102703733SQ201210206679
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者卢笠渔, 尉克俭, 李兴杰, 李曰荣, 马明生, 黎敏 申请人:中国恩菲工程技术有限公司