本发明涉及冶金及材料科学技术领域，具体来说，涉及一种强化红土镍矿压团的复合添加剂及其制备方法和应用。
背景技术：
镍是一种重要的战略金属材料，目前主要用于不锈钢生产。金属镍的主要来源为硫化镍矿和红土镍矿，且以前者为主。随着全球硫化镍矿的过度开采而导致的资源枯竭贫化，镍资源开发利用的重心已经逐渐向红土镍矿偏移。红土镍矿在国内的处理工艺主要以火法为主，主要包括回转窑-电炉法（rkef）、烧结-高炉法和回转窑直接还原-磁选法，以及竖炉-电炉法、转底炉-熔分炉法等应用范围较小的工艺。为了稳定炉况和顺行，火法工艺对入炉炉料的冷机械强度和热稳定性均有较高要求。其中，红土镍矿团块的冷固结成为强化入炉炉料品质的有效途径之一，主要步骤为：以红土镍矿为原料，按冶炼工艺所要求的配比、机械强度和形状大小，经机械加压压制而成的具有一定形状和强度的团块，常应用于红土镍矿原料的入炉预处理工艺。红土镍矿压团工艺中，添加剂的研制是关键技术之一，它直接决定了团块的冷、热态强度及热稳定性、还原性等指标。而目前利用添加剂用于强化红土镍矿预压成型的研究鲜有公开报道。
当前开发的压团添加剂主要分为有机添加剂、无机添加剂和复合添加剂三大类。有机添加剂的粘结性能好，红土镍矿团块干燥固化以后具有较高的机械强度。但是，由于有机添加剂中的有机物在高温下易分解和燃烧、丧失粘结力，团块的热态强度一般较差。使用无机添加剂制得的红土镍矿团块具有较高的机械强度，而且热态强度也较高。其缺点是增加了非可燃无机成分，从而增大了后期冶炼的渣量。复合添加剂是同时使用两种不同类型的添加剂，可相互弥补单一添加剂存在的不足，使团块达到最佳效果。复合型添加剂是近年来压团工艺添加剂发展的研究方向。因此，开发一种用于强化红土镍矿压团的复合添加剂显得尤为重要。
针对相关技术中所述的问题，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，本发明提出一种应用于红土镍矿压团工艺，且能显著提高红土镍矿压团成品率和冷热态强度的复合添加剂，具有组分配比合理、生产工艺简单等优势。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于强化红土镍矿压团的复合添加剂，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。
作为本发明优选的方案，上述的的复合添加剂，包括15wt%的水玻璃、40wt%的无烟煤、20wt%的腐植酸钠和25wt%的石灰石。
上述的复合添加剂组分中，水玻璃的模数为2.00～3.55，水分为40.0wt%～49.5wt%，密度为1.297kg•m-3～1.418kg•m-3。
上述的复合添加剂，优选的，无烟煤的粒度为0.074mm～3mm。
上述的复合添加剂，优选的，腐植酸钠平均粒度小于0.074mm。
上述的复合添加剂，优选的，石灰石的粒度为0.074mm～3mm。
一种上述复合添加剂的制备方法，其步骤为：将无烟煤、腐植酸钠和石灰石按上述质量配比进行称量、混匀的得到混合物后，水玻璃单独配入。
一种上述复合添加剂在强化红土镍矿压团中的应用。
上述的应用，所述应用方法为：
s1、将红土镍矿与复合添加剂混合，加入水得到混合物；将所述混合物压制成型得到红土镍矿团块。
上述的应用，所述红土镍矿与所述复合添加的质量比为1∶0.15～0.3。
上述的应用，所述压制成型过程中，压强为30mpa～60mpa。
上述的应用，其特征在于，还包括以下步骤：
s2、将所述红土镍矿团块干燥预热后进入回转窑内，加入还原煤，在还原性气氛下进行还原得到还原产品；
s3、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；
s4、将冷却后的还原产物破碎、磨矿和磁选得到高镍精矿。
其中，所述s2步骤具体为：将团块干燥，利用回转窑的热尾气对团块预热850℃～950℃；将还原煤通过氮气预热至700℃～950℃；
上述的应用，优选的，所述s2步骤中，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，在还原性气氛下进行还原得到还原产品。
上述的应用，优选的，所述s2步骤中，，还原温度1200℃～1250℃，还原时间为30min～60min。
上述的应用，优选的，所述s3步骤中，所述还原产品经过氮气在竖式冷却机冷却至120℃以下，所述氮气为经热交换预热还原煤后的冷却氮气。
上述的应用，优选的，所述s4步骤中，将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。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明提供了一种用于强化红土镍矿压团的复合添加剂，包括水玻璃、无烟煤、腐植酸钠和石灰石。其中水玻璃为无机粘结剂，腐殖酸钠为有机添加剂，以无烟煤为还原剂，以石灰石为熔剂。无机粘结剂和有机粘结剂之间相互补充，具有较强的粘结能力。同时无烟煤和石灰石颗粒均能提高复合添加剂的体积密度，经压团后，在红土镍矿团块中起支撑骨架的作用。因此，粘结剂、还原剂和熔剂的共同作用，在红土镍矿压团过程中，能增强矿物颗粒间的内聚力，从而提高红土镍矿压团的成型率和成品团块的机械强度，并且在高温还原焙烧阶段减少红土镍矿团块的爆裂粉化，进而满足后续加工的要求。压团成型率可达82%，落下强度达到93%，团块抗压强度达到130n/个，热爆指数在0.60%以下。
（2）本发明提供了一种用于强化红土镍矿压团的复合添加剂，其组分中，无烟煤在红土镍矿团块还原过程中作为补充还原剂，能增强红土镍矿颗粒周围的还原气氛，促进镍、铁氧化物的还原，提高还原效率。石灰石一方面在红土镍矿团块还原前期分解，生成的二氧化碳外扩散促进团块中孔隙的形成，增加还原气体进入团块内部的通道从而促进还原，另一方面在后续熔炼过程中起调节碱度的作用，促进渣相形成及渣铁分离。
（3）本发明提供了一种用于强化红土镍矿压团的复合添加剂，其中无烟煤和石灰石的的粒度为0.074mm～3mm占80%～90%，粒度分布范围广，添加剂中的粗、细颗粒与红土镍矿颗粒经压团成型后存在机械啮合作用，同时粗颗粒在团块内部起到支撑作用，从而提高了红土镍矿压团成品团块的机械强度。
（4）本发明提供了一种用于强化红土镍矿压团的复合添加剂的制备方法，具有原料来源广泛、成本低、制备工艺简单等优点，容易实现规模化生产。
（5）本发明提供了一种复合添加剂在红土镍矿压团过程中的应用，应用方法简单、使用方便。
具体实施方式
下面将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。无烟煤的粒度为0.074mm～3mm。腐植酸钠的粒度小于0.074mm。石灰石的粒度为0.074mm～3mm。
实施例1
一种本发明的复合添加剂，包括64wt%的无烟煤、20wt%的石灰石、8wt%的腐植酸钠、8wt%的水玻璃。
一种本实施例的复合添加剂的制备方法，其制备方法为：将无烟煤、腐植酸钠和石灰石按上述质量配比进行称量、混匀的得到混合物后，将水玻璃单独配入。
一种本实施例复合添加剂在红土镍矿压团中的应用，具体的应用方法包括以下步骤：
（1）将红土镍矿和复合添加剂按照质量比为1∶0.25的比例，在转速为17r/min的混合机中混合3分钟。然后加入8wt%的水，继续混合3分钟。
（2）将上述混合后的物质放入对辊压团机料盒中，在60mpa的压强下压制成型，得到红土镍矿团块。
该红土镍矿团块成品率80.60%，落下强度89.33%，团块抗压强度124n/个，热爆裂指数0.57%。
（3）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得到还原产物。同时，在还原过程中，将预热至900℃的还原煤按照c/fe质量比0.8∶1喷入窑内，热还原块出窑温度1000℃以上。
（4）将还原产物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。冷还原产物经过出料机、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。
（5）将冷还原产物磨矿至粒度小于0.074mm占90%以上，然后在磁场强度为0.08t的条件下磁选获得铁镍精矿。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
一种本发明的复合添加剂，包括64wt%的无烟煤、20wt%的石灰石、8wt%的腐植酸钠、8wt%的水玻璃。
一种本实施例的复合添加剂的制备方法，其制备方法为：将无烟煤、腐植酸钠和石灰石按上述质量配比进行称量、混匀的得到混合物后，将水玻璃单独配入。
一种本实施例复合添加剂在红土镍矿压团中的应用，具体的应用方法包括以下步骤：
（1）将红土镍矿和复合添加剂按照质量比为1∶0.20的比例，在转速为17r/min的混合机中混合3分钟。然后加入8wt%的水，继续混合3分钟。
（2）将上述混合后的物质放入对辊压团机料盒中，以60mpa的压强下压制成型，得到红土镍矿团块；
该红土镍矿团块成品率79.82%，落下强度85.96%，团块抗压强度119n/个，热爆裂指数0.51%。
（3）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得到还原产物。同时，在还原过程中，将预热至900℃的还原煤按照c/fe质量比0.8∶1喷入窑内，热还原块出窑温度1000℃以上。
（4）将还原产物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。冷还原产物经过出料机、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。
（5）将冷还原产物磨矿至粒度小于0.074mm占90%以上，然后在磁场强度为0.08t的条件下磁选获得镍铁精矿。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3
一种本发明的复合添加剂，包括64wt%的无烟煤、20wt%的石灰石、8wt%的腐植酸钠、8wt%的水玻璃。
一种本实施例的复合添加剂的制备方法，其制备方法为：将无烟煤、腐植酸钠和石灰石按上述质量配比进行称量、混匀的得到混合物后，将水玻璃单独配入。
一种本实施例复合添加剂在红土镍矿压团中的应用，具体的应用方法包括以下步骤：
（1）将红土镍矿和复合添加剂按照质量比为1∶0.30的比例，在转速为17r/min的混合机中混合3分钟。然后加入8wt%的水，继续混合3分钟。
（2）将上述混合后的物质放入对辊压团机料盒中，以60mpa的压强下压制成型，得到红土镍矿团块；
该红土镍矿团块成品率81.53%，落下强度89.96%，团块抗压强度130n/个，热爆裂指数0.69%。
（3）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得到还原产物。同时，在还原过程中，将预热至900℃的还原煤按照c/fe质量比0.8∶1喷入窑内，热还原块出窑温度1000℃以上。
（4）将还原产物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。冷还原产物经过出料机、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。
（5）将冷还原产物磨矿至粒度小于0.074mm占90%以上-，然后在磁场强度为0.08t的条件下磁选获得镍铁精矿。铁品位为63.33%，铁回收率64.72%，镍品位6.55%，镍回收率为85.33%。
从实施例1至3的结果可知，复合添加剂成分一致，不同的红土镍矿和复合添加剂质量比，其红土镍矿团块的落下强度、团块抗压强度和热爆裂指数具有显著差异，随着复合添加剂的比例增大，落下强度、团块抗压强度和热爆裂指数逐渐增强。
实施例4
一种本发明的复合添加剂，包括54wt%的无烟煤、30wt%的石灰石、8wt%的腐植酸钠、8wt%的水玻璃。
一种本实施例的复合添加剂的制备方法，其制备方法为：将无烟煤、腐植酸钠和石灰石按上述质量配比进行称量、混匀的得到混合物后，将水玻璃单独配入。
一种本实施例复合添加剂在红土镍矿压团中的应用，具体的应用方法包括以下步骤：
（1）将红土镍矿和复合添加剂按照质量比为1∶0.25的比例，在转速为17r/min的混合机中混合3分钟。然后加入8wt%的水，继续混合3分钟。
（2）将上述混合后的物质放入对辊压团机料盒中，以60mpa的压强下压制成型，得到红土镍矿团块；
该红土镍矿团块成品率80.20%，落下强度88.78%，团块抗压强度120n/个，热爆裂指数0.55%。
（3）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得到还原产物。同时，在还原过程中，将预热至900℃的还原煤按照c/fe质量比0.8∶1喷入窑内，热还原块出窑温度1000℃以上。
（4）将还原产物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。冷还原产物经过出料机、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。
（5）将冷还原产物磨矿至粒度小于0.074mm占90%以上，然后在磁场强度为0.08t的条件下磁选获得镍铁精矿。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5
一种本发明的复合添加剂，包括59wt%的无烟煤、18wt%的石灰石、15wt%的腐植酸钠、8wt%的水玻璃。
一种本实施例的复合添加剂的制备方法，其制备方法为：将无烟煤、腐植酸钠和石灰石按上述质量配比进行称量、混匀的得到混合物后，将水玻璃单独配入。
一种本实施例复合添加剂在红土镍矿压团中的应用，具体的应用方法为：
（1）将红土镍矿和复合添加剂按照质量比为1∶0.25的比例，在转速为17r/min的混合机中混合3分钟。然后加入8wt%的水，继续混合3分钟。
（2）将上述混合后的物质放入对辊压团机料盒中，以60mpa的压强下压制成型，得到红土镍矿团块；
该红土镍矿团块成品率81.06%，落下强度90.08%，团块抗压强度131n/个，热爆裂指数0.35%。
（3）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得到还原产物。同时，在还原过程中，将预热至900℃的还原煤按照c/fe质量比0.8∶1喷入窑内，热还原块出窑温度1000℃以上。
（4）将还原产物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。冷还原产物经过出料机、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。
（5）将冷还原产物磨矿至粒度小于0.074mm占90%以上，然后在磁场强度为0.08t的条件下磁选获得镍铁精矿。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6
一种本发明的复合添加剂，包括59wt%的无烟煤、18wt%的石灰石、8wt%的腐植酸钠、15wt%的水玻璃。
一种本实施例的复合添加剂的制备方法，其制备方法为：将无烟煤、腐植酸钠和石灰石按上述质量配比进行称量、混匀的得到混合物后，将水玻璃单独配入。
一种本实施例复合添加剂在红土镍矿压团中的应用，具体的应用方法包括以下步骤：
（1）将红土镍矿和复合添加剂按照质量比为1∶0.25的比例，在转速为17r/min的混合机中混合3分钟。然后加入8wt%的水，继续混合3分钟。
（2）将上述混合后的物质放入对辊压团机料盒中，以60mpa的压强下压制成型，得到红土镍矿团块；
该红土镍矿团块成品率80.72%，落下强度89.55%，团块抗压强度128n/个，热爆裂指数0.56%。
（3）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得到还原产物。同时，在还原过程中，将预热至900℃的还原煤按照c/fe质量比0.8∶1喷入窑内，热还原块出窑温度1000℃以上。
（4）将还原产物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。冷还原产物经过出料机、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。
（5）将冷还原产物磨矿至小于0.074mm占90%以上，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7
一种本发明的复合添加剂，包括40wt%的无烟煤、25wt%的石灰石、20wt%的腐植酸钠、15wt%的水玻璃。
一种本实施例的复合添加剂的制备方法，其制备方法为：将无烟煤、腐植酸钠和石灰石按上述质量配比进行称量、混匀的得到混合物后，将水玻璃单独配入。
一种本实施例复合添加剂在红土镍矿压团中的应用，具体的应用方法包括以下步骤：
（1）将红土镍矿和复合添加剂按照质量比为1∶0.20的比例，在转速为17r/min的混合机中混合3分钟。然后加入8wt%的水，继续混合3分钟。
（2）将上述混合后的物质放入对辊压团机料盒中，以60mpa的压强下压制成型，得到红土镍矿团块；
该红土镍矿团块成品率82.06%，落下强度93.00%，团块抗压强度130n/个，热爆裂指数0.60%。
（3）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得到还原产物。同时，在还原过程中，将预热至900℃的还原煤按照c/fe质量比0.8∶1喷入窑内，热还原块出窑温度1000℃以上。
（4）将还原产物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。冷还原产物经过出料机、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。
（5）将冷还原产物磨矿至粒度小于0.074mm占90%以上-，然后在磁场强度为0.08t的条件下磁选获得镍铁精矿。铁品位为63.33%，铁回收率64.72%，镍品位6.55%，镍回收率为85.33%。
对比例1
按照实施例1的方法，区别在于不添加复合添加剂，红土镍矿团块成品率77.77%，落下强度78.65%，团块抗压强度107n/个，热爆裂指数1.35%。
对比例2
按照实施例7的方法，区别在于不添加复合添加剂，单独添加4wt%的腐植酸钠、3wt%的水玻璃，红土镍矿团块成品率79.80%，落下强度82.65%，团块抗压强度118n/个，热爆裂指数1.68%。
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。