一种利用铬铁矿和红土镍矿制备含铬镍铁矿氧化球团的方法

1.本发明涉及含铬镍铁矿氧化球团的制备技术领域，特别涉及一种利用铬铁矿和红土镍矿制备含铬镍铁矿氧化球团的方法。


背景技术：

2.铬和镍元素是不锈钢最重要、用量最大的合金元素。我国传统的不锈钢冶炼工艺中主要以高碳铬铁和电解镍(或镍铁合金)作为含铬、含镍原料，生产高碳铬铁和电解镍不仅需要以日益稀缺、价格昂贵的铬铁矿块矿和硫化镍矿为原料，还消耗大量宝贵的电能，这导致了不锈钢生产成本居高不下。因此，开发经济节能的不锈钢冶炼原料制备新工艺迫在眉睫。
3.我国铬、镍资源十分匮乏，主要依赖进口，对外依存度分别高达95％、81.3％，这极大地制约了我国不锈钢工业的可持续发展。当前，世界上生产的铬铁矿80％以上都是粉矿及精矿，铬铁矿粉矿和精矿已经成为主要的铬矿资源。此外，全球陆地上大部分的镍储存在红土镍矿中，占总镍量的72.2％，随着硫化矿资源的日益枯竭，红土镍矿将是未来镍的主要来源。因此，若以价格低廉的铬铁矿粉矿(或精矿)和红土镍矿造块作为冶炼含铬、镍合金的原料有助于降低不锈钢的生产成本，能够提高经济效益，增强市场竞争力。
4.铬铁矿和红土镍矿均为难熔难冶矿物，均存在造块质量差，冶炼能耗高，渣铁分离困难等问题。因此，迫切需要开发出一种高效节能的铬铁矿精矿和红土镍矿造块方法。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用铬铁矿和红土镍矿制备含铬镍铁矿氧化球团的方法，通过配加磁铁矿以及调节碱度的手段强化球团的固结，制备出高强度的含铬镍铁矿氧化球团。
6.为了实现上述第一目的，本发明提出了一种利用铬铁矿和红土镍矿制备含铬镍铁矿氧化球团的方法，其特征在于，按照如下方法制备：
7.1)造球：将经过预处理的铬铁矿、红土镍矿、磁铁矿以及熔剂进行混合，然后造球得到生球，所述熔剂为生石灰；
8.2)氧化焙烧：将制备得到的生球焙烧，得到含铬镍铁矿氧化球团。
9.上述方案中：所述铬铁矿、红土镍矿以及磁铁矿的质量比为：10
‑
35:30:60
‑
35。以便充分发挥了三种矿物之间的协同强化作用，实现了优势互补。
10.上述方案中：所述生石灰的粒径小于0.074mm，球团碱度范围控制在0.2
‑
1.4。
11.上述方案中：所述铬铁矿的预处理方法为：将铬铁矿经过湿式球磨，磨至粒径90％以上小于0.074mm，比表面积不低于1500cm2/g。
12.上述方案中：所述红土镍矿的预处理方法为：将红土镍矿干燥至水分含量10％以下，经过对辊破碎机破碎至3mm以下，然后用棒磨机磨至粒径75％以上小于0.074mm，比表面积不低于1800cm2/g。
13.上述方案中：所述磁铁矿球磨至粒径75％以上小于0.074mm。
14.上述方案中：采用圆盘造球机进行造球，造球水分13wt％
‑
15wt％，造球时间12min
‑
18min，生球粒度控制在8mm
‑
16mm。
15.上述方案中：氧化焙烧在带式焙烧机上进行，预热温度为850℃
‑
1000℃，预热时间为6min
‑
16min；焙烧温度为1230℃
‑
1320℃，焙烧时间为10min
‑
16min；均热温度为800℃
‑
1050℃，均热时间为3min
‑
9min。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.1、首先本发明利用铬铁矿、红土镍矿以及磁铁矿之间的矿物特性具有互补性的特点，提出以铬铁矿、红土镍矿以及磁铁矿为原料制备含铬镍铁矿氧化球团的新思路，充分发挥了三种矿物之间的协同强化作用，实现了优势互补。同时，通过向混合料中添加生石灰调控球团在氧化焙烧过程中的液相量，改善其液相粘结，最终制备出高强度、冶金性能优良的含铬镍铁矿氧化球团。为铬铁矿和红土镍矿的高效综合利用提供了新途径。该球团可以作为熔融还原炉、高炉或者电炉冶炼含铬、镍不锈钢母液的原料，生产出的不锈钢母液可取代部分铬铁合金和镍铁合金，为冶炼不锈钢提供优质炉料。
18.2、本发明可以一步实现铬铁矿、红土镍矿以及磁铁矿的造块，铬铁矿具有成球性能差、结构致密、高铬、高铝、高镁的特性，难以成球；红土镍矿具有成球性能优良、结晶水含量高、疏松多孔、低铁、高硅、高镁的特性，而磁铁矿具有高铁、高feo、低镁、低铝的特性。红土镍矿良好的成球性能可以改善铬铁矿的成球性，红土镍矿的高硅特性可以促进铬铁矿在高温焙烧过程中形成低熔点物相。红土镍矿焙烧后失去结晶水产生的孔洞正好可以由结构致密的铬铁矿填充，磁铁矿可以强化焙烧球内氧化铁的再结晶固结，促进铬铁矿的氧化固结，磁铁矿氧化放热还可以降低能耗。通过将三种具有互补性能的矿石混合造球，充分发挥了三种矿物之间的协同强化作用，实现了优势互补。
19.3、由于红土镍矿具有优良的成球性能，配加红土镍矿可以有效地改善铬铁矿的成球性能，可以极大地提高含铬镍铁矿生球的强度，因此，在造球原料中无需添加膨润土等粘结剂就能得到合格生球。
20.4、本发明在造球混合料中添加熔剂，可调节碱度，可以有效降低含铬镍铁矿球团在焙烧过程中的液相生成温度，促进球团内液相的生成，通过调控球团的液相生成量，可以强化球团的固相粘结和液相粘结，从而提高含铬镍铁矿氧化球团的抗压强度。实现了铬铁矿和红土镍矿的高效综合利用。
附图说明
21.图1是氧化焙烧处理前的球团中铬尖晶石的微观结构图。
22.图2为氧化焙烧处理后自然碱度球团中铬尖晶石的微观结构图。
23.图3为氧化焙烧处理后1.0碱度球团中铬尖晶石的微观结构图。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例对本发明做进一步解释
25.实施例1
26.一种强化铬铁矿气基固态还原的方法，按照以下步骤制备：
27.(1)铬铁矿预处理：将含铁22.61％，含cr2o342.55％的铬铁矿精矿进行湿式球磨，直至铬铁矿中90％以上的颗粒粒径小于0.074mm，比表面积不低于1500cm2/g，得到预处理后的铬铁矿。
28.(2)红土镍矿预处理：将红土镍矿干燥至水分含量10％(重量)以下，用对辊破碎机将红土镍矿破碎至3mm以下，然后用棒磨机磨至粒径75％以上小于0.074mm，比表面积不低于1800cm2/g，得到预处理后的红土镍矿。
29.(3)配料：磁铁矿小于0.074mm的粒级占75wt％以上。将磁铁矿与预处理后的铬铁矿和红土镍矿混合，配矿比例为铬铁矿：红土镍矿：磁铁矿＝30:30:40。
30.(4)造球：采用圆盘造球机对混合物料造球，造球水分为14％，造球时间14min，得到自然碱度生球。生球落下强度为12.3次/0.5m，抗压强度为14.6n/个，爆裂温度为405℃。
31.(5)氧化焙烧：将干燥后的球团进行氧化焙烧，氧化焙烧在带式焙烧机上进行，预热温度为950℃，预热时间为10min。焙烧温度为1320℃，焙烧时间为16min。均热温度为1000℃，均热时间为5min，得到含铬镍铁矿氧化球团，其抗压强度达到607n/个。
32.实施例2
33.一种本发明的含铬镍铁矿氧化球团的制备方法，包括以下步骤：
34.(1)铬铁矿预处理：将含铁22.61％，含cr2o342.55％的铬铁矿精矿进行湿式球磨，直至铬铁矿中90％以上的颗粒粒径小于0.074mm，比表面积不低于1500cm2/g，得到预处理后的铬铁矿。
35.(2)红土镍矿预处理：将红土镍矿干燥至水分含量10％(重量)以下，用对辊破碎机将红土镍矿破碎至3mm以下，然后用棒磨机磨至粒径75％以上小于0.074mm，比表面积不低于1800cm2/g，得到预处理后的红土镍矿。
36.(3)配料：磁铁矿小于0.074mm的粒级占75wt％以上。将磁铁矿与预处理后的铬铁矿和红土镍矿混合，配矿比例为铬铁矿：红土镍矿：磁铁矿＝30:30:40，内配11.6wt％的生石灰，得到二元碱度为1.0的混合物料。
37.(4)造球：采用圆盘造球机对混合物料造球，造球水分为14％，造球时间14min，得到生球。生球落下强度大于20次/0.5m，抗压强度为19.6n/个，爆裂温度为405℃。
38.(5)氧化焙烧：将干燥后的球团进行氧化焙烧，氧化焙烧在带式焙烧机上进行，预热温度为950℃，预热时间为10min。焙烧温度为1230℃，焙烧时间为12min。均热温度为900℃，均热时间为5min，得到含铬镍铁矿氧化球团，其抗压强度达到1991n/个。
39.实施例3
40.一种本发明的含铬镍铁矿氧化球团的制备方法，包括以下步骤：
41.(1)铬铁矿预处理：将含铁22.61％，含cr2o342.55％的铬铁矿精矿进行湿式球磨，直至铬铁矿中90％以上的颗粒粒径小于0.074mm，比表面积不低于1500cm2/g，得到预处理后的铬铁矿。
42.(2)红土镍矿预处理：将红土镍矿干燥至水分含量10％以下，用对辊破碎机将红土镍矿破碎至3mm以下，然后用棒磨机磨至粒径75％以上小于0.074mm，比表面积不低于1800cm2/g，得到预处理后的红土镍矿。
43.(3)配料：将磁铁矿与预处理后的铬铁矿和红土镍矿混合，配矿比例为铬铁矿：红土镍矿：磁铁矿＝30:30:40，内配6.9wt％的生石灰，得到二元碱度为0.6的混合物料。
44.(4)造球：采用圆盘造球机对混合物料造球，造球水分为14％，造球时间14min，得到生球。生球落下强度大于20次/0.5m，抗压强度为23n/个，爆裂温度为531℃。
45.(5)氧化焙烧：将干燥后的球团进行氧化焙烧，氧化焙烧在带式焙烧机上进行，预热温度为950℃，预热时间为10min；焙烧温度为1230℃，焙烧时间为12min；均热温度为900℃，均热时间为5min，得到含铬镍铁矿氧化球团，其抗压强度达到2257n/个。
46.实施例4
47.一种本发明的含铬镍铁矿氧化球团的制备方法，包括以下步骤：
48.(1)铬铁矿预处理：将含铁22.61％，含cr2o342.55％的铬铁矿精矿进行湿式球磨，直至铬铁矿中90％以上的颗粒粒径小于0.074mm，比表面积不低于1500cm2/g，得到预处理后的铬铁矿。
49.(2)红土镍矿预处理：将红土镍矿干燥至水分含量10％以下，用对辊破碎机将红土镍矿破碎至3mm以下，然后用棒磨机磨至粒径75％以上小于0.074mm，比表面积不低于1800cm2/g，得到预处理后的红土镍矿。
50.(3)配料：将磁铁矿与预处理后的铬铁矿和红土镍矿混合，配矿比例为铬铁矿：红土镍矿：磁铁矿＝10:30:60，内配2.2％的生石灰，得到二元碱度为0.2的混合物料。
51.(4)造球：采用圆盘造球机对混合物料造球，造球水分为14％，造球时间14min，得到生球。生球落下强度为7.5次/0.5m，抗压强度为16.8n/个，爆裂温度为455℃。
52.(5)焙烧：将干燥后的球团进行氧化焙烧，氧化焙烧在带式焙烧机上进行，预热温度为950℃，预热时间为10min；焙烧温度为1320℃，焙烧时间为10min；均热温度为950℃，均热时间为7min，得到含铬镍铁矿氧化球团，其抗压强度达到2699n/个。
53.实施例5
54.一种本发明的含铬镍铁矿氧化球团的制备方法，包括以下步骤：
55.(1)铬铁矿预处理：将含铁22.61％，含cr2o342.55％的铬铁矿精矿进行湿式球磨，直至铬铁矿中90％以上的颗粒粒径小于0.074mm，比表面积不低于1500cm2/g，得到预处理后的铬铁矿。
56.(2)红土镍矿预处理：将红土镍矿干燥至水分含量10％以下，用对辊破碎机将红土镍矿破碎至3mm以下，然后用棒磨机磨至粒径75％以上小于0.074mm，比表面积不低于1800cm2/g，得到预处理后的红土镍矿。
57.(3)配料：将磁铁矿与预处理后的铬铁矿和红土镍矿混合，配矿比例为铬铁矿：红土镍矿：磁铁矿＝10:30:60，内配12.4wt％的生石灰，得到二元碱度为1.0的混合物料。
58.(4)造球：采用圆盘造球机对混合物料造球，造球水分为14％，造球时间12min，得到生球。生球落下强度为7次/0.5m，抗压强度为18.1n/个，爆裂温度为387℃。
59.(5)氧化焙烧：将干燥后的球团进行氧化焙烧，氧化焙烧在带式焙烧机上进行，预热温度为850℃，预热时间为16min；焙烧温度为1230℃，焙烧时间为14min；均热温度为850℃，均热时间为5min，得到含铬镍铁矿氧化球团，其抗压强度达到1995n/个。
60.实施例6
61.一种本发明的含铬镍铁矿氧化球团的制备方法，包括以下步骤：
62.(1)铬铁矿预处理：将含铁22.61％，含cr2o342.55％的铬铁矿精矿进行湿式球磨，直至铬铁矿中90％以上的颗粒粒径小于0.074mm，比表面积不低于1500cm2/g，得到预处理
后的铬铁矿。
63.(2)红土镍矿预处理：将红土镍矿干燥至水分含量10％以下，用对辊破碎机将红土镍矿破碎至3mm以下，然后用棒磨机磨至粒径75％以上小于0.074mm，比表面积不低于1800cm2/g，得到预处理后的红土镍矿。
64.(3)配料：将磁铁矿与预处理后的铬铁矿和红土镍矿混合，配矿比例为铬铁矿：红土镍矿：磁铁矿＝35:30:35，内配18.6％的生石灰，得到二元碱度为1.4的混合物料。
65.(4)造球：采用圆盘造球机对混合物料造球，造球水分为13％，造球时间14min，得到生球。生球落下强度为10.7次/0.5m，抗压强度为16n/个，爆裂温度为342℃。
66.(5)焙烧：将干燥后的球团进行氧化焙烧，氧化焙烧在带式焙烧机上进行，预热温度为950℃，预热时间为10min；焙烧温度为1260℃，焙烧时间为14min；均热温度为800℃，均热时间为5min，得到含铬镍铁矿氧化球团，其抗压强度达到2074n/个。
67.实施例7
68.一种含铬镍铁矿氧化球团的制备方法，具体包括以下步骤：
69.(1)铬铁矿预处理：将含铁22.61％，含cr2o342.55％的铬铁矿精矿进行湿式球磨，直至铬铁矿中90％以上的颗粒粒径小于0.074mm，比表面积不低于1500cm2/g，得到预处理后的铬铁矿。
70.(2)红土镍矿预处理：将红土镍矿干燥至水分含量10％以下，用对辊破碎机将红土镍矿破碎至3mm以下，然后用棒磨机磨至粒径75％以上小于0.074mm，比表面积不低于1800cm2/g，得到预处理后的红土镍矿。
71.(3)配料：将磁铁矿与预处理后的铬铁矿和红土镍矿混合，配矿比例为铬铁矿：红土镍矿：磁铁矿＝10:30:60，内配16.8wt％的生石灰，得到二元碱度为1.4的混合物料。
72.(4)造球：采用圆盘造球机对混合物料造球，造球水分为15％，造球时间18min，得到生球。生球落下强度大于20次/0.5m，抗压强度为17.3n/个，爆裂温度为345℃。
73.(5)氧化焙烧：将干燥后的球团进行氧化焙烧，氧化焙烧在带式焙烧机上进行，预热温度为1000℃，预热时间为6min；焙烧温度为1230℃，焙烧时间为14min；均热温度为1050℃，均热时间为3min，得到含铬镍铁矿氧化球团，其抗压强度达到2092n/个。
74.对比例1
75.一种红土镍矿氧化球团的制备方法，包括以下步骤：
76.(1)红土镍矿预处理：将红土镍矿干燥至水分含量10％以下，用对辊破碎机将红土镍矿破碎至3mm以下，然后用棒磨机磨至粒径75％以上小于0.074mm，比表面积不低于1800cm2/g，得到预处理后的红土镍矿。
77.(2)造球：采用圆盘造球机对预处理后的红土镍矿造球，造球水分为29％，造球时间14min，得到生球。生球落下强度为大于20次/0.5m，抗压强度为11.5n/个，爆裂温度大于600℃。
78.(3)焙烧：将干燥后的球团进行氧化焙烧，氧化焙烧在带式焙烧机上进行，预热温度为950℃，预热时间为10min；焙烧温度为1230℃，焙烧时间为10min；均热温度为950℃，均热时间为7min，得到红土镍矿氧化球团，其抗压强度为579n/个。
79.对比例2
80.(1)原料预处理：将含铁22.61％，含cr2o342.55％的铬铁矿精矿进行湿式球磨，直
至铬铁矿中90％以上的颗粒粒径小于0.074mm，比表面积不低于1500cm2/g，得到预处理后的铬铁矿。
81.(2)造球：采用圆盘造球机对步骤(1)制得的铬铁矿物料配加1.6％的膨润土造球，造球水分为13％，造球时间14min，得到铬铁矿生球。生球落下强度为7.1次/0.5m，抗压强度为15.2n/个，爆裂温度为390℃。
82.(3)氧化焙烧：将步骤(2)制得的生球放入带式焙烧机进行焙烧，预热温度为950℃，预热时间为10min；焙烧温度为1320℃，焙烧时间为12min；均热温度为900℃，均热时间为5min，得到铬铁矿氧化球团。其抗压强度为1300n/个。
83.将上述实施例得到的数据分析可知，含铬镍铁矿氧化球团的抗压强度在1990n/个以上。与对比例1和2相应数据比较，本发明的方法，可以在不添加粘结剂的情况下实现铬铁矿和红土镍矿同时造球，并且能够在较低的焙烧温度下得到高强度的含铬镍铁矿氧化球团，球团抗压强度比红土镍矿单独造球提高3倍以上。
84.将制得的含铬镍铁矿氧化球团放入还原炉中，在800℃
‑
1000℃、还原气体条件下进行气基固态还原反应，得到含铬镍铁矿预还原球团；将制得的含铬镍铁矿预还原球团与焦炭混匀后放入高温熔炼炉中进行熔分，得到含铬镍的铁合金。可以作为冶炼不锈钢的原料，取代部分铬铁合金以及镍铁合金，从而达到节省不锈钢生产能耗以及降低生产成本的目的。
85.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。