一种红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法

本发明属于冶金领域，尤其涉及一种红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法。

背景技术：

1、镍钴是支撑国防军工和战略新兴产业发展的重要金属。镍矿床主要分为两大类：岩浆型硫化镍矿和风化型红土镍矿。由于近年来高品位硫化镍矿的持续枯竭，丰富的红土镍矿资源成为提取镍的主要原料。但红土镍矿具有复杂的矿物学特性、结晶性差、颗粒细等特点，很难进行选矿，因此无法使用单一工艺从各类型红土镍矿中提取镍。基于这一问题，考虑到矿物类型和提取成本等，处理各类型的红土镍矿工艺被研发，并应用于产业化。

2、电炉还原熔炼和高压酸浸两种工艺应用最为广泛。电炉还原熔炼具有镍铁品位高、有害元素少、生产效率高等优点，但该工艺能耗高、熔炼渣量大及金属钴回收率低等缺点；高压酸浸工艺具有镍钴浸出率高等优点，但投资费用高、建设周期长、操作条件苛刻等缺点。针对以上缺点亟需开发红土镍矿新的处理方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法，包括以下步骤：

4、(1)将红土镍矿与还原剂混合后加入回转窑内进行焙烧还原，当物料处于回转窑窑尾时，在回转窑窑尾喷入硫化剂进行反应，得到硫化产物和烟气一；

5、(2)将所述硫化产物和钢渣加入反应炉内进行升温，并向炉内高温熔体中加入硫化剂和还原剂进行熔炼，得到熔炼渣、镍锍和烟气二。

6、上述的红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法，优选的，所述硫化剂为硫磺、硫化钙、黄铁矿或石膏渣的一种或多种；所述还原剂为无烟煤、焦炭、煤粉及生物质碳的一种或多种。

7、上述的红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法，优选的，步骤(1)中，还原剂的用量为红土镍矿质量的2-10％，硫化剂的用量为红土镍矿质量的2-10％。

8、上述的红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法，优选的，步骤(2)中，还原剂的用量为硫化产物和钢渣总质量的4-15％，硫化剂的用量为硫化产物和钢渣总质量的3-15％。需严格控制钢渣与硫化产物的比例，钢渣加入体系中，一方面钢渣可以作为渣型调质剂，大大减少红土镍矿熔炼过程中熔剂的加入量，另一方面可以实现钢渣的资源化利用，减少因堆存造成的环境问题。若钢渣加入量过多，导致体系中含有更多的铁氧化物，那么会使更多的铁氧化物硫化成硫化物，导致生成的镍锍品位降低；若钢渣加入量过少，则仍需要配入多的添加剂。

9、上述的红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法，优选的，步骤(1)中，焙烧温度为800-1050℃，物料在回转窑的停留时间为1-5h。

10、上述的红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法，优选的，步骤(2)中，熔炼的温度为1450-1600℃，时间1-4h。

11、上述的红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法，优选的，步骤(2)中，钢渣的加入量为硫化产物质量的0.05-0.3倍。

12、上述的红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法，优选的，所述红土镍矿的成分包括质量含量为0.8-3.0％的镍、0.02-0.2％的钴、10-25％的铁、0.8-3.0％的铬、15-35％的氧化镁和30-50％的二氧化硅；

13、所述钢渣的成分包括质量含量为7-30％的铁、质量含量为30-54.29％的氧化钙和质量含量为8-45.8％的二氧化硅。

14、上述的红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法，优选的，将烟气一、烟气二返回至步骤(1)中。

15、上述的红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法，优选的，步骤(2)中获得的镍锍的成分包括质量含量为15-30％的镍、质量含量为0.3-1.5％的钴、质量含量为40-50％的铁、质量含量为18-24％的硫。

16、以硫化剂为硫磺为例，本发明的工艺过程中涉及的化学反应方程式包括：

17、4nio+s2(g)＝4ni+2so2(g)   (1)；

18、nio+c＝ni+co(g)  (2)；

19、3ni+s2(g)＝ni3s2  (3)；

20、4coo+s2(g)＝4co+2so2(g)  (4)；

21、coo+c＝co+co(g)  (5)；

22、

23、12fe2o3+s2(g)＝8fe3o4+2so2(g)  (7)；

24、3fe2o3+c＝2fe3o4+co(g)  (8)；

25、4fe3o4+s2(g)＝12feo+2so2(g)  (9)；

26、fe3o4+c＝3feo+co(g)  (10)；

27、feo+c＝fe+co(g)                      (11)；

28、4feo+s2(g)＝4fe+2so2(g)  (12)；

29、

30、2fe+s2(g)＝2fes  (14)。

31、红土镍矿的一段还原硫化过程在较低温温度下进行，红土镍矿中的镍钴氧化物会先部分被还原剂还原成镍钴单质，即反应(2)和(5)；铁氧化物会被还原剂还原成低价铁氧化物或铁单质，即反应(8)、(10)、(11)；然后镍钴铁单质或低价铁氧化物在回转窑窑尾会被硫化成硫化物，即反应(3)、(6)、(12)、(13)、(14)。二段还原硫化过程中在高温下进行，固体硫会迅速气化，形成富硫环境；剩余的镍钴氧化物优先与还原剂碳发生还原反应生成镍/钴单质，若还原剂加入量不足时，镍/钴氧化物将被硫还原成镍/钴单质，即反应(1)和(4)，铁氧化物也会被硫还原成低价铁氧化物或铁单质，即反应(7)、(9)和(12)；最后，镍/钴单质与硫化剂反应生成ni3s2、co9s8，即反应(3)和(6)。

32、与现有技术相比，本发明的优点在于：

33、(1)本发明对红土镍矿进行二段还原硫化，一段还原硫化过程在同一个炉体发生，还原剂和硫化剂分开加入，对红土镍矿先还原后硫化，一段还原硫化温度低，在回转窑中易控制，氧化镍极易被还原，还原剂和硫化剂分开加入可减少硫的挥发，增加硫的利用率；二段还原硫化过程，二段还原硫化温度高，反应非常迅速，还原剂和硫化剂同时加入进行还原硫化熔炼，可实现红土镍矿中镍、钴的高效提取。

34、(2)据2021年统计数据显示，我国粗钢产量已超过10亿吨，导致我国每年会产生1亿吨左右的钢渣，钢渣若得不到有效处理，不仅造成矿产资源浪费，也会严重污染环境。本发明将钢渣加入红土镍锍冶炼体系中，一方面可以利用钢渣富含氧化钙特性改善液相生成能力，减小红土镍矿处理过程中所需要的添加剂；另一方面加入钢渣，使钢渣资源化综合利用，减少污染。

35、(3)本发明通过红土镍矿与钢渣协同处理，既可以实现红土镍矿中镍、钴等有价金属的高效提取，又可以实现钢渣中高效综合利用。

36、(4)本发明的红土镍矿与钢渣协同硫化熔炼制备镍锍的方法可实现红土镍矿中镍钴的高效回收，镍的回收率在90％以上、钴的回收率在85％以上。