一种煤基直接还原磁选生产高镍合金的方法及装置与流程

本发明属于冶金化工技术领域，具体说涉及一种煤基直接还原磁选生产高镍合金的方法及装置。

背景技术

镍由于具有抗蚀性能强、耐热性好等特点在不锈钢、特殊合金钢等多种领域得到广泛应用。随着我国不锈钢产业的发展，镍的需求量也日益增大。目前，世界上60%的镍金属是从硫化镍矿中提取，其生产工艺成熟，但随着硫化镍矿的资源日益减少，占地球镍资源储量70%的氧化镍矿（红土镍矿）的开发利用具有十分重要的现实意义。

处理氧化镍矿的传统工艺是火法冶炼镍铁合金，该工艺主要处理镍品位较高的变质橄榄岩，根据还原工艺的不同分为回转窑预还原和竖炉还原—电炉精炼—精炼法，但是二者均需对镍铁合金通过助剂质粒后才能进行还原，没有构成红土镍矿与还原气体的充分还原氛围，降低了红土镍矿的还原效率；另一方面，还原设备中加热还原段与红土镍矿的触面积较小，需要持续长时间的加热，造成了能源的浪费。

技术实现要素：

本发明克服现有技术的不足，目的是一种煤基直接还原磁选生产高镍合金的方法及装置。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种煤基直接还原磁选生产高镍合金的方法，包括以下步骤：

a）原料处理：将红土镍矿和还原剂煤泥通过升温加热去除水分，使红土镍矿的水分重量百分比＜12-15%，煤泥水分＜9-11%；再将红土镍矿经过筛选，得到粒径为＜4cm的红土镍矿，将得到的红土镍矿与煤泥混合，得到混合物料，将混合物料的水分重量百分比保持为11-13%。

b）煤基直接还原焙烧：将所述的混合物料通过煤基直接还原焙烧窑进行焙烧还原，所述的焙烧温度在950-1020℃，还原温度为900-950℃。

c）还原剂分离：将还原焙烧后的焙烧料经筛分，使所述的焙烧料粒径＜2.5mm；再将所述焙烧料依次经过中强磁选系统和铷铁硼超强磁选系统得到还原剂煤和第一分离物料。

d）二次分离还原铁合金：将所述第一分离物料筛分，使所述的第一分离物料目数≥120目；将经过筛分的第一分离物料经过中强磁选系统分离出还原铁合金，得到第二分离物料。

e）高镍合金分离：将所述的第二分离物料研磨至粒度为120-200目，将研磨后的第二分离物料依次经过中强磁选系统、铷铁硼超强磁选系统和铷铁硼负压超强精选系统得到高镍合金。

优选的，所述的煤泥颗粒＜2毫米、含硫＜0.4%。

优选的，步骤a）中所述的将红土镍矿和还原剂煤泥通过升温加热去除水分，是通过利用步骤b）的焙烧还原释放的烟气余热进行。

优选的，将所述的分离出的还原铁合金研磨至≥200目，再经过中强磁选分离，得到纯化后的还原铁合金。

一种煤基直接还原磁选生产高镍合金的装置，包括原料处理系统、煤基直接还原焙烧系统、还原剂分离系统、还原铁合金分离系统、高镍合金分离系统和除尘分离系统。

所述的原料处理系统包括依次连接的加热干燥装置、第一筛分装置和混料装置。

所述的煤基直接还原焙烧系统为煤基直接还原焙烧窑。

所述的还原剂分离系统包括依次连接的第二筛分装置、第一中强磁选装置和第一铷铁硼超强磁选装置。

所述的还原铁合金分离系统包括依次连接的第三筛分装置、第二中强磁选装置。所述的第三筛分装置优选为通过负压离心重力的作用进行分离。所起到的作用是抽料、除灰，使分出的物料达到要求的细度。

所述的高镍合金分离系统包含依次连接的研磨装置、第三中强磁选装置和第二铷铁硼超强磁选装置。

所述的煤基直接还原焙烧窑通过热源管路与所述的加热干燥装置相连接；所述的混料装置通过第一传输提升装置与所述的煤基直接还原焙烧窑入料口相连接；所述的煤基直接还原焙烧窑出料口通过第二传输提升装置与所述的第二筛分装置相连接；所述的第一铷铁硼超强磁选装置的出口与所述的加热干燥装置相连接；所述的第一中强磁选装置与所述的第三筛分装置相连接，所述的第二中强磁选装置与所述的研磨装置相连接；所述的除尘分离系统分别与所述的还原铁合金分离系统和所述的高镍合金分离系统相连接。

优选的，所述的研磨装置为雷蒙磨装置。

优选的，所述的除尘分离系统包括除灰分离装置和静电除尘装置。

优选的，所述的煤基直接还原焙烧窑包括蛇形向上加热通道与自上而下焙烧还原通道，所述的蛇形向上加热通道与所述的自上而下焙烧还原通道相隔绝。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

1）对于原料处理：在与原料进行去除水分的过程中利用了煤基直接还原焙烧窑烟气（烟气温度160℃——200℃）余热，足可加热去除15%——20%红土镍矿及还原剂煤泥水分，降低了烟气热能损失并且不影响焙烧窑还原，原辅材料去除水分后，不仅便于生产，还可提高焙烧窑15%左右还原效率，为煤基直接还原提供了充分条件。

一次还原铁合金和还原剂煤再利用分别吸取红土镍矿原料水分和还原剂煤泥水分，为原辅材料准备创造了充分条件。

本发明中各种红土镍矿混在一起可混合焙烧，不影响镍的回收率，因而对红土镍矿原料要求不高，只要求经济效益好的原料即可。

2）对于煤基直接还原焙烧的工艺：由于所述的煤基直接还原焙烧窑蛇形向上加热通道与自上而下焙烧还原通道隔绝，因而做到了加热烟气与还原料各行其道，为煤基直接还原焙烧还原温度、还原气浓度、还原时间分别精准控制奠定了良好的基础，为煤基直接还原提供了充分的还原氛围。本发明所述的煤基直接还原焙烧的燃烧温度可调可控在950—1020℃，还原温度精准易控在900—950℃还原范围；还原时间可调可控。因而本环节综合能耗较现有的工艺降低三分之二，吨矿相对节能400余元/吨矿。

3）对于还原剂分离：利用铷铁硼超强磁选使物料与还原剂煤充分分离，选出还原剂煤还可再利用，降低了还原剂成本。

4）铁镍分离分别提质提效：由于红土镍矿中大部分杂质焙烧后，杂质与镍和铁共晶及还原铁比重相差较大，利用负压离心重力分离装置即可分离杂质。利用一次还原铁合金与镍和铁共晶磁性相差大特点，用中强磁选装置即可将其充分分离，分离后的一次还原铁合金再进行二次还原，再经磨细中强磁选富集可极大提高还原铁合金品质。同时由于还原铁合金的提取分离，剩余的镍和铁共晶部分，镍的品位显著提高。

5）高镍合金分离：由于红土镍矿中的镍和铁以类质同象或微细包裹的形式存在，在还原过程中镍和铁形成共晶，由于红土镍矿直接还原焙烧后，还原镍和铁共晶及还原铁质硬，大部分杂质质软并且比重相对较小，因而镍和铁共晶、还原铁合金与杂质负压离心重力分离即可，还原料在120目时镍和铁共晶、还原铁就开始与杂质分离，分离效果显著，与其他工艺比磨细能耗极低。

杂质和灰尘与共晶、还原铁合金相对比重小，利用负压离心重力抽灰分离，大部分杂质和灰尘即可除去。

由于红土镍矿中镍含量与铁含量相差甚远，因而只有很少的铁和镍形成共晶，铁和镍形成的共晶磁性较弱，没有与镍形成共晶的还原铁磁性强，因而利用铁和镍形成的共晶与还原铁磁性相差大的特点，中强磁选即可充分分离。

利用铷铁硼超强磁选装置充分回收镍和铁共晶，使非铁磁性有价重金属分离。

利用铷铁硼超强磁精选装置将高镍合金与低镍合金分离。

6）除尘分离系统：负压离心重力分离装置不仅除杂、除灰尘，还为磁选富集创造了负压有利条件，静电除尘进一步提高了除尘效率。

本装置适合处理任何类型的氧化镍矿，各类型氧化镍矿可混合焙烧，磁选富集不影响镍的回收率，镍回收率＞95%。

煤基直接还原磁选富集镍合金，去除有害杂质效果显著，除硫效率＞50%、除磷效率＞60%。

节能环保可从源头做起更合理更具优势，磁选富集镍不会造成二次污染；废料中多种有价金属更能得到充分高效合理利用；煤基直接还原磁选富集镍合金工艺与现有的国内外回转窑——矿热炉——精炼转炉工艺相比，具有灵活、实用、节能高效，不结圈，工艺流程短，相对投资小，产品质量稳定等优点，煤基直接还原磁选富集镍合金生产工艺，市场发展前景广阔，易于推广，由于综合能耗不足其他工艺的三分之一，发展潜力巨大，特别是对红土镍矿资源高效开发利用将产生积极影响。

附图说明

图1是本发明一种煤基直接还原磁选生产高镍合金的装置的示意图。

其中1为原料处理系统，2为煤基直接还原焙烧系统，3为还原剂分离系统，4为还原铁合金分离系统，5为高镍合金分离系统，6为除尘分离系统。

具体实施方式

如图1所示，一种煤基直接还原磁选生产高镍合金的装置，包括原料处理系统1、煤基直接还原焙烧系统2、还原剂分离系统3、还原铁合金分离系统4、高镍合金分离系统5和除尘分离系统6。

原料处理系统1包括依次连接的加热干燥装置101、第一筛分装置102和混料装置103。

煤基直接还原焙烧系统2为煤基直接还原焙烧窑201。

还原剂分离系统3包括依次连接的第二筛分装置301、第一中强磁选装置302和第一铷铁硼超强磁选装置303。

还原铁合金分离系统4包括依次连接的第三筛分装置401、第二中强磁选装置402。

高镍合金分离系统5包含依次连接的研磨装置501、第三中强磁选装置502和第二铷铁硼超强磁选装置503。

煤基直接还原焙烧窑201通过热源管路与所述的加热干燥装置101相连接；混料装置103通过第一传输提升装置与所述的煤基直接还原焙烧窑201入料口相连接；煤基直接还原焙烧窑201出料口通过第二传输提升装置与第二筛分装置301相连接；第一铷铁硼超强磁选装置303的出口与加热干燥装置101相连接；第一中强磁选装置302与第三筛分装置401相连接，第二中强磁选装置402与研磨装置501相连接；其中，研磨装置501为雷蒙磨装置。除尘分离系统6包括除灰分离装置601和静电除尘装置602。第二中强磁选装置402和第二铷铁硼超强磁选装置503分别与除灰分离装置601相连接，除灰分离装置601与静电除尘装置602相连接。煤基直接还原焙烧窑2包括蛇形向上加热通道与自上而下焙烧还原通道，所述的蛇形向上加热通道与所述的自上而下焙烧还原通道相隔绝。

一种煤基直接还原磁选生产高镍合金的方法为：

1）原料准备：

1.1——去除水分准备系统

由于运来红土镍矿原料一般含水分30%——35%，还原剂煤泥含水分16%——25%，每天480吨红土镍矿与120目再还原铁合金粉60吨/天混匀；每天48吨还原剂煤泥与20吨二次再利用还原剂混匀，这样原辅材料即可成为散状，便于去除水分准备工作。

1.2——去除水分除湿系统

用除湿装置利用焙烧窑烟气余热（烟气温度160——200℃）对红土镍矿、还原剂煤泥分别进行加热去湿，使红土镍矿外在水分＜12%、还原剂煤泥水分＜10%，原辅材料处于散状便于上料进行。

1.3——烟气余热利用系统

焙烧窑烟气温度160——200℃，可利用烟气余热去除原辅材料水分，使烟气余热得到充分利用，去除水分可显著提高直接还原焙烧效率。

1.4——吸风系统

吸风机将热烟气吸回再利用，显著减少热能埙失，提高热能利用率。

1.5——4厘米筛分系统

筛分出4厘米以下红土镍矿合格原料以便充分还原。

1.6——颚式破碎系统

用颚式破碎机将大于4厘米红土镍矿破碎达到直接还原4厘米以下要求。

1.7——还原剂煤储备仓

还原剂煤储备，对还原剂煤要求：煤颗粒＜2毫米、含硫＜0.4%、煤挥发分＞6%（挥发分＞6的废料例如做酒的酒渣废料、废木材等，加入30%可减少50%的还原剂煤耗）。

1.8——红土镍矿储备仓

将运来红土镍矿筛分、破碎去除水分后，储备在此以便生产使用。

1.9——均匀混料系统

将红土镍矿与还原剂煤混匀以便充分还原。

1.10——混合备料仓

混合备料外在水分＜12%，储备在此供焙烧还原使用。

1.11——传输提升系统

传输提升装置传输提升至焙烧窑前混合料斗。

1.12——混合料斗

将红土镍矿混合料放入移动式均匀布料机装置。

2）将所述的红土镍矿混合料通过煤基直接还原焙烧窑进行焙烧还原，所述的焙烧温度在950-1020℃，还原温度为900-950℃。

3）还原剂煤分离：

3.1——提升系统：提升机将焙烧料提升至2.5毫米筛分系统。

3.2——2.5毫米筛分系统

2.5毫米以上还原料与2.5毫米以下还原料、还原剂煤、120目二次还原铁合金分离装置，以便还原剂煤的分离再利用，降低了还原剂成本。

3.3——中强磁选系统

2.5毫米以下强磁性还原料与弱磁性还原料分离，以便铷铁硼超强磁选分离。

3.4——铷铁硼超强磁选系统

铷铁硼超强磁选使2.5毫米以下弱磁性还原料与还原剂煤充分分离。

3.5——还原剂分离仓

还原剂煤分离后存储装置，分离后还原剂煤20吨去二次再利用吸收还原剂原煤水分，以便还原焙烧进行，其他部分销售还可再利用。

4）还原铁合金分离

4.1——120目分离系统：120目以上二次还原料与120目以下焙烧料分离。利用系统负压将120目以上物料抽入离心分离装置进行分离，由于杂质灰尘比重小，被抽入除尘系统除去。

4.2——中强磁选系统：分离出120目以上强磁性二次还原铁合金。

4.3——雷蒙磨系统：将二次还原铁合金磨至200目以上，使铁合金微粒与杂质分开。

4.4——200目分离系统及二次还原铁合金料仓。

200目分离系统抽灰去除二次还原铁合金微细杂质以便中强磁选分离，二次还原铁合金料仓便于控制均匀中强磁选。

4.5——中强磁选系统：经中强磁选，磁选出200目以上合格二次还原铁合金。

4.6——二次还原铁合金粉装袋入库：二次还原铁合金检验合格后装袋入库准备销售。

5）高镍合金分离

5.1——对辊系统：对辊机将还原料磨细至120目-200目。

5.2——还原料仓：还原料存储仓，以便变频控制还原料均匀磁选。

5.3——还原提升系统：提升机将还原料提升至对辊系统。

5.4——120-200目以上负压离心重力分离系统

负压离心重力分离装置将重金属还原料与杂质及灰尘分离，离心重力分离，大部分杂质和灰尘即可除去。

5.5——负压中强磁选系统

由于红土镍矿中镍含量与铁含量相差甚远，因而只有很少的铁和镍形成共晶，铁和镍形成的共晶磁性较弱，没有与镍形成共晶的还原铁磁性强，因而为铁和镍形成的共晶与还原铁磁选分离创造了充分条件，中强磁选装置使铁和镍共晶与强磁性还原铁得到充分分离。

5.6——120目铁合金仓

分离出120目一次还原铁合金存储仓，去二次再还原以提高铁合金品质。

5.7——铷铁硼超强磁选系统

铷铁硼超强磁选装置将弱铁磁性有价金属与非铁磁性有价重金属分离。

5.8——非铁磁性有价重金属压块或装袋入库

非铁磁性有价重金属经检验后，根据客户要求压块或装袋入库，为非磁性有价重金属相关企业提供质高价优原料。

5.9——非磁性有价重金属仓库：非磁性有价重金属产品仓库准备销售。

5.10——铷铁硼负压超强精选系统：铷铁硼负压超强精选装置将低镍合金与高镍合金分离。

5.11——低镍合金仓：储存低镍合金以便压块或装袋。

5.12——低镍合金压块或装袋入库：低镍合金经检验后，根据客户要求压块或装袋入库。

5.13——低镍合金仓库：低镍合金产品仓库准备销售。

5.14——高镍合金仓：储存高镍合金以便压块或装袋。

5.15——高镍合金压块或装袋入库：高镍合金经检验后，根据客户要求压块或装袋入库。

5.16——高镍合金仓库：高镍合金产品仓库准备销售。

6）负压除杂：

6.1——除灰分离系统

除去二次还原铁合金杂质及灰尘并减少吸风机磨埙。

6.2——吸风机系统

吸风机装置形成二次还原负压抽灰分离效果。

6.3——除灰分离系统

除去二次还原铁合金杂质及灰尘并减少吸风机磨埙。

6.4——吸风机系统

为雷蒙磨系统形成负压抽灰分离杂质。

6.5——除灰分离系统

除去系统杂质及灰尘并减少吸风机磨埙。

6.6——吸风机系统

为磁选、精选形成负压抽灰分离杂质。

6.7——静电除尘系统

静电除尘进一步提高了除尘效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。