红土镍矿混合冶炼制备镍铁合金的方法

摘要

本发明公开了一种红土镍矿混合冶炼制备镍铁合金的方法，该方法首先将硅镁质型红土镍矿与褐铁矿型红土镍矿按一定比例配矿后得到混合镍矿，并破碎研磨成粉末状；然后加入碳质还原剂混合均匀，得到混合料；将混合料制成团状物，团状物置于惰性气氛或还原性气氛，在1300～1450℃的温度下反应30~90min，得到还原产物；还原产物冷却至室温，然后进行磨矿处理，分选后得到镍铁合金。本发明以不同类型红土镍矿为原料，实现了硅镁质型和褐铁矿型红土镍矿的综合利用，有效地从两种类型红土镍矿中制备镍铁合金用于不锈钢冶炼。此方法还原过程无需外部添加助熔剂或造渣剂，具有成本低、镍回收率高、能耗低等优点。

权利要求

1.一种红土镍矿混合冶炼制备镍铁合金的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）获取硅镁质型红土镍矿与褐铁矿型红土镍矿的混合镍矿，所述硅镁质型红土镍矿包括以下组份：Ni：1.5～3wt.%、TFe：10～25wt.%、SiO2：20～40wt.%和MgO：10～30wt.%，所述褐铁矿型红土镍矿包括以下组份：Ni：0.8～1.5wt.%、TFe：35～50wt.%、SiO2：＜15wt.%和MgO：＜10wt.%，所述褐铁矿型红土镍矿占所述混合镍矿质量比的1～80%，干燥至恒重，然后研磨成粉末状；

（2）向步骤（1）中得到的粉末状混合镍矿中加入碳质还原剂，所述碳质还原剂与所述混合镍矿按照C/O摩尔比0.5～1.2进行投料，混合均匀后制成团状物并干燥至恒重；

（3）将团状物置于惰性气氛或还原性气氛下，并在1300～1450℃的温度下反应30~

90min，得到还原产物；

（4）将还原产物冷却至室温，然后进行磨矿处理，分选后得到镍铁合金。

2.根据权利要求1所述的红土镍矿混合冶炼制备镍铁合金的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述碳质还原剂为煤、焦炭或石墨中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的红土镍矿混合冶炼制备镍铁合金的方法，其特征在于：在步骤（4）中，所述还原产物采用水淬的方式进行冷却，经过破碎至颗粒状，采用重选方式得到含镍珠铁，将剩余物磨矿至粉末状，采用干式或湿式的磁选方式进行磁选，得到镍铁合金粉。

说明书

红土镍矿混合冶炼制备镍铁合金的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及冶金领域，具体涉及一种红土镍矿混合冶炼制备镍铁合金的方法。

背景技术

[0002] 近年来，随着我国不锈钢需求量和产能的大幅提高，对镍、铬的消耗也随之增大。铬镍系不锈钢占世界不锈钢产量的三分之二，镍是不锈钢的基本合金元素，我国每年需要生产和消耗大量的镍铁；为保证不锈钢所固有的耐腐蚀性，钢中必须含有16%以上的铬、8%以上的镍。镍的主要来源包括硫化镍矿与红土镍矿，虽然硫化镍矿品位低，但是易于选矿富集，因此得到优先使用；红土矿结晶水多，镍分布弥散、晶粒细小，难于富集，且加工能耗高，工业应用相对落后。但是，随着硫化镍矿资源的枯竭促进了红土矿的利用。从长远看来，未来我国镍铁生产的原料将以中低品位红土矿为主，因此，不断优化和提升现有的红土矿冶炼水平、开发新型的红土矿冶炼镍铁工艺将成为今后一段时期内我国镍铁生产的主题，也是提高我国不锈钢冶炼水平和降低钢铁冶炼能耗的重要方面。

[0003] 由于红土镍矿中的Ni品位低而且主要赋存于其他矿物中，例如在硅镁型红土镍矿（Ni：1.5～3 wt.%；TFe：10～25 wt.%；SiO2：20～40 wt.%；MgO：10～30 wt.%）中，Ni重要赋存于硅酸盐中（蛇纹石和橄榄石）；而在褐铁型红土镍矿（Ni：0.8～1.5 wt.%；TFe：35～50 wt.%；SiO2：＜15 wt.%；MgO：＜wt.10%）中，Ni赋存于针铁矿中，根据工艺特点，火法工艺主要针对硅镁质型红土矿，而湿法工艺主要针对含镍褐铁矿型红土矿。

[0004] 湿法工艺主要有两种，分别是还原焙烧—氨浸工艺和硫酸加压酸浸工艺。前者是将红土镍矿经干燥、磨碎，在600～700℃ 温度下还原焙烧，再进行多段常压浸出, 氨浸是将焙烧矿用NH3及CO2将金属镍和钴转为镍氨及钴氨络合物进人溶液，浸出液经硫化沉淀，其母液再除铁蒸氨，产出碱式硫酸镍，碱式硫酸镍再经锻烧转化成氧化镍，也可以经还原生产镍粉。硫酸加压酸浸工艺是在高压釜中进行，浸出温度一般在250～270℃，压力为4～5MPa，用稀硫酸将镍、钴、铁、铝等的矿物一起溶解。在随后的反应中，通过控制PH值等条件，使铁、铝、硅等杂质元素水解进入渣中，镍、钴选择性进入溶液。浸出液用硫化氢还原中和、沉淀、萃取，得到高质量的镍钴硫化物，再通过传统的精炼工艺可以生产出电镍解、氧化镍或镍锍等产品。湿法工艺能提炼纯度较高的镍粉，但铁、铬、钴耗酸较多，且铁进入渣中没有得到很好的利用。

[0005] 火法冶炼镍铁是目前红土镍矿利用的主流方法，包括高炉法、大江山法、预还原—精炼炉或矿热炉工艺。高炉法在造块过程存在返矿量高、烧结矿强度差及FeO含量高等不足，高炉冶炼时渣量大、炉缸铁水温度低及铁水流动性差，渣铁难分等问题突出。大江山法对操作和控制的要求非常高，生产过程中极易形成结圈，且生产规模较小，限制了该工艺的推广应用。采用预还原—熔分工艺时，由于红土矿含有大量的表面水和结晶水，部分地区的红土矿总含水量超过30%，通过干燥处理，将水含量降低至15～20%，再进入800～1000℃的回转窑或竖炉进行预还原，最后进入精炼电炉或者矿热电炉，在约1500～1600℃的高温下深度还原和熔分。该工艺存在一个显著的缺陷，即熔炼过程耗电量非常大，仅电炉熔炼的电耗约占操作成本的50%，加上干燥、预还原等工序，能耗成本达到65%以上。以上三种工艺都是利用高温还原使得还原后的镍铁合金和炉渣在高温下呈现熔融或半熔融态，需要的熔融温度较高，导致能耗大、冶炼成本高。不仅如此，还原过程需要加入大量的助熔剂（如石灰、钠盐等）以促进渣的形成和镍铁晶粒的长大；然而红土矿自身镍含量较低（1～3%Ni），导致生产过程中产生的渣量进一步增加（根据原料不同，渣铁比高达5:1 10:1）。~

发明内容

[0006] 针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种生产效率高、镍回收率高，还原温度低，还原时间短，能耗低，能够将不同类型红土镍矿混合冶炼制备镍铁合金的方法。

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

[0008] 一种红土镍矿混合冶炼制备镍铁合金的方法，包括以下步骤：

[0009] （1）获取硅镁质型红土镍矿与褐铁矿型红土镍矿的混合镍矿，干燥至恒重，然后研磨成粉末状；

[0010] （2）向步骤（1）中得到的粉末状混合镍矿中加入碳质还原剂，混合均匀后制成团状物并干燥至恒重；

[0011] （3）将团状物置于惰性气氛或还原性气氛下，并在1300～1450℃的温度下反应30~90min，得到还原产物；

[0012] （4）将还原产物冷却至室温，然后进行磨矿处理，分选后得到镍铁合金。

[0013] 作为优化，步骤（1）中，所述硅镁质型红土镍矿包括以下组份：Ni：1.5～3wt.%、TFe：10～25wt.%、SiO2：20～40wt.%和MgO：10～30wt.%，所述褐铁矿型红土镍矿包括以下组份：Ni：0.8～1.5wt.%、TFe：35～50wt.%、SiO2：＜15wt.%和MgO：＜10wt.%。

[0014] 作为优化，步骤（1）中，所述褐铁矿型红土镍矿占所述混合镍矿质量比的1～80%。

[0015] 作为优化，步骤（1）中，所述碳质还原剂为煤、焦炭或石墨中的一种或几种的混合物。

[0016] 作为优化，步骤（1）中，所述碳质还原剂与所述混合镍矿按照C/O摩尔比0.5～1.2进行投料。其中O为与镍、铁结合的氧。

[0017] 作为优化，在步骤（4）中，在步骤（4）中，所述还原产物采用水淬的方式进行冷却，经过破碎至颗粒状，采用重选方式得到含镍珠铁，将剩余物磨矿至粉末状，采用干式或湿式的磁选方式进行磁选，得到镍铁合金粉。

[0018] 综上所述，本发明的有益效果在于：

[0019] （1）本发明原料适应范围广泛，可综合处理硅镁质型红土矿和褐铁矿型红土矿，提高了低品位红土矿的综合利用率。

[0020] （2）本发明提供了一种红土镍矿混合冶炼生产镍铁合金的方法，该方法不需要外加石灰、钠盐等助熔剂，显著降低了生产成本。

[0021] （3）本发明通过配矿、调节还原剂的配入量，使还原过程产生的FeO参与造渣，降低了还原温度，改变了镍铁的聚集、长大机制。

[0022] （4）本发明省去了熔分环节，节约了电耗，还原焙烧后直接进行选别，缩短了生产流程、简化了生产工艺。

[0023] （5）本发明得到的镍珠铁颗粒较大，尺寸达到毫米甚至厘米级，易于选别，提高了镍的品位和回收率。

附图说明

[0024] 为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

[0025] 图1为本发明工艺流程示意图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

[0027] 实施例1

[0028] 获取组份包括Ni：1.81wt.%；TFe：17.87wt.%；SiO2：34.97wt.%；MgO：13.50wt.%的硅镁质型红土镍矿与组份包括Ni：1.23wt.%；TFe：47.52wt.%；SiO2：3.39wt.%；MgO：1.55wt.%的褐铁矿型红土镍矿，并混合成混合镍矿，其中所述褐铁矿型红土镍矿占所述混合镍矿质量比的5%，并将干燥后的混合镍矿研磨成小于200目的占60%以上的粉末状，然后按照C/O摩尔比0.6加入煤粉，煤粉与粉末状的混合镍矿利用对辊式压球机压制成直径为
15mm的球团，在N2气氛中，1380℃的温度下反应30min，水淬冷却至室温得到还原产物，经过磨矿破碎至3mm以下颗粒状，采用重选方式得到含镍珠铁，将剩余物磨矿至粉末状，采用干式磁选方式进行磁选，得到镍铁合金粉；合金产品中镍含量达到8.08%，铁含量为80.09%，镍回收率为89.26%。

[0029] 实施例2

[0030] 获取组份包括Ni：1.81wt.%；TFe：17.87wt.%；SiO2：34.97wt.%；MgO：13.50wt.%的硅镁质型红土镍矿与组份包括Ni：1.23wt.%；TFe：47.52wt.%；SiO2：3.39wt.%；MgO：1.55wt.%的褐铁矿型红土镍矿，并混合成混合镍矿，其中所述褐铁矿型红土镍矿占所述混合镍矿质量比的5%，并将干燥后的混合镍矿研磨成小于200目的占60%以上的粉末状，然后按照C/O摩尔比0.8加入焦炭粉，焦炭粉与粉末状的混合镍矿利用对辊式压球机压制成直径为15mm的球团，在N2气氛中，1400℃的温度下反应60min，水淬冷却至室温得到还原产物，经过磨矿破碎至3mm以下颗粒状，采用重选方式得到含镍珠铁，将剩余物磨矿至粉末状，采用干式磁选方式进行磁选，得到镍铁合金粉；合金产品中镍含量达到8.15%，铁含量为83.75%，镍回收率为91.05%。

[0031] 实施例3

[0032] 获取组份包括Ni：1.79wt.%；TFe：15.41wt.%；SiO2：40.76wt.%；MgO：14.06wt.%的硅镁质型红土镍矿与组份包括Ni：1.23wt.%；TFe：47.52wt.%；SiO2：3.39wt.%；MgO：1.55wt.%的褐铁矿型红土镍矿，并混合成混合镍矿，其中所述褐铁矿型红土镍矿占所述混合镍矿质量比的10%，并将干燥后的混合镍矿研磨成小于200目的占60%以上的粉末状，然后按照C/O摩尔比1.0加入煤粉，煤粉与粉末状的混合镍矿利用对辊式压球机压制成直径为
15mm的球团，在N2气氛中，1420℃的温度下反应30min，水淬冷却至室温得到还原产物，经过磨矿破碎至3mm以下颗粒状，采用重选方式得到含镍珠铁，将剩余物磨矿至粉末状，采用干式磁选方式进行磁选，得到镍铁合金粉；合金产品中镍含量达到8.03%，铁含量为82.62%，镍回收率为94.75%。

[0033] 实施例4

[0034] 获取组份包括Ni：1.81wt.%；TFe：17.87wt.%；SiO2：34.97wt.%；MgO：13.50wt.%的硅镁质型红土镍矿与组份包括Ni：1.23wt.%；TFe：47.52wt.%；SiO2：3.39wt.%；MgO：1.55wt.%的褐铁矿型红土镍矿，并混合成混合镍矿，其中所述褐铁矿型红土镍矿占所述混合镍矿质量比的30%，并将干燥后的混合镍矿研磨成小于200目的占60%以上的粉末状，然后按照C/O摩尔比1.2加入石墨粉，石墨粉与粉末状的混合镍矿利用对辊式压球机压制成直径为15mm的球团，在N2气氛中，1400℃的温度下反应30min，水淬冷却至室温得到还原产物，经过磨矿破碎至3mm以下颗粒状，采用重选方式得到含镍珠铁，将剩余物磨矿至粉末状，采用干式磁选方式进行磁选，得到镍铁合金粉；合金产品中镍含量达到5.99%，铁含量为83.27%，镍回收率为90.25%。

[0035] 实施例5

[0036] 获取组份包括Ni：1.81wt.%；TFe：17.87wt.%；SiO2：34.97wt.%；MgO：13.50wt.%的硅镁质型红土镍矿与组份包括Ni：1.23wt.%；TFe：47.52wt.%；SiO2：3.39wt.%；MgO：1.55wt.%的褐铁矿型红土镍矿，并混合成混合镍矿，其中所述褐铁矿型红土镍矿占所述混合镍矿质量比的50%，并将干燥后的混合镍矿研磨成小于200目的占60%以上的粉末状，然后按照C/O摩尔比1.0加入煤粉，煤粉与粉末状的混合镍矿利用对辊式压球机压制成直径为
15mm的球团，在CO气氛中，1400℃的温度下反应30min，水淬冷却至室温得到还原产物，经过磨矿破碎至3mm以下颗粒状，采用重选方式得到含镍珠铁，将剩余物磨矿至粉末状，采用干式磁选方式进行磁选，得到镍铁合金粉；合金产品中镍含量达到5.99%，铁含量为83.27%，镍回收率为90.25%。

[0037] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。