CN101413055B - 一种由红土镍矿直接制取镍铁合金粉的工艺 - Google Patents

Abstract

一种由红土镍矿直接制取镍铁合金粉的工艺。本发明将红土镍矿矿石破碎、磨矿，加入添加剂混匀、造块，团块干燥后在一定温度下用煤作还原剂，将镍、铁还原为金属镍、金属铁，还原产物再经破碎、磨矿后，采用弱磁选方法分选，磁性产品即为镍铁合金粉。本发明具有原料适用性强，镍铁综合回收效果好，工艺流程简单、生产效率高，能耗小、成本低、投资少，环境友好等特点，所制取的镍铁合金粉是冶炼不锈钢、合金钢和合金铸铁等的优质原料。

Description

一种由红土镍矿直接制取镍铁合金粉的工艺

技术领域 本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种由红土镍矿制取镍铁合金粉的工艺。

背景技术 镍是一种重要的战略金属材料，具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高、延展性好等特点，在现代工业中有着广泛的用途。镍主要消费于不锈钢生产，据统计不锈钢用镍需求约占全球镍消费总量的60％。随着国民经济的持续发展，我国不锈钢产量也不断增长，造成了对镍的需求激增，镍金属供应短缺，需要大量进口。2007年，我国红土镍矿进口量达1500万吨，较2006年增加了约4.1倍。

目前，世界上约60％的镍金属是从硫化镍矿中提取，其生产工艺成熟，但是随着硫化镍矿资源的不断减少，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。

红土镍矿的处理工艺主要有湿法和火法两种。湿法工艺适用于褐铁矿型的红土镍矿和含镁较低的硅镁镍矿，主要包括还原焙烧—氨浸和硫酸加压酸浸两种相对成熟的工艺。近年来，红土镍矿的湿法冶金技术有了长足的进步，特别是在加压酸浸方面取得了较快的发展。但加压酸浸存在工艺复杂、流程长、设备材质要求高，产生的废酸难以处理等问题，而且在处理硅镁质型红土镍矿时耗酸大、成本高。

还原熔炼生产镍铁是目前发展较快的红土镍矿火法处理工艺，用于熔炼的设备主要有高炉、电炉两类，但两者的共同不足是需消耗大量冶金焦或电能，能耗大、生产成本高。据估算，电炉熔炼仅电耗一项就约占操作成本的50％，若加上氧化镍矿熔炼前的干燥、焙烧预处理等的能源消耗，操作成本中的能耗成本可能要占65％以上；而且，矿石含镍品位的高低对火法工艺的生产成本影响较大，矿石镍品位每降低0.1％，生产成本大约增加3～4％，因此，火法工艺适合处理镍品位较高的红土镍矿，有效降低能耗是未来火法工艺的主要发展方向。

随着红土镍矿开发重要性的加大，高效、低耗红土镍矿加工方法的研究也越来越受重视，国内外关于红土镍矿处理方法的文献报道也较多。“金川低品位氧化镍矿的酸法制粒堆浸工艺研究”针对金川有色金属公司低品位氧化镍矿，加入黏合剂N603制粒，加入润湿液与矿石中的耗酸组分作用破坏碳酸盐和Ca、Mg氧化物，以降低硫酸浸出过程中CO₂气体逸出的不利影响，使每吨矿石总耗酸量下降至258.8kg，镍浸出率达85％以上。“元江贫氧化镍矿氯化离析焙砂的氨浸”采用氯化离析—焙砂氨浸—溶剂萃取—电积工艺处理元江结合型贫氧化镍矿，通过对浸出过程溶液电势的调控，改善了氯化离析焙砂的氨浸过程，Ni浸出率大于80％，但氯化焙烧过程所带来的设备腐蚀与环境污染问题，以及相对较低的Co浸出率(55％)是该工艺的不足之处。

在专利方面，与氧化镍矿处理的相关方法较多，具有代表性的包括：“一种氧化镍矿的处理新方法”(申请号：200610010935.3)，它综合运用化工冶金和选矿技术处理氧化镍矿，具体工艺过程为：将矿石破碎、磨矿，磁选出强磁性矿物；矿浆加温并加入浓硫酸浸出，然后加入硫化剂沉淀得硫化镍；将所有的固、液产物送入浮选设备，浮选出硫化镍精矿，再从高品位的硫化镍精矿中回收镍。“红土镍矿熔融还原制取镍铁合金工艺”(申请号：200710034750.0)，将红土镍矿中的氧化镍和赤铁矿预还原转化为金属镍和金属铁或四氧化三铁，经湿式磁选使镍、铁富集，磁选得到的镍铁精矿再进行熔融还原制备镍铁合金。“低品位红土镍矿综合利用工艺”(申请号：200710035281.4)，则将红土镍矿破碎、筛分、磨矿后加入焦粉或煤粉造球，生球布到烧结机上进行点火烧结，球团烧结矿冷却、破碎后加入到电炉或鼓风炉内，加入焦炭进行初还原，使部分镍和少量铁被还原，再进入终还原炉还原，得到高镍铁合金。“不同类型红土镍矿的还原-磨选处理方法”(申请号：200610163831.6)将红土镍矿破碎、磨细，按一定比例加入碳质还原剂、复合添加剂(氯化钠、生石灰和铁粉)与红土镍矿混磨，制成15～20mm的球团，经200～400℃干燥4～6h，采用回转窑在950～1300℃的温度下还原焙烧后，湿法球磨、摇床分选，获得的重选镍精矿再采用磁选法，以3000～5000Gs磁场选别，得到高品位的镍铁混合精矿；专利“一种转底炉快速还原含碳红土镍矿球团富集镍的方法”(申请号：200610163832.0)，进一步提出以转底炉代替回转窑作为还原焙烧反应器进行快速还原，可使还原时间缩短至15～40min；专利“一种转底炉-电炉联合法处理红土镍矿生产镍铁方法”(申请号：200610163834.X)则采用电炉熔分方法处理转底炉还原焙烧产品，以生产镍铁。“利用红土矿和煤直接生产含镍铁合金的方法”(申请号：200610031071)提出的工艺流程为：配料—混料—球团—预还原—金属化球团—水冷并破碎—物理分离—含镍铁合金，球团的原料为红土矿粉或含镍粉尘，煤粉和粘接剂。“以红土镍矿为原料用隧道窑直接还原镍铁的方法”(申请号：200710072147.1)，以隧道窑为反应器，将红土镍矿和还原剂按照质量比为1.00：0.25～0.55的配比装入还原罐中，还原罐在隧道窑中经烘干、预热、还原、冷却，再经过破碎、磁选、压块，得到直接还原镍铁。“从氧化镍矿硅酸镍矿回收镍钴的方法”(申请号：200610010774.8)，将原矿氧化镍矿、硅酸镍矿破碎、磨矿至-0.074mm占80～90％，加入原矿质量5～15％的焦炭粉、10～30％的氯化剂、0.1～1.0％的助剂，制成粒径5～15mm球团，再采用回转窑进行氯化离析焙烧，焙烧后产品进入磁场强度为1500～3000Gs的磁选机选别，最后可得镍品位为5～15％，钴品位为0.3～1.7％的镍钴混合精矿，镍钴回收率分别为80～85％和70～80％。“一种处理氧化镍矿的新方法”(申请号：90103023.6)，采用微波能加热、硫化、选矿，精矿混入含Ni>3.5％的氧化镍富矿进入等离子体(N2气流载)熔炼炉，一步直接获取含Ni>52％的高冰镍，抛渣含Ni<0.08％。

分析比较上述红土镍矿火法冶炼的工艺，可以发现：有些工艺(如“一种氧化镍矿的处理新方法“、“红土镍矿熔融还原制取镍铁合金工艺”和“低品位红土镍矿综合利用工艺”等)只是预先富集得到中间产品(包括镍精矿、硫化镍精矿、镍铁精矿等)，仍需进一步深还原与熔分；有些工艺(如，氯化离析工艺中氯化过程)则容易造成严重的环境污染与设备腐蚀等问题；有些冶炼能耗高、生产成本高(如转底炉、隧道窑等)；有些消耗昂贵冶金焦炭(如电炉、矿热炉等)，存在效率低、能耗高、环境污染重等问题。

发明内容 为实现高效率、低能耗、环境友好开发利用红土镍矿资源，本发明提供一种由红土镍矿直接制取镍铁合金粉的工艺。

一种由红土镍矿直接制取镍铁合金粉的工艺，工艺过程及其具体参数为：红土镍矿预先破碎、细磨至-0.074mm占70～80％；按红土镍矿质量的10～15％、1～3％、5～10％、0～5％分别加入元明粉、硼砂、苏打、腐植酸钠混匀、造块；以褐煤为还原剂，在1050～1100℃下还原90～60min；冷却后的还原产品经破碎、磨矿至-0.074mm占80％(重量)，采用1000～2000Gs的磁场强度磁选，磁性产物即为镍铁合金粉。所得镍铁合金粉镍、铁品位高、杂质含量少，是电炉冶炼不锈钢、合金钢和合金铸铁等的优质原料。

与传统火法冶炼镍铁合金工艺相比，新工艺具有如下突出优点：

1)新工艺中红土镍矿可不经预先富集，省却高炉、电炉或矿热炉还原熔分等工艺，由红土镍矿直接制备镍铁合金粉，流程短、原料适应强，适合处理包括褐铁矿型、硅镁质型和腐殖土型在内的各种红土镍矿。

2)本发明提供的添加剂在还原过程中可大幅度降低还原温度，催化镍、铁还原，促进镍、铁晶粒长大，同时可与红土镍矿中含镁、硅、铝等脉石矿物发生化学反应，生成新的非磁性物质，使矿物原有结构受到破坏，为镍、铁的还原以及与杂质的分离创造有利条件，强化磁选分离效果。与氯化物添加剂相比，本发明所开发的添加剂不产生环境污染、设备腐蚀等问题。

3)本发明以反应性能优良的褐煤替代焦炭做还原剂，可在1050～1100℃的较低还原温度下获得优良的还原与分选效果，还原温度较之以焦炭做还原剂(一般要达到1300℃以上)低200～250℃。与价格昂贵的冶金焦炭相比，褐煤不仅储量大、分布广、价格低廉，而且能避免焦化过程中带来的环境污染问题。

4)新工艺所制取的镍铁合金粉中杂质含量低，镍、铁品位高，其镍、铁含量之和大于90％，原矿中Ni/Fe比越高，且获得的镍铁合粉中Ni含量越高；镍、铁回收效果好，二者回收率最高均可达到90％以上。

综上，本发明具有产品质量高，镍、铁综合回收效果好，工艺流程简单、生产效率高，能耗少、成本低、投资小，环境友好等特点。本发明为世界上储量丰富的红土镍矿资源的高效开发利用提供了有效途径，有着十分广阔的推广应用前景。

附图说明 图1：本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

对照例：TFe含量22.03％，Ni含量1.57％的红土镍矿(硅镁质型)，破碎、磨矿至-0.074mm占70％；造球，球团干燥后以褐煤做还原剂，在1100℃的温度下还原焙烧120min，还原产物破碎、磨矿至-0.074mm占80％，以1500Gs磁场强度磁选，所得精矿中镍品位2.06％，镍回收率46.4％；铁品位57.2％，铁回收率56.4％。

实施例1：TFe含量22.03％，Ni含量1.57％的红土镍矿(硅镁质型)，破碎、磨矿至-0.074mm占70％；按红土镍矿质量百分比的15％、1％、5％分别配入元明粉、硼砂、苏打混匀造球；球团干燥后以褐煤作还原剂，还原温度1050℃，还原时间60min；还原产物经磨矿至-0.074mm占80％，以1000Gs磁场强度磁选。所得镍铁合金粉中镍品位5.49％，镍回收率79.5％；铁品位70.67％，铁回收率76.7％。

实施例2：TFe含量22.03％，Ni含量1.57％的红土镍矿(硅镁质型)，破碎、磨矿至-0.074mm占70％；按红土镍矿质量百分比的15％、2％、7.5％分别配入元明粉、硼砂、苏打混匀造球；球团干燥后以褐煤作还原剂，还原温度1050℃，还原时间90min；还原产物经磨矿至-0.074mm占80％，以1500Gs磁场强度磁选。所得镍铁合金粉镍品位6.91％，镍回收率87.2％；铁品位85.90％，铁回收率89.5％。

实施例3：TFe含量22.03％，Ni含量1.57％的红土镍矿(硅镁质型)，破碎、磨矿至-0.074mm占70％；按红土镍矿质量百分比的15％、3％、7.5％分别配入元明粉、硼砂、苏打混匀造球；球团干燥后以褐煤作还原剂，还原温度1050℃，还原时间60min；还原产物经磨矿至-0.074mm占80％，以1500Gs磁场强度磁选。所得镍铁合金粉中镍品位6.36％，镍回收率84.4％；铁品位82.03％，铁回收率81.0％。

实施例4：TFe含量22.03％，Ni含量1.57％的红土镍矿(硅镁质型)，破碎、磨矿至-0.074mm占70％；按红土镍矿质量百分比的15％、3％、7.5％分别配入元明粉、硼砂、苏打混匀压团；团块干燥后以褐煤作还原剂，还原温度1050℃，还原时间90min；还原产物经磨矿至-0.074mm占80％，以1500Gs磁场强度磁选。所得镍铁合金粉镍品位7.67％，镍回收率89.8％；铁品位86.03％，铁回收率88.6％。

实施例5：TFe含量22.03％，Ni含量1.57％的红土镍矿(硅镁质型)，破碎、磨矿至-0.074mm占70％；按红土镍矿质量百分比的15％、3％、7.5％分别配入元明粉、硼砂、苏打混匀造球；球团干燥后以褐煤作还原剂，还原温度1100℃，还原时间60min；还原产物经磨矿至-0.074mm占80％，以1500Gs磁场强度磁选。所得镍铁合金粉中镍品位7.90％，镍回收率90.2％；铁品位87.84％，铁回收率90.9％。

实施例6：TFe含量42.73％，Ni含量0.87％的红土镍矿(褐铁矿型)，破碎、磨矿至-0.074mm占80％；按红土镍矿质量百分比的15％、3％、10％分别配入元明粉、硼砂、苏打混匀造球；球团干燥后以褐煤作还原剂，还原温度1050℃，还原时间60min；还原产物经磨矿至-0.074mm占80％；以1000Gs磁场强度磁选。所得的镍铁合金粉中镍品位1.85％，镍回收率93.0％；铁品位89.25％，铁回收率90.7％。

实施例7：TFe含量42.73％，Ni含量0.87％的红土镍矿(褐铁矿型)，破碎、磨矿至-0.074mm占80％；按红土镍矿质量百分比的15％、3％、10％分别配入元明粉、硼砂、苏打混匀造球；球团干燥后以褐煤作还原剂，还原温度1050℃，还原时间90min；还原产物经磨矿至-0.074mm占80％；以1000Gs磁场强度磁选。所得的镍铁合金粉中镍品位1.94％，镍回收率96.7％；铁品位88.95％，铁回收率91.3％。

实施例8：TFe含量42.73％，Ni含量0.87％的红土镍矿(褐铁矿型)，破碎、磨矿至-0.074mm占80％；按红土镍矿质量百分比的15％、3％、7.5％分别配入元明粉、硼砂、苏打混匀造球；球团干燥后以褐煤作还原剂，还原温度1100℃，还原时间60min；还原产物经磨矿至-0.074mm占80％；以2000Gs磁场强度磁选。所得的镍铁合金粉中镍品位1.98％，镍回收率98.1％；铁品位90.35％，铁回收率94.3％。

实施例9：TFe含量15.95％，Ni含量2.15％的红土镍矿(腐殖土型)，破碎、磨矿至-0.074mm占80％；按红土镍矿质量百分比的15％、3％、5％、5％分别配入元明粉、硼砂、苏打、腐植酸钠混匀压团；团块干燥后以褐煤作还原剂，还原温度1100℃，还原时间60min；还原产物经磨矿至-0.074mm占80％；以1500Gs磁场强度磁选。所得的镍铁合金粉中镍品位13.76％，镍回收率90.4％；铁品位81.14％，铁回收率90.07％。

Claims (1)

1.一种由红土镍矿直接制取镍铁合金粉的工艺，其特征在于：将红土镍矿经破碎、磨矿至-0.074mm占70-80％，加入添加剂混匀、造块，以褐煤为还原剂，在1050～1100℃下还原90～60min；还原产品经冷却后破碎、磨矿至-0.074mm占80％，采用1000～2000Gs磁场强度磁选分离，所得磁性物即为镍铁合金粉；

所述添加剂由元明粉、硼砂、苏打和腐植酸钠混合而成，混合比例分别为红土镍矿质量的10～15％、1～3％、5～10％、0～5％。

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