專利名稱：一種由紅土鎳礦直接制取鎳鐵合金粉的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼鐵冶金領(lǐng)域，涉及一種由紅土鎳礦制取鎳鐵合 金粉的工藝。
背景技術(shù)：
鎳是一種重要的戰(zhàn)略金屬材料，具有抗腐蝕、抗氧化、耐高 溫、強(qiáng)度高、延展性好等特點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)中有著廣泛的用途。鎳主要消費(fèi)
于不銹鋼生產(chǎn)，據(jù)統(tǒng)計(jì)不銹鋼用鎳需求約占全球鎳消費(fèi)總量的60%。隨著國(guó) 民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，我國(guó)不銹鋼產(chǎn)量也不斷增長(zhǎng)，造成了對(duì)鎳的需求激增， 鎳金屬供應(yīng)短缺，需要大量進(jìn)口。 2007年，我國(guó)紅土鎳礦進(jìn)口量達(dá)1500萬(wàn)噸， 較2006年增加了約4.1倍。
目前，世界上約60%的鎳金屬是從硫化鎳礦中提取，其生產(chǎn)工藝成熟， 但是隨著硫化鎳礦資源的不斷減少，占地球鎳資源儲(chǔ)量70%的氧化鎳礦(紅 土鎳礦)的開(kāi)發(fā)利用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
紅土鎳礦的處理工藝主要有濕法和火法兩種。濕法工藝適用于褐鐵礦型 的紅土鎳礦和含鎂較低的硅鎂鎳礦，主要包括還原焙燒一氨浸和硫酸加壓酸 浸兩種相對(duì)成熟的工藝。近年來(lái)，紅土鎳礦的濕法冶金技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步， 特別是在加壓酸浸方面取得了較快的發(fā)展。但加壓酸浸存在工藝復(fù)雜、流程 長(zhǎng)、設(shè)備材質(zhì)要求高，產(chǎn)生的廢酸難以處理等問(wèn)題，而且在處理硅鎂質(zhì)型紅 土鎳礦時(shí)耗酸大、成本高。
還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵是目前發(fā)展較快的紅土鎳礦火法處理工藝，用于熔煉 的設(shè)備主要有高爐、電爐兩類(lèi)，但兩者的共同不足是需消耗大量冶金焦或電 能，能耗大、生產(chǎn)成本高。據(jù)估算，電爐熔煉僅電耗一項(xiàng)就約占操作成本的 50%,若加上氧化鎳礦熔煉前的干燥、焙燒預(yù)處理等的能源消耗，操作成本中 的能耗成本可能要占65%以上；而且，礦石含鎳品位的高低對(duì)火法工藝的生 產(chǎn)成本影響較大，礦石鎳品位每降低0.1%，生產(chǎn)成本大約增加3 4%，因此， 火法工藝適合處理鎳品位較高的紅土鎳礦，有效降低能耗是未來(lái)火法工藝的 主要發(fā)展方向。
隨著紅土鎳礦開(kāi)發(fā)重要性的加大，高效、低耗紅土鎳礦加工方法的研究 也越來(lái)越受重視，國(guó)內(nèi)外關(guān)于紅土鎳礦處理方法的文獻(xiàn)報(bào)道也較多。"金川低品位氧化鎳礦的酸法制粒堆浸工藝研究"針對(duì)金川有色金屬公司低品位氧
化鎳礦，加入黏合劑N603制粒，加入潤(rùn)濕液與礦石中的耗酸組分作用破壞碳 酸鹽和Ca、 Mg氧化物，以降低硫酸浸出過(guò)程中C02氣體逸出的不利影響， 使每噸礦石總耗酸量下降至258.8kg,鎳浸出率達(dá)85%以上。"元江貧氧化鎳 礦氯化離析焙砂的氨浸"采用氯化離析一焙砂氨浸一溶劑萃取一電積工藝處 理元江結(jié)合型貧氧化鎳礦，通過(guò)對(duì)浸出過(guò)程溶液電勢(shì)的調(diào)控，改善了氯化離 析焙砂的氨浸過(guò)程，Ni浸出率大于80。/。，但氯化焙燒過(guò)程所帶來(lái)的設(shè)備腐蝕 與環(huán)境污染問(wèn)題，以及相對(duì)較低的Co浸出率(55%)是該工藝的不足之處。 在專利方面，與氧化鎳礦處理的相關(guān)方法較多，具有代表性的包括"一 種氧化鎳礦的處理新方法"(申請(qǐng)?zhí)?00610010935.3)，它綜合運(yùn)用化工冶 金和選礦技術(shù)處理氧化鎳礦，具體工藝過(guò)程為將礦石破碎、磨礦，磁選出 強(qiáng)磁性礦物；礦漿加溫并加入濃硫酸浸出，然后加入硫化劑沉淀得硫化鎳； 將所有的固、液產(chǎn)物送入浮選設(shè)備，浮選出硫化鎳精礦，再?gòu)母咂肺坏牧蚧?鎳精礦中回收鎳。"紅土鎳礦熔融還原制取鎳鐵合金工藝"(申請(qǐng)?zhí)?200710034750.0)，將紅土鎳礦中的氧化鎳和赤鐵礦預(yù)還原轉(zhuǎn)化為金屬鎳和金 屬鐵或四氧化三鐵，經(jīng)濕式磁選使鎳、鐵富集，磁選得到的鎳鐵精礦再進(jìn)行 熔融還原制備鎳鐵合金。"低品位紅土鎳礦綜合利用工藝"(申請(qǐng)?zhí)?200710035281.4)，則將紅土鎳礦破碎、篩分、磨礦后加入焦粉或煤粉造球， 生球布到燒結(jié)機(jī)上進(jìn)行點(diǎn)火燒結(jié)，球團(tuán)燒結(jié)礦冷卻、破碎后加入到電爐或鼓 風(fēng)爐內(nèi)，加入焦炭進(jìn)行初還原，使部分鎳和少量鐵被還原，再進(jìn)入終還原爐 還原，得到高鎳鐵合金。"不同類(lèi)型紅土鎳礦的還原-磨選處理方法"(申請(qǐng) 號(hào)200610163831.6)將紅土鎳礦破碎、磨細(xì)，按一定比例加入碳質(zhì)還原劑、 復(fù)合添加劑(氯化鈉、生石灰和鐵粉)與紅土鎳礦混磨，制成15 20mm的 球團(tuán)，經(jīng)200 400。C干燥4 6h,采用回轉(zhuǎn)窯在950 130(TC的溫度下還原焙 燒后，濕法球磨、搖床分選,獲得的重選鎳精礦再采用磁選法，以3000 5000Gs 磁場(chǎng)選別，得到高品位的鎳鐵混合精礦；專利"一種轉(zhuǎn)底爐快速還原含碳紅 土鎳礦球團(tuán)富集鎳的方法"(申請(qǐng)?zhí)?00610163832.0)，進(jìn)一步提出以轉(zhuǎn)底 爐代替回轉(zhuǎn)窯作為還原焙燒反應(yīng)器進(jìn)行快速還原，可使還原時(shí)間縮短至15 40min;專利"一種轉(zhuǎn)底爐-電爐聯(lián)合法處理紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵方法"(申請(qǐng)?zhí)? 200610163834.X)則采用電爐熔分方法處理轉(zhuǎn)底爐還原焙燒產(chǎn)品，以生產(chǎn)鎳鐵。"利用紅土礦和煤直接生產(chǎn)含鎳鐵合金的方法"(申請(qǐng)?zhí)?00610031071)提出 的工藝流程為配料一混料一球團(tuán)一預(yù)還原一金屬化球團(tuán)一水冷并破碎一物 理分離一含鎳鐵合金，球團(tuán)的原料為紅土礦粉或含鎳粉塵，煤粉和粘接劑。"以 紅土鎳礦為原料用隧道窯直接還原鎳鐵的方法"(申請(qǐng)?zhí)?00710072147.1)， 以隧道窯為反應(yīng)器，將紅土鎳礦和還原劑按照質(zhì)量比為1.00: 0.25 0.55的配 比裝入還原罐中，還原罐在隧道窯中經(jīng)烘干、預(yù)熱、還原、冷卻，再經(jīng)過(guò)破 碎、磁選、壓塊，得到直接還原鎳鐵。"從氧化鎳礦硅酸鎳礦回收鎳鈷的方法" (申請(qǐng)?zhí)?00610010774.8 )，將原礦氧化鎳礦、硅酸鎳礦破碎、磨礦至-0.074mm 占80 卯°/。，加入原礦質(zhì)量5 15%的焦炭粉、10 30%的氯化劑、0.1 1.0% 的助劑，制成粒徑5 15mm球團(tuán)，再采用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行氯化離析焙燒，焙燒后 產(chǎn)品進(jìn)入磁場(chǎng)強(qiáng)度為1500 3000Gs的磁選機(jī)選別，最后可得鎳品位為5 15%，鈷品位為0.3 1.7%的鎳鈷混合精礦,鎳鈷回收率分別為80 85%和70 80%。"一種處理氧化鎳礦的新方法"(申請(qǐng)?zhí)?0103023.6)，采用微波能加 熱、硫化、選礦，精礦混入含N〉3.5y。的氧化鎳富礦進(jìn)入等離子體(N2氣流 載)熔煉爐，一步直接獲取含Ni〉52M的高冰鎳，拋渣含Ni0.08。/。。
分析比較上述紅土鎳礦火法冶煉的工藝，可以發(fā)現(xiàn)有些工藝(如"一 種氧化鎳礦的處理新方法"、"紅土鎳礦熔融還原制取鎳鐵合金工藝"和"低 品位紅土鎳礦綜合利用工藝"等)只是預(yù)先富集得到中間產(chǎn)品(包括鎳精礦、 硫化鎳精礦、鎳鐵精礦等)，仍需進(jìn)一步深還原與熔分；有些工藝(如，氯 化離析工藝中氯化過(guò)程)則容易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染與設(shè)備腐蝕等問(wèn)題；有 些冶煉能耗高、生產(chǎn)成本高(如轉(zhuǎn)底爐、隧道窯等)；有些消耗昂貴冶金焦 炭(如電爐、礦熱爐等)，存在效率低、能耗高、環(huán)境污染重等問(wèn)題
發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)高效率、低能耗、環(huán)境友好開(kāi)發(fā)利用紅土鎳礦資源， 本發(fā)明提供一種由紅土鎳礦直接制取鎳鐵合金粉的工藝。
一種由紅土鎳礦直接制取鎳鐵合金粉的工藝，工藝過(guò)程及其具體參數(shù)為: 紅土鎳礦預(yù)先破碎、細(xì)磨至-0.074mm占70~80%;按紅土鎳礦質(zhì)量的10~15%、 1~3%、 5~10%、 0 5%分別加入元明粉、硼砂、蘇打、腐植酸鈉混勻、造塊； 以褐煤為還原劑，在1050 110(TC下還原90 60min;冷卻后的還原產(chǎn)品經(jīng)破 碎、磨礦至-0.074mm占80% (重量)，采用1000~2000Gs的磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選，磁性產(chǎn)物即為鎳鐵合金粉。所得鎳鐵合金粉鎳、鐵品位高、雜質(zhì)含量少，是 電爐冶煉不銹鋼、合金鋼和合金鑄鐵等的優(yōu)質(zhì)原料。
與傳統(tǒng)火法冶煉鎳鐵合金工藝相比，新工藝具有如下突出優(yōu)點(diǎn)
1) 新工藝中紅土鎳礦可不經(jīng)預(yù)先富集，省卻高爐、電爐或礦熱爐還原-熔分等工藝，由紅土鎳礦直接制備鎳鐵合金粉，流程短、原料適應(yīng)強(qiáng)，適合 處理包括褐鐵礦型、硅鎂質(zhì)型和腐殖土型在內(nèi)的各種紅土鎳礦。
2) 本發(fā)明提供的添加劑在還原過(guò)程中可大幅度降低還原溫度，催化鎳、 鐵還原，促進(jìn)鎳、鐵晶粒長(zhǎng)大，同時(shí)可與紅土鎳礦中含鎂、硅、鋁等脈石礦 物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成新的非磁性物質(zhì)，使礦物原有結(jié)構(gòu)受到破壞，為鎳、 鐵的還原以及與雜質(zhì)的分離創(chuàng)造有利條件，強(qiáng)化磁選分離效果。與氯化物添 加劑相比，本發(fā)明所開(kāi)發(fā)的添加劑不產(chǎn)生環(huán)境污染、設(shè)備腐蝕等問(wèn)題。
3) 本發(fā)明以反應(yīng)性能優(yōu)良的褐煤替代焦炭做還原劑，可在1050 1100°C 的較低還原溫度下獲得優(yōu)良的還原與分選效果，還原溫度較之以焦炭做還原 劑(一般要達(dá)到1300'C以上)低200~250°C。與價(jià)格昂貴的冶金焦炭相比， 褐煤不僅儲(chǔ)量大、分布廣、價(jià)格低廉，而且能避免焦化過(guò)程中帶來(lái)的環(huán)境污 染問(wèn)題。
4) 新工藝所制取的鎳鐵合金粉中雜質(zhì)含量低，鎳、鐵品位高，其鎳、鐵 含量之和大于90%，原礦中Ni/Fe比越高，且獲得的鎳鐵合粉中Ni含量越高； 鎳、鐵回收效果好，二者回收率最高均可達(dá)到90%以上。
綜上，本發(fā)明具有產(chǎn)品質(zhì)量高，鎳、鐵綜合回收效果好，工藝流程簡(jiǎn)單、 生產(chǎn)效率高，能耗少、成本低、投資小，環(huán)境友好等特點(diǎn)。本發(fā)明為世界上 儲(chǔ)量豐富的紅土鎳礦資源的高效開(kāi)發(fā)利用提供了有效途徑，有著十分廣闊的 推廣應(yīng)用前景。


圖1:本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
對(duì)照例TFe含量22.03X， Ni含量1.57%的紅土鎳礦(硅鎂質(zhì)型)，破 碎、磨礦至-0.074mm占70%;造球，球團(tuán)干燥后以褐煤做還原劑，在1100°C 的溫度下還原焙燒120min，還原產(chǎn)物破碎、磨礦至-0.074mm占80%，以1500Gs 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選，所得精礦中鎳品位2.06%，鎳回收率46.4%;鐵品位57.2%， 鐵回收率56.4%。實(shí)施例l: TFe含量22.03X， Ni含量1.57%的紅土鎳礦(硅鎂質(zhì)型)， 破碎、磨礦至-0.074mm占70%;按紅土鎳礦質(zhì)量百分比的15%、 1%、 5%分 別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團(tuán)干燥后以褐煤作還原劑，還原溫 度1050°C，還原時(shí)間60min;還原產(chǎn)物經(jīng)磨礦至-0.074mm占80%,以1000Gs 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選。所得鎳鐵合金粉中鎳品位5.49%，鎳回收率79.5%;鐵品位 70.67%,鐵回收率76.7%。
實(shí)施例2: TFe含量22.03%， Ni含量1.57%的紅土鎳礦(硅鎂質(zhì)型)， 破碎、磨礦至-0.074mm占70%;按紅土鎳礦質(zhì)量百分比的15%、 2%、 7.5% 分別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團(tuán)干燥后以褐煤作還原劑，還原 溫度1050°C,還原時(shí)間90min;還原產(chǎn)物經(jīng)磨礦至-0.074mm占80%，以1500 Gs磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選。所得鎳鐵合金粉鎳品位6.91%，鎳回收率87.2%;鐵品位 85.90%,鐵回收率89.5%。
實(shí)施例3: TFe含量22.03Q^， Ni含量1.57%的紅土鎳礦(硅鎂質(zhì)型)， 破碎、磨礦至-0.074mm占70%;按紅土鎳礦質(zhì)量百分比的15%、 3%、 7.5% 分別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團(tuán)干燥后以褐煤作還原劑，還原 溫度105(TC，還原時(shí)間60min;還原產(chǎn)物經(jīng)磨礦至-0.074mm占80%,以1500 Gs磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選。所得鎳鐵合金粉中鎳品位6.36%,鎳回收率84.4%;鐵品 位82.03%,鐵回收率81.0%。
實(shí)施例4: TFe含量22.03%， Ni含量1.57%的紅土鎳礦(硅鎂質(zhì)型)， 破碎、磨礦至-0.074mm占70%;按紅土鎳礦質(zhì)量百分比的15%、 3%、 7.5% 分別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻壓團(tuán)；團(tuán)塊干燥后以褐煤作還原劑，還原 溫度1050t:，還原時(shí)間90min;還原產(chǎn)物經(jīng)磨礦至-0.074mm占80%,以1500Gs 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選。所得鎳鐵合金粉鎳品位7.67%，鎳回收率89.8%;鐵品位86.03 %，鐵回收率88.6%。
實(shí)施例5: TFe含量22.03%， Ni含量1.57%的紅土鎳礦(硅鎂質(zhì)型)， 破碎、磨礦至-0.074mm占70%;按紅土鎳礦質(zhì)量百分比的15%、 3°/。、 7.5% 分別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團(tuán)干燥后以褐煤作還原劑，還原 溫度IIO(TC,還原時(shí)間60min;還原產(chǎn)物經(jīng)磨礦至-0.074mm占80%，以1500Gs 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選。所得鎳鐵合金粉中鎳品位7.90%，鎳回收率90.2%;鐵品位 87.84%，鐵回收率90.9%。實(shí)施例6: TFe含量42.73%， Ni含量0.87%的紅土鎳礦(褐鐵礦型)， 破碎、磨礦至-0.074mm占80%;按紅土鎳礦質(zhì)量百分比的15%、 3%、 10%分 別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團(tuán)干燥后以褐煤作還原劑，還原溫 度1050°C，還原時(shí)間60min;還原產(chǎn)物經(jīng)磨礦至-0.074mm占80%;以1000Gs 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選。所得的鎳鐵合金粉中鎳品位1.85。/^，鎳回收率93.0%;鐵品位 89.25%,鐵回收率90.7%。
實(shí)施例7: TFe含量42.73%， Ni含量0.87%的紅土鎳礦(褐鐵礦型)， 破碎、磨礦至-0.074mm占80%;按紅土鎳礦質(zhì)量百分比的15%、 3%、 10%分 別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團(tuán)干燥后以褐煤作還原劑，還原溫 度1050°C,還原時(shí)間卯min;還原產(chǎn)物經(jīng)磨礦至-0.074mm占80%;以1000Gs 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選。所得的鎳鐵合金粉中鎳品位1.94%，鎳回收率96.7%;鐵品位 88.95%,鐵回收率91.3%。
實(shí)施例8: TFe含量42.73%， Ni含量0.87%的紅土鎳礦(褐鐵礦型)， 破碎、磨礦至-0.074mm占80%;按紅土鎳礦質(zhì)量百分比的15。/。、 3%、 7.5% 分別配入元明粉、硼砂、蘇打混勻造球；球團(tuán)干燥后以褐煤作還原劑，還原 溫度IIO(TC，還原時(shí)間60min;還原產(chǎn)物經(jīng)磨礦至-0.074mm占80%;以2000Gs 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選。所得的鎳鐵合金粉中鎳品位1.98%，鎳回收率98.1%;鐵品位 90.35%，鐵回收率94.3%。
實(shí)施例9: TFe含量15.95%， Ni含量2.15%的紅土鎳礦(腐殖土型)， 破碎、磨礦至-0.074mm占80%;按紅土鎳礦質(zhì)量百分比的15%、 3°/。、 5%、 5%分別配入元明粉、硼砂、蘇打、腐植酸鈉混勻壓團(tuán)；團(tuán)塊干燥后以褐煤作 還原劑，還原溫度110(TC，還原時(shí)間60min;還原產(chǎn)物經(jīng)磨礦至-0.074mm占 80%;以1500Gs磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選。所得的鎳鐵合金粉中鎳品位13.76%，鎳回 收率90.4%;鐵品位81.14%，鐵回收率90.07%。
權(quán)利要求
1. 一種由紅土鎳礦直接制取鎳鐵合金粉的工藝，其特征在于將紅土鎳礦經(jīng)破碎、磨礦至-0.074mm占70-80％，加入添加劑混勻、造塊，以褐煤為還原劑，在1050～1100℃下還原90～60min；還原產(chǎn)品經(jīng)冷卻后破碎、磨礦至-0.074mm占80％，采用1000～2000Gs磁場(chǎng)強(qiáng)度磁選分離，所得磁性物即為鎳鐵合金粉；所述添加劑由元明粉、硼砂、蘇打和腐植酸鈉混合而成，混合比例分別為紅土鎳礦質(zhì)量的10～15％、1～3％、5～10％、0～5％。
全文摘要
一種由紅土鎳礦直接制取鎳鐵合金粉的工藝。本發(fā)明將紅土鎳礦礦石破碎、磨礦，加入添加劑混勻、造塊，團(tuán)塊干燥后在一定溫度下用煤作還原劑，將鎳、鐵還原為金屬鎳、金屬鐵，還原產(chǎn)物再經(jīng)破碎、磨礦后，采用弱磁選方法分選，磁性產(chǎn)品即為鎳鐵合金粉。本發(fā)明具有原料適用性強(qiáng)，鎳鐵綜合回收效果好，工藝流程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，能耗小、成本低、投資少，環(huán)境友好等特點(diǎn)，所制取的鎳鐵合金粉是冶煉不銹鋼、合金鋼和合金鑄鐵等的優(yōu)質(zhì)原料。
文檔編號(hào)C22B1/14GK101413055SQ20081014386
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者劉牡丹, 濤 姜, 娜 孫, 張?jiān)? 騫 李, 李光輝, 楊永斌, 白國(guó)華, 范曉慧, 袁禮順, 斌 許, 謝朝明, 郭宇峰, 陳麗勇, 陳許玲, 饒明軍, 黃柱成 申請(qǐng)人:中南大學(xué)