CN101144126A - 利用红土矿和煤直接生产含镍铁合金的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用红土矿粉和煤直接还原生产含镍铁合金的方法，其所述方法的工艺流程为：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，所述球团的原料为红土矿粉或含镍粉尘，煤粉和粘接剂。本发明的利用红土矿粉和煤直接生产镍铁合金的生产方法可替代传统的矿热炉冶炼方法，为不锈钢的冶炼生产提供了低成本的含镍铁合金，减少含镍铁合金生产对大量电能和块矿资源的依赖，从而显著降低不锈钢的生产成本。本发明的方法生产的所述含镍铁合金为低P、S含量的含镍铁合金。

Description

利用红土矿和煤直接生产含镍铁合金的方法

技术领域

本发明专利涉及一种铁合金的直接还原生产方法，具体的说，本发明涉及一种新颖的利用红土矿和煤直接生产含镍铁合金的方法，本发明的方法可为不锈钢生产提供廉价的含镍铁合金。

背景技术

不锈钢的生产主要合金原料为碳素铬铁和电解镍，其成本占不锈钢生产成本的50～70％，因此使用廉价的合金原料是降低不锈钢成本的重要措施。

自然界的镍矿主要有硫化矿和氧化矿两大类，其中硫化矿约占13％，氧化矿约占87％。目前镍的产量有60％来自于硫化矿，来自氧化矿的比例不大。

其中以硫化镍矿为原料生产电解镍的火法冶金和溶液电解相结合的工艺流程如下：

(1)熔炼。镍精矿经干燥后即送电炉(或鼓风炉)熔炼，目的是使铜镍的氧化物转变为硫化物，产出低冰镍(铜镍锍)，同时脉石造渣。在所得到的低冰镍中，镍和铜的总含量为8～25％(一般为13％～17％)，含硫量约为25％。

(2)低冰镍的吹炼。吹炼的目的是为了除去铁和一部分硫，得到含铜和镍70％～75％的高冰镍，而不是金属镍。转炉熔炼温度高于1230℃，由于低冰镍品位低，一般吹炼时间较长。

(3)磨浮。高冰镍经细磨、破碎后，用浮选和磁选分离，得到含镍67％一68％的镍精矿，同时选出铜精矿和铜镍合金，分别回收铜和铂族金属。镍精矿经反射炉熔化得到硫化镍，再送电解精炼或经电炉(或反射炉)还原熔炼得到粗镍，再电解精炼。

(4)电解精炼。粗镍中除含铜、钻外，还含有金、银和铂族元素，需电解精炼回收。用粗镍做阳极，阴极为镍始极片，电解液用硫酸盐溶液硫酸盐和氯化盐混合溶液。通电后，阴极析出镍，铂族元素进入阳极泥中，另行回收。产品电解镍的纯度为99.85％-99.99％。

上述工艺可生产出高品质的电解镍，但由于其工艺流程的复杂性，使电解镍的价格十分昂贵。例如，2005年电解镍板的价格高达25万元/吨。从世界范围来看，镍主要用于不锈钢生产，而发达国家主要用于生产高级合金。对于生产不锈钢来说，可不要求含镍原料达到电解镍的纯度(>99.90％)，有些元素如Fe，Cr等本身就是不锈钢的主要合金元素，因此从冶炼不锈钢的原料来看，目前使用电解镍生产含镍铁合金成本高，经济性差。

由于自然界的氧化矿储量大，特别是红土矿(占80％)，因此它将是未来镍的主要来源。红土矿的组成比硫化镍矿复杂得多，不能通过传统的选矿工艺进行富集，品位较高的镍矿仍以加压酸浸等湿法冶金工艺处理，其最终产品为电解镍。

氧化镍矿的另一种处理方法是在矿热炉中采用碳热法生产镍铁，随后进行精炼。矿石经干燥后，放在还原炉内(转底炉、回转窑或隧道窑等等)预热到750℃。在经预热的热矿石中，加入约4％的焦粉，然后，将这种混合料放在还原电炉中冶炼。得到的粗镍铁经精炼后得到含镍约30％的含镍铁合金。但是，这种传统红土矿处理方法所需块矿须经干燥和预热等过程，且需要焦粉作还原剂，尤其在处理粉矿时仍需要造块，再通过温度和配煤量的调节，调节铁的还原率。

另外，由于红土矿性能的特性(氧化镍比铁更容易还原，还原温度低，镍的含量低)，还原后球团中FeO较高，球团强度较好。

因此，目前直接利用红土矿冶炼镍铁的典型工艺为：红土矿(块矿/团矿)——干燥——(回转窑)预热到750℃——配加焦粉——矿热炉冶炼，粉矿应做成团矿才能使用，并对强度有较高的要求。

由此，处理方法的工艺较繁杂，影响到其成本和经济性。

在此背景下，开发一种成本低、可以广泛使用各种廉价资源生产含镍铁合金的新方法具有实际意义。

本发明人经刻意研究，发现：籍由直接还原法，利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的工艺有望成为解决以上问题的理想方法。

本发明的原理是：将红土矿粉和煤粉等制成含碳球团，将反应温度控制在1100～1300℃下进行预还原成金属化球团，然后将预还原金属化球团水冷并破碎，进行物理分离，得到含镍铁合金，即利用红土矿粉的预还原产品以取代昂贵的电解镍。

本发明的目的在于：提供一种新颖的利用红土矿粉和煤直接还原生产含镍铁合金的方法，本发明的方法直接利用红土矿粉的预还原产品以取代昂贵的电解镍，以取代传统的矿热炉冶炼方法，为不锈钢的冶炼生产提供了低成本的含镍铁合金，减少含镍铁合金生产对大量电能和块矿资源的依赖，从而显著降低不锈钢的生产成本。由于不具备P、S还原的条件，本发明的方法生产的所述含镍铁合金为低P、S含量的含镍铁合金。

发明内容

本发明提供一种新颖的利用红土矿粉和煤直接还原生产含镍铁合金的方法，所述方法的工艺流程为：

配料——混料——球团——预还原——金属化球团——金属化球团水冷并破碎——物理分离——含镍铁合金

所述球团的原料为红土矿粉或含镍粉尘，煤粉和粘接剂。

本发明的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的方法的具体流程如下：

(1)配料

本发明球团的原料为红土矿粉或含镍粉尘，煤粉和粘接剂。其中粘接剂用于调节碱度，煤粉要求固定碳尽量高，灰份低；80％的红土矿粒度要求小于100目，而其它原料粒度均小于60目。

(2)混料

将按上述配料原则备好的红土矿粉，粘接剂，煤粉加入混料机中混匀，然后将混合料压块制成球团。

(3)预还原

将含碳球团干燥后在预还原炉(转底炉、回转窑或隧道窑等)内还原，还原温度控制在1100～1300℃加热10-30分钟，得到一定强度的金属化球团。转底炉产生的尾气用来预热助燃空气和干燥球团。

优选的是，根据本发明的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的生产方法，所述红土矿粒度要求小于100目，其它原料粒度均小于60目。

优选的是，根据本发明的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的生产方法，在所述球团原料中，红土矿粉或含镍粉尘，煤粉和粘接剂的比例为：

红土矿∶煤粉∶粘接剂＝100∶4-10∶2-12。

优选的是，根据本发明的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的生产方法，配煤量应小于理论配碳量，粘结剂配入量随种类而变。

优选的是，根据本发明的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的生产方法，所述球团的粘接剂为选自粘土，消石灰或糖蜜之一种。

优选的是，根据本发明的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的生产方法，所述球团以粘土作为粘结剂时，其加入量为球团的2～5wt％。

优选的是，根据本发明的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的生产方法，所述球团以消石灰为粘结剂时，其加入量为球团的4～9wt％。

优选的是，根据本发明的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的生产方法，所述球团以糖蜜为粘结剂是，其加入量为球团的6～10wt％。

优选的是，根据本发明的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的生产方法，固定碳大于65wt％，灰分小于15wt％，挥发分为20～30wt％。

若达不到上述要求，将影响生产成本。

优选的是，根据本发明的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的生产方法，将还原温度控制在1100～1300℃加热10-30分钟。

优选的是，根据本发明的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的生产方法，红土矿的镍的收得率大于90％，在90-95％的范围。

根据上述本发明的利用红土矿粉和煤直接生产镍铁合金金的生产方法，替代传统的矿热炉冶炼方法，为不锈钢的冶炼生产提供了低成本的含镍铁合金，减少含镍铁合金生产对大量电能和块矿资源的依赖，从而显著降低不锈钢的生产成本。本发明的方法生产的所述含镍铁合金为低P、S含量的含镍铁合金。

附图的简单说明

图1为本发明的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的工艺流程框图。

具体实施方式

以下，参照图1，以实施例对本发明的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的生产方法作进一步的说明。

实施例1

按照本发明的下述工艺流程，

配料——混料——球团——预还原——金属化球团——金属化球团水冷并破碎——物理分离——含镍铁合金

(1)配料

选择三种不同成分的红土矿，采用相同的配煤比制成球团并进行预还原，表1分别为所使用3批原料的主要化学成分。

表1各原料的主要化学成分(％)

(2)混料

利用表1中的原料，按照本发明的配料原则，以糖蜜为粘结剂，按照红土矿1∶煤粉∶糖蜜＝100∶5∶10的比例，在混料机上进行混料。

(3)球团压制

将原料按上述比例配料后，在混碾机内充分混合并使之均匀，混碾后期加入粘结剂并充分混匀。然后在压球机内压制成约φ8～25cm的球团，其主要成分见表2。

表2 球团的主要成分(％)

球团	TFe	TNi	C
				第1批	43.83	0.83	6.43

(4)预还原

将上述球团干燥后在以转底炉或带式烧结机为还原炉内进行还原，还原温度控制在1100～1300℃，还原时间为10～30min。取出金属化球团。

(5)水冷并破碎——物理分离

出炉后的球团溅水冷却，然后破碎并进行物理分离，所述物理分离方法为重选或磁选，得到镍铁合金。镍的收得率在90-95％，得到的含镍铁合金成分见表3。

表3含镍铁合金的主要成分(％)

合金种类	Fe	Ni	C
				第1批	85.27	10.31	2.06

另外，本实施例得到的含镍铁合金中P可控制在小于0.02％，硫小于0.03％。最终产品的含镍铁合金可作为冶炼不锈钢或合金钢的原料。

实施例2

除了下述工序(2)-(5)之外，其它如同实施例1，得到本发明的含镍铁合金。即，

(2)混料

利用表1中的原料，按照本发明的配料原则，以糖蜜为粘结剂，按照红土矿2∶煤粉∶糖蜜＝100∶7∶12的比例，在混料机上进行混料。

(3)球团压制

将原料按上述比例配料后，在混碾机内充分混合并使之均匀，混碾后期加入粘结剂并充分混匀。然后在压球机内压制成约φ8～25cm的球团，其主要成分见表4。

表4球团的主要成分(％)

球团	TFe	TNi	C
				第2批	33.04	1.13	6.43

(4)预还原

将上述球团干燥后在转底炉内进行还原，还原温度控制在1100～1300℃，还原时间为10～30min。取出金属化球团。

(5)水冷并破碎——物理分离

出炉后的球团溅水冷却，然后破碎并进行物理分离，所述物理分离方法为重选或磁选，得到镍铁合金。镍的收得率在90-95％，得到的含镍铁合金成分见表5。

表5含镍铁合金的主要成分(％)

合金种类	Fe	Ni	C
				第2批	80.56	15.25	2.53

最终产品的含镍铁合金可作为冶炼不锈钢或合金钢的原料。

实施例3

除了下述工序(2)-(5)之外，其它如同实施例1，得到本发明的含镍铁合金。即，

(2)混料

利用表1中的原料，按照本发明的配料原则，以糖蜜为粘结剂，按照红土矿3∶煤粉∶糖蜜＝100∶4∶10的比例，在混料机上进行混料。

(3)球团压制

将原料按上述比例配料后，在混碾机内充分混合并使之均匀，混碾后期加入粘结剂并充分混匀。然后在压球机内压制成约φ8～25cm的球团，其主要成分见表6。

表6球团的主要成分(％)

球团	TFe	TNi	C
				第3批	24.35	1.65	6.43

(4)预还原

将上述球团干燥后在转底炉内进行还原，还原温度控制在1100～1300℃，还原时间为10～30min。取出金属化球团。

(5)水冷并破碎——物理分离

出炉后的球团溅水冷却，然后破碎并进行物理分离，所述物理分离方法为重选或磁选，得到镍铁合金。镍的收得率在90-95％，得到的含镍铁合金成分见表7。

表7含镍铁合金的主要成分(％)

合金种类	Fe	Ni	C
				第3批	75.61	20.12	2.85

最终产品的含镍铁合金可作为冶炼不锈钢或合金钢的原料。

实施例4

除了粘接剂使用粘土之外，其它如同实施例2，得到本发明的含镍铁合金。

实施例5

除了粘接剂使用消石灰之外，其它如同实施例2，得到本发明的含镍铁合金。

本发明上述实施例得到的含镍铁合金中P可控制在小于0.02％，硫小于0.03％，镍的收得率在90％以上。最终产品的含镍铁合金可作为冶炼不锈钢或合金钢的原料。

如上所述，根据本发明的方法，利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金具有以下优点：(1)对原料的适应性强，产品的镍含量主要由红土矿的含镍量和铁的还原率决定；(2)由于使用廉价的红土矿粉，使生产成本大大降低；(3)以一次能源煤为还原剂，避免使用焦碳，同样降低了成本；(4)镍铁合金中的含镍量可由配煤比来灵活调节；(5)在利用粉矿压块过程中，可以有效利用钢铁企业的含镍铁粉尘，具有一定的环保效益；(7)该工艺可比传统流程节省大量电能，可为不锈钢生产提供廉价原料。

Claims (12)

1.一种利用红土矿粉和煤直接还原生产含镍铁合金的方法，其特征在于，所述方法的工艺流程为：

配料——混料——球团——预还原——金属化球团——金属化球团水冷并破碎——物理分离——含镍铁合金

所述球团的原料为红土矿粉或含镍粉尘，煤粉和粘接剂。

2.如权利要求1所述的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的方法，其特征在于，所述红土矿粒度要求小于100目，其它原料粒度均小于60目。

3.如权利要求1所述的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的方法，其特征在于，所述粒度小于100目的红土矿占原料的80wt％以上。

4.如权利要求1所述的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的方法，其特征在于，在所述球团原料中，红土矿粉或含镍粉尘，煤粉和粘接剂的比例为：

红土矿∶煤粉∶粘接剂＝100∶4-10∶2-12。

5.如权利要求1所述的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的方法，其特征在于，配煤量小于理论配碳量。

6.如权利要求1所述的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的方法，其特征在于，所述球团的粘接剂为选自粘土，消石灰或糖蜜之一种。

7.如权利要求1或6所述的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的方法，其特征在于，所述球团以粘土作为粘结剂时，其加入量为球团的2～5wt％。

8.如权利要求1或6所述的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的方法，其特征在于，所述球团以消石灰为粘结剂时，其加入量为球团的4～9wt％。

9.如权利要求1或6所述的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的方法，其特征在于，所述球团以糖蜜为粘结剂时，其加入量为球团的6～10wt％。

10.如权利要求1所述的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的方法，其特征在于，固定碳大于65wt％，灰分小于15wt％，挥发分为20～30wt％。

11.如权利要求1所述的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的方法，其特征在于，将还原温度控制在1100～1300℃加热10-30分钟。

12.如权利要求1所述的利用红土矿粉和煤直接生产含镍铁合金的方法，其特征在于，红土矿的镍的收得率在90-95％。