CN102703684A - 一种焙砂硫化生产低镍锍的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种焙砂硫化生产低镍锍的方法，包括以下步骤：a）将红土型镍矿与还原剂和第一造渣剂混合焙烧，得到焙砂；b）将所述焙砂硫化，得到含硫焙砂；c）将所述含硫焙砂进行电炉冶炼，得到低镍锍产物和废渣。根据本发明实施例的焙砂硫化生产低镍锍的方法，通过焙烧得到焙砂，再将焙砂进行硫化和电炉冶炼，可以得到镍锍产物，该方法可操作性强，可以在电力缺乏的地区开展红土矿冶炼工作，而且煤可以提供整个生产过程的能源，生产过程中高温烟气经过脱尘后可利用余热发电技术进行热能回收利用，达到有效降低整个冶炼过程能耗的效果。
Description
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域，更具体地，本发明涉及一种焙砂硫化生产低镍锍的方法。
背景技术
镍具有抗氧化、抗腐蚀、耐高温、强度高、延展性好等特点，其用途十分广泛，尤其在钢铁和有色金属冶炼业中的消费比重最大，其次应用在轻工行业、机械制造、化工、石油和电力等行业，而高新技术领域对镍的需求也很旺盛。
世界陆基镍的储量约为417亿吨，39.14%以硫化矿的形式存在,而世界上约70%的镍是从硫化矿中提取，赋存在氧化矿床中的镍占镍储量的60.16%。随着可经济利用的硫化镍矿和高品位红土镍矿资源的日益枯竭,大量存在的低品位红土镍矿的经济开发成了当今镍冶金的研究热点。
然而，目前的红土镍矿的冶炼方法和设备处理能力较低，而且能耗大，不利于环保，因此仍有待改进。目前，红土矿主要利用电炉法熔炼镍铁产物，生产的产品主要用于生产不锈钢。利用现有回转窑-电炉工艺冶炼镍铁产物，对工厂所在地电力供应的要求比较苛刻，尤其在电力缺乏地区，很难开展红土矿资源利用的生产工作。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。
为此，本发明的一个目的在于提出一种实施简单、能耗低且可行性强的焙砂硫化生产低镍锍的方法。
根据本发明实施例的焙砂硫化生产低镍锍的方法，包括以下步骤：
a）将红土型镍矿与还原剂和第一造渣剂混合焙烧，得到焙砂；
b）将所述焙砂硫化，得到含硫焙砂；
c）将所述含硫焙砂进行电炉冶炼，得到低镍锍产物和废渣，
其中，所述低镍锍产物中Ni的质量百分比为5～20%，Fe的质量百分比为45～65%，S的质量百分比为20～50%。
根据本发明实施例的焙砂硫化生产低镍锍的方法，通过焙烧得到焙砂，再将焙砂进行硫化和电炉冶炼，可以得到镍锍产物，该方法可操作性强，可以在电力缺乏的地区开展红土矿冶炼工作，而且煤可以提供整个生产过程的能源，生产过程中高温烟气经过脱尘后可利用余热发电技术进行热能回收利用，达到有效降低整个冶炼过程能耗的效果。
另外，根据本发明上述实施例的焙砂硫化生产低镍锍的方法，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，在所述步骤a)中，所述红土型镍矿、所述还原剂和所述第一造渣剂的质量比为（60～80）：（5～20）：（5～20）。
根据本发明的一个实施例，所述步骤a）包括：
a-1）将红土型矿与煤混合加入干燥窑进行干燥，得到干红土矿；
a-2）将所述干红土矿与所述还原剂和所述第一造渣剂混合加入焙烧回转窑进行焙烧，得到所述焙砂。
根据本发明的一个实施例，所述还原剂为选自烟煤、无烟煤和焦炭中的一种或多种。
根据本发明的一个实施例，所述步骤b）包括：将预定温度的硫化剂加入所述焙烧回转窑中以便与所述焙砂在所述焙烧回转窑内进行硫化，以得到所述含硫焙砂。
根据本发明的一个实施例，所述硫化剂为选自硫磺、黄铁矿、硫酸钠、硫酸钙和硫酸镁中的一种或多种。
根据本发明的一个实施例，所述硫化剂被预热至600～800℃。
根据本发明的一个实施例，所述步骤c）包括：
c-1）将所述含硫焙砂加入电炉，并加入第二造渣剂进行冶炼，得到低镍锍产物和废渣。
根据本发明的一个实施例，所述步骤c）还可包括：
c-2）将所述含硫焙砂破碎并研磨后进行磁选，得到含硫焙砂精矿和尾矿；
c-3）将所述含硫焙砂精矿加入电炉，并加入所述第二造渣剂进行冶炼，得到低镍锍产物和废渣。
根据本发明的一个实施例，在所述步骤b)中，所述焙砂、所述硫化剂和所述第二造渣剂的质量比为（65～80）：（3～15）：（5～10）。
根据本发明的一个实施例，所述第一造渣剂和所述第二造渣剂为选自石灰石、石灰和白云石中的一种或多种。
根据本发明的一个实施例，所述电炉冶炼在1400～1600℃下进行。
根据本发明的一个实施例，还包括以下步骤：
d）将所述废渣和尾矿进行资源化利用以获得矿物棉和/或人工砂石。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的焙砂硫化生产低镍锍的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
首先，参考图1描述本发明所涉及的焙砂硫化生产低镍锍的方法的流程。
具体地，本发明所涉及的焙砂硫化生产低镍锍的方法包括以下步骤：
a）将红土型镍矿与还原剂和第一造渣剂混合焙烧，得到焙砂；
b）将所述焙砂硫化，得到含硫焙砂；
c）将所述含硫焙砂进行电炉冶炼，得到低镍锍产物和废渣，
其中，所述低镍锍产物中Ni的质量百分比为5～20%，Fe的质量百分比为45～65%，S的质量百分比为20～50%。
由此，根据本发明实施例的焙砂硫化生产低镍锍的方法，通过焙烧得到焙砂，再将焙砂进行硫化和电炉冶炼，可以得到镍锍产物，该方法可操作性强，可以在电力缺乏的地区开展红土矿冶炼工作，而且煤可以提供整个生产过程的能源，生产过程中高温烟气经过脱尘后可利用余热发电技术进行热能回收利用，达到有效降低整个冶炼过程能耗的效果。
关于步骤a），需要理解的是，所述红土型镍矿、所述还原剂和所述第一造渣剂的质量比为（60～80）：（5～20）：（5～20）。
关于所述第一造渣剂的选择没有特殊限制，例如可以是选自石灰石、石灰、碳酸钠和白云石的一种或多种。
石灰石在焙烧过程中的主要反应为：
CaCO3→CaO+CO2
CaO+SiO2→CaSiO3
白云石在焙烧过程中的主要反应为：
CaMgCO3→CaO+MgO+CO2
CaO+SiO2→CaSiO3
MgO+SiO2→MgSiO3
碳酸钠在焙烧过程中的主要反应为：
Na2CO3→Na2O+CO2
Na2O+SiO2→Na2SiO3
考虑到红土型镍矿中可能存在较多水分会影响焙烧的正常进行，可以对所述红土型镍矿进行干燥得到干燥的红土型镍矿后再进行混合。所述红土型镍矿的干燥设备也没有特殊限制，只要能起到干燥红土型镍矿的效果即可，优选地，所述红土型镍矿通过干燥窑进行干燥。
关于还原剂的选择，需要理解的是，所述还原剂具有还原性，并可作为燃料使用，以通过燃烧达到焙烧的温度。考虑到成本问题，优选地，所述还原剂可以是选自无烟煤、烟煤和焦炭中的一种或多种。
还原剂在还原过程中的主要反应为：
Fe2O3+C→Fe3O4+CO2
Fe3O4+C→FeO+CO2
NiO+C→Ni+CO2
关于焙烧的方法和设备没有特殊限制，只要能在一定温度下将红土型镍矿与还原剂和第一造渣剂焙烧得到焙砂即可。优选地，可将红土型镍矿与还原剂和第一造渣剂加入焙烧回转窑，在900℃下进行焙烧得到焙砂。
关于步骤b）中焙砂的硫化，需要理解的是，所述硫化方法没有特殊限制，只要能将硫化剂在一定温度下与所述焙砂反应，使所述焙砂硫化即可。其具体操作可以为：将预定温度的硫化剂加入所述焙烧回转窑中以便与所述焙砂在所述焙烧回转窑内进行硫化，以得到所述含硫焙砂。优选地，所述硫化剂被预热至600～800℃。
关于所述硫化剂的选择，需要理解的是，所述硫化剂的主要作用是与焙砂中的NiO、FeO、NiFe及Ni等反应以形成含硫焙砂，优选地，所述硫化剂可以为选自硫磺（S）、黄铁矿（FeS2）、硫酸钠和硫酸钙中的一种或多种。所述焙砂与所述硫化剂的质量比为（65～80）：（3～15）。
当选用硫磺（S）作为硫化剂时，电炉熔炼过程中的主要反应为：
NiO+S→Ni3S2+SO2
FeO+S→FeS+SO2
NiFe+S→NixFe1-xS
Ni+S→Ni3S2
当选用黄铁矿（FeS2）作为硫化剂时，电炉熔炼过程中的主要反应为：
FeS2→FeS+S2
S2+NiFe→NixFe1-xS
S2+NiO+FeO→NixFe1-xS+SO2
NiO+FeS→NixFe1-xS+SO2
FeS+NiO+Fe→Ni3S2+FeO
当选用硫酸钠、硫酸钙或硫酸镁作硫化剂时，电炉熔炼过程中的主要反应分别为：
Na2SO4+NiO+SiO2+CO→Ni3S2+Na2SiO3+CO2
CaSO4+NiO+SiO2+CO→Ni3S2+CaSiO3+CO2
MgSO4+NiO+SiO2+CO→Ni3S2+MgSiO3+CO2
由此，可得到含硫焙砂。
关于步骤c）中含硫焙砂的冶炼，需要理解的是，所述含硫焙砂可直接加入电炉，并加入第二造渣剂进行冶炼，得到低镍锍产物和废渣；为了提高电炉冶炼的效率，降低冶炼时间和冶炼过程中废渣对电炉的磨损，也可将含硫焙砂破碎并研磨后进行磁选，得到含硫焙砂精矿和尾矿，将含硫焙砂精矿加入电炉，并加入第二造渣剂进行冶炼，得到低镍锍产物和废渣。
关于所述第二造渣剂的选择没有特殊限制，例如可以是选自石灰石、石灰、碳酸钠和白云石的一种或多种。
石灰石在电炉熔炼过程中的主要反应为：
CaCO3→CaO+CO2
CaO+SiO2→CaSiO3
白云石在电炉熔炼过程中的主要反应为：
CaMgCO3→CaO+MgO+CO2
CaO+SiO2→CaSiO3
MgO+SiO2→MgSiO3
碳酸钠在焙烧过程中的主要反应为：
Na2CO3→Na2O+CO2
Na2O+SiO2→Na2SiO3
由此，在加入第二造渣剂后，废渣的排出温度可以降低为1400～1550℃，降低了废渣排出处理的难度，降低了成本。
当采用将含硫焙砂直接加入电炉，并加入第二造渣剂进行冶炼的方法时，冶炼过程操作简单，但是含硫焙砂中废渣较多，会延长冶炼时间，并且冶炼过程中对电炉磨损较大。其具体操作可以为：将含硫焙砂与第二造渣剂按质量比为（68～95）：（5～10）加入电炉，于1400～1600℃下进行冶炼，得到低镍锍产物和废渣，其中，所述低镍锍产物中Ni的质量百分比为5～20%，Fe的质量百分比为45～65%，S的质量百分比为20～50%。
当采用将含硫焙砂破碎并研磨后进行磁选，得到含硫焙砂精矿和尾矿，将含硫焙砂精矿加入电炉，并加入第二造渣剂进行冶炼的方法时，由于去除了含硫焙砂中的尾矿，大大降低了电炉冶炼过程中废渣的产生量，提高了电炉冶炼效率，并且降低了冶炼时间和冶炼过程中对电炉的磨损，延长设备使用寿命，降低成本。其具体操作可以为：含硫焙砂经破碎并研磨至100目90%粒度，在1100高斯强度下进行磁选，获得含硫焙砂精矿和尾矿，将含硫焙砂精矿与第二造渣剂按质量比为（68～95）：（5～10）加入电炉，于1400～1600℃下进行冶炼，得到低镍锍产物和废渣，其中，所述低镍锍产物中Ni的质量百分比为5～20%，Fe的质量百分比为45～65%，S的质量百分比为20～50%。
考虑到电炉熔炼过程中产生大量的副产物，为了更好的起到环保作用，可以对副产物，如废渣、尾矿和热烟气，进行资源化利用。优选地，可以将所述热烟气进行收尘处理，并将所述热烟气的余热用于发电；还可以将所述废渣和尾矿进行资源化利用获得矿物棉和/或人工砂石。
下面结合具体实施例描述根据本发明的焙砂硫化生产低镍锍的方法。
实施例1
将红土矿与无烟煤按质量比为10：1加入干燥回转窑，在700℃煅烧获得干红土矿。
将干红土矿、无烟煤及石灰石以质量比10：1：1加入到焙烧回转窑，在900℃焙烧获得焙砂。
在焙烧回转窑窑头喷入750℃液态硫磺反应得到含硫焙砂，硫磺加入量为焙砂的5%；将含硫焙砂与石灰石按10：1的质量比加入到电炉中在1400℃熔炼镍锍，得到Ni的质量百分比为8.4%，Fe的质量百分比为56.6%，S的质量百分比为35.2％的低镍锍产物。
实施例2
将红土矿与无烟煤按质量比为10：1加入干燥回转窑，在700℃煅烧获得干红土矿。
将干红土矿、焦炭及石灰石以质量比10：1：1加入到焙烧回转窑，在900℃焙烧获得焙砂。
在焙烧回转窑窑头加入750℃黄铁矿反应得到含硫焙砂，黄铁矿加入量为焙砂的5%；将含硫焙砂与石灰石按10：1的质量比加入到电炉中在1500℃熔炼镍锍，得到Ni的质量百分比为7.2%，Fe的质量百分比为57.5%，S的质量百分比为35.3％的低镍锍产物。
实施例3
将红土矿与焦炭按质量比为10：1加入干燥回转窑，在700℃煅烧获得干红土矿。
将干红土矿、无烟煤及石灰石以质量比10：1：1加入到焙烧回转窑，在900℃焙烧获得焙砂。
在焙烧回转窑窑头喷入750℃液态硫磺反应得到含硫焙砂，硫磺加入量为焙砂的5%；含硫焙砂经破碎并研磨至100目90%粒度，在1100高斯强度下进行磁选，获得含硫焙砂精矿，将含硫焙砂精矿与石灰石按10：1质量比加入到电炉中在1600℃熔炼镍锍，得到Ni的质量百分比为8.4，Fe的质量百分比为56.6%，S的质量百分比为35.3％的低镍锍产物。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (13)
1.一种焙砂硫化生产低镍锍的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）将红土型镍矿与还原剂和第一造渣剂混合焙烧，得到焙砂；
b）将所述焙砂硫化，得到含硫焙砂；
c）将所述含硫焙砂进行电炉冶炼，得到低镍锍产物和废渣，
其中，所述低镍锍产物中Ni的质量百分比为5～20%，Fe的质量百分比为45～65%，S的质量百分比为20～50%。
2.根据权利要求1所述的焙砂硫化生产低镍锍的方法，其特征在于，在所述步骤a)中，所述红土型镍矿、所述还原剂和所述第一造渣剂的质量比为（60～80）：（5～20）：（5～20）。
3.根据权利要求1所述的焙砂硫化生产低镍锍的方法，其特征在于，所述步骤a）包括：
a-1）将红土型矿与煤混合加入干燥窑进行干燥，得到干红土矿；
a-2）将所述干红土矿与所述还原剂和所述第一造渣剂混合加入焙烧回转窑进行焙烧，得到所述焙砂。
4.根据权利要求1所述的焙砂硫化生产低镍锍的方法，其特征在于，所述还原剂为选自烟煤、无烟煤和焦炭中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的焙砂硫化生产低镍锍的方法，其特征在于，所述步骤b）包括：将预定温度的硫化剂加入所述焙烧回转窑中以便与所述焙砂在所述焙烧回转窑内进行硫化，以得到所述含硫焙砂。
6.根据权利要求5所述的焙砂硫化生产低镍锍的方法，其特征在于，所述硫化剂为选自硫磺、黄铁矿、硫酸钠、硫酸钙和硫酸镁中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的焙砂硫化生产低镍锍的方法，其特征在于，所述硫化剂被预热至600～800℃。
8.根据权利要求1所述的焙砂硫化生产低镍锍的方法，其特征在于，所述步骤c）包括：
c-1）将所述含硫焙砂加入电炉，并加入第二造渣剂进行冶炼，得到低镍锍产物和废渣。
9.根据权利要求1所述的焙砂硫化生产低镍锍的方法，其特征在于，所述步骤c）还可包括：
c-2）将所述含硫焙砂破碎并研磨后进行磁选，得到含硫焙砂精矿和尾矿；
c-3）将所述含硫焙砂精矿加入电炉，并加入所述第二造渣剂进行冶炼，得到低镍锍产物和废渣。
10.根据权利要求5或9所述的焙砂硫化生产低镍锍的方法，其特征在于，所述焙砂、所述硫化剂和所述第二造渣剂的质量比为（65～80）：（3～15）：（5～10）。
11.根据权利要求2或9所述的焙砂硫化生产低镍锍的方法，其特征在于，所述第一造渣剂和所述第二造渣剂为选自石灰石、石灰和白云石中的一种或多种。
12.根据权利要求9所述的焙砂硫化生产低镍锍的方法，其特征在于，所述电炉冶炼在1400～1600℃下进行。
13.根据权利要求9所述的焙砂硫化生产低镍锍的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
d）将所述废渣和尾矿进行资源化利用以获得矿物棉和/或人工砂石。
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