[发明专利]一种红土镍矿直接还原－顶吹熔炼生产镍铁的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于镍冶金技术领域，尤其涉及红土镍矿生产镍铁的方法及其装置,特别涉及一种红土镍矿回转窑直接还原－燃气顶吹熔炼生产镍铁的方法及其熔炼装置。

背景技术

镍的最大应用领域是不锈钢。随着不锈钢产业结构和产品结构的调整，高端品种的比例进一步加大，镍在不锈钢领域的用量将会继续增加。目前，全球3/5的镍产自硫化镍矿。随着具有开采意义的硫化镍矿资源的逐渐枯竭，储量占到镍资源总量60.6%的氧化镍矿的开发利用越来越引起人们的重视，其中储量丰富、分布广泛的红土镍矿更是备受关注。红土型镍矿伴生、共生组分较多，矿石综合利用价值较高，是冶炼优质钢材的“天然合金矿石”。因此，加快红土镍矿的选冶工艺技术研发，经济合理地利用红土镍矿资源，已成为目前国际上的重大冶金研究课题。

红土镍矿的处理工艺可分为湿法冶金和火法冶金。近年来，随着加压酸浸厂的陆续建成投产，湿法冶金得以迅速发展；但湿法处理红土镍矿还存在工艺复杂、流程长、工艺条件对设备要求高等问题；因此，从投资、建设周期、技术是否成熟等角度出发，火法仍将是红土镍矿冶炼的主导工艺。另外，红土镍矿通过火法工艺处理，还可以同时回收其中的镍和铁，用于不锈钢生产，具有较强的价格竞争及产能优势；火法冶炼镍铁主要有高炉熔炼工艺和回转窑-电炉熔炼工艺。高炉炼镍铁因原料适应性差、环境污染严重、能耗高等原因，受到国家环保政策和能源政策的限制而被禁止使用；回转窑-电炉熔炼镍铁工艺对原料适应性强、规模可大可小，但电炉能耗较高，电能消耗占操作成本的约50%，对于电力紧张的地区难以实施。

近年来，国内外冶金学者针对火法冶炼镍铁存在的能耗高的不足，先后研发了多种红土镍矿冶炼镍铁工艺及冶炼设备。201110139300.4公开了一种红土镍矿转底炉煤基直接还原－燃气熔分炉熔分的炼铁方法，得到含镍14.607%、含铁84.76%的镍铁合金；该方法转底炉热效率低，原料需要进行细磨、造球及生球烘干等处理，而球的强度、水分含量对转底炉的运行稳定性至关重要；同时，从设备投资和生产成本来看，与成熟的RKEF工艺相比，没有明显的优势；这也是目前国内在处理红土镍矿生产镍铁方面没有应用实例的主要原因。201610014432.7公开了一种采用富氧强化熔池熔炼红土镍矿获得镍铁的工艺，反应生成含镍15-30%（质量）的镍铁合金和炉渣；该工艺采用富氧侧吹强化熔池熔炼镍铁，床能率较高，能耗相对低；但富氧侧吹强化熔池熔炼过程中需将原料进行压制成球，工艺较复杂，而且设备投资相对高。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种红土镍矿直接还原－燃气顶吹熔炼生产镍铁的方法及其装置，解决了目前火法处理红土镍矿过程中能耗高、环境污染严重、物料适应性差等问题。

为了实现上述目的，本发明提供的红土镍矿直接还原－燃气顶吹熔炼生产镍铁的方法，包括以下步骤。

步骤（1）、红土镍矿干燥处理：红土镍矿一般含水35%以上，用干燥回转窑干燥方式去除部分自由水，干燥温度为700℃-800℃，烘干后镍矿含水20%左右，优选20%。

步骤（2）、破碎及筛分：烘干后的红土镍矿采取两段破碎及筛分的方式以保证物料入窑粒度；一段破碎及筛分粒径控制在40mm以下，二段破碎物料粒径控制在10mm以下。

步骤（3）、混配料：步骤（2）处理后的红土镍矿与粒径均为10mm以下的还原煤和造渣剂按一定的配料比配料，然后混合均匀；还原煤加入重量为红土镍矿的10%-15%，造渣剂加入重量为红土镍矿的6%-8.5%；所述的造渣剂为石灰石或生石灰，优选生石灰。

步骤（4）、还原焙烧：混配后的物料加到还原回转窑内进行还原焙烧；还原焙烧温度控制在1150℃-1300℃，物料在回转窑内停留时间为120min-150min。

步骤（5）、燃气顶吹熔炼：将步骤（4）得到的还原焙烧产物半熔融态渣镍铁在1150℃-1300℃保温的状态下，通过溜槽及燃气顶吹炉上方的加料口自动流入顶吹炉内；在顶吹炉的熔化区，经烧嘴喷入的天然气燃烧产生的热能将还原焙烧产物进一步熔炼成液态镍铁水和炉渣，并在顶吹炉内的保温沉降区实现炉渣与镍铁的澄清分离；炉渣和液态镍铁分别由顶吹炉的保温沉降区侧端设置的渣出口和镍铁出口流出；顶吹炉的熔化区温度为1500℃-1550℃，保温沉降区温度控制在1550℃-1600℃，物料在炉内停留时间120min-210min；液态铁镍合金用铸锭机铸成面包铁，得镍铁商品；炉渣水淬后，送渣场堆存；此步骤产生的高温烟气通过烟道进入回转窑，用于还原焙烧窑所需的部分热量。