CN111850218B - 一种利用HIsmelt熔融还原工艺冶炼红土镍矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及红土镍矿冶炼技术领域，提供了一种利用HIsmelt熔融还原工艺冶炼红土镍矿以得到镍铁产品的方法。本发明以褐铁矿型红土镍矿为主要原料，将经过预热和预还原后的红土镍矿通过HIsmelt熔融还原炉的矿枪直接喷吹入炉，控制热风温度、热风含氧量、红土镍矿矿粉喷吹量、煤粉喷吹量以及熔剂喷吹量，控制炉渣中FeO百分比含量，遏制SiO2与镍铁熔体的结合，同时降低镍铁中的磷含量，从而实现在可控还原度下镍铁的选择性还原，与传统的RKEF工艺流程相比，该方法有利于大规模利用红土镍矿资源，解决目前镍铁冶炼工艺中原燃料要求高、电力依赖性高、处理量低的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及HIsmelt熔融还原技术领域以及红土镍矿冶炼技术领域，特别涉及一种利用HIsmelt熔融还原工艺冶炼红土镍矿以得到镍铁产品的方法。
背景技术
我国镍矿资源主要集中在甘肃省，占所有储量的70％。此外，在云南、新疆、四川、吉林等省份，也有大量分布，其保有储量占全国镍资源总储量的27％。目前主流的红土镍矿冶炼方法为RKEF工艺流程和小高炉冶炼流程。但RKEF流程工艺能耗高，仅适宜于处理钴含量小于0.05％且镍含量大于2％的矿石，为了满足能耗要求，需要生产地有充沛的电力供应或燃料供应；小高炉处理红土镍矿工艺也存在诸多问题，例如高炉冶炼镍铁技术会由于原料适应性差而导致高炉无法大型化和环境污染严重，此外小高炉生产需要焦炭，能源成本高。与传统方法相比，本发明有利于大规模利用红土镍矿资源，解决目前镍铁冶炼工艺中原燃料要求高、电力依赖性高、处理量低的技术难题。
HIsmelt熔融还原工艺由澳大利亚CRA公司以德国 Kloeckner公司底吹转炉技术为基础，于1981年共同开发的新工艺。我国山东某公司在2012年引进了 HIsmelt的技术及大部分工厂设备，并通过进一步优化工艺流程，已经可以稳定高效生产。经过接近四十年的研究开发和生产实践，HIsmelt工艺技术已近趋于成熟。由于HIsmelt采取喷射冶金方式，直接将煤粉与铁矿石喷入熔池中生产液态生铁，炉内氧化性气氛较浓，同时由喷枪喷入的煤粉在高温下迅速挥发形成C 颗粒，极大的促进了炉渣脱C、脱P的效果。此外，HIsmelt熔池熔炼中SiO2会迅速与FeO氧化造渣，因此该工艺生产的镍铁水几乎不含Si。鉴于HIsmelt熔融还原炉有着生产效率高、二次燃烧率高、二次燃烧区传热速度快、熔池上部反应强烈、设备投资低、电力消耗低、吨铁煤耗低、对环境污染小等特点，很适合作为冶炼镍铁的反应容器。但是，目前利用HIsmelt熔融还原工艺冶炼我国红土镍矿仍然是技术空白。
发明内容
本发明涉及一种利用HIsmelt熔融还原工艺冶炼红土镍矿以得到镍铁产品的生产方法。解决了我国目前处理红土镍矿(特别是低品位褐铁矿型红土镍矿)电力依赖性高、环境差、成本居高不下，难以大规模量化生产的问题，采用本发明可以灵活调整红土镍矿的使用比例，以并可以实现高品位镍铁冶炼的技术目标；此外，本发明也可以使镍铁熔体在提升含镍量的同时脱磷脱硅，利于后续的精炼和镍资源的高效综合利用。
本发明的技术方案如下：
一种利用HIsmelt熔融还原工艺冶炼红土镍矿的方法，其特征在于，将经过预热和预还原后的红土镍矿通过HIsmelt熔融还原炉的矿枪直接喷吹入炉，控制热风温度、热风含氧量、红土镍矿矿粉喷吹量、煤粉喷吹量以及熔剂喷吹量，控制炉渣中FeO百分比含量，遏制SiO2与镍铁熔体的结合，同时降低镍铁中的磷含量，从而实现在可控还原度下镍铁的选择性还原。实现高效冶炼褐铁矿型红土镍矿的目的。
进一步地，通过干燥窑对矿石初步干燥，同时通过回转窑对红土镍矿的矿石进行预热以及预还原。
进一步地，将预热且完成预还原的红土镍矿，与熔剂和煤粉按一定比例，喷吹进入HIsmelt熔融还原炉中。
进一步地，煤粉通过煤枪单独喷吹或是通过所述矿枪与红土镍矿混合喷吹；熔剂通过通过矿枪与红土镍矿混合喷吹；富氧热风通过熔融还原炉上部的热风管道鼓入炉内。
进一步地，冶炼高品位镍铁时具体工艺参数为：
红土镍矿矿粉配比为80～90％，白云石或菱镁矿配比为10～20％，白云石或菱镁矿作为熔剂；
炉内生成的熔体渣型为FeO 10～15％，MgO 20～30％，SiO2 40％，其余成分为钙、镍、钴、铬元素的金属氧化物，包括：CaO、2NiO·SiO2、2NiO·Fe2O3、NiO、Ni2O3、CoO、Co2O3、4Cr2O3；
原燃料喷吹入炉时，喷吹总量中煤粉与红土镍矿矿粉的碳氧原子比为3:1，其中碳原子主要来源于煤粉，氧原子主要来源于红土镍矿矿粉；
富氧热风温度为1100摄氏度，富氧含量为35～37％。
如上所述冶炼红土镍矿的方法，其特征在于，冶炼高铁回收率镍铁时具体工艺参数为：
红土镍矿矿粉配比为80～84％，石灰石配比为16～20％，石灰石作为熔剂；
炉内生成的熔体渣型为CaO 40％，MgO 10％，SiO2 33％，Al2O3小于15％，其余下成分为镍、钴、铬元素的金属氧化物，包括：2NiO·SiO2、2NiO·Fe2O3、NiO、 Ni2O3、CoO、Co2O3、4Cr2O3；
原燃料喷吹入炉时，喷吹总量中煤粉与红土镍矿矿粉的碳氧原子比为3:1，其中碳原子主要来源于煤粉，氧原子主要来源于红土镍矿矿粉；
富氧热风温度为1100摄氏度，富氧含量为30～32％。
进一步地，所述红土镍矿为褐铁矿型红土镍矿。
红土镍矿矿床由三层组成，其中上层含铁较高，镍与褐铁矿常常共生在一起，被称之为褐铁矿型红土镍矿，是本发明的矿物原料。煤粉是指烟煤、无烟煤或是半焦粉末，熔剂是指白云石或菱镁矿以及石灰石，用于造渣并控制炉渣的熔化温度，完成渣金分离。利用HIsmelt熔融还原工艺冶炼褐铁矿型红土镍矿的应用方法，在于将褐铁矿型红土镍矿配加白云石或菱镁矿应用于HIsmelt熔融还原炼铁工序中，得到质量合格的高品位镍铁；将褐铁矿型红土镍矿配加石灰石应用于 HIsmelt熔融还原炼铁工序中，在冶炼镍铁的同时获得高的铁回收率。原材料方面，煤粉与红土镍矿矿粉喷吹总量中碳氧原子比为3:1，该比值可以满足矿粉还原过程中的物质平衡以及炉内的热量需求。按照本申请的冶炼方法，喷吹1公斤矿粉，需要约0.42公斤的烟煤，煤粉消耗量略高于目前的普通火法工艺，但能摆脱电力或焦炭的依赖，可以取得经济效益。(现有技术主要是利用RKEF工艺或小高炉处理铁矿型红土镍矿，需要大量的电力或焦炭，而且原料适应性差；本申请是用HIsmelt流程处理红土镍矿，可以通过HIsmelt铁浴炉内的二次燃烧大量放热进行冶炼，避免了焦炭或电力的大量消耗，具有重要推广价值)
本发明的有益效果为：可以大幅降低铁水中硅、磷、硫的含量，这是目前主流的镍铁冶炼方法尚未实现的目标，HIsmelt炉内还原度可控、镍铁分离好、运行成本低，热利用率高，同时燃料适应性强：不需使用焦炭或焦煤以及大电力，有利于大规模利用红土镍矿资源，并且可以提高镍金属在铁水中的品位，解决目前RKEF工艺流程和小高炉冶炼流程中对原料及能源条件的限制，创造出可观的经济效益、社会效益和环保效益。非常适合大规模利用红土镍矿资源，并且可以提高铁水产品中镍的品位，利于我国红土镍矿资源的综合高效利用。
附图说明
图1为HIsmelt熔融还原工艺冶炼红土镍矿工艺流程图。
图2为HIsmelt熔融还原炉示意图。
图3为HIsmelt熔融还原炉局部过程示意图。
具体实施方式
下文将详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
实施例1：
HIsmelt熔融还原工艺中，冶炼高品位镍铁需要配加白云石或菱镁矿，红土镍矿原料配比为80～90％，熔体渣型为FeO 10～15％，MgO 20～30％，SiO2 40％，煤粉与红土镍矿矿粉喷吹总量中碳氧原子比为3:1，富氧热风温度为1100摄氏度，富氧含量为35～37％。
实施例2：
HIsmelt熔融还原工艺中，得到高铁回收率需要配加石灰石，红土镍矿原料配比为80～84％，熔体渣型为CaO 40％，MgO 10％，SiO2 33％，Al2O3小于15％. 煤粉与红土镍矿矿粉喷吹总量中碳氧原子比为3:1，富氧热风温度为1100摄氏度，富氧含量为30～32％。
本发明可以使HIsmelt熔融还原工艺中的红土镍矿配加比例达到80％以上，并且HIsmelt熔融还原工艺产生的炉渣含有FeO，流动性良好，这将有助于拓展褐铁矿型红土镍矿资源利用途径，具有极佳的经济效益和社会效益。
本文虽然已经给出了本发明的两个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。
Claims (4)
1.一种利用HIsmelt熔融还原工艺冶炼红土镍矿的方法，其特征在于，将经过预热和预还原后的红土镍矿通过HIsmelt熔融还原炉的矿枪直接喷吹入炉，控制热风温度、热风含氧量、红土镍矿矿粉喷吹量、煤粉喷吹量以及熔剂喷吹量，控制炉渣中FeO百分比含量，遏制SiO2与镍铁熔体的结合，同时降低镍铁中的磷含量，从而实现在可控还原度下镍铁的选择性还原；
煤粉通过煤枪单独喷吹或是通过所述矿枪与红土镍矿混合喷吹；熔剂通过矿枪与红土镍矿混合喷吹；富氧热风通过熔融还原炉上部的热风管道鼓入炉内；
冶炼高品位镍铁时具体工艺参数为：
红土镍矿矿粉配比为80～90％，白云石或菱镁矿配比为10～20％，白云石或菱镁矿作为熔剂；
炉内生成的熔体渣型为FeO 10～15％，MgO 20～30％，SiO2 40％，其余成分为钙、镍、钴、铬元素的金属氧化物，包括：CaO、2NiO·SiO2、2NiO·Fe2O3、NiO、Ni2O3、CoO、Co2O3、4Cr2O3；
原燃料喷吹入炉时，喷吹总量中煤粉与红土镍矿矿粉的碳氧原子比为3:1，其中碳原子主要来源于煤粉，氧原子主要来源于红土镍矿矿粉；
富氧热风温度为1100摄氏度，富氧含量为35～37％；
冶炼高铁回收率镍铁时具体工艺参数为：
红土镍矿矿粉配比为80～84％，石灰石配比为16～20％，石灰石作为熔剂；
炉内生成的熔体渣型为CaO 40％，MgO 10％，SiO2 33％，Al2O3小于15％，其余下成分为镍、钴、铬元素的金属氧化物，包括：2NiO·SiO2、2NiO·Fe2O3、NiO、Ni2O3、CoO、Co2O3、4Cr2O3；
原燃料喷吹入炉时，喷吹总量中煤粉与红土镍矿矿粉的碳氧原子比为3:1，其中碳原子主要来源于煤粉，氧原子主要来源于红土镍矿矿粉；
富氧热风温度为1100摄氏度，富氧含量为30～32％。
2.如权利要求1所述的冶炼红土镍矿方法，其特征在于，通过干燥窑对矿石初步干燥，同时通过回转窑对红土镍矿的矿石进行预热以及预还原。
3.如权利要求1所述冶炼红土镍矿的方法，其特征在于，将预热且完成预还原的红土镍矿，与熔剂和煤粉按一定比例，喷吹进入HIsmelt熔融还原炉中。
4.如权利要求1-3任一项所述冶炼红土镍矿的方法，其特征在于，所述红土镍矿为褐铁矿型红土镍矿。
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