專(zhuān)利名稱(chēng)：紅土礦流化床法生產(chǎn)含鎳鐵合金的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣基直接還原生產(chǎn)鐵合金領(lǐng)域，特別涉及紅土礦流化床法生產(chǎn)含鎳鐵 合金的工藝，利用煤氣還原紅土礦生產(chǎn)含鎳鐵合金，為不銹鋼生產(chǎn)提供廉價(jià)的鎳鐵合金原 料。
背景技術(shù)：
不銹鋼的生產(chǎn)主要合金原料為碳素鉻鐵和電解鎳，其成本占不銹鋼生產(chǎn)成本的 50 70%，因此使用廉價(jià)的合金原料是降低不銹鋼成本的重要措施。鎳礦主要有硫化礦和氧化礦兩大類(lèi)，其中硫化礦約占13 %，氧化礦約占87 %。目 前鎳的產(chǎn)量有60%來(lái)自于硫化礦，來(lái)自氧化礦的比例不大。其中以硫化鎳礦為原料生產(chǎn)電解鎳的火法冶金和溶液電解相結(jié)合的工藝流程如 下硫化鎳礦的熔煉_冰鎳的吹煉_高冰鎳的磨浮分離_粗鎳或硫化鎳的電解_電解 鎳上述工藝可生產(chǎn)出高品質(zhì)的電解鎳，但由于其工藝流程的復(fù)雜性，使電解鎳的價(jià) 格十分昂貴，例如2007年電解鎳板的價(jià)格最高時(shí)達(dá)42萬(wàn)元/噸。從世界范圍來(lái)看，鎳主要 用于不銹鋼生產(chǎn)，而發(fā)達(dá)國(guó)家主要用于生產(chǎn)高級(jí)合金鋼。對(duì)于生產(chǎn)不銹鋼來(lái)說(shuō)，并不要求含 鎳原料達(dá)到電解鎳的純度(> 99. 90% )，有些元素如Fe、Cr等本身就是不銹鋼的主要合金 元素，因此從冶煉不銹鋼的原料來(lái)看，使用電解鎳是不經(jīng)濟(jì)的。由于自然界的氧化礦儲(chǔ)量大，特別是紅土礦(占80%)，因此它將是未來(lái)鎳的主要 來(lái)源。紅土礦的組成比硫化鎳礦復(fù)雜得多，不能通過(guò)傳統(tǒng)的選礦工藝進(jìn)行富集，品位較高的 鎳礦仍以加壓酸浸等濕法冶金工藝處理，最終產(chǎn)品為電解鎳。氧化鎳礦的另一種處理工藝是在礦熱爐中采用碳熱法生產(chǎn)鎳鐵，隨后進(jìn)行精煉。 礦石經(jīng)干燥后，放在還原爐內(nèi)(轉(zhuǎn)底爐、回轉(zhuǎn)窯或隧道窯等等)預(yù)熱到750°C。在經(jīng)預(yù)熱的 熱礦石中，加入約4%的焦粉，然后即將這種混合料，放在還原電爐中冶煉。得到的粗鎳鐵經(jīng) 精煉后得到含鎳約30%的鐵合金。這種傳統(tǒng)紅土礦處理方法所需塊礦要經(jīng)干燥和預(yù)熱等 過(guò)程，需要焦粉作還原劑，尤其在處理粉礦時(shí)仍需要造塊，通過(guò)溫度和配煤量調(diào)節(jié)鐵的還原 量。目前，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)利用紅土礦燒結(jié)_高爐法生產(chǎn)低鎳生鐵，生產(chǎn)一噸含鎳 5% 的低鎳生鐵焦比達(dá)1. 2-2噸以上，耗紅土礦3. 4-5噸，電耗150kwh，折合每生產(chǎn)1噸金屬鎳 要耗30-40噸焦炭，耗電3000kwh，根據(jù)目前原燃料市場(chǎng)價(jià)格測(cè)算，高爐法生產(chǎn)低鎳生鐵每 噸金屬鎳的生產(chǎn)成本超過(guò)20萬(wàn)元。僅當(dāng)電解鎳市場(chǎng)價(jià)格高于20萬(wàn)元/t時(shí)，才能維持生產(chǎn)。該工藝存在能耗高，污染嚴(yán)重，原料適應(yīng)性差，產(chǎn)品鎳含量低，P、S雜質(zhì)元素含量高 等缺點(diǎn)，不符合國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策。現(xiàn)有利用紅土礦生產(chǎn)鎳鐵合金的專(zhuān)利申請(qǐng)有中國(guó)專(zhuān)利CN200710034750. 0 “紅 土鎳礦熔融還原制取鎳鐵合金工藝”，CN200610163832. 0 “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”，CN200610163834.X “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”，CN101037713 “以紅土鎳礦為原料用隧道窯直接還原鎳鐵的方法”， CN200710066019. 6 “一種從紅土礦中提取鎳鐵合金的方法”，CN200610031071. 3 “利用紅土 礦和煤直接生產(chǎn)含鎳鐵合金的方法”等等。上述專(zhuān)利都是以煤為還原劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種紅土礦流化床法生產(chǎn)含鎳鐵合金的工藝，利用煤氣還原 紅土礦生產(chǎn)鎳鐵合金，生產(chǎn)用于不銹鋼冶煉的鎳鐵合金，取代昂貴的電解鎳，從而顯著降低 不銹鋼生產(chǎn)成本。本發(fā)明的技術(shù)方案是，紅土礦流化床法生產(chǎn)含鎳鐵合金的工藝，其包括如下步驟1)紅土礦的干燥使紅土礦水分控制在小于4%，可以采用干燥爐、或回轉(zhuǎn)窯、流化床焙燒爐；2)紅土礦的破碎將干燥后的紅土礦首先用3mm的篩子進(jìn)行篩分，將大于3mm的塊礦進(jìn)行破碎，得到 小于3mm的紅土礦粉用于流化床煤氣選擇性還原；3)紅土礦的預(yù)熱將干燥后的紅土礦粉在流化床焙燒爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，使紅土礦粉預(yù)熱到700 950 預(yù)熱后的紅土礦粉經(jīng)下料管輸送到還原流化床內(nèi)；4)紅土礦的選擇性還原還原流化床的還原反應(yīng)溫度650 900°C，在還原流化床內(nèi)使用含C0+H255 90% 體積比的煤氣對(duì)紅土礦進(jìn)行還原，還原反應(yīng)的時(shí)間控制在30 IOOmin ；得到金屬化紅土 礦；煤氣中CCHH2含量隨反應(yīng)溫度而變化，在反應(yīng)溫度較低(例如650°C )時(shí)，使用含 有較高CCHH2成分(例如90% )的煤氣，而在反應(yīng)溫度較高(例如900°C )時(shí)，則使用含有 較低CCHH2成分(例如55 % )的煤氣；5)金屬化紅土礦的破碎和物理分離將還原后的金屬化紅土礦破碎到小于100目，然后進(jìn)行物理分離，得到含鎳鐵合 金，這種粉狀鎳鐵合金既可直接用于不銹鋼冶煉，也可熔化后制取塊狀鎳鐵合金。進(jìn)一步，預(yù)熱焙燒爐使用的燃料為除塵后的流化床還原爐出口煤氣。另外，本發(fā)明所述的物理分離為重選、或浮選、或磁選。本發(fā)明的有益效果1.對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)。紅土礦一般含鎳1 2 %，含鐵10 45 %，對(duì)于含鐵高(通 常含鎳較低，約1%)的紅土礦，若采用火法冶煉，產(chǎn)品的鎳含量較低(含鎳約2 5%)，經(jīng) 濟(jì)性差；因此對(duì)于高鐵紅土礦，采用濕法冶金經(jīng)濟(jì)性要好一些。對(duì)于含鐵10 20% (通常 含鎳較高，約2%)的紅土礦，目前主要回轉(zhuǎn)窯-電爐工藝，生產(chǎn)含鎳大于20%的鎳鐵合金。 因此不同類(lèi)型的紅土礦應(yīng)采用不同的冶金工藝進(jìn)行處理。而對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，由于氧化鎳 比氧化鐵容易還原，可通過(guò)控制還原氣氛和反應(yīng)溫度來(lái)選擇性還原氧化鎳，同時(shí)控制氧化 鐵的還原量，因此即使以高鐵低鎳紅土礦為原料，同樣能生產(chǎn)出含鎳較高的鎳鐵合金，對(duì)于處理低鐵紅土礦，更具有優(yōu)勢(shì)；因此本發(fā)明適用于所有類(lèi)型的紅土礦；2.由于 使用氣基還原，反應(yīng)溫度低(700 950°C)，遠(yuǎn)低于通常高爐法或電爐法約 1600。C的溫度水平，因此本發(fā)明工藝技術(shù)能耗低，從而降低了生產(chǎn)成本；3.以煤氣為還原劑，避免使用煤或焦碳做還原劑，因此使鎳鐵產(chǎn)品中磷硫含量遠(yuǎn) 低于傳統(tǒng)火法冶金流程。以紅土礦為原料，高爐法和電爐法得到的鎳鐵合金，精煉前一般含 P > 0.6%,S > 0.5%，精煉后P 0. 035%,S ^ 0. 030%，達(dá)到不銹鋼生產(chǎn)對(duì)鎳鐵的要求。 而本發(fā)明工藝可直接得到P < 0. 02%，S < 0. 02%的鎳鐵合金，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高；4.鎳鐵合金中的含鎳量可由煤氣成分和反應(yīng)溫度來(lái)靈活調(diào)節(jié)；5.對(duì)于不銹鋼企業(yè)的含鎳粉塵，也可利用本發(fā)明工藝進(jìn)行富集提取鎳而綜合利 用；6.本發(fā)明工藝可比傳統(tǒng)流程節(jié)省大量電能。因此，本發(fā)明可為不銹鋼生產(chǎn)提供廉 價(jià)原料，增強(qiáng)不銹鋼企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。7.上述現(xiàn)有技術(shù)專(zhuān)利都是以煤為還原劑，與本發(fā)明中煤氣流化床還原生產(chǎn)鎳鐵合 金有本質(zhì)的不同。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的工藝流程紅土礦的干燥1，使紅土礦水分控制在小于4% ；然 后，紅土礦的破碎2，得到小于3mm的紅土礦粉用于流化床煤氣選擇性還原；紅土礦粉的 預(yù)熱3，使紅土礦粉預(yù)熱到700 950°C，預(yù)熱后的紅土礦粉經(jīng)下料管輸送到還原流化床 內(nèi)；紅土礦的選擇性還原4，紅土礦還原反應(yīng)溫度在650 900°C，在還原流化床內(nèi)使用含 C0+H255 90%的煤氣對(duì)紅土礦進(jìn)行還原，還原反應(yīng)的時(shí)間控制在30 IOOmin ；得到金屬 化紅土礦5，對(duì)金屬化紅土礦5破碎和物理分離6，將還原后的金屬化紅土礦破碎到小于100 目，然后進(jìn)行物理分離，得到鎳鐵合金7以及爐渣8，這種粉狀鎳鐵合金7既可直接用于不銹 鋼冶煉，也可熔化后制取塊狀鎳鐵合金。按照本發(fā)明的工藝流程，選擇三種不同成分的紅土礦，生產(chǎn)出鎳鐵合金，具體實(shí)施 如下實(shí)施例1本實(shí)施例采用的紅土礦成分見(jiàn)表1。表1紅土礦1的主要化學(xué)成分(wt % ) 將紅土礦干燥破碎(小于3mm)，然后將紅土礦在流化床焙燒爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱到 850 0C，將預(yù)熱后的紅土礦經(jīng)下料管輸送到還原流化床內(nèi)。
在還原流化床內(nèi)使用CCHH2為75%的煤氣對(duì)紅土礦進(jìn)行還原，還原溫度在約 850°C，反應(yīng)時(shí)間為95min。將選擇性還原后的紅土礦破碎到小于100目，然后進(jìn)行磁選分離，得到的鎳鐵合 金成分見(jiàn)表2。表2鎳鐵合金的主要成分(wt % ) 最終產(chǎn)品鎳鐵合金可作為冶煉不銹鋼或合金鋼的原料。實(shí)施例2本實(shí)施例采用的紅土礦成分見(jiàn)表3。
表3紅土礦2的主要化學(xué)成分(wt % ) 將紅土礦干燥破碎(小于3mm)，然后將紅土礦在流化床焙燒爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱到 SOO0C，將預(yù)熱后的紅土礦經(jīng)下料管輸送到還原流化床內(nèi)。在還原流化床內(nèi)使用CCHH2為80%的煤氣對(duì)紅土礦進(jìn)行還原，還原溫度在約 800 °C，反應(yīng)時(shí)間為90min。將選擇性還原后的紅土礦破碎到小于100目，然后進(jìn)行磁選分離，得到的鎳鐵合 金成分見(jiàn)表4。表4鎳鐵合金的主要成分(wt % ) 最終產(chǎn)品鎳鐵合金可作為冶煉不銹鋼或合金鋼的原料。實(shí)施例3本實(shí)施例采用的紅土礦成分見(jiàn)表5。
表5紅土礦2的主要化學(xué)成分(wt % )
將紅土礦干燥破碎(小于3mm)，然后將紅土礦在流化床焙燒爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱到 850 0C，將預(yù)熱后的紅土礦經(jīng)下料管輸送到還原流化床內(nèi)。在還原流化床內(nèi)使用CCHH2為85%的煤氣對(duì)紅土礦進(jìn)行還原，還原溫度在約 850°C，反應(yīng)時(shí)間為70min。將選擇性還原后的紅土礦破碎到小于100目，然后進(jìn)行浮選分離，得到的鎳鐵合 金成分見(jiàn)表6。表6鎳鐵合金的主要成分(wt % ) 最終產(chǎn)品鎳鐵合金可作為冶煉不銹鋼或合金鋼的原料。
權(quán)利要求
紅土礦流化床法生產(chǎn)含鎳鐵合金的工藝，其包括如下步驟1)紅土礦的干燥使紅土礦水分控制在含水率小于4％；2)紅土礦的破碎將干燥后的紅土礦首先用3mm的篩子進(jìn)行篩分，將大于3mm的塊礦進(jìn)行破碎，得到小于3mm的紅土礦粉用于流化床煤氣選擇性還原；3)紅土礦的預(yù)熱將干燥后的紅土礦粉在流化床焙燒爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，使紅土礦粉預(yù)熱到700℃～950℃，預(yù)熱后的紅土礦粉經(jīng)下料管輸送到還原流化床內(nèi)；4)紅土礦的選擇性還原還原流化床的還原反應(yīng)溫度650～900℃，在還原流化床內(nèi)使用含CO+H255～90％體積比的煤氣對(duì)紅土礦進(jìn)行還原，還原反應(yīng)的時(shí)間控制在30～100min；5)金屬化紅土礦的破碎和物理分離將還原后的紅土礦破碎到小于100目，然后進(jìn)行物理分離，得到含鎳鐵合金，這種粉狀鎳鐵合金既可直接用于不銹鋼冶煉，也可熔化后制取塊狀鎳鐵合金。
2.如權(quán)利要求1所述的紅土礦流化床法生產(chǎn)含鎳鐵合金的工藝，其特征是，預(yù)熱焙燒 爐使用的燃料為除塵后的流化床還原爐出口煤氣。
3.如權(quán)利要求1所述的紅土礦流化床法生產(chǎn)含鎳鐵合金的工藝，其特征是，所述的物 理分離為重選、或浮選、或磁選。
全文摘要
紅土礦流化床法生產(chǎn)含鎳鐵合金的工藝，其包括如下步驟1)干燥，使紅土礦水分控制在小于4％；2)破碎，將干燥后的紅土礦首先用3mm的篩子進(jìn)行篩分，得到小于3mm的紅土礦粉用于流化床煤氣選擇性還原；3)預(yù)熱，將干燥后的紅土礦粉在流化床焙燒爐內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱到700～950℃，預(yù)熱后的紅土礦粉輸送到還原流化床內(nèi)；4)選擇性還原，在還原流化床內(nèi)使用CO+H2為55～90％的煤氣對(duì)紅土礦進(jìn)行還原；5)金屬化紅土礦的破碎和物理分離，將還原后的紅土礦破碎到小于100目，然后進(jìn)行物理分離，得到含鎳鐵合金。本發(fā)明利用煤氣還原紅土礦生產(chǎn)鎳鐵合金，用于不銹鋼冶煉，取代昂貴的電解鎳，從而顯著降低不銹鋼生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)C21B13/10GK101845530SQ20091004829
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者周渝生, 張友平, 朱彤, 范建峰 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司