本發明屬于冶金領域，具體涉及一種濕塊紅土鎳礦的處理系統及方法。

背景技術：

鎳是一種重要的有色金屬，主要有紅土鎳礦和硫化鎳礦冶煉而來。由于近年來鎳消耗量的不斷增加以及硫化鎳礦儲量不斷減少，鎳紅土礦的開發日益受到重視。紅土鎳礦基本上分為兩類，一類是褐鐵礦型，位于礦床的上部，由于風化淋濾作用的結果，鐵多，硅少，鎂少，鎳較低，但含鈷量較高，這種礦石宜采用濕法冶金工藝處理，冶煉鎳鐵產生的爐渣用于鋼的生產；另一類是硅鎂鎳礦，位于礦床的下部，由于風化富集，鎳礦多硅、多鎂、低鐵、鈷，鎳含量較高，稱之為鎂質硅酸鎳礦，這種礦石宜采用火法冶金工藝處理，生產鎳鐵產生的爐渣可用于建筑材料和生產化肥。處于中間過渡層的礦石可以采用火法冶金，也可以采用濕法冶金工藝。采用傳統的火法冶煉鎳鐵的工藝方法中均存在以下不足：工藝環境污染嚴重，能耗高，違背國家環保政策和能源政策的限制；要求礦石原料有較高的鎳品位；回轉窯還原溫度低、易結圈；生產成品鎳品位低；產率低。如中國專利CN 102212636A 公開了一種紅土鎳礦轉底爐煤基直接還原—燃氣熔分爐熔分的煉鐵方法，將紅土鎳礦與煤及助熔劑混合后造球，干球布入轉底爐內進行直接還原得到金屬化球團，金屬化球團送入用煤氣作燃料的蓄熱式燃氣熔分爐進行熔分，最終得到高鎳的鎳鐵合金，該發明原料需進行造球、烘干等預處理，生產工藝復雜，設備投資高。近年來，業內一些專家和學者提出 “用煤基轉底爐處理紅土鎳礦”的新方法，還原過程在主體設備轉底爐內完成，目前較成熟的工藝多為混料、制球、干燥等預處理后再布入轉底爐，轉底爐還原前預處理工序較復雜，具有生產工藝流程長，設備投資大，生產成本高，能耗高等缺陷，此外，現有轉底爐多采用燒嘴式加熱方式，但由于物料入爐初期爐內粉塵量較大，易導致燒嘴堵塞從而影響生產順行。因此如何設計一種工藝流程短、設備投資低和生產能耗低的處理紅土鎳礦的系統及方法成為本領域亟需解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明針對現有技術的不足，提出了一種濕塊紅土鎳礦的處理系統及方法。該系統具有工藝流程短、設備投資低和生產能耗低等優點。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

本發明提出了一種濕塊紅土鎳礦的處理系統。根據本發明的實施例，該系統包括：原料處理裝置、預熱和還原裝置、分離裝置，其中：所述原料處理裝置，包括依次連接的破碎裝置、篩分裝置和混合裝置，所述原料處理裝置具有紅土鎳礦入口、還原煤入口、添加劑入口及含水混合物料出口，用于將所述紅土鎳礦、還原劑及添加劑經處理后按比例進行混合，得到含水混合物料；所述預熱和還原裝置為改造后的轉底爐，包括：依次相鄰的進料區、干燥管預熱區、側壁燒嘴還原區和出料區，其中，所述干燥管預熱區與所述側壁燒嘴還原區之間設有隔墻，所述側壁燒嘴還原區與所述出料區之間設有擋墻，所述隔墻和擋墻均由所述轉底爐的頂壁向下延伸，并與所述轉底爐的布料環形爐底保持一定間隔；其中，所述干燥管預熱區爐壁內側設有多個干燥管，用于對所述干燥管預熱區進行加熱；所述側壁燒嘴還原區爐壁內側設有多個燒嘴，用于對所述側壁燒嘴還原區進行燒嘴方式加熱；所述進料區設有含水混合物料入口，所述干燥管預熱區設有煙氣出口，所述出料區設有還原物料出口，所述含水混合物料入口與所述原料處理裝置的含水混合物料出口相連，用于將所述含水混合物料在所述預熱和還原裝置內進行干燥、預熱及還原處理，得到還原物料；所述分離裝置包括：還原物料入口，鎳鐵產品出口及尾渣出口，所述還原物料入口與所述預熱和還原裝置還原物料出口相連，用于將所述還原物料進行渣鐵分離后最終得到鎳鐵產品和尾渣。

發明人發現，根據本發明實施例的該系統，與傳統轉底爐均采用爐墻側壁燒嘴加熱的方式相比，本發明的轉底爐內增設干燥管預熱區，解決了物料入爐初期因粉塵量大而導致燒嘴堵塞的問題；本發明可采用濕塊料直接入轉底爐的流程處理紅土鎳礦，縮短了工藝流程，降低了設備投資、生產成本及生產能耗；本發明轉底爐可采用蓄熱式燃燒技術，可使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，可在國內和缺少天然氣和優質燃料的地區推廣。

根據本發明的實施例，所述預熱和還原裝置的水平截面為圓環形，所述干燥管預熱區圓環夾角為30°-100°。

根據本發明的實施例，所述分離裝置可以為磨礦磁選裝置或熔分裝置。

在本發明的另一個方面，本發明提供了一種利用前面所述的系統處理紅土鎳礦的方法。根據本發明的實施例，該方法包括以下步驟：（1）原料處理：將紅土鎳礦、還原劑及添加劑經破碎、篩分后按比例進行混合，得到含水混合物料；（2）預熱還原處理：將含水混合物料向所述預熱和還原裝置內布料，隨著所述預熱和還原裝置爐底的運轉，所述混合物料依次在干燥管預熱區內進行干燥、預熱處理，再經所述側壁燒嘴還原區內進行還原反應，然后通過所述還原物料出口排料得到還原物料；（3）分離處理：所述還原物料經過所述熔煉裝置進行渣鐵分離后，得到鎳鐵產品和尾渣。

根據本發明的實施例，所述還原劑是還原煤。

根據本發明的實施例，所述紅土鎳礦、還原劑及添加劑經破碎、篩分后所得原料粒度為10-40mm。

根據本發明的實施例，原料重量配比為：紅土鎳礦100重量份，還原煤10-30重量份，添加劑5-15重量份；所述添加劑為選自堿金屬氧化物、堿金屬鹽、堿土金屬氧化物和堿土金屬鹽中的一種或多種。

根據本發明的實施例，所述預熱和還原區的干燥管預熱區加熱溫度為600℃-1000℃，時間為20-40min；所述還原區采用側壁燒嘴加熱方式，還原溫度為1150℃-1350℃，時間為20-50min。

本發明至少具有以下有益效果：

1.與傳統轉底爐均采用爐墻側壁燒嘴加熱的方式相比，本發明的轉底爐內增設干燥管預熱區，解決了物料入爐初期因粉塵量大而導致燒嘴堵塞的問題。

2.本發明可采用濕塊料直接入轉底爐的流程處理紅土鎳礦，縮短了工藝流程，降低了設備投資、生產成本及生產能耗。

3.本發明轉底爐可采用蓄熱式燃燒技術，可使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，可在國內和缺少天然氣和優質燃料的地區推廣。

附圖說明

圖1為本發明改造轉底爐的示意圖。

圖2為本發明處理紅土鎳礦的系統示意圖。

圖3為本發明處理紅土鎳礦的流程示意圖。

其中，進料區1，干燥管預熱區2，側壁燒嘴還原區3，出料區4，煙道5，預熱區和還原區間隔墻6，出料端擋墻7，干燥管8，燒嘴9，原料處理裝置S100，紅土鎳礦入口101，還原煤入口102，添加劑入口103，含水混合物料出口104，預熱和還原裝置S200，含水混合物料入口201，還原物料出口202，煙氣出口203，分離裝置S300，還原物料入口301，鎳鐵產品出口302，尾渣出口303。

具體實施方式

為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。下面描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

本發明提出了一種濕塊紅土鎳礦的處理系統。根據本發明的實施例，圖1為本發明改造轉底爐的示意圖，圖2為本發明處理紅土鎳礦的系統示意圖，參照圖1和圖2所示，該系統包括：原料處理裝置S100、預熱和還原裝置S200、分離裝置S300，其中：所述原料處理裝置具有紅土鎳礦入口101、還原煤入口102、添加劑入口103及含水混合物料出口104，用于將所述紅土鎳礦、還原劑及添加劑經處理后按比例進行混合，得到含水混合物料；所述預熱和還原裝置包括：依次相鄰的進料區1、干燥管預熱區2、側壁燒嘴還原區3和出料區4；其中，所述進料區設有含水混合物料入口201，所述干燥管預熱區設有煙氣出口203，所述出料區設有還原物料出口202，所述含水混合物料入口與所述原料處理裝置的含水混合物料出口相連，用于將所述含水混合物料在所述預熱和還原裝置內進行干燥、預熱及還原處理，得到還原物料；所述分離裝置包括：還原物料入口301，鎳鐵產品出口302及尾渣出口303，所述還原物料入口與所述預熱和還原裝置還原物料出口相連，用于將所述還原物料進行渣鐵分離后最終得到鎳鐵產品和尾渣。

發明人發現，根據本發明實施例的該系統，與傳統轉底爐均采用爐墻側壁燒嘴加熱的方式相比，本發明的轉底爐內增設干燥管預熱區，解決了物料入爐初期因粉塵量大而導致燒嘴堵塞的問題；本發明可采用濕塊料直接入轉底爐的流程處理紅土鎳礦，縮短了工藝流程，降低了設備投資、生產成本及生產能耗；本發明轉底爐可采用蓄熱式燃燒技術，可使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，可在國內和缺少天然氣和優質燃料的地區推廣。

根據本發明的實施例，所述分離裝置的具體種類不受限制，只要能夠將物料按照需求進行分離即可，根據本發明的一些實施例，本發明優選為磨礦磁選裝置或熔分裝置。

根據本發明的實施例，所述原料處理裝置，包括依次連接的破碎裝置、篩分裝置和混合裝置。

根據本發明的實施例，所述破碎裝置的具體種類不受限制，只要能夠達到將塊狀物料破碎成合適粒度的作用即可，可以為金屬破碎裝置，石頭破碎裝置，木材破碎裝置或塑料破碎裝置，根據本發明的一些實施例，本發明優選為金屬破碎裝置或石頭破碎裝置。

根據本發明的實施例，所述篩分裝置的具體種類和方法不受限制，只要能夠起到用帶孔的篩面把粒度大小不同的混合物料分成各種粒度級別的作用即可，可以為旋動篩或振蕩篩、獨立篩分、輔助篩分或脫水篩分，根據本發明的一些實施例，本發明優選為旋動篩或輔助篩分。

根據本發明的實施例，所述預熱和還原裝置為改造后的轉底爐，其中，轉底爐的具體型號不受限制，可以為蓄熱式或者非蓄熱式轉底爐。所述預熱和還原裝置的水平截面的具體形狀不受限制，根據本發明的一些實施例，本發明優選為圓環形，更優選的，所述干燥管預熱區圓環夾角為30°-100°，本發明轉底爐干燥管預熱區圓環夾角不應小于30°，若圓環夾角小于30°，則物料在預熱區留存時間太短，會導致紅土鎳礦水分脫除不完全，剩余水分在還原區脫除影響物料區還原性，降低有價金屬的還原率，但當轉底爐預熱區圓環夾角過大將影響還原區物料的還原效果，所以控制預熱區圓環夾角不大于100°。

根據本發明的實施例，本發明通過在所述預熱和還原裝置中增設干燥管預熱區，該干燥管設置于爐墻側壁，采用熱輻射方式預熱原料，與傳統轉底爐均采用爐墻側壁燒嘴加熱的方式相比，有效解決了物料入爐初期因粉塵量較大而導致燒嘴堵塞的問題，干燥管加熱溫度為600℃-1000℃，可對混合物料進行預熱，并有效脫除混合物料中的表水及結晶水，入爐紅土鎳礦一般含有12-20%的表水及9-14%的結晶水，如不脫除，將影響紅土鎳礦中鎳的還原效果，降低鎳的回收率，所以混合料經預熱處理后可滿足紅土鎳礦的還原工藝要求。在不影響產品指標的前提下減少了轉底爐爐前的壓球及球團烘干工藝，縮短了工藝流程，降低了設備投資，具有處理流程短、設備投資低、設備作業率高、能耗低、應用范圍廣泛等優點。

根據本發明的實施例，所述干燥管預熱區與所述側壁燒嘴還原區之間設有隔墻6，所述側壁燒嘴還原區與所述出料區之間設有擋墻7，所述隔墻和擋墻均由所述轉底爐的頂壁向下延伸，并與所述轉底爐的布料環形爐底保持一定間隔。

根據本發明的實施例，所述預熱區和還原區間隔墻的具體材質不受限制，只要能夠起到分隔的作用即可，可以為耐火磚或耐火打結料，根據本發明的一些實施例，本發明優選為耐火磚。

根據本發明的實施例，所述出料端擋墻的具體材質不受限制，只要能夠起到阻擋的作用即可，可以為耐火磚或耐火打結料，根據本發明的一些實施例，本發明優選為耐火磚。

根據本發明的實施例，所述干燥管預熱區爐壁內側設有多個干燥管8，用于對所述干燥管預熱區進行加熱；所述側壁燒嘴還原區爐壁內側設有多個燒嘴9，用于對所述側壁燒嘴還原區進行燒嘴方式加熱。

根據本發明的實施例，所述干燥管和燒嘴的具體個數和形狀不受限制，只要能起到干燥加熱的作用即可，其中，所述干燥管的形狀可以為P形，W形或者U型，根據本發明的一些實施例，本發明干燥管優選為U型，所述干燥管的具體加熱方式不受限制，根據本發明的一些實施例，本發明優選為電加熱、燃氣加熱、高溫煙氣余熱的一種或幾種。

在本發明的另一個方面，本發明提供了一種利用前面所述的系統處理紅土鎳礦的方法。圖3為本發明處理紅土鎳礦的流程示意圖，參照圖3所示，該方法包括以下步驟：

（1）原料處理：將紅土鎳礦、還原劑及添加劑經破碎、篩分后按比例進行混合，得到含水混合物料。

根據本發明的實施例，所述原料處理裝置S100具有紅土鎳礦入口101、還原煤入口102、添加劑入口103及含水混合物料出口104，用于將所述紅土鎳礦、還原劑及添加劑經處理后按比例進行混合，得到含水混合物料。

根據本發明的實施例，所述還原劑的具體種類不受限制，可以為焦炭、半焦或者還原煤，根據本發明的一些實施例，本發明優選為還原煤。

根據本發明的實施例，原料重量配比為：紅土鎳礦100重量份，還原煤10-30重量份，添加劑5-15重量份；所述添加劑為選自堿金屬氧化物、堿金屬鹽、堿土金屬氧化物和堿土金屬鹽中的一種或多種。

根據本發明的實施例，所述紅土鎳礦、還原劑及添加劑經破碎、篩分后所得原料的具體粒度不受限制，根據本發明的一些實施例，本發明優選為10-40mm。

（2）預熱還原處理：將含水混合物料向所述預熱和還原裝置內布料，隨著所述預熱和還原裝置爐底的運轉，所述混合物料依次在干燥管預熱區內進行干燥、預熱處理，再經所述側壁燒嘴還原區內進行還原反應，然后通過所述還原物料出口排料得到還原物料。

根據本發明的實施例，所述預熱和還原裝置S200包括：依次相鄰的進料區1、干燥管預熱區2、側壁燒嘴還原區3和出料區4；其中，所述進料區設有含水混合物料入口201，所述干燥管預熱區設有煙氣出口203，所述出料區設有還原物料出口202，所述含水混合物料入口與所述原料處理裝置的含水混合物料出口相連，用于將所述含水混合物料在所述預熱和還原裝置內進行干燥、預熱及還原處理，得到還原物料。

根據本發明的實施例，所述預熱和還原區的干燥管預熱區加熱溫度為600℃-1000℃，時間為20-40min；所述還原區采用側壁燒嘴加熱方式，還原溫度為1150℃-1350℃，時間為20-50min。

（3）分離處理：所述還原物料經過所述熔煉裝置進行渣鐵分離后，得到鎳鐵產品和尾渣。

根據本發明的實施例，所述分離裝置S300包括：還原物料入口301，鎳鐵產品出口302及尾渣出口303，所述還原物料入口與所述預熱和還原裝置還原物料出口相連，用于將所述還原物料進行渣鐵分離后最終得到鎳鐵產品和尾渣。

實施例1：

選用TFe20.6％，含Ni 1.65％的紅土鎳礦作為原料，破碎、篩分至10-40mm，按照紅土鎳礦100重量份，還原煤10重量份，碳酸鈉5重量份的重量比例配料并混勻，將混合物料直接布入預熱和還原裝置進行預熱還原處理，預熱和還原裝置為改造后的轉底爐，在爐內增設干燥管預熱區，加熱的溫度為600℃，時間為40min；還原區采用內外側壁燒嘴加熱方式，還原溫度為1150℃，時間為50min，預熱區的圓環夾角為30°；預熱和還原裝置出料得到的還原物料送入分離裝置進行渣鐵分離處理，采用磨礦磁選工藝進行渣鐵分離，最終得到鎳品為6.2%的鎳鐵合金，鎳回收率90%。

實施例2：

選用TFe18.7％，含Ni 1.76％的紅土鎳礦作為原料，破碎、篩分至10-40mm，按照紅土鎳礦100重量份，還原煤20重量份，石灰石15重量份的重量比例配料并混勻，將混合物料直接布入預熱和還原裝置進行預熱還原處理，預熱和還原裝置為改造后的轉底爐，在爐內增設干燥管預熱區，加熱的溫度為800℃，時間為30min；還原區采用內外側壁燒嘴加熱方式，還原溫度為1250℃，時間為30min，預熱區的圓環夾角為60°；預熱和還原裝置出料得到的還原物料送入分離裝置進行渣鐵分離處理，采用熔分工藝進行渣鐵分離，最終得到鎳品為16%的鎳鐵合金，鎳回收率95%。

實施例3：

選用TFe29.6％，含Ni 1.46％的紅土鎳礦作為原料，破碎、篩分至10-40mm，按照紅土鎳礦100重量份，還原煤30重量份，生石灰10重量份的重量比例配料并混勻，將混合物料直接布入預熱和還原裝置進行預熱還原處理，預熱和還原裝置為改造后的轉底爐，在內增設干燥管預熱區，加熱的溫度為1000℃，時間為20min；還原區采用內外側壁燒嘴加熱方式，還原溫度為1350℃，時間為20min，預熱區的圓環夾角為100°；預熱和還原裝置出料得到的還原物料送入分離裝置進行渣鐵分離處理，采用熔分工藝進行渣鐵分離，最終得到鎳品為15%的鎳鐵合金，鎳回收率94%。

發明人發現，根據本發明實施例的該系統，與傳統轉底爐均采用爐墻側壁燒嘴加熱的方式相比，本發明的轉底爐內增設干燥管預熱區，解決了物料入爐初期因粉塵量大而導致燒嘴堵塞的問題；本發明可采用濕塊料直接入轉底爐的流程處理紅土鎳礦，縮短了工藝流程，降低了設備投資、生產成本及生產能耗；本發明轉底爐可采用蓄熱式燃燒技術，可使用劣質或低品質燃料，降低了燃料成本，可在國內和缺少天然氣和優質燃料的地區推廣。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是點連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型，同時，對于本領域的一般技術人員，依據本申請的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。