本發(fā)明屬于冶金工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種采用回轉(zhuǎn)窯直接還原-RKEF聯(lián)合法生產(chǎn)鎳鐵的方法。

背景技術(shù)：

按地質(zhì)成因劃分，鎳礦資源主要分為兩大類：硫化鎳礦和紅土鎳礦。國(guó)內(nèi)鎳礦資源主要是硫化鎳礦，紅土鎳礦極少。隨著鎳價(jià)的攀升和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)金屬鎳的需求加大，原有硫化鎳礦資源已遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求，我國(guó)開始從印度尼西亞、菲律賓等東南亞國(guó)家大量進(jìn)口紅土鎳礦，截至2010 年底我國(guó)累計(jì)進(jìn)口鎳礦（紅土鎳礦）2500 萬(wàn)噸，近年來(lái)仍在以每年20% 以上的速度增長(zhǎng)。

目前，國(guó)內(nèi)外紅土鎳礦的處理方法主要有火法和濕法兩種冶煉工藝；其中火法冶煉因具有流程短，三廢排放量少，工藝成熟等特點(diǎn)，已成為紅土鎳礦冶煉的主要工藝。其中，火法冶煉中利用較廣泛的是回轉(zhuǎn)窯直接還原法和RKEF法（即回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原-電爐熔煉工藝）。

傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯直接還原法冶煉鎳鐵的工藝流程為原礦經(jīng)干燥、破碎、篩分處理后與熔劑、還原劑按比例混合制團(tuán)，團(tuán)礦經(jīng)回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行干燥和高溫還原焙燒，生成鎳鐵合金，鎳鐵合金與回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的渣的混合物再經(jīng)過(guò)水淬、破碎篩分、磁選等處理，得到海綿粒狀鎳鐵產(chǎn)品。該工藝的最大優(yōu)點(diǎn)是流程短，能耗低，生產(chǎn)成本低，原因是該工藝能耗只有還原焙燒一個(gè)工序，且回轉(zhuǎn)窯焙燒過(guò)程可以使用廉價(jià)煤做燃料，大大降低了能源消耗。該工藝的缺點(diǎn)在于：所產(chǎn)的鎳鐵粒純度低，直接用于不銹鋼冶煉對(duì)不銹鋼冶煉設(shè)備的耐材造成了很大的損傷，大大減少了耐材使用壽命，同時(shí)，直接用做不銹鋼冶煉渣量大，金屬回收率偏低（金屬回收率通常在70%以下）。

傳統(tǒng)RKEF法冶煉鎳鐵工藝的流程為：原料場(chǎng)→篩分、破碎和混勻配料→回轉(zhuǎn)窯→礦熱爐→脫硫→得到含有鎳鐵的鐵水。該工藝具有工藝適應(yīng)性強(qiáng)、流程簡(jiǎn)短、鎳回收率高（可達(dá)90～95%）等優(yōu)點(diǎn)。該工藝的缺點(diǎn)如下：（1）能耗大，電爐中焙砂的平均熔煉電耗為502 kWh/t，僅電耗一項(xiàng)就約占成本的50%，加上熔煉前的干燥、焙燒等預(yù)處理工藝的燃料消耗最大能耗成本可能達(dá)65%以上；（2）對(duì)處理的紅土鎳礦鎳品位有一定要求，紅土鎳礦中含鎳每降低1%，生產(chǎn)成本大約提高3～4%；（3）回轉(zhuǎn)窯焙燒后產(chǎn)生的渣量大，渣的處理也是一大難題。

申請(qǐng)公布號(hào)為CN105463185A的中國(guó)專利公布了一種采用磁選-RKEF生產(chǎn)鎳鐵的雙聯(lián)方法，該方法通過(guò)將紅土鎳礦、還原劑和溶劑按比例混合后形成的混合物（其中，還原劑占混合物總量的7-13%）進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯磁化焙燒后進(jìn)行磁選富集，再將富集后的產(chǎn)品同其他物料（包括還原劑、溶劑和紅土鎳礦等）按照一定的配比進(jìn)行配料后送入RKEF回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行預(yù)熱，然后熱裝加入電爐中再還原進(jìn)行渣鐵分離，獲得含有鎳鐵的鐵水。該專利的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了將回轉(zhuǎn)窯直接還原法與RKEF法有效結(jié)合，通過(guò)對(duì)換磚窯磁化焙燒和磁選富集，使得產(chǎn)品中的鎳得以富集，降低了能耗，同時(shí)，鎳鐵金屬回收率最高為90%，鎳鐵金屬純度最高為60%。但是，現(xiàn)有技術(shù)中鎳鐵金屬回收率和鎳鐵金屬純度仍然較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種鎳鐵回收率和純度均更高，且能耗保持在較低水平的采用回轉(zhuǎn)窯直接還原-RKEF聯(lián)合法生產(chǎn)鎳鐵的方法。

采用回轉(zhuǎn)窯直接還原-RKEF聯(lián)合法生產(chǎn)鎳鐵的方法，包括以下步驟：

（1）將紅土鎳礦進(jìn)行干燥，得到干燥后的紅土鎳礦，備用；

（2）取適量干燥后的紅土鎳礦進(jìn)行粗篩、破碎、細(xì)篩，篩分得到粒徑≤8mm的紅土鎳礦；

（3）將步驟（2）得到的粒徑≤8mm的紅土鎳礦與碳質(zhì)還原劑、白云石混勻，得到混料A，碳質(zhì)還原劑占混料A的質(zhì)量百分比為17-25%，白云石占混料A的質(zhì)量百分比為0-3%；

（4）將混料A制成球團(tuán)后，送入第一回轉(zhuǎn)窯焙燒得到焙砂，物料在第一回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的總停留時(shí)間為150-260 min，第一回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)焙燒段的溫度為700-1300℃；

（5）第一回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的焙砂經(jīng)水淬、破碎、磁選得到含渣量為50-60%的粗鎳鐵顆粒；

（6）向步驟（5）得到的含渣量為50-60%的粗鎳鐵顆粒中加入適量步驟（1）中制得的干燥后的紅土鎳礦進(jìn)行混合，得到混料B，含渣量為50-60%的粗鎳鐵顆粒占混料B的百分比為45-75%；

（7）向混料B中加入石灰石，并一起送入第二回轉(zhuǎn)窯焙燒，物料在第二回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的總停留時(shí)間為90-120 min，第二回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)焙燒段的溫度為750-800℃，第二回轉(zhuǎn)窯的出料口處物料溫度為750-800℃；

（8）將從第二回轉(zhuǎn)窯出來(lái)的焙砂直接投入礦熱爐中熔融，礦熱爐的二次電壓為275-315V、一次電流為380-420A，礦熱爐內(nèi)鐵水的溫度為1500-1540℃，得到含有鎳鐵的鐵水。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果為：

（1）現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)窯直接還原法中碳質(zhì)還原劑的加入量占混合料的百分比通常為7-13%，且從理論上來(lái)說(shuō)，鎳鐵生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)如下：

2C+O₂=2CO

NiO+C=Ni+CO

NiO+CO=Ni+CO₂

Fe₂O₃+3CO=2Fe+3CO₂，

在金屬的活動(dòng)順序中，鐵的還原性大于鎳的還原性，使得礦石中的鎳離子優(yōu)于鐵離子被還原，所以，鎳在鐵之前被還原出來(lái)；當(dāng)鐵還原率≥60%時(shí)，理論認(rèn)為鎳已經(jīng)100%全部被還原；并且，只要回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度大于570℃時(shí)，鐵就可以被還原。根據(jù)還原化學(xué)計(jì)算，還原生產(chǎn)出1噸鎳需要0.205噸碳，還原出1噸鐵需要0.214噸碳。按照鎳和鐵都100%全部被還原，100噸含水30%的礦中，含鎳1.7噸，含鐵17噸，需要碳3.98噸。也就是說(shuō)，從理論上來(lái)說(shuō)，碳質(zhì)還原劑的加入量占混合料的百分比大于3.98%（例如：現(xiàn)有技術(shù)中的碳質(zhì)還原劑的加入量占混合料的百分比為7-13%），就已經(jīng)足以使鎳和鐵得以全部還原。但是，本發(fā)明人在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：在其他條件不變的情況下，在現(xiàn)有技術(shù)中的碳質(zhì)還原劑的加入量占混合料的百分比為7-13%的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高還原劑的加入量，回轉(zhuǎn)窯直接還原法所獲得焙砂中鎳和鐵的回收率仍可繼續(xù)提高，原因可能是：碳質(zhì)還原劑在第一回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焙燒的過(guò)程中存在一定程度的燒損，使得，理論上夠用的碳質(zhì)還原劑實(shí)際上不能滿足完全還原鎳、鐵的需求。因此，本申請(qǐng)人突破常規(guī)，將本發(fā)明的步驟（3）中碳質(zhì)還原劑的加入量提高至碳質(zhì)還原劑占混料A的百分比為17-25%，使得混料A經(jīng)第一回轉(zhuǎn)窯后混料A中的鎳、鐵得以完全還原，使得鎳鐵得以最大程度的富集，為提高鎳鐵純度和鎳鐵回收率作出貢獻(xiàn)，同時(shí)，也避免過(guò)多的碳質(zhì)還原劑帶來(lái)成本的浪費(fèi)；

（2）由于混料A經(jīng)第一回轉(zhuǎn)窯后其中的鎳鐵還原更徹底，使得第一回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的焙砂中鐵的比例相對(duì)提高，帶來(lái)礦熱爐物料中鐵的比例的提高，鐵的導(dǎo)電性強(qiáng)于鎳等不銹鋼污泥中的其他金屬元素，使得礦熱爐物料的導(dǎo)電性能得到較大程度的提高，不利于RKEF工藝中礦熱爐的電極操作，此時(shí)若礦熱爐依然采用常用的“二次電壓選擇在420-510V之間，一次電流選擇在280-320A之間”的高壓低流的操作方式的話，礦熱爐無(wú)法持續(xù)加溫，導(dǎo)致礦熱爐內(nèi)鐵水溫度無(wú)法達(dá)到1450℃以上，嚴(yán)重影響鎳鐵金屬的回收率，鑒于此，本發(fā)明人突破常規(guī)，將礦熱爐設(shè)定為“二次電壓為275-315V，一次電流為380-420A”的低壓高流操作方式，才實(shí)現(xiàn)了礦熱爐的鐵水溫度達(dá)到1500-1540℃的技術(shù)效果，使得礦熱爐內(nèi)的物料得以完全還原熔融，以提高鎳鐵回收率；

（3）本發(fā)明通過(guò)對(duì)第一回轉(zhuǎn)窯所獲得焙砂的含渣量的控制以及上述混合料B中各個(gè)成分比例的控制，最終使得最終的鎳鐵金屬回收率達(dá)到93.5%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)的最高值90%，并且，鎳鐵純度達(dá)到92.7%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)的60%；

（4）另外，由于第一回轉(zhuǎn)窯內(nèi)碳質(zhì)還原劑的加入量提高，為縮短回轉(zhuǎn)窯的停留時(shí)間和降低回轉(zhuǎn)窯的溫度提供了條件，不僅可提高生產(chǎn)效率，同時(shí)也避免副反應(yīng)的發(fā)生，并且，第一回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的焙砂中的殘?zhí)甲阋詽M足后續(xù)第二回轉(zhuǎn)窯和礦熱爐對(duì)于碳質(zhì)還原劑的需求，使得步驟（6）無(wú)需配入碳質(zhì)還原劑，避免碳質(zhì)還原劑的浪費(fèi)和成本消耗；

（5）本發(fā)明的技術(shù)方案可將鎳點(diǎn)電耗度控制在≤235度/鎳，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通RKEF的鎳點(diǎn)電耗度380-400度/鎳。

步驟（1）中的紅土鎳礦經(jīng)干燥窯進(jìn)行干燥，干燥窯的窯內(nèi)溫度優(yōu)選為1000-1050℃，可將烘干時(shí)間縮短至20-30分鐘，提高生產(chǎn)效率。

步驟（1）中紅土鎳礦干燥至含水率為17-20%，既利于粉碎，又避免揚(yáng)塵。

步驟（3）中所述碳質(zhì)還原劑優(yōu)選為焦末或蘭炭末或兩者的組合。焦末或者蘭炭末含磷低，配入量的增加不會(huì)對(duì)后期產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。當(dāng)然，碳質(zhì)還原劑還可以煙煤或無(wú)煙煤等。

步驟（3）中所述白云石的粒徑為≤3mm，白云石的粒度小，其比表面積就越大，接觸越充分。

步驟（6）中所述石灰石的粒徑為5-20mm，防止堵塞礦熱爐的進(jìn)料管。

步驟（8）得到的含有鎳鐵合金的鐵水直接送鑄鐵機(jī)鑄鐵或者直接作為不銹鋼基料生產(chǎn)不銹鋼。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式：

（1）將紅土鎳礦進(jìn)行干燥，得到干燥后的紅土鎳礦，備用；

（2）取適量干燥后的紅土鎳礦進(jìn)行粗篩、破碎、細(xì)篩，篩分得到粒徑≤8mm的紅土鎳礦；

（3）將步驟（2）得到的粒徑≤8mm的紅土鎳礦與碳質(zhì)還原劑、白云石混勻，得到混料A，碳質(zhì)還原劑采用焦末與蘭碳末的混合物，碳質(zhì)還原劑占混料A的質(zhì)量百分比為17-25%，白云石占混料A的質(zhì)量百分比為0-3%；

（4）將混料A制成球團(tuán)后，送入第一回轉(zhuǎn)窯焙燒得到焙砂，物料在第一回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的總停留時(shí)間為150-260 min，第一回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)焙燒段的溫度為700-1300℃；

（5）第一回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的焙砂經(jīng)水淬、破碎、磁選得到含渣量為50-60%的粗鎳鐵顆粒；

（6）向步驟（5）得到的含渣量為50-60%的粗鎳鐵顆粒中加入適量步驟（1）中干燥后的紅土鎳礦混合，得到混料B，含渣量為50-60%的粗鎳鐵顆粒占混料B的百分比為45-75%；

（7）向混料B中加入石灰石，并一起送入第二回轉(zhuǎn)窯焙燒，物料在第二回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的總停留時(shí)間為90-120 min，第二回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)焙燒段的溫度為750-800℃，第二回轉(zhuǎn)窯的出料口處物料溫度為750-800℃；

（8）將從第二回轉(zhuǎn)窯出來(lái)的焙砂直接投入礦熱爐中熔融，礦熱爐的二次電壓為275-315V、一次電流為380-420A，礦熱爐內(nèi)鐵水的溫度為1500-1540℃，得到含有鎳鐵的鐵水。

本發(fā)明所述的紅土鎳礦的主要成分為：Ni 1.72%，TFe 16.24%，H₂O 28.8%。

所述礦熱爐的處理時(shí)間根據(jù)爐體大小來(lái)確定，通常，14米高的25500kVA的圓形礦熱爐的處理時(shí)間為8-16h。

本發(fā)明的石灰石的用量是由礦熱爐爐渣的堿度來(lái)控制的。通常要求礦熱爐爐渣的堿度為0.6-0.7（其中，礦熱爐爐渣堿度的計(jì)算公式為：(MgO+CaO)/SiO2）。

為了體現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)效果，本發(fā)明人提供了3種實(shí)施例（實(shí)施例1~3）和5種對(duì)比例（對(duì)比例1~5），實(shí)施例1~3和對(duì)比例1~3的具體參數(shù)條件見(jiàn)表1。

表1

實(shí)施例1~3和對(duì)比例1~3所得到的含鎳鐵鐵水中鎳鐵的純度（%）和鎳鐵金屬回收率見(jiàn)表2。

表2

從表1和表2可看出，按照本申請(qǐng)的技術(shù)方案進(jìn)行的實(shí)施例1~3，所獲得的含鎳鐵的鐵水中鎳鐵的純度為92.7%以上，鎳鐵金屬回收率為93.5%以上，同時(shí)，鎳點(diǎn)電耗（鎳點(diǎn)電耗指的是每生產(chǎn)含有一個(gè)鎳點(diǎn)的鎳鐵所需的電量）控制在235度/鎳以下（遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于普通RKEF的鎳點(diǎn)電耗度352度/鎳）。從表1和表2中實(shí)施例1~3與對(duì)比例1的對(duì)比可看出，可看出，當(dāng)碳質(zhì)還原劑的碳質(zhì)還原劑占混料A的百分比為13%（現(xiàn)有技術(shù)中碳質(zhì)還原劑的碳質(zhì)還原劑占混料A的百分比為7-13%），同時(shí)，礦熱爐采用現(xiàn)有的“二次電壓選擇在420-510V之間，一次電流選擇在280-320A之間”的高壓低流的操作方式的情況下，雖然礦熱爐的熔煉溫度可達(dá)到1500-1550℃，但是，所獲得的含鎳鐵的鐵水中鎳鐵的純度和鎳鐵金屬回收率均明顯低于實(shí)施例1~3，同時(shí)，由于含渣量為50-60%的粗鎳鐵顆粒中鎳的含量相對(duì)較低，使得鎳點(diǎn)電耗明顯高于實(shí)施例1~3。但是，碳質(zhì)還原劑的加入量也不是越多越好，從表1和表2中對(duì)比例2可看出，當(dāng)碳質(zhì)還原劑的碳質(zhì)還原劑占混料A的百分比大于25%時(shí)，由于副反應(yīng)的發(fā)生，所獲得的鎳鐵金屬回收率和含鎳鐵的鐵水中鎳鐵的純度和金屬回收率反而均有所降低。從表1和表2中對(duì)比例3可看出，本發(fā)明的技術(shù)方案中若采用現(xiàn)有的“二次電壓選擇在420-510V之間，一次電流選擇在280-320A之間”的高壓低流的操作方式的話，對(duì)應(yīng)的礦熱爐的熔煉溫度僅為1400-1450℃，礦熱爐中的物料無(wú)法完全熔融，使得含鎳鐵的鐵水中鎳鐵的純度和鎳鐵金屬回收率均較低。

另外，當(dāng)含渣量為50-60%的粗鎳鐵顆粒占混料B的百分比大于60%時(shí)，由于粗鎳鐵顆粒中含鐵量非常高，使得礦熱爐物料的導(dǎo)電性能非常好，礦熱爐電極事故頻發(fā)；當(dāng)含渣量為50-60%的粗鎳鐵顆粒占混料B的百分比小于25%時(shí)，又起不到提升礦熱爐產(chǎn)能的目的。

現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)窯的一般結(jié)構(gòu)為：回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)自窯尾至窯頭依次分為三段，即低溫段（即干燥段）、中溫段（即預(yù)熱段）、高溫段（即焙燒段），物料由窯尾進(jìn)料，依次經(jīng)過(guò)干燥段、預(yù)熱段、高溫段，最后從窯頭出料。

當(dāng)然，本發(fā)明的實(shí)施例1~4的步驟（5）中所述的碳質(zhì)還原劑也可以單純采用焦末或蘭炭末，還可以采用煙煤或無(wú)煙煤等。但是，焦末或者蘭炭末含磷低，碳質(zhì)還原劑選用焦末或蘭炭末或兩者的組合時(shí)，不會(huì)對(duì)后期產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響。

本發(fā)明的實(shí)施例1~3均可做如下改進(jìn)：

（1）步驟（1）中的紅土鎳礦經(jīng)干燥窯進(jìn)行干燥，干燥窯的窯內(nèi)溫度優(yōu)選為1000-1050℃，可將烘干時(shí)間縮短至20-30分鐘，提高生產(chǎn)效率。

（2）步驟（1）中紅土鎳礦干燥至含水率為17-20%，既利于粉碎，又避免揚(yáng)塵。

（3）步驟（3）中所述白云石的粒徑為≤3mm，白云石的粒度小，其比表面積就越大，接觸越充分。

（4）步驟（6）中所述石灰石的粒徑為5-20mm，防止堵塞礦熱爐的進(jìn)料管。

（5）步驟（8）得到的含有鎳鐵合金的鐵水直接送鑄鐵機(jī)鑄鐵或者直接作為不銹鋼基料生產(chǎn)不銹鋼。