回转窑直接还原红土镍矿镍铁颗粒的工艺

摘要

本发明公开了一种回转窑直接还原红土镍矿镍铁颗粒的工艺，其将红土镍矿与碳质还原剂、石灰石混合后在压球机上压球制成混合球团，混合球团在回转窑内经预热段进行物料烧结及结晶水的去除，于过渡段发生镍元素的还原后进入烧成段发生铁元素、镍元素的还原及金属颗粒的长大。其中，靠近过渡段的烧成段的温度控制在使物料保持固态的范围内，在保证金属还原温度的同时，可防止窑内结圈，位于窑口的烧成段的温度控制在使物料保持半熔融态的范围内，由于回转窑的窑口为缩口结构，热量不容易散失有利于金属的还原及富集，即使个别时候出现少量的结圈，后面的物料的翻滚效应下，前面的结圈也易去除，为直还的连续生产奠定了基础，提高了回转窑的还原效率。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金工艺技术领域，尤其涉及一种回转窑直接还原红土镍矿镍铁颗粒的工艺。

背景技术

作为一种战略元素，镍在国民经济发展中具有极其重要的地位。全球约2/3的镍用于生产不锈钢，镍原料的成本占奥氏体不锈钢生产成本的70%左右。近年来，为降低不锈钢生产成本，不锈钢企业开始大量使用含镍生铁。

目前含镍生铁均以含镍0.8～2.0%的红土镍矿为原料进行冶炼，红土镍矿的冶炼工艺包括高炉、RKEF工艺以及回转窑直接还原法等。其中回转窑直接还原法是一种以连续转动的回转窑作反应器，以固体碳作还原剂，通过固相还原反应把铁矿石炼成铁的直接还原连续铸钢|炼铁方法。红土镍矿于1000～1100℃温度下通过直接还原可实现镍、铁的还原，但低温还原得到的镍铁合金颗粒细小且不能迁移聚集成粒，在还原-分选过程中渣铁分离困难，导致尾渣镍含量高，金属收率较低，仅30～40%。

为提升回转窑直接还原法的金属收率，现代回转窑直还工艺通常控制回转窑内还原段还原温度为1300～1400℃，该温度区间内物料呈半熔融状态，利于镍铁颗粒充分聚集长大以利于后续的磨选作业，金属收率可达80%左右。但是高温条件对回转窑的耐材要求高，缩短了耐火窑衬寿命，并且窑内温度不易控制，生产上操作性差，抽风条件的波动即可导致温度升高使物料受热熔化，且传统窑口口径较大，熔化铁水在窑口冷空气的急冷作用下凝固，随着时间的推移，铁水凝固越来越厚，在窑口造成结圈，使物料无法正常输送，最终导致停窑。如何在保证金属收率的同时防止窑内结圈，成为直还法还原镍铁颗粒工艺亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、稳定的回转窑直接还原红土镍矿镍铁颗粒的工艺。

实现本发明目的的技术方案是：一种回转窑直接还原红土镍矿镍铁颗粒的工艺，其包括以下步骤：

1）配料造球：将干燥并破碎处理后的红土镍矿与碳质还原剂、石灰石以及粘结剂混合后，在压球机上压球制成混合球团；

2）还原焙烧：将混合球团送入回转窑内焙烧，所述回转窑内从窑尾到窑口设置有预热段、过渡段以及烧成段三段，所述窑口为缩口结构，缩口的长度为5～6m，回转窑内预热段温度为400～650℃，过渡段温度为650～1100℃，烧成段温度不低于1000℃；其中，位于窑口的烧成段的温度控制在使物料保持半熔融态的范围内，靠近过渡段的烧成段的温度控制在使物料保持固态的范围内；

3）水淬；

4）选矿。

优选地，所述步骤1）制得的混合球团中添加有粘结剂，以提高球团的强度。

优选地，所述1）中选用红土镍矿、碳质还原剂、石灰石和粘结剂用量比值为（82～88）:（12～13）:（0～4）:（0～1.5）；所述步骤2）中烧成段温度为1050～1330℃，其中，靠近过渡段的烧成段的温度为1050～1250℃，位于窑口的烧成段温度为1150～1330℃。通过合理的配料可降低混合球团的熔点，因而烧成段段可选择较低的还原温度，对回转窑耐材侵蚀较轻。

优选地，所述1）中选用红土镍矿、碳质还原剂、石灰石和粘结剂用量比值为（82～84.2）:（12～12.5）:（3～4）:（1～1.5），所述步骤2）中烧成段温度为1050～1250℃，其中，靠近过渡段的烧成段的温度为1100～1200℃，位于窑口的烧成段温度为1150～1250℃。该数值范围内烧成段的还原温度最低，延长了耐火窑衬使用寿命。

优选地，所述烧成段的长度为25～30m，通过拉长烧成段长度，使混合球团于烧成段充分燃烧，提升还原效率。

优选地，所述碳质还原剂为焦粉、无烟煤或兰炭中任意一种。

本发明还原焙烧步骤中混合球团在回转窑内经预热段进行物料烧结及结晶水的去除，于过渡段发生镍元素的还原后进入烧成段发生铁元素、镍元素的还原及金属颗粒的长大。其中，靠近过渡段的烧成段的温度控制在使物料保持固态的范围内，在保证金属还原温度的同时，起到防止窑内结圈的作用，位于窑口的烧成段的温度控制在使物料保持半熔融态的范围内，由于回转窑的窑口为缩口结构，热量不容易散失，且物料在缩口段有两段爬坡，行进速度明显减慢，有利于金属的还原及富集，即使个别时候出现少量的结圈，后面的物料的翻滚效应下，前面的结圈也易去除，为直还的连续生产奠定了基础，提高了回转窑的还原效率。

附图说明

图1为本发明所述回转窑结构示意图；

图2为图1中窑口的放大结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明较佳实施例做详细描述。

实施例1

一种回转窑直接还原红土镍矿镍铁颗粒的工艺，其包括以下步骤：

1）配料造球：将干燥并破碎处理后的红土镍矿与碳质还原剂、石灰石以及粘结剂混合后，在压球机上压球制成混合球团，所述红土镍矿、碳质还原剂、石灰石和粘结剂用量比值为84.5:13:2:0.5；

2）还原焙烧：将混合球团送入回转窑内焙烧，如图1和图2所示，所述回转窑内从窑尾1到窑口2设置有预热段10、过渡段20以及烧成段30三段，所述回转窑的窑口2为缩口结构，缩口段的长度为5m，回转窑内预热段温度为400～650℃，过渡段温度为650～1130℃，烧成段温度为1130～1280℃，其中，靠近过渡段的烧成段的温度为1130～1230℃，位于窑口的烧成段温度为1230～1280℃；

3）水淬；

4）选矿。

实施例2-7

实施例2-7采取与实施例1相同的步骤，区别在于步骤1）中所用原料在混合球团中占比，以及还原焙烧过程中各阶段温度不同，具体数据如表1所示：

表1

本发明所述水淬以及选矿步骤为现有技术，所述粘结剂为市售产品，其成分在此不作赘述；所述碳质还原剂为焦粉、无烟煤或兰炭中任意一种；如图1和图2所示，本发明所述回转窑包括窑尾1和窑口2，所述窑口2为缩口结构，其中，实施例1中缩口的长度为5m，缩口前端21的直径D为3.44m，缩口后端22的直径H为4.85m；所述烧成段的长度为30m，实际生产中可以根据生产需要设置缩口长度为5～6m，设置烧成段的长度为25～30m。

经本发明实施例1～7所得到产品中镍铁金属回收率如表2所示。

表2

由表2可见，改进后的回转窑直接还原工艺其镍铁金属平均回收率达到82%，与高温半熔融直还工艺相当且高于传统回转窑内低温还原。由于本发明回转窑还原焙烧过程中将靠近过渡段的烧成段的温度控制在使物料保持固态的范围内，在保证金属还原温度的同时，起到防止窑内结圈的作用，位于窑口的烧成段的温度控制在使物料保持半熔融态的范围内，由于回转窑的窑口为缩口结构，热量不容易散失，且物料在缩口段有两段爬坡，行进速度明显减慢，有利于金属的还原及富集，即使个别时候出现少量的结圈，后面的物料的翻滚效应下，前面的结圈也易去除，为直还的连续生产奠定了基础，提高了回转窑的还原效率；实施例中由于选用了较佳的红土镍矿、碳质还原剂、石灰石和粘结剂配比，降低了混合球团的熔点，因而烧成段段可选择较低的还原温度，对回转窑耐材侵蚀较轻，延长了耐火窑衬使用寿命。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。