專利名稱:紅土礦流化床法生產含鎳鐵合金的工藝的制作方法
技術領域:
本發明涉及氣基直接還原生產鐵合金領域,特別涉及紅土礦流化床法生產含鎳鐵 合金的工藝,利用煤氣還原紅土礦生產含鎳鐵合金,為不銹鋼生產提供廉價的鎳鐵合金原 料。
背景技術:
不銹鋼的生產主要合金原料為碳素鉻鐵和電解鎳,其成本占不銹鋼生產成本的 50 70%,因此使用廉價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,其中硫化礦約占13 %,氧化礦約占87 %。目 前鎳的產量有60%來自于硫化礦,來自氧化礦的比例不大。其中以硫化鎳礦為原料生產電解鎳的火法冶金和溶液電解相結合的工藝流程如 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 鎳上述工藝可生產出高品質的電解鎳,但由于其工藝流程的復雜性,使電解鎳的價 格十分昂貴,例如2007年電解鎳板的價格最高時達42萬元/噸。從世界范圍來看,鎳主要 用于不銹鋼生產,而發達國家主要用于生產高級合金鋼。對于生產不銹鋼來說,并不要求含 鎳原料達到電解鎳的純度(> 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看,使用電解鎳是不經濟的。由于自然界的氧化礦儲量大,特別是紅土礦(占80%),因此它將是未來鎳的主要 來源。紅土礦的組成比硫化鎳礦復雜得多,不能通過傳統的選礦工藝進行富集,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鎳鐵,隨后進行精煉。 礦石經干燥后,放在還原爐內(轉底爐、回轉窯或隧道窯等等)預熱到750°C。在經預熱的 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 精煉后得到含鎳約30%的鐵合金。這種傳統紅土礦處理方法所需塊礦要經干燥和預熱等 過程,需要焦粉作還原劑,尤其在處理粉礦時仍需要造塊,通過溫度和配煤量調節鐵的還原 量。目前,國內一些企業利用紅土礦燒結_高爐法生產低鎳生鐵,生產一噸含鎳 5% 的低鎳生鐵焦比達1. 2-2噸以上,耗紅土礦3. 4-5噸,電耗150kwh,折合每生產1噸金屬鎳 要耗30-40噸焦炭,耗電3000kwh,根據目前原燃料市場價格測算,高爐法生產低鎳生鐵每 噸金屬鎳的生產成本超過20萬元。僅當電解鎳市場價格高于20萬元/t時,才能維持生產。該工藝存在能耗高,污染嚴重,原料適應性差,產品鎳含量低,P、S雜質元素含量高 等缺點,不符合國家的產業政策。現有利用紅土礦生產鎳鐵合金的專利申請有中國專利CN200710034750. 0 “紅 土鎳礦熔融還原制取鎳鐵合金工藝”,CN200610163832. 0 “一種轉底爐快速還原含碳紅土鎳礦球團富集鎳的方法”,CN200610163834.X “一種轉底爐-電爐聯合法處理紅土鎳礦生產鎳鐵方法”,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 礦和煤直接生產含鎳鐵合金的方法”等等。上述專利都是以煤為還原劑。
發明內容
本發明的目的是提供一種紅土礦流化床法生產含鎳鐵合金的工藝,利用煤氣還原 紅土礦生產鎳鐵合金,生產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 不銹鋼生產成本。本發明的技術方案是,紅土礦流化床法生產含鎳鐵合金的工藝,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的篩子進行篩分,將大于3mm的塊礦進行破碎,得到 小于3mm的紅土礦粉用于流化床煤氣選擇性還原;3)紅土礦的預熱將干燥后的紅土礦粉在流化床焙燒爐內進行預熱,使紅土礦粉預熱到700 950 預熱后的紅土礦粉經下料管輸送到還原流化床內;4)紅土礦的選擇性還原還原流化床的還原反應溫度650 900°C,在還原流化床內使用含C0+H255 90% 體積比的煤氣對紅土礦進行還原,還原反應的時間控制在30 IOOmin ;得到金屬化紅土 礦;煤氣中CCHH2含量隨反應溫度而變化,在反應溫度較低(例如650°C )時,使用含 有較高CCHH2成分(例如90% )的煤氣,而在反應溫度較高(例如900°C )時,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。進一步,預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,本發明所述的物理分離為重選、或浮選、或磁選。本發明的有益效果1.對原料的適應性強。紅土礦一般含鎳1 2 %,含鐵10 45 %,對于含鐵高(通 常含鎳較低,約1%)的紅土礦,若采用火法冶煉,產品的鎳含量較低(含鎳約2 5%),經 濟性差;因此對于高鐵紅土礦,采用濕法冶金經濟性要好一些。對于含鐵10 20% (通常 含鎳較高,約2%)的紅土礦,目前主要回轉窯-電爐工藝,生產含鎳大于20%的鎳鐵合金。 因此不同類型的紅土礦應采用不同的冶金工藝進行處理。而對于本發明來說,由于氧化鎳 比氧化鐵容易還原,可通過控制還原氣氛和反應溫度來選擇性還原氧化鎳,同時控制氧化 鐵的還原量,因此即使以高鐵低鎳紅土礦為原料,同樣能生產出含鎳較高的鎳鐵合金,對于處理低鐵紅土礦,更具有優勢;因此本發明適用于所有類型的紅土礦;2.由于 使用氣基還原,反應溫度低(700 950°C),遠低于通常高爐法或電爐法約 1600。C的溫度水平,因此本發明工藝技術能耗低,從而降低了生產成本;3.以煤氣為還原劑,避免使用煤或焦碳做還原劑,因此使鎳鐵產品中磷硫含量遠 低于傳統火法冶金流程。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%,達到不銹鋼生產對鎳鐵的要求。 而本發明工藝可直接得到P < 0. 02%,S < 0. 02%的鎳鐵合金,產品質量明顯提高;4.鎳鐵合金中的含鎳量可由煤氣成分和反應溫度來靈活調節;5.對于不銹鋼企業的含鎳粉塵,也可利用本發明工藝進行富集提取鎳而綜合利 用;6.本發明工藝可比傳統流程節省大量電能。因此,本發明可為不銹鋼生產提供廉 價原料,增強不銹鋼企業的競爭力。7.上述現有技術專利都是以煤為還原劑,與本發明中煤氣流化床還原生產鎳鐵合 金有本質的不同。
圖1為本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式參見圖1,本發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 預熱3,使紅土礦粉預熱到700 950°C,預熱后的紅土礦粉經下料管輸送到還原流化床 內;紅土礦的選擇性還原4,紅土礦還原反應溫度在650 900°C,在還原流化床內使用含 C0+H255 90%的煤氣對紅土礦進行還原,還原反應的時間控制在30 IOOmin ;得到金屬 化紅土礦5,對金屬化紅土礦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。按照本發明的工藝流程,選擇三種不同成分的紅土礦,生產出鎳鐵合金,具體實施 如下實施例1本實施例采用的紅土礦成分見表1。表1紅土礦1的主要化學成分(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進行預熱到 850 0C,將預熱后的紅土礦經下料管輸送到還原流化床內。
在還原流化床內使用CCHH2為75%的煤氣對紅土礦進行還原,還原溫度在約 850°C,反應時間為95min。將選擇性還原后的紅土礦破碎到小于100目,然后進行磁選分離,得到的鎳鐵合 金成分見表2。表2鎳鐵合金的主要成分(wt % ) 最終產品鎳鐵合金可作為冶煉不銹鋼或合金鋼的原料。實施例2本實施例采用的紅土礦成分見表3。
表3紅土礦2的主要化學成分(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進行預熱到 SOO0C,將預熱后的紅土礦經下料管輸送到還原流化床內。在還原流化床內使用CCHH2為80%的煤氣對紅土礦進行還原,還原溫度在約 800 °C,反應時間為90min。將選擇性還原后的紅土礦破碎到小于100目,然后進行磁選分離,得到的鎳鐵合 金成分見表4。表4鎳鐵合金的主要成分(wt % ) 最終產品鎳鐵合金可作為冶煉不銹鋼或合金鋼的原料。實施例3本實施例采用的紅土礦成分見表5。
表5紅土礦2的主要化學成分(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進行預熱到 850 0C,將預熱后的紅土礦經下料管輸送到還原流化床內。在還原流化床內使用CCHH2為85%的煤氣對紅土礦進行還原,還原溫度在約 850°C,反應時間為70min。將選擇性還原后的紅土礦破碎到小于100目,然后進行浮選分離,得到的鎳鐵合 金成分見表6。表6鎳鐵合金的主要成分(wt % ) 最終產品鎳鐵合金可作為冶煉不銹鋼或合金鋼的原料。
權利要求
紅土礦流化床法生產含鎳鐵合金的工藝,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的篩子進行篩分,將大于3mm的塊礦進行破碎,得到小于3mm的紅土礦粉用于流化床煤氣選擇性還原;3)紅土礦的預熱將干燥后的紅土礦粉在流化床焙燒爐內進行預熱,使紅土礦粉預熱到700℃~950℃,預熱后的紅土礦粉經下料管輸送到還原流化床內;4)紅土礦的選擇性還原還原流化床的還原反應溫度650~900℃,在還原流化床內使用含CO+H255~90%體積比的煤氣對紅土礦進行還原,還原反應的時間控制在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.如權利要求1所述的紅土礦流化床法生產含鎳鐵合金的工藝,其特征是,預熱焙燒 爐使用的燃料為除塵后的流化床還原爐出口煤氣。
3.如權利要求1所述的紅土礦流化床法生產含鎳鐵合金的工藝,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)預熱,將干燥后的紅土礦粉在流化床焙燒爐內進行預熱,預熱到700~950℃,預熱后的紅土礦粉輸送到還原流化床內;4)選擇性還原,在還原流化床內使用CO+H2為55~90%的煤氣對紅土礦進行還原;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,然后進行物理分離,得到含鎳鐵合金。本發明利用煤氣還原紅土礦生產鎳鐵合金,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成本。
文檔編號C21B13/10GK101845530SQ20091004829
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月26日 優先權日2009年3月26日
發明者周渝生, 張友平, 朱彤, 范建峰 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司