本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種氫氣直接還原熔煉紅土鎳礦冶煉鎳鐵合金的方法。

背景技術(shù)：

近年來，我國不銹鋼產(chǎn)量快速增長，對鎳的需求量大幅增加。長期以來，全球鎳資源供應60％來源于硫化鎳礦，但隨著鎳需求量持續(xù)增長及硫化鎳資源的逐漸枯竭，占鎳資源儲量70％的紅土鎳礦已成為重要的鎳開發(fā)資源。以紅土鎳礦為原料冶煉鎳鐵合金，用于不銹鋼制造，其成本明顯低于使用電解鎳，大幅度降低不銹鋼生產(chǎn)成本，是保障不銹鋼工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。

火法冶煉工藝是成熟的紅土鎳礦處理工藝，傳統(tǒng)的火法工藝需要將紅土鎳礦在約1000℃溫度下進行預還原焙燒，預還原產(chǎn)品通過電爐熔煉得到鎳鐵，但熔煉溫度一般在1600℃以上。因此，傳統(tǒng)的預還原—電爐熔煉工藝能耗較高，也要求紅土鎳礦具有較高的鎳品位才能獲得良好的經(jīng)濟效益。此外，傳統(tǒng)的火法冶煉工藝主要以煤炭為還原劑，無法避免地產(chǎn)生大量二氧化碳排放，當前嚴格的環(huán)保管控形勢進一步限制了傳統(tǒng)火法冶煉工藝的發(fā)展。

中國專利cn201510718540.8公開了一種硅鎂型紅土鎳礦的處理方法，先將紅土鎳礦、助溶劑和還原劑混合，進行預還原焙燒，然后將預還原產(chǎn)品進行高溫熔分處理，熔分過程中加入fe2o3和造渣劑，得到鎳含量較高的鎳鐵合金。但該處理工藝過程復雜，需分別經(jīng)過傳統(tǒng)的預還原焙燒及熔煉兩段高溫過程，能耗高，并且以煤炭為還原劑，存在大量二氧化碳排放的問題。高金濤在《北京科技大學學報》發(fā)表的論文“紅土鎳礦富集鎳和鐵的焙燒、氫氣還原和磁選分離”(高金濤，張顏庭，陳培鈺，等.紅土鎳礦富集鎳和鐵的焙燒、氫氣還原和磁選分離.北京科技大學學報.2013，35(10)：1289-1296.)中，公開了一種紅土鎳礦富集鎳鐵的方法，將紅土鎳礦與碳酸鈉混合，在1000℃下進行焙燒，焙燒產(chǎn)物在h2氣氛、500-1100℃條件下進行還原焙燒，獲得的產(chǎn)物為鎳鐵、磁性鐵氧化物以及部分夾帶的脈石礦物的混合物，需要經(jīng)過磁選分離才能得到粉狀鎳鐵，該方法采用了兩段焙燒，且粉狀鎳鐵產(chǎn)品為鎳鐵與磁性鐵氧化物混合物，鎳品位較低，僅為3％左右，且工藝流程復雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種氫氣直接還原熔煉紅土鎳礦冶煉鎳鐵合金的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種氫氣直接還原熔煉紅土鎳礦冶煉鎳鐵合金的方法，包括以下步驟：

s1：將所述紅土鎳礦和助熔劑、水進行混合，得到原料混合物；

s2：將所述原料混合物進行制粒，得到粒徑小于1cm的球團；

s3：對所述球團進行干燥；

s4：將干燥后的球團加入電弧爐中，通入氫氣進行還原熔煉處理，得到鎳鐵合金熔體，冷卻后即為鎳鐵合金。

上述的方法，優(yōu)選的，s4中，還原熔煉處理的溫度為1400-1650℃，還原熔煉處理時間為40-60min。

上述的方法，優(yōu)選的，s4中，氫氣的通入量為標準大氣壓下每噸紅土鎳礦通入200-400m3氫氣。

上述的方法，優(yōu)選的，s3中，干燥的溫度為80-120℃，干燥時間為30-60min。

上述的方法，優(yōu)選的，s4中，還原熔煉排出的尾氣返回s3中用于對球團的干燥。

上述的方法，優(yōu)選的，s1中，助熔劑包括石灰石、生石灰、熟石灰中的一種或多種，紅土鎳礦、助熔劑和水的質(zhì)量比為(75-90)：(5-15)：(5-10)。

上述的方法，優(yōu)選的，將s4獲得的鎳鐵合金熔體由流槽排至粒化室內(nèi)，并向由流槽流下的鎳鐵熔體噴射高壓氮氣，使其在下降過程中分散成細小的液滴并冷卻凝結(jié)，形成鎳鐵合金顆粒并沉降于?；业撞浚玫搅；囪F合金。

上述的方法，優(yōu)選的，所述高壓氮氣的壓力為0.2-2mpa。

本發(fā)明采用氫氣還原熔煉紅土鎳礦過程，鎳氧化物還原機理：

nio+h2(g)＝ni+h2o(g)；

鐵氧化物分步還原機理：

3fe2o3+h2(g)＝2fe3o4+h2o(g)；

fe3o4+h2(g)＝3feo+h2o(g)；

feo+h2(g)＝fe+h2o(g)；

還原熔煉過程中，鎳、鐵形成合金熔體，而其它氧化物，如sio2、mgo、未還原的feo等形成熔渣，通過熔渣與金屬熔體的分離直接獲得鎳鐵合金。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明的方法無需紅土鎳礦預還原焙燒步驟，直接進行液相還原熔煉即可得到高鎳含量的鎳鐵合金，簡化了處理工藝，降低處理過程能耗；

(2)本發(fā)明采用氫氣進行還原熔煉，生成物水蒸氣直接揮發(fā)，獲得的鎳鐵合金鎳品位較高，鎳品位達到18.86％以上，且獲得的鎳鐵合金不含碳雜質(zhì)，純度高；

(3)本發(fā)明利用還原熔煉產(chǎn)生的尾氣(主要是水蒸汽)對球團進行干燥，余熱充分利用，進一步降低能耗；

(4)本發(fā)明使用氫氣作為還原熔煉的還原劑，處理過程中不產(chǎn)生二氧化碳排放，無任何廢水排放，更加清潔環(huán)保；

(5)本發(fā)明采用高壓氮氣對鎳鐵熔體進行冷卻?；@得粒化鎳鐵合金，為其他工藝創(chuàng)造條件，如可以更好地為從鎳鐵合金中萃取提取金屬鎳創(chuàng)造條件，代替熔體萃取前的破碎工序，簡化了工藝，降低了能耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例1中氫氣直接還原熔煉紅土鎳礦冶煉鎳鐵合金的工藝流程圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說明書附圖和較佳的實施例對本文發(fā)明做更全面、細致地描述，但本發(fā)明的保護范圍并不限于以下具體實施例。

除非另有定義，下文中所使用的所有專業(yè)術(shù)語與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業(yè)術(shù)語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護范圍。

除非另有特別說明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等均可通過市場購買得到或者可通過現(xiàn)有方法制備得到。

實施例1：

一種本發(fā)明的氫氣直接還原熔煉紅土鎳礦冶煉鎳鐵合金的方法，工藝流程如圖1所示，包括以下步驟：

s1：取含鎳1.72％、含鐵18.38％的紅土鎳礦，添加助熔劑(質(zhì)量比為1:1的石灰石和生石灰)在轉(zhuǎn)速為17r/min的混合機中混合3min，然后加入水，繼續(xù)混合5min得到混合物，其中，紅土鎳礦、助熔劑和水的質(zhì)量比為75:15:10。

s2：將混合物放入對輥壓團機料盒中，在60mpa的壓力下壓制成球團，該球團的落下強度95％、抗壓強度143n/個、熱爆裂指數(shù)0.60％。

s3：在球團干燥系統(tǒng)中，利用還原熔煉熱尾氣對球團進行干燥處理，干燥溫度105℃、干燥時間30min。

s4：將干燥的球團輸送至熔煉爐，通入氫氣進行還原熔煉，熔煉爐溫度范圍為1550℃，通入氫氣量為標準大氣壓下200m3/(噸紅土鎳礦)，總?cè)蹮挄r間為45min，獲得鎳鐵合金，其中，鎳品位為19.32％、鎳回收率96.12％，鐵品位為76.25％、鐵回收率55.10％；還原熔煉過程中產(chǎn)生的尾氣返回s3中用于對球團的干燥。

實施例2：

一種本發(fā)明的氫氣直接還原熔煉紅土鎳礦冶煉鎳鐵合金的方法，包括以下步驟：

s1：取含鎳1.81％、含鐵17.69％的紅土鎳礦，添加助熔劑(質(zhì)量比為40：60的石灰石和生石灰)在轉(zhuǎn)速為17r/min的混合機中混合3min，然后加入水，繼續(xù)混合5min，得到混合物，其中，紅土鎳礦、助溶劑和水的質(zhì)量比為80:10:10。

s2：將混合物放入對輥壓團機料盒中，在60mpa的壓力下壓制成球團，該球團的落下強度92％、抗壓強度135n/個、熱爆裂指數(shù)0.40％。

s3：在球團干燥系統(tǒng)中，利用還原熔煉熱尾氣對球團進行干燥處理，干燥溫度108℃、干燥時間36min。

s4：將干燥的球團輸送至熔煉爐，通入氫氣進行還原熔煉，熔煉爐溫度范圍為1570℃，通入氫氣量為標準大氣壓下250m3/(噸紅土鎳礦)，總?cè)蹮挄r間為50min，獲得鎳鐵合金，其中，鎳品位為19.32％、鎳回收率96.12％，鐵品位為76.25％、鐵回收率55.10％；還原熔煉過程中產(chǎn)生的尾氣返回s3中用于對球團的干燥。

實施例3：

一種本發(fā)明的氫氣直接還原熔煉紅土鎳礦冶煉鎳鐵合金的方法，包括以下步驟：

s1：取含鎳1.79％、含鐵18.18％的紅土鎳礦，添加助熔劑(35wt％的石灰石和65wt％的生石灰)在轉(zhuǎn)速為17r/min的混合機中混合5min，然后加入水，繼續(xù)混合5min得到混合物；其中，紅土鎳礦、助熔劑和水的質(zhì)量比為80:12:8。

s2：將混合物放入對輥壓團機料盒中，在60mpa的壓力下壓制成團塊。該球團的落下強度94％、抗壓強度140n/個、熱爆裂指數(shù)0.50％。

s3：在球團干燥系統(tǒng)中，利用還原熔煉熱尾氣對球團進行干燥處理，干燥溫度100℃、干燥時間40min。

s4：將干燥的球團輸送至熔煉爐，通入氫氣進行還原熔煉，熔煉爐溫度范圍為1550℃，通入氫氣量為標準大氣壓下300m3/(噸紅土鎳礦)，總?cè)蹮挄r間為55min，獲得鎳鐵合金熔體，還原熔煉過程中產(chǎn)生的尾氣返回s3中用于對球團的干燥。

s5：將鎳鐵合金熔體由流槽排至?；覂?nèi)，并向由流槽流下的鎳鐵熔體噴射高壓氮氣(高壓氮氣的壓力為0.5mpa)，使其在下降過程中分散成細小的液滴并冷卻凝結(jié)，形成鎳鐵合金顆粒并沉降于粒化室底部，得到?；囪F合金，其中，鎳品位為19.68％、鎳回收率96.38％，鐵品位為76.03％、鐵回收率54.37％。

實施例4：

一種本發(fā)明的氫氣直接還原熔煉紅土鎳礦冶煉鎳鐵合金的方法，包括以下步驟：

s1：取含鎳1.86％、含鐵17.97％的紅土鎳礦，添加助熔劑(60wt％的石灰石和40wt％的生石灰)在轉(zhuǎn)速為17r/min的混合機中混合5min，然后加入水，繼續(xù)混合5min得到混合物；其中，紅土鎳礦、助溶劑和水的質(zhì)量比為82:8:10。

s2：將混合物放入對輥壓團機料盒中，在60mpa的壓力下壓制成團塊，該球團的落下強度93％、抗壓強度136n/個、熱爆裂指數(shù)0.40％。

s3：在球團干燥系統(tǒng)中，利用還原熔煉熱尾氣對球團進行干燥處理，干燥溫度100℃、干燥時間50min。

s4：將干燥的球團輸送至熔煉爐，通入氫氣進行還原熔煉，熔煉爐溫度范圍為1500-1600℃，通入氫氣量為標準大氣壓下300m3/(噸紅土鎳礦)，總?cè)蹮挄r間為60min，獲得鎳鐵合金熔體；還原熔煉過程中產(chǎn)生的尾氣返回s3中用于對球團的干燥。

s5：將鎳鐵合金熔體由流槽排至?；覂?nèi)，并向由流槽流下的鎳鐵熔體噴射高壓氮氣(高壓氮氣的壓力為0.5mpa)，使其在下降過程中分散成細小的液滴并冷卻凝結(jié)，形成鎳鐵合金顆粒并沉降于?；业撞浚玫搅；囪F合金，其中，鎳品位為19.14％、鎳回收率97.02％，鐵品位為76.58％、鐵回收率53.44％。

技術(shù)特征：

1.一種氫氣直接還原熔煉紅土鎳礦冶煉鎳鐵合金的方法，其特征在于，包括以下步驟：

s1：將所述紅土鎳礦和助熔劑、水進行混合，得到原料混合物；

s2：將所述原料混合物進行制粒，得到粒徑小于1cm的球團；

s3：對所述球團進行干燥；

s4：將干燥后的球團加入電弧爐中，通入氫氣進行還原熔煉處理，得到鎳鐵合金熔體，冷卻后即為鎳鐵合金。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s4中，還原熔煉處理的溫度為1400-1650℃，還原熔煉處理時間為40-60min。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s4中，氫氣的通入量為標準大氣壓下每噸紅土鎳礦通入200-400m3氫氣。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s3中，干燥的溫度為80-120℃，干燥時間為30-60min。

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s4中，還原熔煉排出的尾氣返回s3中用于對球團的干燥。

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，s1中，助熔劑包括石灰石、生石灰、熟石灰中的一種或多種，紅土鎳礦、助熔劑和水的質(zhì)量比為(75-90)：(5-15)：(5-10)。

7.如權(quán)利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，將s4獲得的鎳鐵合金熔體由流槽排至?；覂?nèi)，并向由流槽流下的鎳鐵熔體噴射高壓氮氣，使其在下降過程中分散成細小的液滴并冷卻凝結(jié)，形成鎳鐵合金顆粒并沉降于?；业撞?，得到?；囪F合金。

8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述高壓氮氣的壓力為0.2-2mpa。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種氫氣直接還原熔煉紅土鎳礦冶煉鎳鐵合金的方法：S1：將所述紅土鎳礦和助熔劑、水進行混合，得到原料混合物；S2：將所述原料混合物進行制粒，得到粒徑小于1cm的球團；S3：對所述球團進行干燥；S4：將干燥后的球團加入電弧爐中，通入氫氣進行還原熔煉處理，得到鎳鐵合金熔體，冷卻后即為鎳鐵合金。本發(fā)明的方法無需紅土鎳礦預還原焙燒步驟，直接進行液相還原熔煉即可得到高鎳含量的鎳鐵合金，簡化了處理工藝，降低處理過程能耗；采用氫氣進行還原熔煉，生成物水蒸氣直接揮發(fā)，獲得的鎳鐵合金鎳品位較高，鎳品位達到18.86％以上。

技術(shù)研發(fā)人員：王親猛;陳遠林;郭學益;王松松;田慶華

受保護的技術(shù)使用者：中南大學

技術(shù)研發(fā)日：2020.06.12

技術(shù)公布日：2020.09.08