一種利用aod爐富集鎳的方法

技術(shù)領(lǐng)域

1.本發(fā)明屬于冶金工程技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種利用aod爐富集鎳的方法。

背景技術(shù)：

2.鎳是一種銀白色金屬，鎳金屬具有良好的機(jī)械強(qiáng)度及加工性、難熔耐高溫性及化學(xué)穩(wěn)定性等特點，廣泛應(yīng)用于不銹鋼、合金鋼制造領(lǐng)域。鎳礦石是含有鎳單質(zhì)或鎳鐵化合物且能夠經(jīng)濟(jì)利用的礦物集合體，是鎳金屬及鎳合金冶煉領(lǐng)域的重要原材料。根據(jù)鎳礦中鎳元素賦存形態(tài)劃分，鎳礦石可分為硫化鎳礦及紅土鎳礦兩類。高冰鎳是一種通過鎳礦冶煉生產(chǎn)的鎳、銅、鈷、鐵等金屬的硫化物共熔體，其中含鎳量達(dá)到70％左右。高冰鎳的用途可以進(jìn)一步加工為電解鎳以及鎳鹽，近幾年尤其用于生產(chǎn)硫酸鎳，經(jīng)濟(jì)價值高。

3.高冰鎳的傳統(tǒng)制備方法是利用品味較高的硫化鎳礦，通過一系列熔煉，形成低冰鎳，然后轉(zhuǎn)爐吹煉后形成高冰鎳。該技術(shù)成熟主流，是生產(chǎn)純鎳的中間產(chǎn)品。然而，硫化鎳礦全球儲量較少，產(chǎn)能有限；全球儲量較多的是紅土鎳礦。但紅土鎳礦由于雜質(zhì)多，含鎳量低，傳統(tǒng)上主要用于生產(chǎn)高鎳鐵，進(jìn)而用于生產(chǎn)不銹鋼。目前，鮮有報道通過紅土鎳礦直接制備高冰鎳的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

4.針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種利用aod爐富集鎳的方法，旨在解決傳統(tǒng)利用硫化鎳礦制備高冰鎳的方法產(chǎn)能有限、成本高、耗時長等問題。

5.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種利用aod爐富集鎳的方法，包括如下步驟：

6.s1、將采用rkef工藝冶煉紅土鎳礦后得到的產(chǎn)物作為原料兌入aod爐中，形成爐液；

7.s2、利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氧吹煉，氧化所述爐液中易氧化的元素；

8.s3、加入冷料，繼續(xù)利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氧吹煉，氧化所述爐液中的鐵元素；

9.s4、利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氮氣，充分?jǐn)嚢?，待所述冷料化清后排渣?br />
10.s5、重復(fù)步驟s3和步驟s4，每次排渣后取樣分析所述爐液中的鎳元素含量，當(dāng)鎳元素含量達(dá)到要求鎳點時停止重復(fù)步驟；

11.s6、出鐵，在出鐵過程中同時對鐵水進(jìn)行脫氧及合金化。

12.優(yōu)選地，步驟s1中，所述原料中硅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于1.5％。

13.優(yōu)選地，步驟s1中，根據(jù)aod爐爐齡設(shè)定兌入aod爐中的所述原料的質(zhì)量。

14.優(yōu)選地，步驟s1中，兌入所述原料前，先加入造渣劑，所述造渣劑的加入量為所述爐液的3％～5％。

15.優(yōu)選地，步驟s2中，吹煉溫度為1560℃～1680℃。

16.優(yōu)選地，步驟s3中，加入冷料后降溫至1360℃～1480℃。

17.優(yōu)選地，步驟s3中，吹煉溫度為1560℃～1680℃。

18.優(yōu)選地，步驟s6中，向鐵水中加入硅鐵合金以實現(xiàn)鐵水的脫氧和合金化。

19.按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種利用aod爐制備高冰鎳的方法，包括如下步驟：

20.s1、將采用rkef工藝冶煉紅土鎳礦后得到的產(chǎn)物作為原料兌入aod爐中，形成爐液；

21.s2、利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氧吹煉，氧化所述爐液中易氧化的元素；

22.s3、加入冷料，繼續(xù)利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氧吹煉，氧化所述爐液中的鐵元素；

23.s4、利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氮氣，充分?jǐn)嚢?，待所述冷料化清后排渣?br />
24.s5、依次重復(fù)步驟s3和步驟s4，每次排渣后取樣分析所述爐液中的鎳元素含量，當(dāng)鎳元素含量達(dá)到要求鎳點時停止重復(fù)步驟；

25.s6、出鐵，在出鐵過程中同時對鐵水進(jìn)行脫氧及合金化，出鐵后經(jīng)過硫化得到高冰鎳。

26.優(yōu)選地，步驟s5中，重復(fù)步驟s3和步驟s4至少三次，排渣后爐液中的鎳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于75％。

27.總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

28.本發(fā)明富集鎳的方法是利用根據(jù)rkef工藝流程冶煉紅土鎳礦得出的產(chǎn)物在aod爐中進(jìn)行脫c、si、mn等元素并除去鐵水中多余的fe含量的原理，來進(jìn)行富集。aod爐富集鎳工藝可將rkef工藝冶煉出來的產(chǎn)物鎳含量提高至75％及以上。應(yīng)用該方法產(chǎn)出的富集鎳后續(xù)可直接進(jìn)行硫化為高冰鎳或直接代替純鎳使用，相比傳統(tǒng)利用轉(zhuǎn)爐冶煉制備高冰鎳的工藝，其工藝更簡單，冶煉周期大大縮短，成本更低。

附圖說明

29.圖1為本發(fā)明實施例提供的利用aod爐富集鎳的工藝流程圖。

具體實施方式

30.為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

31.本發(fā)明實施例提供的一種利用aod爐富集鎳或制備高冰鎳的方法，其包括如下步驟：

32.(1)將采用rkef工藝冶煉紅土鎳礦后得到的產(chǎn)物作為原料兌入aod爐中，形成爐液。

33.目前，國內(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，濕法工藝是使用硫酸、鹽酸或者氨水溶液作為浸出劑，浸出紅土鎳礦中的鎳和鈷金屬離子，常見的濕法處理工藝有高壓酸浸工藝(hpal)、常壓酸浸工藝(pal)和氨浸工藝(caron)?；鸱üに囀窃诟邷貤l件下，以c作為還原劑，對氧化鎳礦中的nio及其他氧化物進(jìn)行還原而得?；鸱ㄒ睙捯蚓哂辛鞒潭獭⑷龔U(指廢氣、廢水和廢渣)排放量少、工藝成熟等特點，已成為紅土鎳礦冶煉

的主要工藝。目前國內(nèi)外常見的4種火法工藝為燒結(jié)-高爐流程(bf)、回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐法(rkef)、多米尼加鷹橋豎爐-電爐工藝和日本大江山回轉(zhuǎn)窯直接還原法。其中，rkef法是目前火法處理紅土鎳礦的先進(jìn)及成熟工藝，具有產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，因此本發(fā)明將紅土鎳礦根據(jù)rkef工藝流程進(jìn)行冶煉的產(chǎn)物作為aod爐富集鎳的原料。

34.本發(fā)明對rkef工藝冶煉產(chǎn)出的鐵水成分沒有特殊限定，通常情況下要求硅含量≤1.5％，主要原因是若鐵水中硅點過高會導(dǎo)致吹煉時溫度升高過快，則不利于過程溫度控制，且需加入較多冷料以降溫，而產(chǎn)生較大的渣量，冶煉中容易產(chǎn)生噴濺。

35.aod爐(argon oxygen decarburization furnace)是基于氬氧脫碳法的精煉設(shè)備，其外形與轉(zhuǎn)爐近似，爐體安放在一個可以前后傾翻的托圈上，由銷釘固定。aod爐通常用于精煉不銹鋼，冶煉時吹入o2、ar或n2混合氣體，對鋼水脫碳，同時由加料系統(tǒng)加入還原劑、脫硫劑、鐵合金或冷卻劑等調(diào)整鋼水成分和溫度，冶煉出合格的不銹鋼水供連鑄機(jī)。其具有設(shè)備簡單、操作方便、適應(yīng)性強(qiáng)、投資省、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。本發(fā)明將利用rkef工藝冶煉紅土鎳礦得出的產(chǎn)物在aod爐中進(jìn)行脫c、si、mn等元素并除去鐵水中多余的fe含量的原理，來進(jìn)行鎳的富集。

36.一些實施例中，宜根據(jù)aod爐爐齡設(shè)定兌入aod爐中的原料的質(zhì)量。以采用公稱噸位為100噸的aod爐為例，aod爐處于前期爐齡(1～10爐)，原料質(zhì)量控制在70～80噸，aod爐處于中期爐齡(11～90爐)，原料質(zhì)量控制在80～100噸，aod爐處于后期爐齡(90爐以上)，考慮到后期爐耐材侵蝕程度及生產(chǎn)安全性，也適當(dāng)降低原料質(zhì)量，或不適用后期爐殼冶煉。

37.一些實施例中，兌入所述原料前，先加入造渣劑，所述造渣劑的加入量為兌鐵后爐液的3％～5％，以平衡爐內(nèi)堿度(冶煉過程保持在ph4～5)并保護(hù)爐襯，

38.(2)第一階段吹煉(脫碳氧化期)，利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氧，氧化所述爐液中易氧化的元素。

39.具體地，兌入原料后利用aod爐頂槍和側(cè)槍供氧，過程溫度宜控制在1560℃～1680℃，經(jīng)計算供氧約3500m3左右，氧化掉鐵水中的c、si、mn、cr等元素，根據(jù)原子質(zhì)量守恒定律鐵水中除了ni以外的其它元素后續(xù)會隨熔渣排出爐內(nèi)，ni元素的濃度會隨著其它元素的稀釋而增加。

40.化學(xué)反應(yīng)原理包括：2c+o2＝2co；2co+o2＝2co2；si+o2＝sio2；4cr+3o2＝2cr2o3；mn+o2＝mno2。

41.(3)第二階段吹煉(脫鐵提鎳期)，加入冷料，繼續(xù)利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氧吹煉，氧化所述爐液中的鐵元素。

42.具體地，氧化完鐵水中的易氧化的元素后，加入一斗冷料(例如氧化鐵渣，即其它爐次冶煉過程中排放出的渣，經(jīng)過冷卻后使用)降溫，爐內(nèi)溫度降低至1360℃～1480℃。加完第一斗冷料后，繼續(xù)供氧2000m3左右，溫度再次升高至步驟(2)溫度范圍內(nèi)(1560℃～1680℃)，氧氣繼續(xù)與鐵水中的fe元素反應(yīng)，氧化爐中鐵水的fe元素，同理降低fe元素含量、提高鎳元素在鐵水中的含量。

43.化學(xué)反應(yīng)原理包括：2fe+o2＝2feo；6feo+o2＝2fe3o4。

44.(4)利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氮氣，充分?jǐn)嚢?，待所述冷料化清后排渣?br />
45.具體地，將吹氧氣換為吹氮氣，主要起強(qiáng)對流攪拌作用，并釋放爐內(nèi)多余的co、co2，氮氣攪拌200m3后可倒?fàn)t，倒?fàn)t觀察爐內(nèi)冷料融化情況后可進(jìn)行第一次排渣操作，氧氣

與鐵劇烈反應(yīng)產(chǎn)生的fe3o4伴隨造渣劑等熔渣一起排出。

46.(5)依次重復(fù)步驟s3和步驟s4，每次排渣后取樣分析爐液中的鎳元素含量，當(dāng)鎳元素含量達(dá)到要求鎳點時停止重復(fù)步驟。

47.具體地，反復(fù)排渣操作，即重復(fù)步驟(3)和步驟(4)，排出爐內(nèi)fe3o4及造渣劑，從而達(dá)到降低鐵水中鐵元素含量、富集鎳元素的目的。每次排渣后取樣分析爐內(nèi)鐵水中的鎳元素含量，當(dāng)鎳元素含量達(dá)到要求鎳點時可停止加料。根據(jù)富集不同鎳點考慮重復(fù)操作次數(shù)，富集鎳點越高所需重復(fù)次數(shù)越多。

48.(6)出鐵，在出鐵過程中同時對鐵水進(jìn)行脫氧及合金化。

49.排凈最后一次fe3o4產(chǎn)物后即可出鐵。由于前期向aod爐內(nèi)供氧去除c、si、mn、cr等雜質(zhì)，氧化精煉結(jié)束后，鐵水中氧含量通常較高。如果鐵水不進(jìn)行脫氧，澆鑄時不能得到正確的凝固組織結(jié)構(gòu)；鎳鐵中氧含量高，還會產(chǎn)生皮下氣泡、疏松等缺陷，還會產(chǎn)生過多的氧化物夾雜，降低鎳鐵的塑性、沖擊韌性等力學(xué)性能。因此，本發(fā)明必須去除冶煉后鐵水中的過剩氧，具體操作是，出鐵過程中一邊出鐵，一邊向鐵包中加入300kg左右的硅鐵合金，起脫氧及合金化作用。出鐵后澆鑄成鎳鐵塊，在原始鐵水的基礎(chǔ)上提升鐵水含鎳點附加值，可代替部分純鎳使用，或者出鐵后經(jīng)過硫化，得到高冰鎳。

50.具體而言，在以下不同實施例中兌入不同的rkef原始鐵水利用上述工藝方法富集鎳。

51.實施例1

52.兌入rkef產(chǎn)出原料鐵水，其成分按質(zhì)量百分比計為c：2.86％，si：0.09％，mn：0.01％，cr：1.04％，ni：12.36％，co：0.31％，s：0.23％，p：0.04％，fe：83.06％。

53.脫碳氧化結(jié)束后，根據(jù)相同操作條件反復(fù)步驟(3)和步驟(4)共四次進(jìn)行脫鐵提鎳，得到高鎳點鐵水。

54.過程鐵元素含量控制：83.06％

→

79.26％

→

71.89％

→

57.96％

→

16.50％；

55.過程鎳元素含量控制：12.36％

→

19.22％

→

25.33％

→

39.09％

→

76.90％。

56.完成上述脫鐵提鎳的重復(fù)操作后，經(jīng)過對試樣的化驗分析，達(dá)到成品所需鎳元素含量后方可考慮進(jìn)行出鐵操作。

57.在本實施例中，鎳含量從12.36％冶煉至76.90％只需142min，相比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐冶煉大大縮短了冶煉周期。

58.實施例2

59.兌入rkef產(chǎn)出原料鐵水，其成分按質(zhì)量百分比計為c：3.08％，si：0.15％，mn：0.01％，cr：1.21％，ni：11.04％，co：0.19％，s：0.25％，p：0.04％，fe：84.03％。

60.脫碳氧化結(jié)束后，根據(jù)相同操作條件反復(fù)步驟(3)和步驟(4)共六次進(jìn)行脫鐵提鎳，得到更高鎳點鐵水。

61.過程鐵元素含量控制：84.03％

→

83.53％

→

63.73％

→

63.47％

→

53.31％

→

33.35％

→

13.28％；

62.過程鎳元素含量控制：11.04％

→

14.27％

→

32.07％

→

32.63％

→

42.59％

→

62.85％

→

82.62％。

63.完成上述脫鐵提鎳的重復(fù)操作后，經(jīng)過對試樣的化驗分析，達(dá)到成品所需鎳元素含量后方可考慮進(jìn)行出鐵操作。

64.實施例3

65.兌入rkef產(chǎn)出原料鐵水，其成分按質(zhì)量百分比計為c：2.83％，si：0.13％，mn：0.01％，cr：0.79％，ni：12.35％，co：0.26％，s：0.27％，p：0.04％，fe：83.32％。

66.脫碳氧化結(jié)束后，根據(jù)相同操作條件反復(fù)步驟(3)和步驟(4)共七次進(jìn)行脫鐵提鎳，得到更高鎳點鐵水。

67.過程鐵元素含量控制：83.32％

→

81.01％

→

75.46％

→

63.58％

→

53.55％

→

46.20％

→

24.56％

→

8.13％；

68.過程鎳元素含量控制：12.35％

→

18.10％

→

22.71％

→

34.04％

→

43.88％

→

53.84％

→

75.83％

→

88.18％。

69.以上案例完成上述排鐵提鎳的重復(fù)操作后，經(jīng)過對試樣的化驗分析，達(dá)到成品所需鎳元素含量后方可考慮進(jìn)行出鐵操作。

70.從本發(fā)明實施例1-3可以看出，可通過重復(fù)更多次數(shù)的排鐵提鎳操作，實現(xiàn)富集更高鎳點。

71.本發(fā)明利用aod爐富集鎳制備高冰鎳的方法操作簡單，成本低，鎳元素含量能從不超過13％提升至75％以上，相比現(xiàn)有利用轉(zhuǎn)爐冶煉制備高冰鎳的工藝，冶煉時間大大縮短，效率更高。

72.本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種利用aod爐富集鎳的方法，其特征在于，包括如下步驟：s1、將采用rkef工藝冶煉紅土鎳礦后得到的產(chǎn)物作為原料兌入aod爐中，形成爐液；s2、利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氧吹煉，氧化所述爐液中易氧化的元素；s3、加入冷料，繼續(xù)利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氧吹煉，氧化所述爐液中的鐵元素；s4、利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氮氣，充分?jǐn)嚢瑁隼淞匣搴笈旁?；s5、依次重復(fù)步驟s3和步驟s4，每次排渣后取樣分析所述爐液中的鎳元素含量，當(dāng)鎳元素含量達(dá)到要求鎳點時停止重復(fù)步驟；s6、出鐵，在出鐵過程中同時對鐵水進(jìn)行脫氧及合金化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用aod爐富集鎳的方法，其特征在于：步驟s1中，所述原料中硅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于1.5％。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用aod爐富集鎳的方法，其特征在于：步驟s1中，根據(jù)aod爐爐齡設(shè)定兌入aod爐中的所述原料的質(zhì)量。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用aod爐富集鎳的方法，其特征在于：步驟s1中，兌入所述原料前，先加入造渣劑，所述造渣劑的加入量為所述爐液的3％～5％。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用aod爐富集鎳的方法，其特征在于：步驟s2中，吹煉溫度為1560℃～1680℃。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用aod爐富集鎳的方法，其特征在于：步驟s3中，加入冷料后降溫至1360℃～1480℃。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用aod爐富集鎳的方法，其特征在于：步驟s3中，吹煉溫度為1560℃～1680℃。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的利用aod爐富集鎳的方法，其特征在于：步驟s6中，向鐵水中加入硅鐵合金以實現(xiàn)鐵水的脫氧和合金化。9.一種利用aod爐制備高冰鎳的方法，其特征在于，包括如下步驟：s1、將采用rkef工藝冶煉紅土鎳礦后得到的產(chǎn)物作為原料兌入aod爐中，形成爐液；s2、利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氧吹煉，氧化所述爐液中易氧化的元素；s3、加入冷料，繼續(xù)利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氧吹煉，氧化所述爐液中的鐵元素；s4、利用aod爐頂槍和側(cè)槍配合供氮氣，充分?jǐn)嚢?，待所述冷料化清后排渣；s5、重復(fù)步驟s3和步驟s4，每次排渣后取樣分析所述爐液中的鎳元素含量，當(dāng)鎳元素含量達(dá)到要求鎳點時停止重復(fù)步驟；s6、出鐵，在出鐵過程中同時對鐵水進(jìn)行脫氧及合金化，出鐵后經(jīng)過硫化得到高冰鎳。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用aod爐制備高冰鎳的方法，其特征在于：步驟s5中，重復(fù)步驟s3和步驟s4至少三次，排渣后爐液中的鎳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于75％。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明屬于冶金工程技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種利用AOD爐富集鎳的方法，包括：將采用RKEF工藝冶煉紅土鎳礦后得到的產(chǎn)物作為原料兌入AOD爐中，形成爐液；利用AOD爐頂槍和側(cè)槍配合供氧吹煉，氧化爐液中易氧化的元素；加入冷料，繼續(xù)供氧吹煉，氧化爐液中的鐵元素；利用頂槍和側(cè)槍配合供氮氣，充分?jǐn)嚢?，待所述冷料化清后排渣；依次重?fù)上兩步，每次排渣后取樣分析爐液中的鎳元素含量，當(dāng)鎳元素含量達(dá)到要求鎳點時停止重復(fù)步驟；出鐵，在出鐵過程中同時對鐵水進(jìn)行脫氧及合金化。與現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐冶煉制備高冰鎳，本發(fā)明AOD爐富集鎳工藝得出的產(chǎn)物后續(xù)可直接進(jìn)行硫化作為高冰鎳使用，其工藝操作簡單，消耗及成本較低，同時大大縮短了冶煉周期。同時大大縮短了冶煉周期。同時大大縮短了冶煉周期。

技術(shù)研發(fā)人員：王泰剛 李玉峰 陳強(qiáng)

受保護(hù)的技術(shù)使用者：陳強(qiáng) 王俊偉 賀祥立 肖賀 黃高 王泰剛

技術(shù)研發(fā)日：2022.07.01

技術(shù)公布日：2022/11/22