技术领域
[0001] 本
发明涉及
冶金领域，具体涉及低品质含镍铁矿的资源综合利用技术领域，尤其涉及一种含镍铁矿的利用方法。
背景技术
[0002] 镍是一种重要的战略金属，主要用于冶金行业，如生产不锈
钢、特种钢、高温
合金、精密合金和
耐热合金等。此外，在有色和特种合金、电
镀等行业以及国防制造工业等领域也需要消耗大量的镍。数据表明，大约60％的镍金属产量来源于硫化镍矿，主要原因是硫化镍矿可通过选矿富集大幅度提高镍品位，减少后期熔炼渣量，
冶炼能耗较低，资源利用较好。然而，随着硫化镍矿资源的逐渐枯竭，
氧化型镍矿的开发利用引起了各方的重视。
[0003] 世界上大多数已知或预期的镍矿储量都是红土型矿床，占全球镍资源的70％左右。红土镍矿矿床通常是分不同的层次存在于地表以下0～40m的范围，根据矿物的成分不同，可以分为褐铁矿层、过渡层和腐泥土层。
[0004] 褐铁矿层主要矿物包括褐铁矿、针铁矿和铬铁矿，同时还伴生有蒙脱石、
石英和锰氧化物等。矿物成分变化趋势为：下部以针铁矿为主，上部以赤铁矿为主，由上至下
高岭石含量逐渐增加，石英含量逐渐减少；镍主要以晶格取代铁的形式存在，镍含量较低。
[0005] 过度型和腐泥型红土矿层均属于
硅酸盐型红土矿，前者为低镁型，后者为高镁型。过渡矿层位于褐铁矿层和腐泥矿层之间称为黏土带或绿脱石带，其特点是主要矿物以绿脱石为主，并伴生有
二氧化硅，同时含有少量针铁矿；镍主要在绿脱石和硬锰矿中以不同氧化物的形式存在；
矿石成分特点是从上至下SiO2含量不断降低，MgO含量稍微有所增加。而Ni、Fe、MgO和SiO2的总含量介于褐铁矿层和腐泥矿层之间。
[0006] 腐泥矿层埋藏较深，正好在基岩之上，主要为叶蛇纹石及蒙脱石，同时也含有少量的二氧化硅和
磁铁矿等；含镍矿物主要为表生的硅镁镍矿，而镍则主要以晶格取代镁的形式存在，矿石含镍量最高，是红土矿层中利用价值最高的矿层。
[0007] 不同矿层的化学成分如表1所示。
[0008] 表1红土镍矿矿层主要化学成分分析表(
质量百分数，％)
[0009]
[0010] 不同矿床的红土镍矿含镍量不同，对应提取其中金属镍的方法也不尽相同。目前，红土镍矿的传统冶炼工艺主要分为火法工艺、
湿法工艺和火法-湿法联合工艺。一般来讲，位于红土镍矿矿床下部的硅镁镍矿，含硅和镁较高，含铁量较低，这样的矿石适合采用
火法冶金工艺来处理，湿法工艺可以处理低镍品位的红土镍矿，一般为红土镍矿的褐铁矿层和过渡层，该矿层的铁含量较高，硅镁含量较低。
[0011] 现行的镍铁生产是采用RKEF火法工艺，即
回转窑直接还原-电炉熔分工艺，原料为镍含量相对较高、铁含量相对较低的硅镁型红土镍矿(腐泥矿型)。红土镍矿配加还原剂后在回转窑中还原
焙烧，镍氧化物和铁氧化物被还原，还原焙砂热装进入电炉，通过高温冶炼进行渣铁分离，镍进入铁
水形成镍铁，镍品位可达20％-60％；硅、镁等氧化物以及部分未还原的氧化亚铁则进入渣中，后期可通过
磁选将渣中的铁进一步
回收利用。
[0012] 火法处理硅镁型红土镍矿经过几十年的发展已成为成熟工艺，然而，在大量的红土矿资源中，硅镁型红土镍矿只占其中的一部分，剩余大部分主要是镍低、铁高的低品位含镍铁矿，如褐铁矿型红土矿，这些矿藏因为镍品位低而难以利用，长期大量堆存，迫切需要开发出经济有效的利用途径，一方面缓解镍铁资源的紧张的供求关系，另一方面达到资源的综合利用。
发明内容
[0013] 针对
现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种含镍铁矿的利用方法，让低品位的含镍矿产资源得到了充分利用，提高了资源利用效率，社会和经济效益显著，推广应用前景广阔。
[0014] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0015] 一种含镍铁矿的利用方法，其方法如下：
[0016] A、将含镍铁矿晾晒至镍铁矿
含水量14％～16％，然后将晾晒后的含镍铁矿
破碎至粒度≤5mm；破碎后的含镍铁矿与还原剂、粘结剂、添加剂按照质量比80～120:7～11:0.5～1.5:9～11混合搅拌，并将混合后的混合物料均匀进行造
块处理成混合球团；
[0017] B、对步骤A中的混合球团进行选择性预还原，控制反应
温度为1000℃～1200℃，反应时间为0.5～2.0h；控制反应气氛为还原性气氛，气氛中O2浓度≤2.0％；混合球团选择性预还原后得到
金属化物料；
[0018] C、步骤B还原后的金属化物料热装进入熔分电炉，在1550～1650℃的高温条件下
熔化；然后进行渣铁分离，得到镍含量≥4％的含镍铁水和FeO含量为15％～55％的富铁熔分渣；
[0019] D、对镍含量≥4％的含镍铁水进行铸块处理；
[0020] E、对富铁熔分渣进行继续在熔分电炉中冶炼，当熔分渣中FeO含量小于10％时，然后进行铁渣分离，将铁水铸块处理，将终渣打水淬冷。
[0021] 为了更好地实现本发明，所述步骤A的还原剂采用
碳质还原剂，碳质还原剂为无烟
煤或焦粉，还原剂的加入量以步骤A中混合物料中的碳和氧的物质的摩尔量之比来控制，混合物料中的碳和氧的物质的摩尔量之比表示为C/O，控制混合物料中的C/O＝0.2～0.7，其中碳来自碳质还原剂中的固定碳含量，氧来自含镍铁矿中的Fe2O3和FeO；所述步骤A的粘结剂采用普通
无机粘结剂，普通无机粘结剂包为
膨润土，粘结剂的加入量为混合物料总量的1％～5％；所述步骤A的添加剂为石灰，添加剂的加入量为混合物料总量的5％～12％。
[0022] 本发明优选的步骤A技术方案如下：所述步骤A中的造块处理为压球造块处理，具体如下：将混合后的混合物料均匀输入压球机进行压球造块处理成混合球团，控制压球机的压
力为10～25MPa。
[0023] 本发明优选的步骤B技术方案如下：所述步骤B中的选择性预还原所采用的反应设备为冶金炉窑，冶金炉窑为回转窑或转底炉，混合球团选择性预还原后得到的金属化物料的金属化率为30％～80％。
[0024] 本发明优选的步骤E技术方案如下：所述步骤E的富铁熔分渣在熔分电炉中冶炼过程中分批次加入碳质还原剂。步骤E的富铁熔分渣可灵活处置，若周边有
高炉生产，则该熔分渣破磨后可作为
烧结的原料，按一定比例与其他烧结原料混合配料然后进行烧结，最终作为炼铁原料。若周边并无类似装备，可在含镍铁水出净后不出渣，而是对富铁熔分渣继续进行冶炼，根据
熔渣中FeO含量配入相应的碳质还原剂，碳质还原剂要小批量、多批次加入，避免还原剂一次性加入过多，反应剧烈，引起炉渣上涨甚至溢出炉外发生事故，当终渣中FeO含量为5％～10％时，出铁、出渣。铁水铸块处理，终渣冷却破碎外卖。
[0025] 本发明提出了一种含镍铁矿的利用方法，以传统的火法冶炼为
基础，通过在预还原阶段严格控制铁氧化物的还原度，使得镍氧化物尽量全部还原，而铁氧化物部分还原，进而，在熔化分离阶段产生一定量的金属铁熔池，镍进入铁相，形成镍含量≥4％的含镍铁水，硅、镁、
铝的氧化物以及未还原的铁氧化物等进入渣相。渣铁分离，含镍铁水可作为冶炼
不锈钢的原料，炉渣因含铁高，可作为烧结矿的原料，也可在炉内继续加入还原剂进行冶炼，生产铁水产品。
[0026] 本发明提出的含镍铁矿的利用方法，虽然不能产出类似于硅镁型红土矿冶炼产生的镍含量≥20％的镍铁产品，但是镍含量≥4％的含镍铁制品市场价格明显上升，存在较大的利益空间，同时，该含镍铁制品为不锈钢、特种钢的冶炼提供了来源广泛的原料，是镍铁资源的有益补充；此外，低品位的含镍矿产资源得到了充分利用，提高了资源利用效率，社会和经济效益显著，推广应用前景广阔。
[0027] 本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0028] 本发明让低品位的含镍矿产资源得到了充分利用，提高了资源利用效率，社会和经济效益显著，推广应用前景广阔。
附图说明
[0029] 图1为本发明
实施例一和实施例二相结合的流程示意图。
具体实施方式
[0030] 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
[0031] 实施例一
[0032] 本实施例以某褐铁矿型低品质的含镍铁矿为原料，以
无烟煤煤粉为还原剂、以膨润土为粘结剂、以活性石灰为添加剂，对本发明进行举例说明。
[0033] 其中110℃条件下烘干后的低品质含镍铁矿成分如表2所示。
[0034] 表2低品质含镍铁矿的成分及含量/％
[0035]样品名称 TFe Fe2O3 NiO SiO2 CaO MgO Al2O3 S P
含镍铁矿 48.25 39.372 0.908 2.16 0.411 0.227 8.51 0.15 0.012
[0036] 其中
无烟煤煤粉的成分含量如表3所示。
[0037] 表3无烟煤煤粉化学组成及含量/％
[0038]项目 S C固 挥发分 灰分
值 0.60 79.13 7.18 13.09
[0039] 其中膨润土为粘结剂，成分如表4所示。
[0040] 表4膨润土成分
[0041]项目 SiO2 CaO Al2O3 K2O Na2O Ig 其他
值/％ 58.80 4.04 13.61 1.01 2.76 13.42 6.36
[0042] 上述成分的膨润土成分的吸兰量/(g/100g)为32.0。
[0043] 其中添加剂选用活性石灰，其成分含量如表5所示。
[0044] 表5活性石灰的成分含量/％
[0045]样品名称 CaO MgO SiO2 S 其他
活性石灰 91 1.5 1.0 0.02 6.48
[0046] 本实施例含镍铁矿利用方法的具体方法如下：
[0047] (1)原料处理
[0048] 某褐铁矿型低品质含镍铁矿原矿中含有20％左右的物理水，将原矿在原料场晾晒至水分将至15％左右,破碎至粒度≤5mm，然后进行110℃条件下烘干处理。将无烟煤原煤烘干并磨细，要求200目以下的占到50％即可得到无烟煤煤粉。
[0049] (2)配混料
[0050] 将含镍铁矿粉、无烟煤煤粉、膨润土、活性石灰按照质量比为100(干基):7:1:10的比例进行配料，搅拌混匀。混合物料中碳和氧的摩尔比为0.36。
[0051] (3)混合料造块
[0052] 因原矿中含有一定的水分，因此混合料具有一定的湿度，混合物料均匀给入压球机，控制压球机的压力为18MPa，将物料制作成长×宽×厚为35×30×25的椭球形球团，＜5mm的粉料返回压球机重新压制。
[0053] (4)选择性预还原
[0054] 采用回转窑对步骤(3)中生产的矿煤混合球团进行选择性预还原，控制高温段反应温度为1100℃，物料在高温段的
停留时间为1h，得到金属化率(MFe/TFe)为30％左右的金属化物料。
[0055] (5)还原后的金属化物料热装进入熔分电炉，在1550～1650℃的高温条件下熔化，渣铁分离，镍进入铁相形成镍含量为4.5％左右的含镍铁水，硅、
钙、镁、铝以及未被还原的铁氧化物等进入渣相，形成FeO含量为45％左右的富铁熔分渣。
[0056] (6)对镍含量为4.5％左右的含镍铁水进行铸块处理。
[0057] (7)富铁熔分渣淬冷破磨后按照5％的比例与其他炼铁原料配合作为高炉烧结矿的原料使用。
[0058] 实施例二
[0059] 以某褐铁矿型低品质的含镍铁矿为原料，以无烟煤煤粉为还原剂、以膨润土为粘结剂、以活性石灰为添加剂，对本发明进行举例说明。
[0060] 其中110℃条件下烘干后的低品质含镍铁矿成分如表5所示。
[0061] 表6低品质含镍铁矿的成分及含量/％
[0062]样品名称 TFe Fe2O3 NiO SiO2 CaO MgO Al2O3 S P
含镍铁矿 34.36 49.10 1.40 3.19 1.24 1.06 9.52 0.12 0.01
[0063] 其中无烟煤煤粉、膨润土以及石灰的成分含量如实施例1中的表3、表4、表5所示。
[0064] 如图1所示，本实施例含镍铁矿利用方法的具体方法如下：
[0065] (1)原料处理
[0066] 某褐铁矿型低品质含镍铁矿原矿中含有20％左右的物理水，将原矿在原料场晾晒至水分将至15％左右,破碎至粒度≤5mm，然后进行110℃条件下烘干处理即可得到如图1所示的红土镍矿。
[0067] 将无烟煤原煤烘干并磨细，要求200目以下的占到50％，即得到如图1所示的煤粉。
[0068] (2)配混料
[0069] 将含镍铁矿粉、无烟煤煤粉、膨润土(如图1所示的粘接剂)、活性石灰(如图1所示的添加剂)按照质量比为100(干基):11:1:10的比例进行配料，搅拌混匀。混合物料中碳和氧的摩尔比为0.65，即C/O＝0.65。
[0070] (3)混合料造块
[0071] 因原矿中含有一定的水分，因此混合料具有一定的湿度，混合物料均匀给入压球机，控制压球机的压力为18MPa，将物料制作成长×宽×厚为35×30×25的椭球形球团，＜5mm的粉料返回压球机重新压制。
[0072] (4)选择性预还原
[0073] 采用回转窑对步骤(3)中生产的矿煤混合球团进行选择性预还原，控制高温段反应温度为1100℃，物料在高温段的停留时间为1h，得到金属化率(MFe/TFe)为68％左右的金属化物料。
[0074] (5)还原后的金属化物料热装进入熔分电炉，在1550～1650℃的高温条件下熔化，渣铁分离，镍进入铁相形成镍含量为4.2％左右的含镍铁水，硅、钙、镁、铝以及未被还原的铁氧化物等进入渣相，形成FeO含量为22％左右的富铁熔分渣。
[0075] (6)渣铁分离后，出铁，对镍含量为4.2％左右的含镍铁水进行铸块处理。
[0076] (7)对熔分炉内留存的FeO含量为22％左右的富铁熔分渣继续冶炼，加入焦丁作为碳质还原剂，焦丁中固定碳含量为85％，每批次焦丁的加入量控制为50-200kg，根据渣量进行调配，避免一次性加入过多焦丁，反应剧烈，引起溢渣。反应后期取渣样，当熔分渣中FeO含量小于5％时，出渣、出铁。
[0077] (8)终渣打水淬冷，铁水铸块处理。
[0078] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
