權(quán)利要求

1.氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，包括：

(1)干燥預(yù)熱：將氧化鎳礦進(jìn)行干燥預(yù)熱，產(chǎn)出溫度為600～900℃的熱態(tài)氧化鎳礦；

(2)熔融還原硫化：將干燥預(yù)熱后的氧化鎳礦、熔劑連續(xù)加入熔煉爐熔池內(nèi)；將還原劑、硫化劑、富氧空氣噴入熔煉爐內(nèi)熔池反應(yīng)區(qū)，控制富氧空氣對還原劑的氧氣過剩系數(shù)α為0.3～0.4；控制爐內(nèi)溫度為1400～1550℃，熔煉爐內(nèi)加入的物料在熔融狀態(tài)下發(fā)生還原硫化反應(yīng)，產(chǎn)出低冰鎳和爐渣。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，所述步驟(1)還包括對預(yù)熱后的熱態(tài)氧化鎳礦進(jìn)行篩分，控制進(jìn)入熔煉爐內(nèi)的熱態(tài)氧化鎳礦的粒徑小于50mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，熔融還原硫化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔夥祷夭襟E(1)中用于對氧化鎳礦進(jìn)行干燥預(yù)熱。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，熔融還原硫化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的煙氣經(jīng)除塵后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫硫，采用氧化鈣或碳酸鈣作為脫硫劑，脫硫過程產(chǎn)生的硫酸鈣返回步驟(2)中用作熔劑和硫化劑。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，所述熔劑為硫酸鈣、碳酸鈣中的至少一種，所述熔融還原硫化步驟中按照氧化鎳礦與熔劑的質(zhì)量比為100∶5～15進(jìn)行加料。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，所述還原劑為焦粉、煙煤或無煙煤，所述還原劑的粒度為200目以上大于80％，氧化鎳礦與還原劑加入量的質(zhì)量比為100∶15～25。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，所述硫化劑為硫磺、硫酸鈣中的至少一種，氧化鎳礦與硫化劑按照氧化鎳礦與硫的質(zhì)量比為100∶2～4進(jìn)行加料。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，所述硫化劑為硫磺、硫酸鈣中的至少一種，所述硫化劑以粉末狀噴入熔煉爐內(nèi)，所述硫化劑的粒度為100目以上大于80％。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，所述硫化劑為硫磺，所述硫化劑以液態(tài)形式噴入熔煉爐內(nèi)熔池反應(yīng)區(qū)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，所述熔融還原硫化步驟中，噴入熔煉爐內(nèi)熔池反應(yīng)區(qū)的富氧空氣中氧氣的體積濃度為80～95％。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，所述熔融還原硫化步驟中，還原劑與硫化劑通過壓縮空氣噴入熔池反應(yīng)區(qū)，富氧空氣以及輸送還原劑與硫化劑的壓縮空氣的壓力為0.2Mpa～0.4Mpa。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，還包括向爐內(nèi)液面以上氣相空間第二次噴入富氧空氣，用以燃燒爐內(nèi)液面以上氣相空間內(nèi)的一氧化碳。

13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，第二次噴入富氧空氣中氧氣的體積濃度為60～80％，該第二次噴入富氧空氣的壓力為0.05Mpa～0.1Mpa。

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，控制所產(chǎn)出的低冰鎳的金屬化率Me形式為0.20～0.35，該低冰鎳的金屬化率Me形式為：低冰鎳中硫的理論含量S理論與低冰鎳中硫的實(shí)際含量S實(shí)際差值比上低冰鎳中硫的理論含量S理論，Me形式＝(S理論-S實(shí)際)/S理論，硫的理論含量S理論為低冰鎳中鐵、鎳、鈷均被完全硫化時(shí)的理論含硫量。

15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，其特征在于，物料在熔煉爐內(nèi)熔融還原硫化反應(yīng)時(shí)間為1～1.5h。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氧化鎳礦冶煉技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種氧化鎳礦熔融還原硫化一步冶煉低冰鎳的方法。

背景技術(shù)

鎳是一種重要的戰(zhàn)略金屬，具有耐高溫、抗腐蝕、良好的延展性等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于不銹鋼、電鍍以及電池材料等領(lǐng)域。鎳礦資源主要為硫化鎳礦和氧化鎳礦，硫化鎳礦含鎳較高，更加容易開發(fā)利用，隨著硫化鎳礦資源減少，開發(fā)利用氧化鎳礦成為必然趨勢。全球氧化鎳礦資源占鎳礦總量的70％以上，主要分布在赤道附近的印度尼西亞、新喀里多尼亞、古巴、菲律賓、巴西、哥倫比亞和多米尼加等國。

目前處理氧化鎳礦的工藝主要有濕法和火法，濕法工藝主要有氨浸工藝和酸浸工藝，但濕法工藝存在原料適應(yīng)性差、投資高、浸出渣容易對環(huán)境造成污染等問題，因此，濕法工藝處理氧化鎳礦占比較低。

火法工藝處理氧化鎳礦按照熔煉產(chǎn)品又可以分為鎳鐵工藝和鎳锍工藝，其中鎳鐵工藝是指將氧化鎳礦還原熔煉得到鎳鐵合金，鎳锍工藝是指外加硫化劑，生產(chǎn)過程中進(jìn)行造锍和造渣，得到中間產(chǎn)品低冰鎳，然后通過吹煉工藝得到高冰鎳。目前火法工藝按照熔煉設(shè)備主要有高爐熔煉工藝、鼓風(fēng)爐熔煉工藝、回轉(zhuǎn)窯直接還原粒鐵工藝、回轉(zhuǎn)窯預(yù)還原—電爐熔煉工藝。

高爐熔煉工藝將氧化鎳礦燒結(jié)塊配料加入小高爐進(jìn)行還原熔煉，產(chǎn)出爐渣和含鎳生鐵，但原料適應(yīng)性差、鎳鐵含鎳品位低、能耗高、容易結(jié)爐等。鼓風(fēng)爐造锍熔煉氧化鎳礦工藝，將氧化鎳礦、硫化劑、熔劑、焦炭等分批加入鼓風(fēng)爐進(jìn)行熔煉，產(chǎn)出低冰鎳和爐渣，然而由于鼓風(fēng)爐設(shè)備小，該工藝處理量小，且原料適應(yīng)性差、環(huán)境污染嚴(yán)重、需要使用大量優(yōu)質(zhì)焦炭，能耗高?；剞D(zhuǎn)窯直接還原粒鐵工藝處理紅土礦生產(chǎn)鎳鐵，也稱大江山法，流程短，能耗低，但操作條件苛刻、操作難度大、耐火材料使用周期短?；剞D(zhuǎn)窯預(yù)還原—電爐熔煉工藝是目前世界范圍內(nèi)冶煉生產(chǎn)鎳鐵的主流工藝，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，鎳鐵產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，但是電爐能耗高，裝機(jī)負(fù)荷大。

隨著全球電池材料對鎳的需求量快速增長，傳統(tǒng)的硫化鎳礦資源已經(jīng)無法滿足市場需求，而氧化鎳礦主要去向?yàn)椴讳P鋼領(lǐng)域，因此開發(fā)利用氧化鎳礦生產(chǎn)中間產(chǎn)品用于電池材料領(lǐng)域勢在必行。

鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決目前氧化鎳礦冶煉過程存在的技術(shù)缺陷，提供一種氧化鎳礦生產(chǎn)低冰鎳的方法，該方法具有環(huán)境友好、流程短、原料適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的∶

一種氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，包括：

(1)干燥預(yù)熱：將氧化鎳礦進(jìn)行干燥預(yù)熱，產(chǎn)出溫度為600～900℃的熱態(tài)氧化鎳礦；

(2)熔融還原硫化：將干燥預(yù)熱后的氧化鎳礦、熔劑連續(xù)加入熔煉爐熔池內(nèi)；將還原劑、硫化劑、富氧空氣噴入熔煉爐內(nèi)熔池反應(yīng)區(qū)，控制富氧空氣對還原劑的氧氣過剩系數(shù)α為0.3～0.4；控制爐內(nèi)溫度為1400～1550℃，爐內(nèi)加入的物料在熔融狀態(tài)下發(fā)生還原硫化反應(yīng)，產(chǎn)出低冰鎳和爐渣；所產(chǎn)出的低冰鎳含鎳15％～30％，含鈷0.5％～3％，鎳金屬回收率為88％～96％，鈷金屬回收率為80％～90％。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)還包括對預(yù)熱后的熱態(tài)氧化鎳礦進(jìn)行篩分，控制進(jìn)入熔煉爐內(nèi)的熱態(tài)氧化鎳礦的粒徑小于50mm，后續(xù)熱態(tài)氧化鎳礦以小尺寸顆粒狀加入熔池熔煉爐內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，粒徑小、快速熔化，反應(yīng)速度快。

進(jìn)一步地，所述還原劑為焦粉、煙煤或無煙煤，所述還原劑的粒度為200目以上大于80％，氧化鎳礦與還原劑加入量的質(zhì)量比為100∶15～25。

進(jìn)一步地，所述硫化劑可以為硫磺、硫酸鈣、硫化鎳精礦、硫鐵礦等；所述硫化劑優(yōu)選為硫磺、硫酸鈣，進(jìn)一步優(yōu)選為硫磺，其中，硫酸鈣可以通過煙氣鈣法脫硫得到，返回用作熔劑和硫化劑，硫磺作為硫化劑，相對于硫化鎳精礦、硫鐵礦等硫化礦作為硫化劑，在熔煉過程中不會(huì)引入新的金屬雜質(zhì)，不會(huì)增大爐渣產(chǎn)量，避免了硫化劑中金屬雜質(zhì)對低冰鎳產(chǎn)品的影響。

進(jìn)一步地，所述硫化劑以粉末狀噴入熔煉爐內(nèi)，所述硫化劑的粒度為100目以上大于80％，優(yōu)選為200目以上大于80％，所述氧化鎳礦與硫化劑按照氧化鎳礦與硫的質(zhì)量比為100∶2～4進(jìn)行加料。

可選地，當(dāng)所述硫化劑為硫磺時(shí)，硫磺還能夠以液態(tài)形式噴入熔煉爐內(nèi)熔池反應(yīng)區(qū)。

進(jìn)一步地，熔融還原硫化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔夥祷夭襟E(1)中用于對氧化鎳礦進(jìn)行干燥預(yù)熱，然后煙氣經(jīng)除塵后進(jìn)入脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫硫，采用氧化鈣或碳酸鈣作為脫硫劑，脫硫過程產(chǎn)出硫酸鈣，所產(chǎn)生的硫酸鈣返回步驟(2)中用作熔劑和硫化劑。

進(jìn)一步地，所述熔劑為硫酸鈣、碳酸鈣中的至少一種，所述熔融還原硫化步驟中按照氧化鎳礦與熔劑的質(zhì)量比為100∶5～15進(jìn)行加料。

進(jìn)一步地，所述熔融還原硫化步驟中，噴入熔煉爐內(nèi)熔池反應(yīng)區(qū)的富氧空氣中氧氣的體積濃度為80～95％，還原劑與硫化劑通過壓縮空氣噴入熔池反應(yīng)區(qū)，富氧空氣以及輸送還原劑與硫化劑的壓縮空氣的壓力為0.2Mpa～0.4Mpa。

進(jìn)一步地，向爐內(nèi)液面以上氣相空間第二次噴入富氧空氣，該第二次噴入富氧空氣中氧氣的體積濃度為60～80％，該第二次噴入富氧空氣的壓力為0.05Mpa～0.1Mpa，用以燃燒爐內(nèi)液面以上氣相空間內(nèi)的一氧化碳CO。

進(jìn)一步地，控制所產(chǎn)出的低冰鎳的金屬化率Me形式為0.20～0.35，該低冰鎳的金屬化率Me形式為：低冰鎳中硫的理論含量S理論與低冰鎳中硫的實(shí)際含量S理論差值比上低冰鎳中硫的理論含量S理論，Me形式＝(S理論-S實(shí)際)/S理論，其中，S理論為低冰鎳中的鐵、鎳、鈷分別完全以硫化亞鐵(FeS)、二硫化三鎳(Ni3S2)、硫化鈷(CoS)形式存在時(shí)即低冰鎳中鐵、鎳、鈷均被完全硫化時(shí)的理論含硫量。

進(jìn)一步地，物料在熔煉爐內(nèi)熔融還原硫化反應(yīng)時(shí)間為1～1.5h。

進(jìn)一步地，以上用于還原硫化的熔煉爐為圓形立式結(jié)構(gòu)或是方形立式結(jié)構(gòu)的熔池熔煉爐。

本發(fā)明具有以下有益效果∶

(1)解決了目前氧化鎳礦主要產(chǎn)品為用于不銹鋼領(lǐng)域的鎳鐵合金，難以用于電池材料的局限性，為未來電池材料領(lǐng)域?qū)︽囍虚g產(chǎn)品的巨大需求提供鎳資源保障。

(2)本發(fā)明采用焦粉或粉煤作為燃料和還原劑，硫磺粉或硫酸鈣作為硫化劑，還原劑與硫化劑直接噴入反應(yīng)區(qū)域的熔池中，利用效率高，氣氛容易控制，硫化效率高，煙氣脫硫系統(tǒng)負(fù)荷小，煙氣處理成本低。

(3)相對于現(xiàn)有高爐及鼓風(fēng)爐熔煉工藝采用焦炭為燃料，本發(fā)明整個(gè)工藝過程以煤或焦粉作為燃料和還原劑，并采用高濃度富氧熔煉，物料熱態(tài)入爐，系統(tǒng)能耗低、效率高。

(4)具有原料適應(yīng)性強(qiáng)，相對濕法工藝，可以處理含鎂鋁高的氧化鎳礦，相對于電爐工藝，產(chǎn)品為低冰鎳，氧化鎳礦中的鈷得到回收，可用于后續(xù)的電池材料領(lǐng)域，所產(chǎn)出的低冰鎳具有較高的品位和較高的鎳、鈷回收率。

(5)與濕法工藝相比，產(chǎn)出的熔煉渣性質(zhì)穩(wěn)定，不會(huì)對環(huán)境造成污染，且原料適應(yīng)性強(qiáng)，可以處理含鎂鋁高的氧化鎳礦。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

請參閱圖1，本發(fā)明提供一種氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法，該方法包括以下步驟∶

(1)干燥預(yù)熱：將氧化鎳礦進(jìn)行干燥預(yù)熱，產(chǎn)出溫度為600～900℃的熱態(tài)氧化鎳礦。

(2)熔融還原硫化：將熱態(tài)氧化鎳礦、熔劑從爐頂加入熔煉爐熔池內(nèi)。將還原劑、硫化劑、富氧空氣從爐身噴入爐內(nèi)熔池反應(yīng)區(qū)域，控制爐內(nèi)還原劑與鼓入富氧空氣中氧的耗量指標(biāo)，氧氣過剩系數(shù)α為0.3～0.4。向爐內(nèi)液面以上氣相空間第二次噴入富氧空氣，控制爐內(nèi)溫度為1400～1550℃；向爐內(nèi)加入的物料在熔融狀態(tài)下發(fā)生還原硫化反應(yīng)，產(chǎn)出低冰鎳和爐渣，控制低冰鎳的金屬化率Me形式為0.20～0.35，所產(chǎn)出的低冰鎳含鎳15％～30％，含鈷0.5％～3％，鎳金屬回收率為88％～96％，鈷金屬回收率為80％～90％。

根據(jù)附圖1，該方法主要分為氧化鎳礦干燥預(yù)熱和氧化鎳礦熔融還原硫化兩部分。

【氧化鎳礦干燥預(yù)熱】

氧化鎳礦進(jìn)行干燥預(yù)熱，主要目的是脫除氧化鎳礦的物理水和結(jié)晶水，并將氧化鎳礦預(yù)熱至600～900℃，為下一步的熔煉提供熱態(tài)物料，提高熔煉效率，物料溫度越高，越有利于下一步熔煉，但是過高的出料溫度，干燥預(yù)熱設(shè)備容易形成爐結(jié)，影響設(shè)備運(yùn)行。在氧化鎳干燥預(yù)熱工序中，熱源采用下一步工序熔煉的高溫?zé)煔?，不足熱量采用粉煤燃燒補(bǔ)充。氧化鎳礦干燥預(yù)熱設(shè)備可采用回轉(zhuǎn)窯或其他設(shè)備，這里不作特別限制。干燥預(yù)熱產(chǎn)出的熱態(tài)物料經(jīng)過格柵篩分，篩下物控制小于50mm，具體粒徑不作具體要求，較小粒徑的氧化鎳礦比表面面積大，反應(yīng)速度快，利于充分反應(yīng)。

【氧化鎳礦熔融還原硫化】

干燥預(yù)熱設(shè)備產(chǎn)出的熱態(tài)氧化鎳礦與熔劑從爐頂連續(xù)加入熔煉爐中，還原劑、硫化劑、富氧空氣從爐身噴入熔池反應(yīng)區(qū)域，物料在熔池反應(yīng)區(qū)域完成還原硫化等系列反應(yīng)，反應(yīng)生成低冰鎳和爐渣，低冰鎳和爐渣在爐內(nèi)反應(yīng)區(qū)域以下實(shí)現(xiàn)分離，低冰鎳間斷放出，爐渣連續(xù)放出水淬。

本發(fā)明熔煉采用粉煤或焦粉作為燃料和還原劑，所述的焦粉或粉煤(煙煤或無煙煤)，粒度為200目以上大于80％，其中氧化鎳礦與還原劑加入量的質(zhì)量比為100∶(15～25)，還原劑直接噴入熔池反應(yīng)區(qū)域。本發(fā)明采用硫磺或硫酸鈣作為硫化劑，粒度為200目以上大于80％，氧化鎳礦與硫化劑(按硫的質(zhì)量)加入量的質(zhì)量比為100∶(2～4)，硫化劑直接噴入熔池反應(yīng)區(qū)域，硫化效率高，硫化劑利用率可達(dá)80％以上，即硫化劑中的硫80％以上進(jìn)入低冰鎳產(chǎn)品中，少量進(jìn)入爐渣中，剩余部分以SO2形式進(jìn)入煙氣中，進(jìn)而后續(xù)煙氣脫硫系統(tǒng)負(fù)荷小，煙氣處理成本低，有利于環(huán)保。

本發(fā)明采用富氧空氣強(qiáng)化熔煉，富氧空氣中氧氣的體積濃度為80～95％，富氧空氣壓力為0.2～0.4Mpa，富氧空氣噴入量與原料處理量以及燃料還原劑噴入量有關(guān)，在此不作限制。

本發(fā)明熔融還原硫化反應(yīng)過程，通過控制氧氣過剩系數(shù)從而控制反應(yīng)氣氛，氧氣過剩系數(shù)α為0.3～0.4，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，過低的氧氣過剩系數(shù)會(huì)導(dǎo)致更多的鐵被還原，從而導(dǎo)致低冰鎳品位降低，過高的氧氣過剩系數(shù)會(huì)導(dǎo)致渣含鎳升高，從而降低了鎳金屬的回收率。

熔煉溫度主要受渣型的影響，原料含氧化鎂越高將導(dǎo)致熔煉溫度隨之升高，本發(fā)明控制熔融還原硫化過程溫度為1400～1550℃，可以處理含鎂鋁高的氧化鎳礦，適用于多種渣型的氧化鎳礦，熔煉溫度通過粉煤或焦粉噴入量進(jìn)行調(diào)節(jié)，在此不作具體限制。

本發(fā)明向爐內(nèi)熔體上部氣相空間噴入富氧空氣，富氧空氣中氧氣的體積濃度為60～80％，富氧空氣壓力為0.05Mpa～0.1Mpa，富氧空氣噴入角度為水平向下45°～55°，空間噴入富氧空氣主要用于燃燒煙氣中CO并將反應(yīng)熱量返回熔池。

本發(fā)明控制低冰鎳的金屬化率Me形式為0.20～0.35，低冰鎳的金屬化率Me形式∶低冰鎳中硫的理論含量S理論與低冰鎳中硫的實(shí)際含量S實(shí)際差值比上低冰鎳中硫的理論含量S理論，Me形式＝(S理論-S實(shí)際)/S理論，其中，S理論為低冰鎳中鐵、鎳、鈷均被完全硫化時(shí)的理論含硫量，具體將鐵完全轉(zhuǎn)化為硫化亞鐵(FeS)、將鎳完全轉(zhuǎn)化為二硫化三鎳(Ni3S2)及將鈷完全轉(zhuǎn)化為硫化鈷(CoS)后低冰鎳的理論含硫量，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)將產(chǎn)品低冰鎳金屬化率控制在合理范圍內(nèi)，能夠保證所得產(chǎn)品具有較高的鎳品位和較高的鎳、鈷回收率。

【煙氣回收利用】

熔融還原硫化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔夥祷夭襟E(1)中用于通過熱交換對氧化鎳礦進(jìn)行干燥預(yù)熱，降溫后的煙氣經(jīng)布袋除塵器除塵后送入脫硫系統(tǒng)進(jìn)行脫硫，脫硫系統(tǒng)采用氧化鈣或碳酸鈣作為脫硫劑，吸收煙氣中的二氧化硫，使得煙氣中的二氧化硫含量符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)，脫硫過程產(chǎn)生的硫酸鈣返回熔融還原硫化過程中用作熔劑和硫化劑。

以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實(shí)施例中所采用氧化鎳礦含鎳1.55％，含鈷0.07％，含鐵16％，含氧化鎂23％，含二氧化硅36％。

實(shí)施例1

氧化鎳礦經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)熱，產(chǎn)出溫度為600℃熱態(tài)氧化鎳礦，干燥預(yù)熱產(chǎn)出的熱態(tài)物料經(jīng)過格柵篩分，篩下物控制小于50mm。按照氧化鎳礦∶碳酸鈣＝10∶1配比，將熱態(tài)氧化鎳礦與熔劑碳酸鈣從爐頂連續(xù)加入富氧熔池熔煉爐，同時(shí)按照氧化鎳礦∶粉煤∶硫磺＝100∶18∶2，通過爐身向熔池反應(yīng)區(qū)域噴入還原劑粉煤和硫化劑硫磺，同時(shí)噴入氧氣濃度為85％的富氧空氣，富氧空氣壓力為0.2Mpa，氧氣過剩系數(shù)為0.3；向爐內(nèi)熔體上部氣相空間噴入氧氣濃度為60％的富氧空氣，角度為水平向下45°，控制熔煉溫度為1500℃，物料在熔池反應(yīng)區(qū)域發(fā)生還原硫化反應(yīng)，反應(yīng)生成低冰鎳和爐渣，低冰鎳含鎳27.2％，含鐵45.62％，含鈷0.99％，含硫25.2％，鎳金屬回收率93.5％，鈷金屬回收率85.1％，低冰鎳金屬化率0.32。還原硫化爐渣含NiO：0.09％，F(xiàn)eO：17.18％，SiO2：35.87％，CaO：5.63％，MgO：22.36％，Al2O3：4.46％。低冰鎳間斷放出，爐渣連續(xù)放出水淬。熔煉煙氣通過煙道進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)熱氧化鎳礦，回轉(zhuǎn)窯出口排出的煙氣經(jīng)過布袋除塵器除塵后送脫硫系統(tǒng)，使得煙氣中的二氧化硫含量符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)施例2

與實(shí)施例1相比，除控制氧氣過剩系數(shù)0.35外，其余參數(shù)與實(shí)施例1相同，在此不再贅述，反應(yīng)生成的低冰鎳含鎳28.1％，含鈷1.0％，含鐵43.59％，含硫26.3％，鎳金屬回收率92.8％，鈷金屬回收率82.6％，低冰鎳金屬化率0.28。還原硫化爐渣含NiO：0.12％，F(xiàn)eO：17.37％，SiO2：35.79％，CaO：5.62％，MgO：22.31％，Al2O3：4.45％。還原硫化煙塵制粒后返回熔煉。低冰鎳間斷放出，爐渣連續(xù)放出水淬。熔煉煙氣通過煙道進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)熱氧化鎳礦，回轉(zhuǎn)窯出口排出的煙氣經(jīng)過布袋除塵器除塵后送脫硫系統(tǒng)，使得煙氣中的二氧化硫含量符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)施例3

與實(shí)施例1相比，除控制氧氣過剩系數(shù)0.4外，其余參數(shù)與實(shí)施例1相同，在此不再贅述，反應(yīng)生成的低冰鎳含鎳28.8％，含鈷1.01％，含鐵41.58％，含硫27.6％，鎳金屬回收率91.3％，鈷金屬回收率80.2％，低冰鎳金屬化率0.21。還原硫化爐渣含NiO：0.13％，F(xiàn)eO：17.52％，SiO2：35.73％，CaO：5.61％，MgO：22.71％，Al2O3：4.36％。還原硫化煙塵制粒后返回熔煉。低冰鎳間斷放出，爐渣連續(xù)放出水淬。熔煉煙氣通過煙道進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)熱氧化鎳礦，回轉(zhuǎn)窯出口排出的煙氣經(jīng)過布袋除塵器除塵后送脫硫系統(tǒng)，使得煙氣中的二氧化硫含量符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)施例4

與實(shí)施例1相比，不同在于調(diào)整硫化劑加入量，本實(shí)施例按照氧化鎳礦∶粉煤∶硫磺為100∶18∶2.5進(jìn)行加料，其余參數(shù)與實(shí)施例1相同，在此不再贅述，物料在熔池反應(yīng)區(qū)域發(fā)生還原硫化反應(yīng)，反應(yīng)生成低冰鎳和爐渣，低冰鎳含鎳26.12％，含鐵45.66％，含鈷0.97％，含硫26.30％，鎳金屬回收率93.81％，鈷金屬回收率85.60％，低冰鎳金屬化率0.272。還原硫化爐渣含NiO：0.11％，F(xiàn)eO：17.08％，SiO2：35.92％，CaO：5.64％，MgO：22.39％，Al2O3：4.46％。低冰鎳間斷放出，爐渣連續(xù)放出水淬。熔煉煙氣通過煙道進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)熱氧化鎳礦，回轉(zhuǎn)窯出口排出的煙氣經(jīng)過布袋除塵器除塵后送脫硫系統(tǒng)，使得煙氣中的二氧化硫含量符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)施例5

與實(shí)施例1相比，不同在于調(diào)整硫化劑加入量及熔煉溫度，本實(shí)施例按照氧化鎳礦∶粉煤∶硫磺為100∶18∶3進(jìn)行加料，控制熔煉溫度為1450℃，其余參數(shù)與實(shí)施例1相同，在此不再贅述，物料在熔池反應(yīng)區(qū)域發(fā)生還原硫化反應(yīng)，反應(yīng)生成低冰鎳和爐渣，低冰鎳含鎳25.34％，含鐵45.80％，含鈷0.94％，含硫26.97％，鎳金屬回收率94.02％，鈷金屬回收率86.43％，低冰鎳金屬化率0.25。還原硫化爐渣含NiO：0.11％，F(xiàn)eO：16.98％，SiO2：35.96％，CaO：5.65％，MgO：22.41％，Al2O3：4.67％。低冰鎳間斷放出，爐渣連續(xù)放出水淬。熔煉煙氣通過煙道進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)熱氧化鎳礦，回轉(zhuǎn)窯出口排出的煙氣經(jīng)過布袋除塵器除塵后送脫硫系統(tǒng)，使得煙氣中的二氧化硫含量符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)施例6

與實(shí)施例5相比，不同在于調(diào)整硫化劑加入量，本實(shí)施例按照氧化鎳礦∶粉煤∶硫磺為100∶18∶3.5進(jìn)行加料，其余參數(shù)與實(shí)施例5相同，在此不再贅述，物料在熔池反應(yīng)區(qū)域發(fā)生還原硫化反應(yīng)，反應(yīng)生成低冰鎳和爐渣，低冰鎳含鎳24.86％，含鐵45.98％，含鈷0.92％，含硫27.31％，鎳金屬回收率94.44％，鈷金屬回收率86.47％，低冰鎳金屬化率0.237。還原硫化爐渣含NiO：0.10％，F(xiàn)eO：16.91％，SiO2：36.00％，CaO：5.65％，MgO：22.44％，Al2O3：4.47％。低冰鎳間斷放出，爐渣連續(xù)放出水淬。熔煉煙氣通過煙道進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)熱氧化鎳礦，回轉(zhuǎn)窯出口排出的煙氣經(jīng)過布袋除塵器除塵后送脫硫系統(tǒng)，使得煙氣中的二氧化硫含量符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)施例7

與實(shí)施例5相比，不同在于調(diào)整硫化劑加入量，本實(shí)施例按照氧化鎳礦∶粉煤∶硫磺為100∶18∶4進(jìn)行加料，其余參數(shù)與實(shí)施例5相同，在此不再贅述，物料在熔池反應(yīng)區(qū)域發(fā)生還原硫化反應(yīng)，反應(yīng)生成低冰鎳和爐渣，低冰鎳含鎳23.20％，含鐵46.92％，含鈷0.86％，含硫28.12％，鎳金屬回收率95.14％，鈷金屬回收率87.43％，低冰鎳金屬化率0.213。還原硫化爐渣含NiO：0.09％，F(xiàn)eO：16.64％，SiO2：36.12％，CaO：5.67％，MgO：22.51％，Al2O3：4.49％。低冰鎳間斷放出，爐渣連續(xù)放出水淬。熔煉煙氣通過煙道進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)熱氧化鎳礦，回轉(zhuǎn)窯出口排出的煙氣經(jīng)過布袋除塵器除塵后送脫硫系統(tǒng)，使得煙氣中的二氧化硫含量符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)施例8

與實(shí)施例1相比，不同在于調(diào)整氧氣過剩系數(shù)為0.1，熔煉溫度為1550℃，其余參數(shù)與實(shí)施例1相同，在此不再贅述，物料在熔池反應(yīng)區(qū)域發(fā)生還原硫化反應(yīng)，反應(yīng)生成低冰鎳和爐渣，低冰鎳含鎳19.22％，含鐵55.31％，含鈷0.71％，含硫23.96％，鎳金屬回收率95.80％，鈷金屬回收率87.41％，低冰鎳金屬化率0.38。還原硫化爐渣含NiO：0.07％，F(xiàn)eO：15.30％，SiO2：36.70％，CaO：5.76％，MgO：22.87％，Al2O3：4.56％。低冰鎳間斷放出，爐渣連續(xù)放出水淬。熔煉煙氣通過煙道進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)熱氧化鎳礦，回轉(zhuǎn)窯出口煙氣經(jīng)過布袋除塵器除塵后送脫硫系統(tǒng)，使得煙氣中的二氧化硫含量符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)施例數(shù)據(jù)表明，氧氣過剩系數(shù)過低會(huì)導(dǎo)致大量的鐵被還原，使得低冰鎳品位降低。

實(shí)施例9

與實(shí)施例1相比，不同在于調(diào)整氧氣過剩系數(shù)為0.6，熔煉溫度為1550℃，其余參數(shù)與實(shí)施例1相同，在此不再贅述，物料在熔池反應(yīng)區(qū)域發(fā)生還原硫化反應(yīng)，反應(yīng)生成低冰鎳和爐渣，低冰鎳含鎳20.8％，含鐵45.61％，含鈷0.52％，含硫32.13％，鎳金屬回收率76.80％，鈷金屬回收率47.34％，低冰鎳金屬化率0.05。還原硫化爐渣含NiO：0.41％，F(xiàn)eO：16.94％，SiO2：35.85％，CaO：5.63％，MgO：22.35％，Al2O3：4.45％。低冰鎳間斷放出，爐渣連續(xù)放出水淬。熔煉煙氣通過煙道進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)熱氧化鎳礦，回轉(zhuǎn)窯出口煙氣經(jīng)過布袋除塵器除塵后送脫硫系統(tǒng)，使得煙氣中的二氧化硫含量符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)施例數(shù)據(jù)表明，氧氣過剩系數(shù)過高會(huì)導(dǎo)致金屬回收率降低。

實(shí)施例10

與實(shí)施例5相比，不同在于調(diào)整硫化劑加入量與熔煉溫度，本實(shí)施例按照氧化鎳礦∶粉煤∶硫磺為100∶18∶6進(jìn)行加料，熔煉溫度為1500℃，其余參數(shù)與實(shí)施例5相同，在此不再贅述，物料在熔池反應(yīng)區(qū)域發(fā)生還原硫化反應(yīng)，反應(yīng)生成低冰鎳和爐渣，低冰鎳含鎳18.51％，含鐵46.50％，含鈷0.69％，含硫33.52％，鎳金屬回收率95.44％，鈷金屬回收率87.73％，低冰鎳金屬化率0.004。還原硫化爐渣含NiO：0.09％，F(xiàn)eO：15.94％，SiO2：36.49％，CaO：5.73％，MgO：22.78％，Al2O3：4.51％。低冰鎳間斷放出，爐渣連續(xù)放出水淬。熔煉煙氣通過煙道進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)熱氧化鎳礦，回轉(zhuǎn)窯出口煙氣經(jīng)過布袋除塵器除塵后送脫硫系統(tǒng)，使得煙氣中的二氧化硫含量符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)施例數(shù)據(jù)表明，硫化劑加入量過多會(huì)導(dǎo)致低冰鎳品位降低。

實(shí)施例11

與實(shí)施例5相比，不同在于調(diào)整硫化劑加入量與熔煉溫度，本實(shí)施例按照氧化鎳礦∶粉煤∶硫磺為100∶18∶1進(jìn)行加料，熔煉溫度為1500℃，其余參數(shù)與實(shí)施例5相同，在此不再贅述，物料在熔池反應(yīng)區(qū)域發(fā)生還原硫化反應(yīng)，反應(yīng)生成低冰鎳和爐渣，低冰鎳含鎳28.54％，含鐵50.02％，含鈷0.97％，含硫19.44％，鎳金屬回收率90.10％，鈷金屬回收率76.43％，低冰鎳金屬化率0.51。還原硫化爐渣含NiO：0.16％，F(xiàn)eO：17.14％，SiO2：35.87％，CaO：5.63％，MgO：22.36％，Al2O3：4.45％。低冰鎳間斷放出，爐渣連續(xù)放出水淬。熔煉煙氣通過煙道進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)熱氧化鎳礦，回轉(zhuǎn)窯出口煙氣經(jīng)過布袋除塵器除塵后送脫硫系統(tǒng)，使得煙氣的二氧化硫含量符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)后排出。本實(shí)施例數(shù)據(jù)表明，硫化劑不足會(huì)導(dǎo)致金屬化率過高，同時(shí)影響金屬回收率。

實(shí)施例1-11的反應(yīng)參數(shù)以及產(chǎn)品各項(xiàng)性能數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤?所示。

表1

通過上述實(shí)施例及其結(jié)果表明，氧過剩系數(shù)、硫化劑添加量、熔煉溫度等參數(shù)均對產(chǎn)出的低冰鎳的品位、鎳回收率、鈷回收率等產(chǎn)品性能產(chǎn)生影響，本發(fā)明通過控制上述參數(shù)在合理范圍內(nèi)，能夠使產(chǎn)出的低冰鎳具有較高的品位和較高的鎳、鈷回收率，所產(chǎn)出的低冰鎳含鎳15％～30％，含鈷0.5％～3％，鎳金屬回收率為88％～96％，鈷金屬回收率為80％～90％，且硫化效率高，硫化劑利用率可達(dá)80％以上，煙氣脫硫系統(tǒng)負(fù)荷小，煙氣處理成本低，有利于環(huán)保。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。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、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

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氧化鎳礦熔融還原硫化生產(chǎn)低冰鎳的方法.pdf