一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法，同時為赤泥中鐵的回收和由赤泥和紅土鎳礦生產(chǎn)鐵鎳合金提供了一種新方法，所述方法直接利用赤泥和紅土鎳礦中的鐵鎳還原產(chǎn)品，可為不銹鋼冶煉生產(chǎn)、鐵合金鑄件和合金鋼生產(chǎn)提供低成本的鐵鎳合金。由于紅土鎳礦中還含有少量的鉻，在本發(fā)明的方法生產(chǎn)中，鉻也進(jìn)到了鐵鎳合金中，因此更豐富了鐵鎳合金的有益化學(xué)成分。本發(fā)明的方法生產(chǎn)的所述含鐵鎳合金為低P、S含量的含鐵鎳合金。
【專利說明】一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼鐵冶金【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]赤泥是鋁土礦提取氧化鋁后所形成的殘渣，該渣中富含氧化鐵而呈現(xiàn)紅色，因此稱之為赤泥。每生產(chǎn)I噸氧化鋁，大約產(chǎn)生0.8-2.0噸赤泥。目前全世界每年產(chǎn)生赤泥約9000萬噸，其中，在中國有近3000萬噸產(chǎn)生。赤泥主要含有Fe203、Al2O3' Ca。、S12, T1、Na2O等組份，顆粒直徑約為0.088-0.25mm，熔點約為1200_1250°C，pH值約為10.0-13.0。
[0003]目前全世界只有極少部分的赤泥被綜合利用，絕大部分仍然是送往堆場露天堆存，既占用了大量土地，耗費了大量資金，又易使大量廢堿液滲透到附近農(nóng)田，造成土壤堿化、沼澤化，污染地表地下水源，危害環(huán)境和人體健康。
[0004]幾十年來，世界各國專家對赤泥的綜合利用進(jìn)行了大量的科學(xué)研究。針對赤泥氧化鐵含量高(約 20-50%)的特性，《Internat1nal Journal of Minerals, Metallurgyand Materials))2012年第8期報導(dǎo)了印度K.Jayasankar等人利用35kWDC等離子電弧爐，對配加適量熔劑和還原劑的赤泥直接進(jìn)行還原熔煉，一步就從赤泥中制得了生鐵，鐵的最大回收率達(dá)到了 71%。徐進(jìn)修在《廣西冶金》1995年第I期介紹了美國McDowell-Willman工程公司進(jìn)行過赤泥直接煉鋼半工藝試驗，赤泥配加煤粉制粒后經(jīng)燒結(jié)機(jī)1260°C預(yù)還原半金屬化，再經(jīng)電弧爐熔煉制得生鐵，最后經(jīng)堿性氧化頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼，可以日產(chǎn)鋼10噸。匈牙利托拉斯工業(yè)發(fā)展中心等也研究了用300kW電弧爐熔煉赤泥，制得的特種生鐵中鐵含量大于98%。南斯拉夫利用3600kW電弧爐熔煉赤泥，日生產(chǎn)能力100噸，產(chǎn)出的生鐵為白口鐵(少量為灰口鐵)。在我國，許多研究人員也對赤泥深度還原提鐵進(jìn)行了研究。賈巖等在《北京科技大學(xué)學(xué)報》2011年第9期提出，將拜耳法赤泥烘干與破碎，將破碎后的赤泥與還原劑及助劑混合均勻，在氧化氣氛窯爐的密封窯具容器或還原氣氛窯爐中深度還原。冷卻后的還原物料采用濕法磨礦、磁選后獲得的深度還原鐵粉的鐵品位> 90%、鐵回收率> 90%。王洪等在《過程工程學(xué)報》2012年第5期介紹了以高鐵赤泥和煤粉為主要原料制成含碳球團(tuán)，通過轉(zhuǎn)底爐珠鐵工藝，即高溫直接熔分工藝制備金屬鐵。結(jié)果表明:在1350°C、碳氧比為1.2時加熱含碳球團(tuán)，所得金屬鐵中碳、硫的質(zhì)量含量分別為2.72%和0.48%，可作為煉鋼原料使用。黃柱成等研究了赤泥煤基直接還原-磁選分離，結(jié)果表明:當(dāng)還原溫度為1150°C，還原時間為180min，磁選后得到精礦鐵品位為72.07%和鐵回收率為79.34%的鐵精礦(見《金屬礦山》2009年第3期)。陳詠梅等提出(專利:CN102206743A):將黃鐵礦與赤泥共混燒結(jié)，使赤泥中的氧化鐵還原為具有磁性的四氧化三鐵加以回收，結(jié)果表明:當(dāng)物料質(zhì)量比例為黃鐵礦:赤泥=1:20，并在600°C隔絕空氣加熱30min，所得產(chǎn)物經(jīng)磁選后XRD表征為Fe304，處理后赤泥中含鐵僅為1.74%。從現(xiàn)有文獻(xiàn)看，還原熔煉回收赤泥中的鐵的研究都是僅以赤泥為主要原料，配加還原劑或其它添加劑，得到的產(chǎn)品基本上是生鐵，幾乎不含有其它合金元素。
[0005]不銹鋼的主要化學(xué)成分是鐵(>60% )、鉻(13-23% )、鎳(3-28 % )，如適用于高強(qiáng)度構(gòu)件，火車客車車廂用材料，鐵路車輛、帶式輸送機(jī)、螺栓和螺母、彈簧等的牌號為lCrl7Ni7不銹鋼，含鎳為6.0-8.0%o
[0006]紅土鎳礦是鎳含量為0.7-4.0 %，鐵含量為10-50 %，鉻含量為0.05-2.0 %的礦砂?？蓪⑵溟_發(fā)生產(chǎn)含鎳生鐵，作為電解鎳和不銹鋼廢鋼的替代品用于生產(chǎn)不銹鋼，以降低不銹鋼的冶煉成本。近些年，不銹鋼廠商使用該類鐵鎳合金的比例不斷提高，有的甚至達(dá)到50%以上，改變了傳統(tǒng)的不銹鋼冶煉原料結(jié)構(gòu)。
[0007]現(xiàn)有處理紅土鎳礦工藝中，火法冶煉因具有流程短、工藝成熟等優(yōu)勢，已成為紅土鎳礦冶煉的主流工藝。國內(nèi)外以紅土鎳礦為主要原料的鎳鐵-不銹鋼一體化流程，基本模式是高爐流程對應(yīng)200系列不銹鋼，回轉(zhuǎn)窯-電爐流程對應(yīng)于300系列不銹鋼。高爐法對紅土鎳礦適應(yīng)性較差，難以生產(chǎn)中鎳和高鎳產(chǎn)品；回轉(zhuǎn)窯-電爐工藝要求使用高品位紅土鎳礦，流程長，能耗高，因此國內(nèi)外都在進(jìn)一步開發(fā)紅土鎳礦冶金新工藝。劉志宏等采用電爐直接還原熔煉工藝從紅土鎳礦中提取鐵鎳合金，在最佳條件下合金中鎳品位為22.8%,鎳回收率達(dá)97.6%，Ls, Lp分別為0.024和0.145 (見《有色金屬》(冶煉部分)2010年第2期)。范興祥等對紅土鎳礦采用轉(zhuǎn)底爐預(yù)還原-電爐熔分工藝制取鐵鎳合金，結(jié)果表明:在熔劑石灰配比為25%，還原劑配比為3.5%，1150°C預(yù)還原30min，1350°C電爐熔分15min的條件下，獲得鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.68%，鎳回收率為97.62%，鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為86.23%的鐵鎳合金(見《中南大學(xué)學(xué)報》(自然科學(xué)版)2012年第9期)。張友平提出了紅土鎳礦“一步法”生產(chǎn)鐵鎳合金的工藝，其原理是將紅土鎳礦配加一定量的熔劑和煤粉，制成紅土鎳礦含碳球團(tuán)，在一定溫度下，實現(xiàn)球團(tuán)中鎳和鐵的氧化物還原，同時完成金屬相遷移和凝聚，并從爐渣中析出，冷卻后磁選分離，鐵鎳顆粒直接作為冶煉不銹鋼的原料(見《鐵合金》2012年第I期)。
[0008]另盧紅波在《 礦冶》2012年第3期報導(dǎo):有研究表明，紅土鎳礦中各氧化物的還原先后順序為 N1 > NiFe2O4 > Fe2O3 > S12 > MgO0 當(dāng) Si02/Mg0 在 1.6-2.8，F(xiàn)eO 含量在20% -30%時，渣與金屬密度差異大，且具有良好的流動性，有利于渣與金屬分離，提高鎳的回收率。一些堿金屬(或堿土金屬)物質(zhì)可顯著強(qiáng)化紅土鎳礦的還原焙燒、改善磁選效果，提高鎳鐵精礦中鎳、鐵品位和回收率。但從現(xiàn)有文獻(xiàn)看，紅土鎳礦還原熔煉生產(chǎn)鐵鎳合金的生產(chǎn)和研究都是僅以紅土鎳礦為主要原料，配加還原劑、熔劑和少量添加劑來實施的，還未見報道有通過添加某種固體殘渣來優(yōu)化其生產(chǎn)工藝的研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法，利用赤泥、紅土鎳礦和焦粉，配加膨潤土、聚乙烯醇、紙漿廢液、糖蜜廢液中的一種或幾種添加劑經(jīng)均勻混合后制備成團(tuán)塊，干燥后直接還原熔煉生產(chǎn)鐵鎳合金的方法，本方法可以有效回收赤泥中的鐵和合理利用紅土鎳礦，為不銹鋼生產(chǎn)、鐵合金鑄件和合金鋼生產(chǎn)提供廉價的鐵鎳合金。
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0011]一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法，所述方法包括如下步驟:
[0012]步驟一、配料
[0013]選取赤泥、紅土鎳礦和焦粉，配加膨潤土、聚乙烯醇、紙漿廢液、糖蜜廢液的一種或幾種為球團(tuán)原料，赤泥和紅土鎳礦提供鐵和鎳，其中赤泥和紅土鎳礦的質(zhì)量配比為:
[0014]赤泥:紅土鎳礦=10~100:100~60 ；
[0015]以按上述比例混合配比好的赤泥和紅土鎳礦混合物作為新的配比基準(zhǔn)，按如下重量份數(shù)添加焦粉及其它添加劑組分:
[0016]焦粉:3~20，膨潤土:0~5，聚乙烯醇:0~5，紙漿廢液:0~3，糖蜜廢液:0~3 ；
[0017]步驟二、混料，制團(tuán)，干燥
[0018]將按上述配料比例備好的原材料均勻混合，然后將混合料制備成團(tuán)塊，所制團(tuán)塊大小以適于礦熱爐還原熔煉為宜，之后將團(tuán)塊干燥；
[0019]步驟三、礦熱爐還原熔煉
[0020]將干燥后的團(tuán)塊送入礦熱爐內(nèi)還原熔煉，團(tuán)塊經(jīng)預(yù)熱、分解、部分還原后在電弧下及附近的高溫區(qū)進(jìn)行造渣、熔化，完成還原、渣鐵分離等過程，最終聚集在爐膛形成鐵鎳合金液層和爐渣層，鐵鎳合金和爐渣定期從鐵口、渣口分別放出。
[0021]進(jìn)一步的，所述的赤泥指的是鋁土礦提取氧化鋁后所形成的殘渣，所述的紅土鎳礦為鎳含量為0.7% -4.0 %的礦砂。
[0022]進(jìn)一步的，所述的紙漿廢液為造紙產(chǎn)生的紙漿廢液，所述的糖蜜廢液為制糖產(chǎn)生的糖蜜廢液。
[0023]進(jìn)一步的，所述步驟二中，所述干燥方法采用自然干燥，或采用加熱干燥。
[0024]進(jìn)一步的，步驟三中，所述礦熱還原熔煉還原溫度控制在1350~1550°C。
[0025]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:根據(jù)本發(fā)明的利用赤泥和紅土鎳礦生產(chǎn)鐵鎳合金的方法，為赤泥中鐵的回收以及由赤泥和紅土鎳礦生產(chǎn)鐵鎳合金開拓了一種新方法。本方法相對于單獨使用赤泥或紅土鎳礦還原效果好，且使用其他添加料后，增加了流動性，容易分離，爐渣量大大減少，使還原成本大大降低。且使用的紙漿廢液及糖蜜廢液也實現(xiàn)了造紙工業(yè)及制糖工業(yè)的廢液二次回收利用，所述方法直接利用赤泥和紅土鎳礦中的鐵鎳還原產(chǎn)品，為不銹鋼冶煉、鐵合金鑄件和合金鋼生產(chǎn)提供了低成本的鐵鎳合金。由于紅土鎳礦中還含有少量的鉻，在本發(fā)明的方法生產(chǎn)中，鉻也進(jìn)到了鐵鎳合金中，因此更豐富了鐵鎳合金的有益化學(xué)成分。另，本發(fā)明的方法生產(chǎn)的所述含鐵鎳合金為低P、S含量的含鐵鎳
I=1-Wl O
[0026]本發(fā)明人經(jīng)刻意研究，發(fā)現(xiàn):由礦熱爐直接還原熔煉法，利用赤泥、紅土鎳礦和焦粉、配加膨潤土、聚乙烯醇、紙漿廢液、糖蜜廢液中的一種或幾種，直接生產(chǎn)鐵鎳合金的工藝有望成為解決以上問題的理想方法。鑒于赤泥中鐵的回收和紅土鎳礦生產(chǎn)鐵鎳合金都可以通過還原熔煉實現(xiàn)，而且通過比較赤泥和紅土鎳礦的化學(xué)成分和特性，發(fā)現(xiàn)在有些方面兩者可以形成互補(bǔ)。如兩者合理搭配時，可得到比較理想的堿度，從而起到降低混合料熔點的作用，可減少或不外加熔劑，并使渣與金屬密度差異大，增強(qiáng)金屬與渣的流動性，有利于渣與金屬分離，提高鎳的回收率；赤泥呈堿性，含有一些堿金屬，可強(qiáng)化紅土鎳礦的還原焙燒；赤泥粒度很細(xì)，在混合料制團(tuán)過程中可起到粘結(jié)劑的作用。紅土鎳礦含有鎳和鉻，豐富了赤泥中鐵回收后的元素，所以，兩者的結(jié)合是一種新思路，為赤泥中鐵的回收再利用找到了新出路，同時，也為紅土鎳礦的進(jìn)一步開發(fā)開拓了新的路徑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明方案做進(jìn)一步詳細(xì)描述，
[0029]參照圖1，下面對本發(fā)明的利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的生產(chǎn)方法作進(jìn)一步的說明。
[0030]實施例1
[0031]一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法，其中，所述鐵鎳合金是按以下工藝步驟生產(chǎn)的:
[0032]I)所選原料為赤泥、紅土鎳礦和焦粉。赤泥的主要化學(xué)成分為:Fe20332.96%，Α120317.25 %, Ca014.73 %, Si0212.81 %, Na204.06 紅土鎳礦的主要化學(xué)成分:含F(xiàn)el6.62%，含 Nil.70%，Mg017.18%, CaO0.31%, Si0240.12%, Cr2O30.86% ;焦粉中含固定碳85%以上，灰份:12.5%以下，硫份0.6%以下；膨潤土的主要化學(xué)成分為:Si0267%，Al20313%, Fe2033%, Na204%, Ca03%。
[0033]2)按照質(zhì)量比為(赤泥:紅土鎳礦:焦粉:膨潤土 ) = (100:60:10:3.4)的配比進(jìn)行配料，稱取赤泥1kg,紅土鎳礦6kg,焦粉1.0kg,膨潤土 0.34kg混合均勻，并配加適量水，用壓球機(jī)制成直徑為1mm的團(tuán)塊后在恒溫干燥箱中120°C干燥2小時。
[0034]3)將由上述步驟制得的干燥團(tuán)塊送入150kW礦熱爐進(jìn)行直接還原熔煉，還原溫度升至1350° C，保溫5-10min后出爐，除渣后得到鐵鎳合金。所得鐵鎳合金中含F(xiàn)e92.72%,Ni2.88%, Cr0.5%, C2.80，其它 1.10%。
[0035]實施例2
[0036]一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法，其中，所述鐵鎳合金是按以下工藝步驟生產(chǎn)的:
[0037]I)所選原料為赤泥、紅土鎳礦、焦粉、膨潤土和聚乙烯醇。其中赤泥、紅土鎳礦焦粉和膨潤土的成分與實施例1相同；
[0038]2)按照質(zhì)量比為(赤泥:紅土鎳礦:焦粉:膨潤土:聚乙烯醇)=(100:100:12:3:
I)的質(zhì)量配比進(jìn)行配料，稱取赤泥和紅土鎳礦各10kg，焦粉1.2kg，膨潤土 0.3kg，聚乙烯醇
0.1kg均勻混合，并配加適量水，用壓球機(jī)制成團(tuán)塊后在流動的空氣中自然干燥。
[0039]3)將由上述步驟制得的干燥團(tuán)塊送入150kW礦熱爐進(jìn)行直接還原熔煉，還原溫度升至1550°C，保溫5-10min后出爐，除渣后得鐵鎳合金。所得鐵鎳合金中含F(xiàn)e91.40%,Ni3.91%, Cr0.68%, C3.06%，其它 0.96%。
[0040]實施例3
[0041]一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法，其中，所述鐵鎳合金是按以下工藝步驟生產(chǎn)的:
[0042]I)所選原料為赤泥、紅土鎳礦、焦粉和紙漿廢液等原料，各原料成分與實施例1相同。
[0043]2)按照質(zhì)量比為(赤泥:紅土鎳礦:焦粉:紙漿廢液)=(10:100:7.3:1.3)的質(zhì)量配比進(jìn)行配料，稱取赤泥l(xiāng)kg，紅土鎳礦10kg，焦粉0.73kg，紙漿廢液0.13kg混合均勻，并配加適量水，用壓球機(jī)制成團(tuán)塊后在流動空氣中自然干燥。
[0044]3)將由上述步驟制得的干燥團(tuán)塊送入150kW礦熱爐進(jìn)行直接還原熔煉，還原溫度升至1550°C，保溫5-10min后出爐，除渣后得鐵鎳合金。所得鐵鎳合金中含F(xiàn)e86.25%,Ni7.74%, Crl.61%, C3.43%，其它 0.97%。
[0045]實施例4
[0046]—種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法，其中，所述鐵鎳合金是按以下工藝步驟生產(chǎn)的:
[0047]I)所選原料為赤泥、紅土鎳礦、焦粉和膨潤土。各原料的主要化學(xué)成份組成如表1所示:
[0048]表1各原料主要化學(xué)成份(wt % )
[0049]

【權(quán)利要求】
1.一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: 步驟一、配料 選取赤泥、紅土鎳礦和焦粉，配加膨潤土、聚乙烯醇、紙漿廢液、糖蜜廢液的一種或幾種為球團(tuán)原料，赤泥和紅土鎳礦提供鐵和鎳，其中赤泥和紅土鎳礦的質(zhì)量配比為: 赤泥:紅土鎳礦=10~100:100~60 ； 以按上述比例混合配比好的赤泥和紅土鎳礦混合物作為新的配比基準(zhǔn)，按如下重量份數(shù)添加焦粉及其它添加劑組分: 焦粉:3~20，膨潤土:0~5，聚乙烯醇:0~5，紙漿廢液:0~3，糖蜜廢液:0~3 ; 步驟二、混料，制團(tuán)，干燥 將按上述配料比例備好的原材料均勻混合，然后將混合料制備成團(tuán)塊，所制團(tuán)塊大小以適于礦熱爐還原熔煉為宜，之后將團(tuán)塊干燥； 步驟三、礦熱爐還原熔煉 將干燥后的團(tuán)塊送入礦熱爐內(nèi)還原熔煉，團(tuán)塊經(jīng)預(yù)熱、分解、部分還原后在電弧下及附近的高溫區(qū)進(jìn)行造渣、 熔化，完成還原、渣鐵分離等過程，最終聚集在爐膛形成鐵鎳合金液層和爐渣層，鐵鎳合金和爐渣定期從鐵口、渣口分別放出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法，其特征在于，所述的赤泥指的是鋁土礦提取氧化鋁后所形成的殘渣，所述的紅土鎳礦為鎳含量為0.7% -4.0 % 的礦砂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法，其特征在于，所述的紙漿廢液為造紙產(chǎn)生的紙漿廢液，所述的糖蜜廢液為制糖產(chǎn)生的糖蜜廢液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法，其特征在于，所述步驟二中，所述干燥方法采用自然干燥，或采用加熱干燥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用赤泥和紅土鎳礦制備鐵鎳合金的方法，其特征在于，步驟三中，所述礦熱還原熔煉還原溫度控制在1350~1550°C。
【文檔編號】C22B4/06GK104178624SQ201410420809
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】曾建民, 何奧平, 詹海鴻, 戴傳智, 曹德光, 陳錫勇, 劉晨, 胡治流 申請人:廣西大學(xué)