本發(fā)明涉及一種紅土鎳礦高壓酸浸渣高效處理的方法，屬于冶金及工業(yè)固廢綜合利用技術研究領域。

背景技術：

1、鎳作為一種重要的工業(yè)金屬，廣泛應用于不銹鋼、鎳基合金及三元正極等材料生產。特別在現(xiàn)在，新能源行業(yè)技術進步及市場能源需求變化直接推動了該領域項目的快速增長，相應帶來了鎳市場需求的快速增加。

2、近年來，隨著硫化鎳礦資源的日益枯竭，紅土鎳礦已經逐漸成為主要的鎳提取礦源。通常情況下，紅土鎳礦可供開采部分自上而下一般分為褐鐵礦層、粘土層、腐泥土層三個部分，其中鎳品味低、硅鎂含量低的褐鐵礦層適合采用濕法處理，占比65％～75％；鎳品味高、硅鎂含量低的腐泥土層適合火法處理，占15％～25％；介于兩者之間的粘土層則占約10％，濕法或火法處理皆可。其中金屬儲量最大的褐鐵礦型紅土鎳礦受到廣泛關注，在相應的濕法處理工藝中，紅土鎳礦高壓浸出技術(hpal)擁有碳排放量少、能耗低、鎳鈷金屬綜合回收率高、技術成熟等優(yōu)勢，現(xiàn)已成為當下濕法冶煉低品位褐鐵礦型紅土鎳礦的主流選擇。

3、然而，受礦石品味與冶煉流程工藝影響，每生產一金屬噸鎳產品將產生高達約120噸高壓酸浸浸出渣，且渣中含有豐富的鐵、硫元素。目前，hpal渣主要采用直接推存方式，渣中主要成分鐵、硫元素未能有效利用，造成資源嚴重浪費，同時，渣中重金屬、硫酸根等有害離子浸出對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境可能造成極大安全隱患。因此針對hpal渣無害化、資源化處理迫在眉睫。

4、一方面，紅土鎳礦高壓酸浸渣中的硫主要以硫酸鈣的形式存在，其分解溫度高；另一方面紅土鎳礦高壓酸浸渣受粒徑小、比表面積大以及化學成分的影響，溫度過高粒子間易于熔融，兩方面共同限制下，導致渣脫硫工藝溫度高、窗口窄，鐵、硫元素深度分離難度大。帶式機球團焙燒是一種成熟可靠制備煉鐵原料的工藝，溫度易于控制且煙氣可分段收集，為紅土鎳礦高壓酸浸渣的鐵、硫元素分離并實現(xiàn)資源化利用提供了一種可能。然而，帶式焙燒工藝為采用燒嘴及回熱風流自上而下的供熱模式，往往上部料層接觸熱量多、傳熱效率高、溫度高，下部料層接觸熱量少、傳熱效率低、溫度低，當料層厚度偏厚時，上下溫度差將超過脫硫溫度窗口，致使上部料層溫度即使處于脫硫窗口上限，下部料層溫度也不足以將硫元素含量脫除至＜0.2％的標準。

5、因此，基于帶式焙燒工藝開發(fā)一種紅土鎳礦高壓酸浸渣高效處理的方法，對實現(xiàn)硫、鐵元素深度分離以及后續(xù)大規(guī)模資源化回收利用都至關重要。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種紅土鎳礦高壓酸浸渣高效處理的方法，該方法通過合理分布核殼結構的粒料和普通粒料同時結合帶式焙燒機回熱風流自上而下的供熱模式的特點，能夠實現(xiàn)高料層厚度條件下紅土鎳礦高壓酸浸渣球團中鐵、硫元素深度分離，較單一渣造球布料技術，料層厚度最大可提高100mm，生產率最高可提高22％，顯著降低渣處理工藝成本。

2、為了實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明提供了一種紅土鎳礦高壓酸浸渣高效處理的方法，該方法包括以下步驟：

3、1)將紅土鎳礦高壓酸浸渣與固體燃料混勻后在圓盤造球機ⅰ0中進行球團造粒，得到生球料粒ⅰ0，同時將紅土鎳礦高壓酸浸渣在圓盤造球機ⅱ進行單獨球團造粒，得到生球料粒ⅱ；采用紅土鎳礦高壓酸浸渣與所述生球料粒ⅰ0在圓盤造球機ⅰ中繼續(xù)球團造粒，得到具有核殼結構的生球料粒ⅰ；

4、2)將生球料粒ⅰ布料至帶式焙燒機臺車篦板鋪底料上形成布料層ⅰ，再將生球料粒ⅱ布料至布料層ⅰ上形成布料層ⅱ；

5、3)布料完成的料層進入帶式焙燒機進行熱處理，得到含鐵物料和二氧化硫煙氣。

6、本發(fā)明技術方案的關鍵是在于，基于帶式焙燒工藝燒嘴及回熱風流自上而下供熱模式下上部料層溫度高、下部料層溫度低的特征，將紅土鎳礦高壓酸浸渣單獨造粒的生球布料在上部料層，直接利用生球外部熱源產生的高溫有效脫除上部料層渣中硫元素；將紅土鎳礦高壓酸浸渣與固體燃料混合造粒再經渣料單獨長大具有核-殼結構的生球布料在下部料層，實現(xiàn)小球內、外部雙供熱模式，有效克服了帶式焙燒工藝下部料層接觸熱量少、傳熱效率低、溫度低的缺點，高效脫除下部料層渣中硫元素，在渣脫硫溫度窗口內實現(xiàn)整體料層穩(wěn)定脫硫。同時，通過配加固體燃料向下層生球核結構引入碳元素，顯著降低以硫酸鈣為主的硫物相分解溫度，提高反應速率，同時增加內部孔隙率，改善硫元素脫除反應動力學條件，實現(xiàn)渣中硫的精準快速脫除。此外，殼結構的存在，可以有效防止紅土鎳礦高壓酸浸渣與固體燃料直接造球布料生成低熔點化合物引起的粘連現(xiàn)象，有利于工藝順行。

7、作為一個優(yōu)選的方案，所述紅土鎳礦高壓酸浸渣水分含量為10～15％，粒徑100um以下粒級占比不低于80％；所述紅土鎳礦高壓酸浸渣中包含質量含量為25～65％的鐵、0.2～12％的硫，且硫中以so42-形式賦存的硫含量占比＞2/3，其中，紅土鎳礦高壓酸浸渣以干基計。

8、作為一個優(yōu)選的方案，所述固體燃料為無煙煤、焦粉和蘭炭中的至少一種；所述固體燃料水分含量＜10wt％，固定碳含量＞60wt％，粒徑74um以下粒級占比大于95％。本發(fā)明中固體燃料的水分過大時不利于與紅土鎳礦高壓酸浸渣混勻，而固定碳含量過小時則無法有效提供足夠熱量以滿足下層料粒殼結構中硫的脫除溫度。而固體燃料粒徑過粗，在下層料粒核結構中會形成局部持久高還原性氣氛點，將大顆粒燃料周圍的硫酸鹽物相還原成硫化物，影響該類硫的最終氧化脫除效果。

9、作為一個優(yōu)選的方案，所述紅土鎳礦高壓酸浸渣與固體燃料的用量按紅土鎳礦高壓酸浸渣中以so42-形式賦存的硫元素質量含量與固體燃料中固定碳質量含量比為(1.5～2.5)：1進行。含量比過低時，即碳元素引入過多，硫化鈣中間相大量生成，雖然通過中間相與硫酸鈣反應能夠顯著提高硫酸鈣分解速率，實現(xiàn)二氧化硫的快速脫除，但是最終多余的中間相在料粒核中難以全部氧化脫除，影響硫脫除程度。而含量比過高時，即碳元素引入不足，則碳提供的熱量不足以協(xié)助外場熱量達到足夠的溫度脫除下層料粒中以so42-形式存在的硫。

10、作為一個優(yōu)選的方案，所述生球料粒ⅰ粒徑為8～14mm，且生球料粒ⅰ與生球料粒ⅰ0的粒徑比為(1.25～5)：1；所述生球料粒ⅱ的粒徑為10～16mm。生球料粒ⅰ與生球料粒ⅰ0的粒徑比過小時，料粒殼結構太薄，料粒核結構生成的低熔點液相可能會滲出，造成下部料粒之間液相粘結，顯著降低料層透氣性，影響產品質量和硫脫除率。而生球料粒ⅰ與生球料粒ⅰ0的粒徑比過大時，料粒核太小、殼太厚，碳元素引入量受限，不能提供足夠的熱量與外場熱協(xié)同達到以so42-形式存在的硫的脫除窗口溫度范圍，即1185～1285℃。

11、作為一個優(yōu)選的方案，所述布料層ⅱ與布料層ⅰ的料層厚度和為100～550mm，布料層ⅱ和布料層ⅰ的料層厚度比為(1～4)：1。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術可以實現(xiàn)在更高的料層厚度下進行處理，顯著提高了生產效率。其中，布料層ⅱ和布料層ⅰ的料層厚度比主要受帶式焙燒機上下溫差影響，實際操作中可以根據(jù)需要調整。

12、作為一個優(yōu)選的方案，所述焙燒溫度1185～1285℃，焙燒時間30～80min。

13、作為一個優(yōu)選的方案，所述含鐵物料的硫含量＜0.2％，所述二氧化硫煙氣的濃度＞1％。通過本發(fā)明的方法可以實現(xiàn)紅土鎳礦高壓酸浸渣中鐵、硫的深度脫除。

14、作為一個優(yōu)選的方案，所述含鐵物料用于鐵礦造塊或煉鐵原料外售；所述二氧化硫煙氣凈化后用于硫酸制備，并循環(huán)至紅土鎳礦高壓酸浸工序。

15、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果包括：

16、1)本發(fā)明基于帶式焙燒工藝燒嘴及回熱風流自上而下供熱模式特征，上部料層接觸熱量多、傳熱效率高、溫度高，將紅土鎳礦高壓酸浸渣單獨造粒的生球布料在上部料層，直接利用生球外部熱源產生的高溫有效脫除上部料層渣中硫元素；將紅土鎳礦高壓酸浸渣與固體燃料混合造粒再經渣料單獨長大具有核-殼結構的生球布料在下部料層，實現(xiàn)生球內、外部雙供熱模式，有效克服帶式焙燒工藝下部料層接觸熱量少、傳熱效率低、溫度低的缺點，高效脫除下部料層渣中硫元素，在渣脫硫溫度窗口內實現(xiàn)整體料層穩(wěn)定脫硫。

17、2)本發(fā)明將下部料層生球進行內外結構分段造粒，構建以紅土鎳礦高壓酸浸渣與固體燃料原料為核、紅土鎳礦高壓酸浸渣原料為殼的雙層結構，通過配加固體燃料向核結構引入碳元素，顯著降低以硫酸鈣為主的硫物相分解溫度，提高反應速率，同時增加內部孔隙率，改善硫元素脫除反應動力學條件，實現(xiàn)下部料層料粒核中硫的精準快速脫除，更有利于煙氣中二氧化硫的富集。此外，殼結構的存在，可以有效防止紅土鎳礦高壓酸浸渣與固體燃料直接造球布料生成低熔點化合物引起的粘連現(xiàn)象，利于工藝順行。

18、3)本發(fā)明較單一渣造球布料結構方案，能夠實現(xiàn)料層厚度最大提高100mm，生產率最高可提高22％，有利于降低渣的處理工藝成本。此外，受益于料層厚度增加后帶來煙氣中二氧化硫濃度相應增加，可完成低硫含量條件下相應渣的無害化、資源化利用。