高镁型红土镍矿熔融还原冶炼渣型探究.pdf

2 0 1 7 年第7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y [ ．b g r i m m ．c n d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 7 ．0 7 ．0 0 4 高镁型红土镍矿熔融还原冶炼渣型探究 刘畅，郑少波 省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室，上海市钢铁冶金新技术开发应用重点实验室， 上海大学材料科学与工程学院，上海2 0 0 0 7 2 摘要提出了采用熔融还原工艺冶炼红土矿生产高镍含量 N i 2 0 ％ 镍铁合金的技术路线。通过查阅 相图、热力学计算、熔渣热物性质测定，提出了高M g O 渣型的冶炼方案，并验证了F e O - S i O 一C a O - M g O - A l z 0 。五元渣系的冶金性能。分析了M g O 对渣型的影响，结果表明，M g O 含量2 l ％～2 2 ％的渣型有较 低的熔化温度和适宜的黏度；熔炼试验渣中N i 0 可控制到0 ．0 5 ％以下。 关键词熔融还原；M g O ；红土镍矿；渣型；镍铁 中图分类号T F 8 1 5文献标志码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 7 0 7 0 0 1 1 - 0 5 S t u d yo nR e d u c t i o nS m e l t i n gS l a gT y p eo fH i g hM a g n e s i u m - b e a r i n gL a t e r i t e L I UC h a n g ．Z H E N GS h a o b o S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fA d v a n c e dS p e c i a lS t e e l 。S h a n g h a iK e yL a b o r a t o r yo fA d v a n c e dF e r r o m e t a l l u r g y ， S c h o o lo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，S h a n g h a iU n i v e r s i t y ．S h a n g h a i2 0 0 0 7 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o c e s st op r o d u c ef e r r o n i c k e la l l o yw i t hN i 2 5 ％b y [ a t e r i t eo r e ss m e l t i n gr e d u c t i o nu n d e r c o n d i t i o no fh i g ho x y g e nl e v e lw a sp u tf o r w a r d ．H i g hM g O - b e a r i n gs m e l t i n gs l a gw a sp r o p o s e db a s e do n p h a s ed i a g r a m s ，t h e r m o d y n a m i cc a l c u l a t i o n s ，a n ds l a gt h e r m o p h i l i cp r o p e r t i e s ．M e t a l l u r g i c a lp r o p e r t i e so f F e O S i 0 2 一C a O M g O A 1 20 3p e n t a ds l a gw e r ev e r i f i e da n de f f e c to fM g Oo ns l a gw a sa n a l y z e d ．T h er e s u l t s s h o wt h a tt h es l a gw i t hM g Oc o n t e n to f1 9 ％～2 1 ％h a sl o wm e l t i n gt e m p e r a t u r ea n ds u i t a b l ev i s c o s i t y ． N i Oc o n t e n ti ns l a gc a nb ec o n t r o l l e da t0 ．0 5 ％b e l o w ． K e yw o r d s s m e l t i n gr e d u c t i o n ；M g O ；l a t e r i t eo r e ；s l a gt y p e ；f e r r o n i c k e l 随着硫化镍矿资源的减少，越来越多的氧化镍 矿被开采利用。印尼氧化镍矿资源丰富，包括中国 在内的许多国家都在印尼投资建厂冶炼镍铁。回转 窑一电炉工艺、转底炉一电炉工艺每吨镍的电耗高 达35 0 0 ～40 0 0k W h 转底炉略低，4 5 0 ～6 0 0 k W h D - z ] ，在印尼需要配套建设发电厂才能满足冶 炼需求，投资和冶炼成本大。日本大江山直接还 原一磁选工艺成本低，但回转窑结圈问题在很大程 度上降低了其作业率，年产量不过2 万t [ 3 。4 ] 。我国 生产的镍铁品位一般不超过1 8 ％[ 5 ] 。由于高炉的 强还原气氛，矿中的F e 。o 。几乎全部被还原，使得镍 品位低。电炉工艺通过尽可能提高配碳量来延长石 墨电极的使用寿命，这样也使得F e O 被过量还原。 而熔融还原工艺可以利用高氧位技术控制F e O 的 还原比例。冶炼出高品位镍铁合金 N i ≥2 0 ％ 补 足目前的产品空缺，并直接作为高镍不锈钢和耐热 钢的冶炼原料，其性价比要高于电解镍工艺的产 品[ 6 ] 。利用印尼当地及周边地区丰富的煤资源优势 作为直接能源，研发出适合处理高硅镁型氧化镍矿 的熔融还原工艺具有重大的现实意义。 熔融还原法冶炼镍铁的工艺要求炉渣有较低的 熔化温度和良好的流动性。由于高镁红土矿按常规 收稿日期2 0 1 7 0 3 1 0 作者简介刘畅 1 9 9 l 一 ，男，山西太原人，硕士研究生；通信作者郑少波 1 9 6 1 一 ，男，浙江宁波人，博士，副教授 万方数据 1 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 7 年第7 期 配渣会造成渣量大、生产能耗高。本文对高M g O 渣型进行探究，在控制F e O 含量条件下、研究其熔 化性温度和黏度，并探讨分析其对镍铁冶炼的影响， 为工艺生产提供参考依据。 1渣型选择及试验 1 ．1 试验原料及渣型选择 印尼红土镍矿的成分 ％ T F e1 6 ．9 9 、T N i 1 ．9 8 、S i 0 24 2 ．1 3 、M g O2 6 ．0 8 、C a O1 ．3 6 、A 1 2 3 1 ．5 2 、C 0 20 31 ．2 9 、M n O0 ．5 8 、C 0 20 30 ．1 4 、Z n O 0 ．0 3 、S0 ．1 1 。结合X R F 和X R D 的分析可知，矿中 含铁的主要矿相为针铁矿和赤铁矿，含镍的主要矿 相为镍绿泥石 M g ，N i 。S i 。O 。 O H 。和绿玉髓 M g ，N i 。S i 。0 1 0 H ；而少量的铁与杂质形成蛇 纹石相 M g ，F e 3 S i 2 0 i O H 。。 还原剂为烟煤 固定碳5 4 ．7 5 ％，灰分5 ．1 4 ％， 挥发分2 8 ．1 7 ％，水分1 1 ．9 1 ％ ，破碎后粒度小于 2 ．0m i T t 。熔剂为分析纯C a O 、S i O 。试剂。 熔融还原工艺冶炼高硅镁型红土矿首先要求渣 型具有较低的熔化温度和黏度。炉渣的融化温度在 13 5 0 ℃左右，14 5 0 ℃时黏度小于0 ．5P a S 才能 具有一定的流动性。其次渣量要小，降低渣铁比以 降低能耗。该矿自然渣中S i O 、M g O 含量最高达 到5 1 ．2 2 ％和3 1 ．5 7 ％。因此，该炉渣融化温度高、 黏度大。C a O 的加入可以大幅度降低炉渣的熔化 温度口] 。加入A 1 。的炉渣熔化温度在13 6 5 ℃左 右，但S i O M g O A I O 。渣系成分的波动会使炉渣 的黏度剧烈变化，热稳定性差[ ”⋯。因原料本身含有 很少量的A l O 。 5 ％ ，故选取C a O - S i O z M g O A l 。O 。 5 ％ 四元相图作为参考[ 1 0 j 。再结合C a O S i O 。一M g O A 1 O 。黏度相图来确定炉渣的初步成 分口O ] 27 7 ，4 5 ％含量的S i O 。渣系在A l 。 2 2 ％ 以减小渣量，提高 冶炼的经济性。 3 M g O 的提高降低炉渣中F e O 的活度，但其 作用较为微弱；对镍回收率仅有微弱的影响。弱碱 万方数据 2 0 1 7 年第7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 5 性渣 1 R 1 ．0 5 更为适合冶炼镍铁，镍铁珠易富 集且与渣的分离效果更好，且渣中N i O 含量在 0 ．0 4 ％以下，镍回收率大于9 8 ％。 参考文献 [ 1 ] 李长玖，陈玉明，黄旭日，等．镍矿的处理工艺现状及进 展[ J ] ．矿产综合利用，2 0 1 2 6 8 - 1 1 ． [ 2 ] 刘毅，李波，王涛．红土矿镍铁冶炼技术进展分析[ J ] ．四 川冶金，2 0 1 2 ，3 4 3 l 一4 ，9 ． [ 3 ] 陶高驰，肖峰，蒋伟．国内采用回转窑生产镍铁的实践 E J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 8 5 1 5 4 ，5 9 ． [ 4 ] I S H I IK ．D e v e l o p m e n to f f e r r o n i c k e ls m e l t i n gf r o m l a t e r i t ei nJ a p a n [ J ] ．I n tJM i n e rP r o c e s s ，1 9 8 7 ，1 9 1 ／2 ／ 3 ／4 15 ． [ 5 ] 刘佳利．我国镍铁行业发展及企业经营现状分析[ J ] ．冶 金经济与管理，2 0 1 6 5 1 3 1 7 ． [ 6 ] R A OMJ ，I 。IGH ，J I A N GT ，e ta 1 ．C a r b o t h e r m i c r e d u c t i o no fn i c k e l i f e r o u sl a t e r i t eo r e sf o rn i c k e lp i gi r o n p r o d u c t i o ni nC h i n a AR e v i e w [ J ] ．j o M ，2 0 1 3 ，6 5 1 1 1 5 7 3 1 5 8 3 ． [ 7 ] 金川镍钻研究所，峨眉郑州矿产综合利用研究所．金川I 镍矿工艺矿物与工艺关系[ R ] ．甘肃金昌金J I I 镍钴研 究所，1 9 8 7 2 6 1 ． [ 8 ] 何环宇，王庆祥，韩秋影．M g O 含量对高炉渣性能的影 响研究[ J ] ．武汉科技大学学报 自然科学版 ，2 0 0 6 ，2 9 1 5 - 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