RKEF工艺处理缅甸镍红土矿.pdf

8 有色金属 S a 炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m r n ．c n 2 0 1 3 年1 期 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 3 ．0 1 ．0 0 3 R K E F 工艺处理缅甸镍红土矿 赵景富 中国有色集团沈阳有色金属研究院，沈阳1 1 0 1 4 1 摘要介绍了采用回转窑一电炉法 R K E F 处理缅甸达贡山镍红土矿生产镍铁的中试试验过程，得到了 下述最佳工艺参数干燥后原矿含水2 0 ％～2 2 ％、回转窑预还原温度9 0 0 ℃、还原剂煤的配入量7 ％、镍 品位1 9 ％，烟尘制粒时湿矿配入量为烟尘的2 5 ％、尘球含水3 0 ％，电炉熔炼时放渣温度15 5 0 ～16 0 0 ℃、镍铁合金放出温度14 5 0 ～15 0 0 ℃。 关键词镍红土矿；干燥；还原焙烧；镍铁合金；制粒；回转窑；电炉 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 3 0 1 0 0 0 8 0 4 T r e a t m e n tf o rM y a n m a rN i c k e lL a t e r i t ew i t hR K E FP r o c e s s Z H A O J i n g f u S h e n y a n gR e s e a r c hI n s t i t u t eo fN o n f e r r o u sM e t a l s ，S h e n y a n g1 1 0 1 4 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep i l o tp l a n tt e s to nf e r r o n i c k e la l l o yp r o d u c t i o nf r o mM y a n m a rD a g o nH i l ln i c k e ll a t e r i t eb y r o t a r yk i l n e l e c t r i cf u r n a c es m e l t i n gp r o c e s s R K E F w a si n t r o d u c e d ．T h eo p t i m u mp r o c e s sp a r a m e t e r si n c l u d em o i s t u r eo f2 0 ％～2 2 ％i nd r i e do r e ，p r e r e d u c t i o nt e m p e r a t u r eo f9 0 0 ℃，r e d u c t a n td o s a g eo f7 ％， n i c k e lg r a d ei nf e r r o n i c k e la l l o yo f1 9 ％；2 5 ％o fd u s ta sd o s a g eo fw e tl a t e r i t e ，t h em o i s t u r eo fd u s t b a l lo f 3 0 ％i np a l l e t i z i n gp r o c e s s ，s l a ga n df e r r o n i c k e la l l o yd i s c h a r g i n gt e m p e r a t u r ei ne l e c t r i cf u r n a c es m e l t i n g p r o c e s so f15 5 0 ～16 0 0 ℃a n d14 5 01 5 0 0 ℃，r e s p e c t i v e l y ． K e yw o r d s n i c k e ll a t e r i t e ；d r y i n g ；r e d u c t i o nr o a s t i n g ；f e r r o n i c k e la l l o y ；p e l l e t i z i n g ；r o t a r yk i l n ；e l e c t r i c f u r n a c e 用红土型镍矿冶炼生产镍铁的方法主要有高炉 冶炼、土法烧结一电炉冶炼、烧结机烧结一电炉冶 炼、回转窑电炉冶炼 以下称R K E F 工艺 [ 1 。7 ] 。 然而，前三种工艺均不同程度地存在污染重、能耗 高、资源利用水平低的问题，已经或即将被国家产业 政策所限制。R K E F 工艺以污染少、能耗低、资源回 收率高、产品品位高而得到重视，已经成为世界上冶 炼红土型镍矿生产镍铁的主流工艺。 中国有色集团2 0 0 4 年立项开发缅甸达贡山镍 矿，目前已经建成年产8 ．5 万t 的镍铁冶炼厂。为 了给该冶炼厂的设计和投产提供依据，中国有色集 团2 0 0 7 年在沈阳有色金属研究院投资建设了 收稿日期2 0 1 2 0 7 1 7 作者简介赵景富 1 9 6 6 一 ，男，吉林省吉林市人，高级工程师 R K E F 工艺中间试验厂。该中间试验厂为世界上仅 有的两座之一，2 0 0 8 年建成以来，开展了多项中试 试验，取得了大量的试验数据。 中间试验厂l L z r _ 艺流程 中试厂于2 0 0 7 年1 0 月开始建设，2 0 0 8 年9 月 交付使用。主要由0 1m 1 0m 回转干燥窑、0 1 ．5 m 1 2 ．5m 回转还原窑、10 0 0k V A 矿热电炉、烟 气收尘系统、T e s t 0 3 6 0 型烟气测试仪、终端控制系 统等部分组成。 试验工艺镍红土矿经筛分、破碎后进回转窑进 行干燥，然后进回转窑进行还原焙烧，焙砂进电炉熔 万方数据 2 0 1 3 年l 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 9 炼生产镍铁合金。 2 试验及结果 2 ．1 试验原料 试验用4 0 0t 红土矿采自缅甸达贡山镍矿，矿 样平均含N i1 ．9 9 ％，含F e1 2 ．3 7 ％；F e ／N i 6 ．2 2 ， S i O ／M g O 一1 ．8 7 ，镁和硅含量高，属于硅镁型镍 矿。试验用红土矿主要成分 ％ N i1 ．9 9 、M g O 1 9 ．0 9 、C r 2 0 31 ．1 7 、C o0 ．0 3 、F e1 3 ．7 2 、S i 0 24 2 ．1 4 、 A 1 2 0 32 ．6 1 、S0 ．0 9 、C0 ．8 8 、H 2 03 5 ．5 0 、M n0 ．2 2 、 C a O1 ．5 1 、烧失1 3 ，5 4 。试验用还原煤为普通烟煤， 高位发热量2 6 ．4 9M J ／k g ，固定碳4 6 ．4 1 ％，挥发分 3 3 ．2 2 ％，灰分1 6 ．9 3 ％，全水5 ．8 ％。 2 ．2 红土矿干燥试验 红土矿干燥的目的是去除原矿中所含的部分水 分，同时避免过程中产生过量的粉尘。因此，需要确 定干燥后矿的水分与产尘量的关系，进而确定最佳 的干燥条件。红土矿回转窑于燥矿水分设定为含水 1 2 ％、1 5 ％、1 8 ％、2 0 ％、2 2 ％，对应的产尘量试验结 果见表1 。 表1 水分干燥试验结果 T a b l e1R e s u l t so fm o i s t u r ed r y i n gt e s t 序号窑头温度／。c 窑尾温度／℃湿矿水分／％ 干矿水分／％ 产尘量 干基 ／k g 7 5 0 ～8 0 0 7 5 0 ～8 0 0 7 5 0 ～8 0 0 7 5 0 ～8 0 0 7 5 0 ～8 0 0 由表1 可看出，通过控制干燥矿适宜的水分，可 以有效地控制产尘量，因此建议该矿工业生产时控 制干矿含水量为2 0 ％～2 2 ％。 2 ．3 预还原试验 还原焙烧是R K E F 法工艺流程中的重要环节， 通过控制还原焙烧温度、还原剂的配比来调整焙砂 中镍的还原度，同时保证还原窑不结圈。在适宜的 温度范围内和一定的还原剂配入量条件下，还原度 与焙烧温度正相关。本试验还原煤配入量为干基矿 的7 ％，试验结果见表2 。 表2 预还原试验结果 T a b l e2R e s u l t so fp r e - r e d u c t i o nt e s t 由表2 可知，9 0 0 ℃左右焙烧时，金属镍、铁以 及二价铁的还原度指标均较好。还原窑在10 0 0 ℃ 时开始结圈，焙砂烧结严重，但结圈块及烧结块硬度 不大，容易打碎。因此该矿样工业生产时应将焙烧 温度控制在9 0 0 ℃左右。 2 ．4 合理镍铁品位试验 合理的镍铁品位是指在保证镍回收率、产品质 量及能耗等技术经济指标良好的情况下，镍铁合金 中含镍品位。通过调整还原窑及电炉中还原煤的配 入量，在镍充分还原的条件下控制铁的还原率，从而 提高或降低镍铁含镍品位。 当还原煤的配入量为干基矿的1 1 ％、9 ％、7 ％、 5 ％、3 ％时，镍铁品位分别为1 2 ．3 2 ％、1 4 ．9 7 ％、 1 8 ．6 6 ％、2 2 ．5 2 ％、2 5 ．6 7 ％，镍回收率分别为 9 1 ．2 ％、9 0 ．9 ％、9 0 ．8 ％、8 8 ．6 ％、8 0 ．3 ％。 结果表明，随着还原煤配入量的提高，镍铁中镍 的回收率上升，而镍品位下降。综合考虑技术经济 因素，本矿样生产镍铁的合理镍品位为1 8 ．6 6 ％。 此时的回收率为9 0 ．8 ％。因此，工业生产镍铁品位 1 9 ％左右比较合适，此条件下渣含镍为0 ．0 8 ％左 右。在1 9 ％左右镍品位条件下，镍铁合金成分分析 结果见表3 。 表3 镍铁合金成分 T a b l e3 C o m p o n e n t so ff e r r o n i c k e la l l o y ／％ 序号 C O ．7 2 1 ．0 8 O ．8 7 C u 0 ．0 2 2 O ．0 2 2 O ．0 2 4 C r 0 ．6 2 0 O ．4 6 7 0 ．3 8 7 N i 1 9 ．3 5 2 0 ．1 3 1 8 ．7 4 F e 7 7 ．7 7 7 ．5 7 9 ．2 C O 0 ．2 5 5 0 ．2 0 4 O ．2 5 2 S O ．2 3 1 O ．3 4 1 0 ．1 8 7 S i 0 ．9 0 0 O ．0 3 3 0 ．0 8 9 P O ．1 0 7 O ．0 9 6 O ．0 9 6 万方数据 1 0 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 3 年1 期 通过对表3 数据及试验现象观察，发现下述2 个问题 1 合金杂质含磷超标 试验过程中发现镍铁合金产品中磷含量远远大 于预算值，经分析统计，镍铁产品平均含磷0 ．1 ％左 右。磷进入合金系数为3 5 ％左右，与原矿含磷对 比，富集倍数大于4 ，需要引起高度重视。由于磷优 先于铁还原，冶炼生产过程中几乎无法控制其在产 品中的富集。因此，生产中只能根据原料特性，采取 配料稀释的方式加以控制，或采取精炼措施对产品 进行脱磷处理。但这样不仅麻烦，还会增加成本。 2 出现泡沫渣 在进行2 5 ％镍品位试验时，还原煤的配入量降 到3 ％，电炉中产生大量的泡沫渣，此条件下渣含镍 最高达1 ．2 4 ％，严重影响了回收率，而且险些造成 安全事故。因此生产过程中要严格控制泡沫渣的产 生，不要片面追求过高的镍铁品位。 泡沫渣产生的原因一是还原剂的减少，料层的 电阻增大，电极插入深度增加，炉底合金温度升高， 脱碳反应迅速提高，瞬间产生大量气体；二是还原剂 的减少造成反应热降低，炉渣温度下降致使表层结 壳气体排出不畅。所以，气体增长到一定程度又不 能及时排出时，炉渣被气体鼓起就产生了泡沫渣。 2 ．5 冶炼温度试验 红土矿冶炼过程中，镍铁合金及炉渣出炉温度 选择对冶炼技术经济指标影响较大。炉渣温度过 低，渣黏度大，流动性不好，镍还原不彻底，镍与渣分 离不好，影响镍回收率；炉渣温度过高，需消耗大量 的电能及降低炉衬寿命；合金温度过低，造成无法浇 铸；另外，合金温度过高，也需消耗大量电能及影响 炉衬寿命。因此，选择合适的出炉温度是镍铁冶炼 关键技术参数。为确定合理的冶炼温度，试验对镍 铁合金及炉渣成分进行差热分析，根据差热分析结 果，镍品位1 9 ％左右的镍铁合金熔点为13 6 0 ～ 13 8 0 ℃，炉渣熔点14 2 0 14 4 0 ℃，生产时镍铁合 金放出温度在14 5 0 ～15 0 0 ℃比较合适，炉渣放出 温度在15 5 0 ～16 0 0 ℃为宜。中试试验结果与上 述分析基本吻合。试验用镍铁合金及炉渣的成分及 熔点见表4 和表5 。 表4 镍铁合金成分及熔点 T a b l e4 C o m p o n e n t sa n dm e l t i n gp o i n to ff e r r o n i c k e la l l o y 2 ．6 烟尘制粒试验 红土矿冶炼过程产生的烟尘基本以制粒的方式 返回冶炼系统。本试验尝试了多种制粒方案，但结 果均不理想。根据缅甸红土矿黏性大的特点，以湿 红土矿作为烟尘的黏结剂，添加少量水，采用圆盘制 粒机进行制粒。这样可以减少外加黏结剂的成本。 固定水分3 0 ％条件下，当湿红土矿配人量分别 为烟尘量的1 5 ％、2 0 ％、2 5 ％、3 0 ％时，产尘量分别 为1 8 8 ．3 1 、1 6 9 ．2 6 、1 4 3 ．5 2 、1 4 0 ．2 9k g ／干基吨。 固定配矿量2 5 ％条件下，尘球含水分别为 2 0 ％、2 5 ％、3 0 ％、3 5 ％时，产尘量分别为1 5 0 ．6 4 、 1 4 8 ．3 3 、1 4 3 ．5 2 、1 4 2 ．9 8k g ／干基吨。 根据上述结果并考虑制球成本及后续处理成 本，确定最佳制粒条件为湿矿配入量为烟尘的 2 5 ％，尘球含水3 0 ％。 下转第1 6 页 万方数据 1 6 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 3 年1 期 换这层消耗炉衬电极糊捣打层，无需按原设计 每年更换电炉的耐火砖和微孔碳砖。虽然电炉改造 前后属于试生产期，各项技术经济指标不完全可比， 但电炉自改造后至今，年处理铜钴矿石量和年产铜 钴合金基本上达产达标，因此，我们认为富利铜钴冶 炼厂还原熔炼电炉的改造是成功的。 5结论 通过在铜钴氧化矿还原熔炼电炉的炉堂内壁及 炉底捣打一层电极糊，作为电炉的消耗炉衬，解决了 电炉的渗漏和炉墙严重腐蚀的发生，捣打层的使用 寿命达到8 个月，电炉改造后年处理铜钴矿石量和 年产铜钴合金基本上达产达标。 参考文献 [ 1 ] 中国有色工程设计研究总院．刚果 金 铜钴冶炼厂可 行性研究报告I - R ] ．北京，2 0 0 2 ． [ 2 ] 北京矿冶研究总院．刚果 金 铜钴矿电弧炉还原熔炼 试验研究报告I - R ] ．北京，2 0 0 2 ． [ 3 ] 金川镍钻研究设计院．刚果 金 铜钴氧化矿小型试验 报告I - R ] ．甘肃金昌，2 0 0 2 ． 上接第1 0 页 3结论 1 采用R K E F 工艺处理缅甸达贡山镍红土矿 生产镍铁技术可行。干燥矿含水率2 0 ％～2 2 ％，还 原窑焙烧温度9 0 0 ℃左右，还原煤配入量7 ％，此时 镍还原率较高，而且回转窑不结圈，镍品位1 9 ％左 右、回收率达到9 1 ％左右。 2 电炉冶炼镍铁的合理品位为1 9 ％，此时技术 经济指标最佳。如果生产2 5 ％品位的镍铁合金，镍 回收率损失较大，而且出现泡沫渣，不利于安全生 产。 3 磷在镍铁产品中的富集比大于4 ，导致产品 含磷超标，生产中应注意配矿或采取脱磷措施。 4 放渣温度15 5 0 ～16 0 0 ℃，镍铁合金放出温 度14 5 0 ～15 0 0 ℃较为合适。 5 将湿红土矿直接用作烟尘制粒黏结剂，可降 低制粒成本。 参考文献 [ 1 ] 张友平，周渝生，李肇毅，等．红土矿资源特点和火法冶 金工艺分析[ J ] ，铁合金，2 0 0 7 6 1 8 2 2 ． [ 2 ] 周晓文，张建春，罗仙平．从红土镍矿中提取镍的技术 研究现状及展望[ J ] ，四J I I 有色金属，2 0 0 8 1 1 8 2 2 ． [ 3 ] 李洪桂．冶金原理[ M ] ．北京科学出版社，2 0 0 5 1 9 2 2 0 3 ． [ 4 ] 李家瑞，王立川．镍冶金学[ M ] ．北京中国科学技术出 版社，1 9 9 0 ． [ 5 ] 王金花，宁平．铁合金与铁合金制品生产新技术新工艺 [ M ] ．北京冶金工业出版社，2 0 0 4 ． [ 6 ] 栾心汉，唐琳，李小明，等．镍铁冶金技术及设备V M ] ． 北京冶金工业出版社，2 0 0 5 ． [ 7 ] M o s k a l y kRR ，A l f a n t a z iAM ．N i c k e ll a t e r i t ep r o c e s s i n ga n de l e c t r o w i n n i n gp r a c t i c e i , J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 2 ，1 5 2 0 5 9 3 6 0 5 ． 万方数据