用氧化镍矿冶炼镍铁的工艺及冶炼装置 【技术领域】
本发明属于有色金属冶金领域，特别涉及一种用氧化镍矿冶炼镍铁的工艺及冶炼装置。
背景技术
目前，我国对金属镍需求来源主要是硫化镍矿。含镍品位在0.8-1.7％的硫化镍矿经粉碎、球磨、浮洗后，变成含镍品位5-7％的精矿进行电炉冶炼、闪速炉冶炼和鼓风炉冶炼。这已是非常成熟技术。随着社会的发展，科技的进步，不锈钢在世界上已得到广泛应用，传统的硫化镍矿资源已不能满足社会的需要，迫使人们对占地球镍资源约80％的红土镍矿中提取金属镍。所述的红土镍矿即被本发明称为氧化镍矿，同样含镁质镍矿也属于本发明称为氧化镍矿。据1987年国际红土矿年会统计，目前世界上镍储量80％为氧化镍矿。而氧化镍矿由于不能浮洗，品位太低而未被利用。目前世界上氧化镍矿冶炼镍铁的工艺有三种。即：火法工艺、湿法工艺、火湿法结合工艺。其中火法工艺有如法国、日本、美国、哥伦比亚等少数国家对氧化镍矿采用回转窑-电炉冶炼法。缺点是，还原冶炼镍铁工艺由于存在两次加热冶炼，不仅要求氧化镍矿的品位要高，而且需要消耗大量的能源，对原料的硅镁比例也有要求。投资大，其生产出的镍铁品位较低。目前国内部分地区利用高炉冶炼镍铁合金同样存在投资大、生产成本高的难题，还严重污染了环境。上述的湿法工艺，即硫酸加压浸出法，虽然目前已实现工业化生产，但由于其采用高压条件操作，对设备、规模、投资、操作控制及矿石品位、氧化镁等有较高的要求，尤其在硫酸价格昂贵的今天，用酸浸法提取金属镍，不仅成本高，而且产生大量废液，可对环境造成严重污染，如云南云锡公司在源江的镍矿厂已经停产了。还有火湿法结合工艺，主要是原矿还原焙烧-氨浸工艺，处理低品位氧化镍矿，但回收率低、成本高，已属淘汰工艺。上述工艺设备不仅投资大、能耗多，而且其生产出的镍铁品位也较低。
山西省五台县的申请人毛黎生，也注意到了上述问题；在2009年9月23日的中国发明专利公报公开号CN 101538626A，他已公开了发明名称“红土镍矿在回转窑中直接生产含镍生铁的方法”，该方法是：首先在氧化镍矿中加干燥剂CaO混合脱水干燥、破碎，再加入还原剂和粒镍铁聚集剂混合；再将上述混合料直接送入回转窑中进行还原焙烧；当回转窑操作温度提高到1350℃左右，还原的海绵铁渗碳融化成液体镍铁，停止回转窑转动，液体镍铁至窑头开口放出，最后流到模具中，冷却后，即为含镍生铁合金。炉渣从窑头排出水粹冷却。上述发明在氧化镍矿入回转窑前，不但要加干燥剂脱水，还要加入氟碳铈、独居石、硼镁石和蛭石等被发明人称为是“粒镍铁聚集剂”的材料，主要是为了防止回转窑窑皮长厚结圈。因此带来了加工工艺复杂，生产成本较高的问题。
【发明内容】
为了解决现有技术氧化镍矿冶炼存在的技术缺陷，本发明的目的是提供一种用氧化镍矿冶炼镍铁的工艺，该工艺不需要加干燥剂对氧化镍矿脱水，也不需要加入防止回转窑窑皮长厚结圈的材料，加工工艺简单，生产成本较低.本发明还通过改善回转窑的结构特性，提出了一种实现上述工艺的冶炼装置.
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种用氧化镍矿冶炼镍铁的工艺，按以下步骤完成：
①氧化镍矿配料加工
首先在氧化镍矿中加入石灰石，石灰石的用量为氧化镍矿重量的2-5％；经粉碎成粒径10mm以下的泥料；因为氧化镍矿本身含10％以上的水份，粉碎后就成了含水的泥料；充分搅拌混合后压团成椭圆球团；
②热焙干燥
所得的椭圆球团经提升至预热炉，在预热炉900-1100℃的高温余热中热焙干燥，且有抽风管对预热炉进行负压抽风除尘，使椭圆球团的中的水份在预热炉的负压环境中被蒸发汽化随抽风管抽出，同时粘土质矿物结晶水也在高温下分解释放被抽出；
③回转窑还原焙烧
热焙干燥后的椭圆球团从预热炉的水套下料管进入回转窑的窑尾进行还原焙烧；回转窑按20-30转/小时的转速转动，椭圆球团在窑内经历1200-1500℃不同温区的焙烧，经矿物软化，还原，熔化，造渣成液体镍铁；上述1200-1500℃不同温区的温度，可以通过窑头喷煤管喷入的粉煤量，风量，窑尾输风管的输风量进行调节控制；窑尾输风管的风量主要调节窑内的CO燃烧；所说的还原包括镍的还原和铁的还原，窑尾加煤口的粗颗粒原煤加入量主要是调节控制铁的还原量；
④回收处理
当回转窑停止转动，液体镍铁和炉渣在窑头开放出口排出至铁水包，静止半小时，使渣液体更好地分离，液体镍铁从铁水包流到模具中，冷却后，即为镍铁合金；炉渣从铁水包排出至水池水粹、堆放。
一种实现用氧化镍矿冶炼镍铁的工艺的冶炼装置，主要包括氧化镍矿配料加工设备，预热炉，回转窑和铁水包；所述的预热炉为一个立式筒体结构，上端有进料口接氧化镍矿配料加工设备的提升传送机，上侧筒壁有连接除尘设备和引风机地抽风管；下端筒底有进气口和水套下料管，进气口在预热炉腔内侧有斜装的挡料板；所述的回转窑是一个内侧设有耐火内衬的密封筒体；在筒体两端分别设有窑头端板和窑尾端板，窑头端板上有喷煤管，窑尾端板上有排气口，进料孔，加煤口和输风管，窑尾端板上排气口通预热炉上的进气口，窑尾端板上进料孔接预热炉上水套下料管；所述的窑头的一段筒体的直径要比筒体中部大，该段筒体一侧有放出口通向铁水包。
本发明生产出的镍铁可直接作为电炉冶炼不锈钢的优质原料。与现有技术相比较，本发明工艺的主要优点是：
1.开发了未被使用的氧化镍矿资源。
2.投资省：与建设同样规模处理量的高炉，设备、基建投资要节省40％。
3.消耗低：冶炼采用一次能源，每吨氧化镍矿消耗原煤280-300kg。
4.选择性还原，控制产品含镍量在20％以上。
5.回收率高：镍的回收率高于95％。
本发明冶炼装置的主要优点是：
1.由于回转窑窑头的一段筒体的直径加大、密封，增加了镍铁熔炼反应腔的容量，同时可提高热效率。
2.本发明的回转窑可根据原料镍、铁含量，调节粗颗粒煤用量，窑尾的输风管输风，加上窑头喷煤管为4风道(净风、煤风、旋风、稳压风)可随时调节，实现了控制铁的选择性还原，保证产品镍的含量。
3.回转窑从窑尾到窑头1200-1500℃全窑高温，解决了回转窑久难克服的窑内筑坝，窑中结圈，影响正常生产的难题
4.本发明的预热炉有进气口通回转窑的排气口，回转窑冶炼的佘热送预热炉供球团原料预热和热焙干燥，实现了余热充分利用，具有节能的效果。
【附图说明】
图1是本发明氧化镍矿冶炼镍铁的工艺示意图；
图2是本发明冶炼装置示意图。
图中：1预热炉；2回转窑；3铁水包；4进料口；5提升传送机；6除尘设备；7抽风管；8进气口；9水套下料管；10挡料板；11筒体；12窑头；13窑尾；14回转传动支承座；15窑头端板；16窑尾端板；17喷煤管；18排气口；19进料孔；20输风管；21放出口；22粉碎机；23混料机；24对辊压机；25加煤口；26氧化镍矿堆矿仓；27模具；28水池。
【具体实施方式】
为详细说明本发明，下面结合附图用具体的实施方式对本发明做进一步的描述。
附图1表示一种用氧化镍矿冶炼镍铁的工艺流程，按以下步骤完成：
①氧化镍矿配料加工
首先在氧化镍矿中加入石灰石，石灰石的用量为氧化镍矿重量的2-5％；经粉碎机22粉碎成粒径10mm以下的粉料；用混料机23充分搅拌混合后送对辊压机24中压团，成30*40mm椭圆球团；
②热焙干燥
所得的椭圆球团经提升至预热炉1，在预热炉900-1100℃的高温余热中预热、热焙干燥，且有抽风管7对预热炉1进行负压抽风除尘，使椭圆球团的中的水份在预热炉的负压环境中被蒸发汽化随抽风管7抽出，同时粘土质矿物结晶水也在高温下分解释放被抽出；
③回转窑还原焙烧
热焙干燥后的椭圆球团从预热炉1的水套下料管9进入回转窑2的窑尾进行还原焙烧；回转窑2按20-30转/小时的转速转动，由于窑筒体的倾斜和缓慢的回转，椭圆球团将产生一个即沿着圆周方向滑行又沿着轴向从高端窑尾13向低端窑头12移动的综合运行；椭圆球团在窑内经历1200-1500℃不同温区的焙烧，经矿物软化，还原，熔化，造渣成液体镍铁；上述1200-1500℃不同温区的温度，可以通过窑头喷煤管17喷入100-150目的粉煤量，风量，窑尾输风管20的输风量进行调节控制；窑尾输风管的风量主要调节窑内的CO燃烧；所说的还原包括镍的还原和铁的还原，窑尾加煤口25的粗颗粒原煤加入量主要是调节控制铁的还原量；
④回收处理
当回转窑2停止转动，液体镍铁和炉渣在窑头开放出口21排出至铁水包3，静止半小时，使渣液体更好地分离，液体镍铁从铁水包3流到模具27中，冷却后，即为镍铁合金。炉渣从铁水包3排出至水池28水粹、堆放。
附图2表示一种适用上述工艺的冶炼装置，主要包括氧化镍矿配料加工设备，预热炉1，回转窑2和铁水包3；所述的氧化镍矿配料加工设备是指依流程排列的氧化镍矿堆矿仓26，粉碎机22，混料机23，对辊压机24和提升传送机5；所述的预热炉1为一个立式筒体11结构，上端有进料口4接氧化镍矿配料加工设备的提升传送机5，上侧筒壁有连接除尘设备6和引风机的抽风管7；下端筒底有进气口8和水套下料管9，进气口8在预热炉1腔内侧有斜装的挡料板10；所述的回转窑2是一个内侧设有耐火内衬的密封筒体11，筒体11两端分窑头12和窑尾13，分别通过大滚动轴承和大齿轮啮合搭在倾斜的回转传动支承座14上；在筒体11两端分别设有窑头端板15和窑尾端板16，窑头端板15上有喷煤管17，窑尾端板16上有排气口18，进料孔19，加煤口25和输风管20，窑尾端板16上排气口18通预热炉1上的进气口8，窑尾端板16上进料孔19接预热炉1上水套下料管9；所述的窑头12的一段筒体11的直径要比筒体11中部大，该段筒体11一侧有放出口21通向铁水包3。