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        某地紅土礦還原鎳鐵的研究

        2012-02-01 07:57:50張蓓蓓冀東晟
        科技傳播 2012年15期
        關(guān)鍵詞:鎳鐵無煙煤紅土

        張蓓蓓,冀東晟

        烏蘭察布市工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站,內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000

        0 引言

        鎳紅土礦的可采部分一般由三層組成:褐鐵礦層、過渡層和腐植土層,目前世界上對(duì)于鎳紅土礦的處理工藝歸納起來大致有三種,即火法工藝、濕法工藝和火濕法結(jié)合工藝。工藝的選擇主要依據(jù)是原礦的成分和最終的產(chǎn)品。褐鐵礦層,特點(diǎn)是高鐵低鎂,一般采用濕法提取,過渡層可采用濕法或火法,而腐植土層特點(diǎn)是低鐵高鎂采用火法處理。

        某地紅土礦成分如表1所示:

        表1 某地紅土礦成分

        通過表1可知,某地鎳礦屬于過渡層,工藝的選擇可采用濕法或火法,本文討論火法工藝中還原熔煉鎳鐵工藝。

        1 試驗(yàn)所用的儀器設(shè)備、原料

        1.1 原料成分

        本研究采用的原料來自馬布里鎳礦,經(jīng)曬干后,人工破碎至50mm左右。

        從已有對(duì)紅土鎳礦分析的資料上,根據(jù)文獻(xiàn)資料報(bào)道,大多橄欖巖的礦物組成為針鐵礦、磁鐵礦和蛇紋石[3]。根據(jù)觀察,某地鎳礦具有較強(qiáng)的磁性,證明礦物中有一定的磁鐵礦成分。

        1)還原劑

        還原劑采用碳質(zhì)還原劑無煙煤和焦炭。

        2)助劑

        助劑采用石灰用來調(diào)節(jié)渣的堿度。

        1.2 試驗(yàn)主要設(shè)備

        鄂式破碎機(jī):PE200*300,鼓風(fēng)地爐:自制(約處理800kg/天),礦熱直流電阻爐:100kVA;

        包子:自制30kg,鼓風(fēng)干燥箱,紅外測溫儀、ISP,碳硫分析儀。

        2 鎳鐵冶煉試驗(yàn)

        2.1 冶煉機(jī)理[4]

        2.1.1 預(yù)還原

        電爐熔煉鎳鐵一般需要增加爐料預(yù)還原過程以節(jié)約電能。爐料的預(yù)還原是在固態(tài)下進(jìn)行,溫度在1 200℃~1 400℃之間,爐內(nèi)呈還原氣氛。地爐以無煙煤作為燃料和還原劑,與原礦混合后進(jìn)入地爐燒結(jié)。從理論上來說,在1 200℃~1 400℃時(shí),存在如下反應(yīng):

        2.1.2 電爐熔煉

        還原熔煉可以在爐料溶化的同時(shí)進(jìn)行。爐料溶化后由固體炭還原。其反應(yīng)式為:

        MeO+C=Me+CO

        CO+MeO=Me+CO2

        在電爐中幾乎所有的鎳的氧化物都被還原成金屬。爐渣是由氧化亞鐵、氧化硅等組成,增加氧化亞鐵含量可降低爐渣的熔點(diǎn)、操作溫度和爐渣中金屬損失量,提高爐渣的導(dǎo)電性,決定鎳鐵中碳、硅、鉻、磷等雜質(zhì)的含量。

        2.2 試驗(yàn)過程

        2.2.1 預(yù)還原

        按原礦:無煙煤=1:0.15的比例混合原料,預(yù)還原是在鼓風(fēng)地爐中進(jìn)行的,地爐下面由鼓風(fēng)設(shè)備,先在鋼柵欄上鋪上稻草,底部墊煤20kg,以柴油做助燃劑,采用連續(xù)進(jìn)料的方式進(jìn)行預(yù)還原,還原時(shí)間10h左右。

        2.2.2 電爐熔L煉

        以燒結(jié)礦為原料,配入一定的炭質(zhì)還原劑,石灰混合,整個(gè)熔煉過程在直流礦熱電阻爐內(nèi)進(jìn)行,以20g焦丁起弧,分次加入爐料,待溫度達(dá)到要求后計(jì)算保溫時(shí)間。出爐后傾入自制鋼包內(nèi)。待冷卻后倒出分出渣相。金屬與渣分別稱重分析。還原熔煉進(jìn)行了加炭量、助劑量、冶煉時(shí)間的條件試驗(yàn)。助劑使用生石灰,還原劑采用無煙煤和焦炭。

        圖1 加炭量對(duì)鎳品位與直收率的影響

        1)加炭量試驗(yàn)

        試驗(yàn)條件:試驗(yàn)原料:燒結(jié)礦,熔煉溫度:1400℃,原料重量:15kg,生石灰: 0.84kg。

        起弧焦炭:20g,熔煉時(shí)間:10min,還原劑:焦炭。

        試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

        從圖中可以看出,鎳品位隨著用炭量的增加開始是下降,當(dāng)用碳量超過2.5%,開始增加,之后又開始下降,而直收率恰好相反。從試驗(yàn)過程來看,如表2所示:

        表2 還原劑試驗(yàn)過程

        從試驗(yàn)表2中可以看當(dāng)試驗(yàn)為1、2爐時(shí),爐體還原性太強(qiáng),而當(dāng)3爐以后,基本呈現(xiàn)出與理論相符規(guī)律。

        從結(jié)果來看,綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo),選定還原劑用量為3%時(shí)為最優(yōu)條件,鎳品位可達(dá)8.91%,直收達(dá)83.16%,渣含鎳0.062%。

        2)助劑量試驗(yàn)

        試驗(yàn)條件:試驗(yàn)原料:燒結(jié)礦,熔煉溫度:1 400℃,原料重量:15kg,起弧焦炭:20g

        熔煉時(shí)間:10min,還原劑:無煙煤,3%

        試驗(yàn)結(jié)果如圖2、3所示:

        圖2 助劑量對(duì)鎳品位與直收率的影響

        助劑為生石灰,目的是調(diào)節(jié)渣的性質(zhì)和金屬氧化物的活度。從圖中可以看出,鎳品位存在中間低,兩頭高的趨勢,直收率恰好相反。說明在生石灰含量過高和過低時(shí),都不利于金屬的還原,尤其是FeO的還原??梢酝ㄟ^查詢其相關(guān)活度圖加以分析。

        綜合考慮各項(xiàng)指標(biāo),選取助劑量為15.39%時(shí)為本試驗(yàn)最優(yōu)條件,鎳品位可達(dá)8.33%,直收達(dá)88.54%,渣含鎳0.24%。

        3)熔煉時(shí)間試驗(yàn)

        試驗(yàn)條件:試驗(yàn)原料:燒結(jié)礦1,熔煉溫度:1 400℃,原料重量:15kg,起弧焦炭:20g

        生石灰: 2.799kg(18.66%),還原劑: 無煙煤,3%。

        試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示:

        圖3 熔煉時(shí)間對(duì)鎳品位與直收率的影響

        從圖中可以看出,隨著熔煉時(shí)間的增加,鎳品位先升后降,直收率恰好相反。

        熔煉時(shí)間為15min~20min時(shí),存在一個(gè)較為明顯的變化,當(dāng)熔煉溫度為15min時(shí),鎳品位較高,直收率僅為57.22%,當(dāng)熔煉溫度為20min時(shí),直收率為88.19%,品位有一定下降,僅6.17。

        2.3 小結(jié)

        1)鎳品位隨著用炭量的增加開始是下降,當(dāng)用碳量超過2.5%,開始增加,之后又開始下降,而直收率恰好相反;還原劑用量為3%時(shí)為最優(yōu)條件,鎳品位可達(dá)8.91%,直收達(dá)83.16%,渣含鎳0.062%;

        2)生石灰含量過高和過低時(shí),都不利于金屬的還原,尤其是FeO的還原。助劑量為15.39%時(shí)為本試驗(yàn)最優(yōu)條件,鎳品位可達(dá)8.33%,直收達(dá)88.54%;

        3)隨著熔煉時(shí)間的增加,鎳品位先升后降,直收率恰好相反

        [1]彭容秋.鎳冶金[M].長沙:中南大學(xué)出版社,2005,9.

        [2]李小明,唐琳,劉仕良.紅土鎳礦處理工藝探討[J].鐵合金,2007,195(4):24.

        [3]徐小峰.紅土鎳礦預(yù)富集-還原熔煉制取低鎳鐵合金研究:[碩士學(xué)位論文].長沙:中南大學(xué),2007.

        [4]唐思琪.鎳精礦冶煉鎳鐵試驗(yàn)研究.吉林:吉林大學(xué),

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