張蓓蓓,冀東晟
烏蘭察布市工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站,內(nèi)蒙古烏蘭察布 012000
鎳紅土礦的可采部分一般由三層組成:褐鐵礦層、過(guò)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(lái)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(guò)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(guò)表1可知,某地鎳礦屬于過(guò)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。
本研究采用的原料來(lái)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(wú)煙煤和焦炭。
2)助劑
助劑采用石灰用來(lái)調(diào)節(jié)渣的堿度。
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(cè)溫儀、ISP,碳硫分析儀。
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(guò)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(wú)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(lái)說(shuō),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。
2.2.1 預(yù)還原
按原礦:無(wú)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(guò)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(wú)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(kāi)始是下降,當(dāng)用碳量超過(guò)2.5%,開(kāi)始增加,之后又開(kāi)始下降,而直收率恰好相反。從試驗(yàn)過(guò)程來(lái)看,如表2所示:
表2 還原劑試驗(yàn)過(guò)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(lái)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(wú)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(shì),直收率恰好相反。說(shuō)明在生石灰含量過(guò)高和過(guò)低時(shí),都不利于金屬的還原,尤其是FeO的還原??梢酝ㄟ^(guò)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(wú)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。
1)鎳品位隨著用炭量的增加開(kāi)始是下降,當(dāng)用碳量超過(guò)2.5%,開(kāi)始增加,之后又開(kāi)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(guò)高和過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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),