1.本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种高炉用红土镍矿烧结矿及制备工艺。
技术背景
2.镍作为一种重要的战略金属，因为其具有良好的延展性、较强的韧性、良好的高温性能和抗氧化抗腐蚀性能，已成为现代航空、国防等工业的
关键材料。被广泛应用于不锈钢、合金钢、电镀材料、电池等多个领域。其中，不锈钢在镍的消费比例中占据主导地位，约占全球镍消费比例的68％。2019年我国不锈钢粗钢产量达到2940万吨，占全球不锈钢粗钢产量的56.3％，其中200系不锈钢产量达到1022万吨，占国内不锈钢总产量的34.8％。
3.红土镍矿具有储量丰富、开采难度小等优势，随着其处理工艺的不断进步，成为当前主要的镍生产原料。红土镍矿按其矿床剖面从地表往下分为褐铁型(ni:0.8％～1.5％；tfe:40％～52％)、过渡型(ni:1.5％～1.8％；tfe:25％～40％)和腐泥型(ni:1.8％～3.0％；tfe:10％～25％)。在镍基不锈钢冶炼过程中，与电解镍为镍源相比，以镍铁为原料可以有效避免镍和铁分离后又高温融合而造成的能源浪费，在一定程度上更加合理和更具成本优势。红土镍矿的火法处理工艺凭借其流程短、原料适应范围广、工艺比较成熟等优势，已逐渐成为红土镍矿的主流生产工艺。
4.目前，世界上应用最广泛的红土镍矿冶炼工艺是回转窑?电炉工艺(rkef)，该工艺主要用来处理腐泥土型红土镍矿和过渡层型红土镍矿，生产高镍铁产品(ni＞8％)，进一步生产300系不锈钢。而褐铁型红土镍矿主要采用高炉冶炼含镍生铁，并进一步生产200系不锈钢。高炉法工艺技术成熟、投资成本低，且随着200系不锈钢需求不断增加，使得采用高炉冶炼低镍生铁在我国得到发展。
5.与常规高炉炼铁使用的高品位铁精矿不同，红土镍矿属于
低品位复杂矿，且无选矿等预富集工序，铁品位较铁精矿低10％以上，因此在烧结?高炉冶炼工艺中存在许多难点。一方面红土镍矿原料含水量高(27％?45％)，导致烧结透气性差、能耗高、成品率低等不利影响；另一方面为增加成品率一般是通过增加配碳量来提高成品率，但同时也会造成烧结矿中feo含量过高，还原性差的问题。低质量烧结矿进入高炉以后导致能耗高、渣量增大、并使高炉软熔带位置偏上，高炉上部炉料的透气性恶化，炉缸下部铁水温度下降，影响铁水的流动性造成渣铁分离困难等不良影响。
6.目前国内企业在红土镍矿的烧结生产过程中普遍存在烧结矿成品率低、返矿量高、转鼓强度低、粒级分布不理想等问题。此外，由于不同种类及不同地区的红土镍矿镍品位、铁品位等化学成分波动大，国内企业红土镍矿原料全部依赖进口，导致原料来源不稳定等因素显著提高了生产难度。
技术实现要素：
7.针对红土镍矿烧结
?高炉冶炼含镍铁水生产中存在的上述问题，本发明提供一种高炉用红土镍矿烧结矿及制备工艺，通过控制烧结矿中不同组分的含量，以实现提高烧结矿质量和冶金性能、为高炉提供优质炉料的目的。
8.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
9.本发明提供了一种高炉用红土镍矿烧结矿，它主要是由褐铁型红土镍矿、熔剂、燃料、返矿及其他辅料进行配矿、混匀制粒、烧结制得的成品烧结矿，所述成品烧结矿中各成分满足：
10.tfe＝48％～55％，
11.ni＝0.9％～1.3％，
12.cr2o3＝3.5％～6％，
13.al2o3＝5％～6％，
14.sio2＝5％～7％，
15.mgo/al2o3质量比＝0.4～0.7，
16.二元碱度cao/sio2＝1.0～1.4，
17.四元碱度(cao+mgo)/(al2o3+sio2)＝0.8～1.2。
18.根据上述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，所述熔剂为白云石、生石灰、脱硫石膏中的一种或多种，熔剂的配加量由烧结矿的二元碱度cao/sio2的数值及四元碱度(cao+mgo)/(al2o3+sio2)的数值确定。
19.根据上述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，所述成品烧结矿中二元碱度cao/sio2＝1.1～1.3，四元碱度(cao+mgo)/(al2o3+sio2)＝0.9～1.1。
20.根据上述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，所述燃料为焦粉、兰炭、无烟煤中的一种或多种，燃料配加量为红土镍矿质量的4％～7％。
21.根据上述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，所述燃料含有焦粉，焦粉质量占燃料总质量不低于30％。
22.根据上述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，配矿过程中加入腐泥型红土镍矿、蛇纹石矿调节烧结矿中镁、硅组分含量，且其配加量不高于褐铁型红土镍矿质量的6％。
23.根据上述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，配矿过程中加入铁精粉，所述铁精粉配加量不高于褐铁型红土镍矿质量的5％。
24.根据上述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，所述烧结矿的成品率大于70％，转鼓强度大于60％。
25.根据上述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，所述烧结矿的低温还原粉化指数rdi+3.15＞95％、还原性指数ri＞70％。
26.根据上述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，所述成品烧结矿用于高炉冶炼含镍、铬的铁水，其中铁水中镍含量1.0％～1.5％，铬含量3％～6％，可进一步生产200系不锈钢。
27.根据上述的一种高炉用红土镍矿烧结矿的制备工艺，它是先将由褐铁型红土镍矿、熔剂、燃料、返矿及其他辅料进行配矿；然后混匀制粒得到烧结料，最后将烧结料经烧结工序制得成品烧结矿，烧结工序中烧结温度1300℃～1350℃、抽风负压9～14kpa。
28.本发明的主要原理在于：
29.1、烧结过程中，液相生成量的多少对烧结矿的质量和强度有很大的作用。液相在铁矿烧结成矿过程中的作用主要有：可作为粘结相粘结未熔固体颗粒使烧结矿具有一定的
强度；液相的流动性可以进行流动传热和流动传质，使烧结矿的成分均匀化；液相可以润湿未熔的固体颗粒并产生一定的表面张力将矿粒拉紧，使其冷凝后具有一定的强度；液相的存在可以形成并析出新生矿物，这种新生矿物有利于改善烧结矿得强度和还原性。在保证烧结过程中高温带的透气性、液相的粘度和润湿性的前提下，液相生成量在20％～40％效果较好。本发明通过褐铁型红土镍矿的配矿处理，保证烧结矿mgo/al2o3质量比、al2o3、sio2含量在适宜范围内，并通过添加熔剂调节二元碱度、四元碱度等方式降低液相的生成温度、增加液相的生成量。从而强化粘结相的固结作用，提高烧结矿强度。对烧结矿进行sem?eds分析可知(附图1)，烧结矿中铁主要分布在铁、铬、镁、铝形成的尖晶石相中，少量分布在粘结相中，粘结相主要由铁、钙、硅、镁组成。
30.本发明在配矿中加入铁精粉，铁精粉的加入一方面可以改善烧结料层的透气性、提高烧结速度和利用系数；另一方面可以提高铁的品位，但为保证成品烧结矿中镍、铬的含量，铁精粉配加量不宜过高。
31.与现有技术相比，本发明的特点和有益效果：
32.1、本发明通过对褐铁型红土镍矿经过配矿，控制al2o3、sio2、mgo在烧结矿中的含量，合理配入熔剂，调节碱度，并通过调控焦粉配比，控制烧结温度和烧结气氛，使其有利于烧结过程液相的生成，充足的液相有利于烧结矿的固结反应，可实现提高烧结矿强度的目的，从而改善烧结矿的产量及质量指标。本发明制备的的红土镍矿烧结矿的成品率可以达到70％以上，转鼓强度可以达到60％以上。
33.2、本发明通过对红土镍矿配矿，配加熔剂及固体燃料来调控化学成分，以调节烧结矿的碱度、烧结温度和烧结气氛等使红土镍矿在烧结过程中生成合适的粘结相，强化烧结过程的液相生成，从而提高烧结矿质量及冶金性能，降低燃耗，降低冶炼成本，为后续高炉冶炼提供优质的炉料。
附图说明
34.图1是实施例1制备的成品烧结矿sem图。
具体实施方式
35.下面对本发明做进一步解释和说明。
36.本发明提供一种高炉用红土镍矿烧结矿，它主要是由褐铁型红土镍矿、熔剂、燃料、返矿及其他辅料进行配矿、混匀制粒、烧结制得的成品烧结矿，所述成品烧结矿中各成分满足：tfe＝48％～55％，ni＝0.9％～1.3％，cr2o3＝3.5％～6％，al2o3＝5％～6％，sio2＝5％～7％，mgo/al2o3质量比＝0.4～0.7，二元碱度cao/sio2＝1.0～1.4，四元碱度(cao+mgo)/(al2o3+sio2)＝0.8～1.2。tfe＝48％～55％表示铁品位为48％～55％。
37.固定烧结条件：燃料通常使用焦粉和无烟煤，焦粉配比1.74％，无烟煤配比4.96％，返矿配比35.24％，制粒时间5min，烧结料层厚度900mm，烧结点火温度1100℃、点火时间3min、保温1min、点火负压8kpa、烧结温度1300℃～1350℃、烧结抽风负压10kpa、烧结完成后调整冷却负压5kpa、冷却时间3min。
38.实施例1：
39.红土镍矿配加熔剂调节al2o3＝5.5％，sio2＝5.5％，mgo/al2o3质量比0.55，二元碱
度cao/sio2＝1.3、四元碱度(cao+mgo)/(al2o3+sio2)＝0.92；经配矿、混匀制粒、烧结后得到烧结矿，所得烧结矿成品率tfe＝50.99％、ni＝0.92％、cr2o3＝4.56％、成品率为75.41％、转鼓强度60.91％、利用系数为1.71t·(m2·h)
?1。如图1所示，点1、2、3、4是不同点位的成分，对应的成品烧结矿的eds分析结果如表1，表中对应的是每个点各成分的含量。
40.表1实施例1中的成品烧结矿的eds分析结果
[0041][0042]
实施例2：
[0043]
在实施例1基础上，通过添加6％的腐泥型红土镍矿调节sio2＝6.5％，al2o3＝5.5％，mgo/al2o3质量比0.7，二元碱度cao/sio2＝1.3、四元碱度(cao+mgo)/(al2o3+sio2)＝1.0；经配矿、混匀制粒、烧结后得到红土镍矿烧结矿，所得烧结矿tfe＝49.96％、ni＝0.97％、cr2o3＝4.22％、成品率为74.21％、转鼓强度为66.67％、利用系数为1.86t·(m2·h)?1。
[0044]
实施例3：
[0045]
在实施例1基础上，通过增加高铝红土镍矿配比调节al2o3含量至6.0％、sio2＝5.5％、mgo/al2o3质量比0.5、二元碱度cao/sio2＝1.3、四元碱度(cao+mgo)/(al2o3+sio2)＝0.88；经配料、混匀制粒、烧结后得到红土镍矿烧结矿，所得烧结矿tfe＝51.55％、ni＝0.96％、cr2o3＝4.56％、成品率为75.36％、转鼓强度为62.73％、利用系数为2.69t·(m2·h)?1。
[0046]
实施例4：
[0047]
在实施例1基础上，配加5％的高硅铁精粉，调节al2o3＝5.5％、sio2＝6.5％、mgo/al2o3质量比0.7、二元碱度cao/sio2＝1.3、四元碱度(cao+mgo)/(al2o3+sio2)＝1.0；经配矿、混匀制粒、烧结后得到红土镍矿烧结矿，所得烧结矿tfe＝52％、ni＝0.94％、cr2o3＝4.38％、成品率为76.53％、转鼓强度为64.68％、利用系数为2.29t·(m2·h)?1。
[0048]
比较实施例1
?
4所得的烧结矿的成品率、转鼓强度、利用系数等指标，可以确定通过协同调控烧结矿的al2o3含量、sio2含量、mgo/al2o3质量比、二元碱度、四元碱度等参数，烧结矿的成品率和转鼓强度均显著提高。技术特征：
1.一种高炉用红土镍矿烧结矿，其特征在于：它主要是由褐铁型红土镍矿、熔剂、燃料、返矿及其他辅料进行配矿、混匀制粒、烧结制得的成品烧结矿，所述成品烧结矿中各成分满足：tfe＝48％～55％，ni＝0.9％～1.3％，cr2o3＝3.5％～6％，al2o3＝5％～6％，sio2＝5％～7％，mgo/al2o3质量比＝0.4～0.7，二元碱度cao/sio2＝1.0～1.4，四元碱度(cao+mgo)/(al2o3+sio2)＝0.8～1.2。2.根据权利要求1所述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，其特征在于：所述熔剂为白云石、生石灰、脱硫石膏中的一种或多种，熔剂的配加量由烧结矿的二元碱度cao/sio2的数值及四元碱度(cao+mgo)/(al2o3+sio2)的数值确定。3.根据权利要求1所述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，其特征在于：所述成品烧结矿中二元碱度cao/sio2＝1.1～1.3，四元碱度(cao+mgo)/(al2o3+sio2)＝0.9～1.1。4.根据权利要求1所述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，其特征在于：所述燃料为焦粉、兰炭、无烟煤中的一种或多种，燃料配加量为红土镍矿质量的4％～7％。5.根据权利要求4所述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，其特征在于：所述燃料含有焦粉，焦粉质量占燃料总质量不低于30％。6.根据权利要求1所述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，其特征在于：配矿过程中加入腐泥型红土镍矿、蛇纹石矿调节烧结矿中镁、硅组分含量，且其配加量不高于褐铁型红土镍矿质量的6％。7.根据权利要求1所述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，其特征在于：配矿过程中加入铁精粉，所述铁精粉配加量不高于褐铁型红土镍矿质量的5％。8.根据权利要求1所述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，其特征在于：所述烧结矿的成品率大于70％，转鼓强度大于60％。9.根据权利要求1所述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，其特征在于：所述烧结矿的低温还原粉化指数rdi+3.15＞95％、还原性指数ri＞70％。10.根据权利要求1所述的一种高炉用红土镍矿烧结矿，其特征在于：所述成品烧结矿用于高炉冶炼含镍、铬的铁水，其中铁水中镍含量1.0％～1.5％，铬含量3％～6％，可进一步生产200系不锈钢。11.根据权利要求1所述的一种高炉用红土镍矿烧结矿的制备工艺，其特征在于：它是先将由褐铁型红土镍矿、熔剂、燃料、返矿及其他辅料进行配矿；然后混匀制粒得到烧结料，最后将烧结料经烧结工序制得成品烧结矿，烧结工序中烧结温度1300℃～1350℃、抽风负压9～14kpa。
技术总结
本发明公开了一种高炉用红土镍矿烧结矿及制备工艺，它主要是将褐铁型红土镍矿与熔剂、燃料、返矿、辅料进行混合，再经制粒、烧结制得高炉用烧结矿；所得成品烧结矿中：TFe＝48％～55％；Cr2O3＝3.5％～6％；Ni＝0.8％～1.3％；Al2O3＝5％～6％；SiO2＝5％～7％；MgO/Al2O3质量比0.4～0.6；二元碱度CaO/SiO2质量比1.0～1.4；四元碱度(CaO+MgO)/(Al2O3+SiO2)质量比0.8～1.2。本发明通过优化褐铁型红土镍矿的配矿，显著提高烧结矿的成品率、转鼓强度等生产质量指标及冶金性能，降低烧结过程的固体燃耗，并为高炉冶炼含镍铁水提供优质的炉料。并为高炉冶炼含镍铁水提供优质的炉料。并为高炉冶炼含镍铁水提供优质的炉料。
技术研发人员：刘光勇 董兴红 胡前盛 郑佳奎 罗骏
受保护的技术使用者：广东广青金属科技有限公司
技术研发日：2020.12.25
技术公布日：2021/5/14
声明：
“高炉用红土镍矿烧结矿及制备工艺的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：广东广青金属科技有限公司
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2024年07月26日 ~ 28日 
