本實(shí)用新型涉及冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用硅鎂型紅土鎳礦聯(lián)產(chǎn)鎳鐵合金和金屬鎂的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

鎳具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的電磁性、良好的可塑性、耐高溫性、耐腐蝕性，以及良好的機(jī)械強(qiáng)度和延展性，因此應(yīng)用廣泛，特別是在不銹鋼和耐熱鋼的生產(chǎn)中，鎳是一種不可或缺的元素。鎳主要由紅土鎳礦和硫化鎳礦冶煉而來(lái)，由于近年來(lái)鎳消耗量的不斷增加以及硫化鎳礦儲(chǔ)量不斷減少，紅土鎳礦的開發(fā)日益受到重視。紅土鎳礦的處理方法主要有濕法與火法兩種。濕法工藝一般用于處理低鎂高鐵紅土鎳礦，火法工藝一般用于處理高鎂低鐵紅土鎳礦。

目前，火法工藝是處理紅土鎳礦的主要手段，鎳鐵渣是提鎳鐵后的產(chǎn)物。隨著紅土鎳礦冶煉鎳鐵產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，每年產(chǎn)生的鎳鐵渣超過(guò)了2500萬(wàn)噸，可能成為我國(guó)繼鐵渣、鋼渣、赤泥之后的第四大冶煉渣。鎳鐵渣作為冶金渣是利用率較低的一種，在國(guó)外主要用于混凝土細(xì)集料、制備復(fù)合無(wú)機(jī)聚合物、與石灰石和礬土復(fù)合制備高鋁水泥等。國(guó)內(nèi)對(duì)鎳鐵合金渣的利用研究報(bào)道較少，與國(guó)外有很大差距。

鎂是近幾十年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的新型輕質(zhì)耐腐蝕金屬材料，在許多領(lǐng)域都獲得了廣泛應(yīng)用，成為重要的資源。硅鎂型紅土鎳礦中鎂含量高，一般在20wt％(wt％為質(zhì)量百分比)以上，而鎳的平均含量在2wt％以下。但近年來(lái)的研究中，僅專注于金屬鎳的回收，對(duì)礦中經(jīng)濟(jì)價(jià)值為兩倍的金屬鎂，卻在火法冶煉紅土鎳礦中常作為脈石通過(guò)造渣進(jìn)入鎳鐵渣。特別是硅鎂型紅土鎳礦冶煉得到的鎳鐵渣中，氧化鎂含量過(guò)高是引起水泥安定性不良的原因之一，鎳鐵渣一般得不到資源化利用。這樣，不僅浪費(fèi)了資源，也給環(huán)境帶來(lái)較大的負(fù)擔(dān)。

因此，現(xiàn)行的紅土鎳礦處理方法有待進(jìn)一步改善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問(wèn)題，本實(shí)用新型旨在提供一種處理系統(tǒng)，可充分回收硅鎂型紅土鎳礦中的鎳鐵合金和金屬鎂。

本實(shí)用新型公開了一種利用硅鎂型紅土鎳礦聯(lián)產(chǎn)鎳鐵合金和金屬鎂的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括混料裝置、還原-熔分裝置、真空還原熔煉裝置、冷凝精煉裝置；

所述混料裝置具有硅鎂型紅土鎳礦入口、還原煤入口、添加劑入口、混合料出口；

所述還原-熔分裝置具有混合料入口、鎳鐵合金出口、鎳鐵渣出口；所述混合料入口與所述混料裝置的混合料出口連接；

所述真空還原熔煉裝置具有鎳鐵渣入口、硅鐵入口、生石灰入口、鎂蒸汽出口、尾渣出口；所述鎳鐵渣入口與所述還原-熔分裝置的鎳鐵渣出口連接；

所述冷凝精煉裝置具有鎂蒸汽入口、精煉鎂出口；所述鎂蒸汽入口與所述真空還原熔煉裝置的鎂蒸汽出口連接。

優(yōu)選的，所述還原-熔分裝置為還原裝置和熔分裝置的聯(lián)用裝置。

優(yōu)選的，所述還原裝置為轉(zhuǎn)底爐、回轉(zhuǎn)窯、車底爐、隧道窯中的一種。

優(yōu)選的，所述熔分裝置為電弧爐、礦熱爐、非電熔分爐中的一種。

優(yōu)選的，所述非電熔分爐為天然氣熔分爐、煤制氣熔分爐、燃油熔分爐中的一種。

優(yōu)選的，所述真空還原熔煉裝置為真空還原爐。

優(yōu)選的，所述真空還原爐為石墨高溫真空爐。

優(yōu)選的，所述冷凝精煉裝置為冷凝裝置和精煉裝置的聯(lián)動(dòng)裝置。

優(yōu)選的，所述冷凝裝置為冷凝器，所述精煉裝置為升華精煉蒸罐。

利用本實(shí)用新型的系統(tǒng)處理硅鎂型紅土鎳礦時(shí)，不僅可以有效回收紅土鎳礦中的鎳元素，而且還能回收鎂元素，所產(chǎn)生的尾渣主要組成為硅酸二鈣，可以直接作為水泥原料，處理過(guò)程中沒(méi)有固廢產(chǎn)生，環(huán)境友好。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型利用硅鎂型紅土鎳礦聯(lián)產(chǎn)鎳鐵合金和金屬鎂的系統(tǒng)示意圖。

圖2是利用圖1所示的系統(tǒng)聯(lián)產(chǎn)鎳鐵合金和金屬鎂的方法流程示意圖。

附圖中的附圖標(biāo)記如下：

100、混料裝置；200、還原-熔分裝置；300、真空還原熔煉裝置；400、冷凝精煉裝置。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說(shuō)明，以便能夠更好地理解本實(shí)用新型的方案以及其各個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)。然而，以下描述的具體實(shí)施方式和實(shí)施例僅是說(shuō)明的目的，而不是對(duì)本實(shí)用新型的限制。

如圖1所示，為本實(shí)用新型利用硅鎂型紅土鎳礦聯(lián)產(chǎn)鎳鐵合金和金屬鎂的系統(tǒng)示意圖。該系統(tǒng)包括混料裝置100、還原-熔分裝置200、真空還原熔煉裝置300、冷凝精煉裝置400。

混料裝置100用于混合硅鎂型紅土鎳礦、還原煤、添加劑，可得到混合料，具有硅鎂型紅土鎳礦入口101、還原煤入口102、添加劑入口103、混合料出口104。

還原-熔分裝置200用于對(duì)混合料進(jìn)行還原-熔分熔煉，可得到鎳鐵合金和鎳鐵渣，具有混合料入口201、鎳鐵合金出口202、鎳鐵渣出口203。其中，混合料入口201與混料裝置100的混合料出口104連接。

本實(shí)用新型采用的還原-熔分裝置200為還原裝置和熔分裝置的聯(lián)用裝置。其中，還原裝置可采用轉(zhuǎn)底爐、回轉(zhuǎn)窯、車底爐、隧道窯中的一種。熔分裝置可采用電弧爐、礦熱爐、非電熔分爐中的一種，非電熔分爐包括天然氣熔分爐、煤制氣熔分爐、燃油熔分爐。

真空還原熔煉裝置300用于對(duì)鎳鐵渣進(jìn)行真空還原熔煉，可得到鎂蒸汽和尾渣，具有鎳鐵渣入口301、硅鐵入口302、生石灰入口303、尾渣出口304、鎂蒸汽出口305。其中，鎳鐵渣入口301與還原-熔分裝置200的鎳鐵渣出口203連接。

本實(shí)用新型采用的真空還原熔煉裝置300為真空還原爐，實(shí)施例中優(yōu)選石墨高溫真空爐。

冷凝精煉裝置400用于對(duì)鎂蒸汽進(jìn)行冷凝和精煉處理，可得到精煉鎂，具有鎂蒸汽入口401、精煉鎂出口402。其中，鎂蒸汽入口401與真空還原熔煉裝置300的鎂蒸汽出口305連接。

本實(shí)用新型采用的冷凝精煉裝置400為冷凝裝置和精煉裝置的聯(lián)動(dòng)裝置。其中，冷凝裝置采用冷凝器，精煉裝置采用升華精煉蒸罐。

如圖2所示，為利用圖1所示的系統(tǒng)聯(lián)產(chǎn)鎳鐵合金和金屬鎂的方法流程示意圖。包括如下步驟：

(1)物料混合

將硅鎂型紅土鎳礦、還原煤、添加劑分別粉碎至粒度小于3mm，按照一定的比例送入混料裝置100中，三種物料混合后得到混合料。本實(shí)用新型實(shí)施例中，控制三種物料混合的質(zhì)量比例為：硅鎂型紅土鎳礦：還原煤：添加劑＝100：5～25：3～15。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，上述硅鎂型紅土鎳礦中：鎳含量為0.5～3.0wt％(wt％為質(zhì)量百分?jǐn)?shù))，氧化鎂含量不低于20wt％。實(shí)用新型人發(fā)現(xiàn)，為了得到品位高的鎳鐵合金，通常需要采用鎳含量較高的紅土鎳礦。當(dāng)硅鎂型紅土鎳礦中的氧化鎂含量過(guò)低時(shí)，得到的鎳鐵渣中的鎂含量也較低，不具備提鎂價(jià)值。

實(shí)用新型人發(fā)現(xiàn)，若還原煤的添加量過(guò)低，會(huì)影響后續(xù)硅鎂型紅土鎳礦進(jìn)行還原-熔分反應(yīng)的效果；若還原煤的添加量過(guò)高，并沒(méi)有提高產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的效果，并且會(huì)造成煤資源浪費(fèi)，提高生產(chǎn)成本。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，添加劑可以選自堿金屬氧化物、堿金屬鹽、堿土金屬氧化物、堿土金屬鹽。實(shí)用新型人發(fā)現(xiàn)，在硅鎂型紅土鎳礦的還原過(guò)程中，上述種類的添加劑能夠從鎂橄欖石或鐵橄欖石中置換出NiO，以提高NiO的活度，從而可顯著降低還原冶煉的溫度，促進(jìn)還原反應(yīng)的進(jìn)行，提高硅鎂型紅土鎳礦進(jìn)行還原-熔分反應(yīng)的效果。實(shí)用新型人還發(fā)現(xiàn)，添加劑的用量過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)降低硅鎂型紅土鎳礦的中鎳的還原效果。

(2)還原-熔分熔煉

將上述步驟得到的混合料經(jīng)由混合料入口201送入還原-熔分裝置200中進(jìn)行還原-熔分熔煉，得到鎳鐵合金和鎳鐵渣。

其中，鎳鐵合金經(jīng)由鎳鐵合金出口202收集排出。

實(shí)用新型人發(fā)現(xiàn)，該步驟得到的鎳鐵渣中氧化鎂的含量在20wt％以上，可以用作提取金屬鎂的原料。

(3)制備鎂蒸汽

將上述步驟得到的鎳鐵渣經(jīng)由鎳鐵渣入口301送入真空還原熔煉裝置300中，同時(shí)向其中加入硅鐵和生石灰，進(jìn)行真空還原熔煉。真空還原熔煉的溫度為1200～1250℃，真空度保持在13.3～133.3Pa范圍內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間為6～12h。該步驟可得到鎂蒸汽和尾渣。

該步驟中，控制鎳鐵渣、硅鐵、生石灰的質(zhì)量比為100：10～30：50～100。

由于鎳鐵渣從還原-熔分裝置200中排出時(shí)溫度較高，在真空還原熔煉裝置300中，硅鐵可以在高溫條件下還原鎳鐵渣中的MgO，從而產(chǎn)生鎂蒸氣。

該步驟中，真空還原反應(yīng)產(chǎn)生的SiO₂與生石灰中的CaO反應(yīng)會(huì)生成硅酸二鈣，從而大幅度降低硅鐵還原MgO的溫度，提高鎂的還原率。生成的硅酸二鈣即為尾渣的主要成分，該尾渣可作為優(yōu)質(zhì)的水泥原料。

(4)制備精煉鎂

將上述步驟得到的鎂蒸氣經(jīng)由鎂蒸氣入口401送入冷凝精煉裝置400中，進(jìn)行冷凝、精煉，可得到精煉鎂。

該步驟中，首先將鎂蒸氣在溫度為500～600℃時(shí)進(jìn)行冷凝，然后對(duì)冷凝后的固態(tài)粗鎂進(jìn)行精煉。由于鎂的蒸氣壓比其中雜質(zhì)的蒸氣壓高，在升華精煉蒸罐中加熱含有雜質(zhì)的粗鎂時(shí)，其中的鎂優(yōu)先升華，從而得到精煉鎂。

實(shí)施例1

將硅鎂型紅土鎳礦(Ni 1.8％，MgO 25.2％)、還原煤、碳酸鈉按質(zhì)量配比100：5：5在混料裝置中混合均勻。得到的混合料送入還原-熔分裝置冶煉，該裝置選用轉(zhuǎn)底爐和天然氣熔分爐的聯(lián)用裝置。還原-熔分后的渣鐵進(jìn)行分離，可分別得到鎳鐵合金(鎳品位19.7％)和鎳鐵渣(MgO26.5％)。將鎳鐵渣熱送至石墨高溫真空爐內(nèi)，同時(shí)加入75硅鐵和生石灰，進(jìn)行真空還原熔煉。其中，鎳鐵渣、75硅鐵、生石灰的質(zhì)量配比為100：20：70。在冶煉溫度1200℃，真空度13.4Pa的條件下，進(jìn)行真空還原熔煉，反應(yīng)時(shí)間6h，生成鎂蒸氣和尾渣。反應(yīng)結(jié)束后，將鎂蒸氣送入冷凝器中冷凝，在冷凝溫度500℃進(jìn)行冷凝，收集結(jié)晶粗鎂(Mg質(zhì)量含量95.4％)。然后，將結(jié)晶粗鎂送入升華精煉蒸罐中精煉提純，得到精煉鎂(Mg質(zhì)量含量99.9％)。尾渣的主要成分為硅酸二鈣，其中MgO含量低于3％，可以作為優(yōu)質(zhì)的水泥原料。

實(shí)施例2

將硅鎂型紅土鎳礦(Ni 1.9％，MgO 30.2％)、還原煤、石灰石按質(zhì)量配比100：15：3在混料裝置中混合均勻。得到的混合料送入還原-熔分裝置冶煉，該裝置選用回轉(zhuǎn)窯和電弧爐的聯(lián)用裝置。還原-熔分后的渣鐵進(jìn)行分離，可分別得到鎳鐵合金(鎳品位23.2％)和鎳鐵渣(MgO31.5％)。將鎳鐵渣熱送至石墨高溫真空爐內(nèi)，同時(shí)加入75硅鐵和生石灰，進(jìn)行真空還原熔煉。其中，鎳鐵渣、75硅鐵、生石灰的質(zhì)量配比為100：30：50。在冶煉溫度1220℃，真空度40Pa條件下，進(jìn)行真空還原熔煉，反應(yīng)時(shí)間8h，生成鎂蒸氣和尾渣。反應(yīng)結(jié)束后，將鎂蒸氣送入冷凝器中冷凝，冷凝溫度550℃，收集結(jié)晶粗鎂(Mg質(zhì)量含量94.7％)。然后，將結(jié)晶粗鎂送入升華精煉蒸罐中精煉提純，得到精煉鎂(Mg質(zhì)量含量99.85％)。尾渣的主要組成為硅酸二鈣，其中MgO含量低于4％，可以作為優(yōu)質(zhì)的水泥原料。

實(shí)施例3

將硅鎂型紅土鎳礦(Ni 1.5％，MgO 35.2％)、還原煤、石灰按質(zhì)量配比100：25：15在混料裝置中混合均勻。得到的混合料送入還原-熔分裝置冶煉，該裝置選用轉(zhuǎn)底爐和礦熱爐的聯(lián)用裝置。還原-熔分后的渣鐵進(jìn)行分離，可分別得到鎳鐵合金(鎳品位18.6％)和鎳鐵渣(MgO36.5％)。將鎳鐵渣熱送至石墨高溫真空爐內(nèi)，同時(shí)加入75硅鐵和生石灰，進(jìn)行真空還原熔煉。其中，鎳鐵渣、75硅鐵、生石灰的質(zhì)量配為100：30：70。在冶煉溫度1240℃，真空度100Pa的條件下，進(jìn)行真空還原熔煉，反應(yīng)時(shí)間10h，生成鎂蒸氣和尾渣。反應(yīng)結(jié)束后，將鎂蒸氣送入冷凝器中冷凝，在冷凝溫度570℃進(jìn)行冷凝，收集結(jié)晶粗鎂(Mg質(zhì)量含量97.4％)。然后，將結(jié)晶粗鎂送入升華精煉蒸罐中精煉提純，得到精煉鎂(Mg質(zhì)量含量99.9％)。尾渣的主要組成為硅酸二鈣，其中MgO含量低于5％，可以作為優(yōu)質(zhì)的水泥原料。

實(shí)施例4

將硅鎂型紅土鎳礦(Ni 0.5％，MgO 26.3％)、還原煤、碳酸鈉按質(zhì)量配比100：20：15在混料裝置中混合均勻。得到的混合料送入還原-熔分裝置冶煉，該裝置選用車底爐和電弧爐的聯(lián)用裝置。還原-熔分后的渣鐵進(jìn)行分離，可分別得到鎳鐵合金(鎳品位17.8％)和鎳鐵渣(MgO27.2％)。將鎳鐵渣熱送至石墨高溫真空爐內(nèi)，同時(shí)加入75硅鐵和生石灰，進(jìn)行真空還原熔煉。其中，鎳鐵渣、75硅鐵、生石灰的質(zhì)量配為100：10：100。在冶煉溫度1250℃，真空度133Pa的條件下，進(jìn)行真空還原熔煉，反應(yīng)時(shí)間12h，生成鎂蒸氣和尾渣。反應(yīng)結(jié)束后將鎂蒸氣送入冷凝器中冷凝，在溫度600℃進(jìn)行冷凝處理，收集結(jié)晶粗鎂(Mg質(zhì)量含量94.4％)。然后，將結(jié)晶粗鎂送入升華精煉蒸罐中精煉提純，得到精煉鎂(Mg質(zhì)量含量99.83％)。尾渣的主要組成為硅酸二鈣，其中MgO含量低于4％，可以作為優(yōu)質(zhì)的水泥原料。

上述實(shí)施例中各物質(zhì)的含量均為質(zhì)量含量。

需要說(shuō)明的是，以上參照附圖所描述的各個(gè)實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型而非限制本實(shí)用新型的范圍，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的前提下對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。此外，除上下文另有所指外，以單數(shù)形式出現(xiàn)的詞包括復(fù)數(shù)形式，反之亦然。另外，除非特別說(shuō)明，那么任何實(shí)施例的全部或一部分可結(jié)合任何其它實(shí)施例的全部或一部分來(lái)使用。