紅土鎳礦干燥與預(yù)焙燒工藝的探討

王永強(qiáng)

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司 江西南昌 330000）

紅土鎳礦干燥與預(yù)焙燒工藝的探討

王永強(qiáng)

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司 江西南昌 330000）

簡(jiǎn)要介紹了紅土鎳礦預(yù)處理方面的工藝，對(duì)其干燥與預(yù)焙燒工藝的相關(guān)參數(shù)做了綜合分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)紅土鎳礦預(yù)處理工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行了探討。

紅土鎳礦；干燥與預(yù)焙燒工藝；差熱分析；鎳鐵

1 前言

隨著科技生產(chǎn)能力的不斷進(jìn)步，我國(guó)冶金行業(yè)得到了很好的發(fā)展，其中不銹鋼行業(yè)已成為我國(guó)冶金行業(yè)的重要支柱之一，而冶煉不銹鋼自然離不開(kāi)鎳，此種資源較少，但需求量卻很大，其價(jià)格也呈現(xiàn)逐年不斷上漲的趨勢(shì)。因此，我國(guó)冶金行業(yè)對(duì)鎳冶煉方面的生產(chǎn)和研究正在加強(qiáng)。目前冶煉硫化鎳礦是傳統(tǒng)鎳冶煉的主要手段之一，然而近年來(lái)隨著氧化鎳礦（紅土鎳礦）的進(jìn)口，發(fā)現(xiàn)紅土鎳礦通過(guò)火法冶煉工藝處理也能起到很好的作用，并且相較于硫化鎳礦而言，紅土鎳礦資源更為豐富，可以有效節(jié)省鎳礦資源成本，并且又不會(huì)延誤不銹鋼生產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展。本文重點(diǎn)介紹紅土鎳礦預(yù)處理方面的相關(guān)工藝及技術(shù)，為相關(guān)方面的設(shè)計(jì)研究提供些有益的借鑒。

2 紅土鎳礦預(yù)處理工藝的作用

鑒于紅土鎳礦種類眾多，且其多種特性會(huì)受到環(huán)境、開(kāi)采層、運(yùn)輸方式等因素影響，直接導(dǎo)致其所含結(jié)晶水量的不同，游離水的存儲(chǔ)位置以及含量也有很大差異，因此其也成為了選擇焙燒方案的主要考量因素之一。鎳鐵冶煉的過(guò)程中，若紅土鎳礦的焙燒、干燥工藝選擇不合理，會(huì)直接影響到不銹鋼材的質(zhì)量以及數(shù)量，很容易造成費(fèi)時(shí)、費(fèi)力卻又難以見(jiàn)到很大成效的結(jié)果，因此應(yīng)以合理可靠以及節(jié)能降耗為核心理念，從而選擇或設(shè)計(jì)相關(guān)方案，并在不斷的實(shí)驗(yàn)中確定各種紅土鎳礦的含水量，同時(shí)確定焙燒時(shí)間、焙燒溫度，以及干燥時(shí)間、干燥溫度的最佳指數(shù)等，以便于通過(guò)有效數(shù)據(jù)來(lái)改進(jìn)生產(chǎn)實(shí)踐，從而更好應(yīng)對(duì)不同種類的紅土鎳礦，提高預(yù)處理工藝的水平。

3 紅土鎳礦干燥與預(yù)焙燒工藝分析

紅土鎳礦干燥工藝與預(yù)焙燒工藝應(yīng)用，注重對(duì)紅土礦自身的特點(diǎn)進(jìn)行把握，保證在對(duì)紅土礦處理過(guò)程中，能夠保證紅土礦更好地滿足實(shí)際需要，使其功能和作用得到較好的發(fā)揮。

3.1 紅土鎳礦干燥工藝分析

3.1.1 把握最佳焙燒時(shí)間

紅土鎳礦干燥的主要目的是消除礦石中的大部分游離水含量，處理過(guò)程中，需要正確使用差熱分析儀，以便找到最佳焙燒溫度。同時(shí)，要注重在限定溫度下對(duì)反應(yīng)管進(jìn)行加熱，以達(dá)到減少管內(nèi)水分的目的，從而衡量紅土礦水分減少后重量，并能夠?qū)t土礦中的主要化學(xué)成分進(jìn)行把握，以保證干燥工藝能夠發(fā)揮較好的效果。紅土礦經(jīng)過(guò)干燥后，其溫差分析情況較為明顯，具體見(jiàn)圖1。

圖1 差熱分析曲線

能夠發(fā)現(xiàn)，吸熱峰與放熱峰之間存在很大差異，這一點(diǎn)可以從數(shù)量以及時(shí)間方面看出。紅土礦干燥后，吸熱峰高達(dá)三個(gè)，而放熱峰只有一個(gè)，不同的吸熱峰顯示了不同的時(shí)間段，并且其具體展現(xiàn)效果與其所脫除的結(jié)晶水也有很大關(guān)系，此種現(xiàn)象屬于紅土礦焙燒中較為常見(jiàn)的現(xiàn)象之一。同時(shí)，紅土礦第三個(gè)吸熱峰的結(jié)晶水脫除狀況并不明顯，但一、二吸熱峰卻有明顯體現(xiàn)，由此可見(jiàn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)第三個(gè)吸熱峰時(shí)，結(jié)晶水脫除量已經(jīng)趨于邊緣，而放熱峰的出現(xiàn)，很大程度上與化合反應(yīng)有關(guān)。當(dāng)溫度達(dá)到662.7℃時(shí)，吸熱峰情況最為明顯，當(dāng)溫度達(dá)到811.5℃時(shí)，即會(huì)出現(xiàn)放熱峰現(xiàn)象，可見(jiàn)最佳焙燒溫度應(yīng)處于662.7～811.5℃之間。

3.1.2 把握溫度以及時(shí)間對(duì)干燥過(guò)程的影響

紅土鎳礦干燥處理過(guò)程中，當(dāng)溫度處于600～850℃之間時(shí)，在限定時(shí)間下，溫度升高的同時(shí)水分脫除的速度也在不斷提升。并且在同樣的溫度區(qū)間下，物料達(dá)到衡重所需時(shí)間相同，為40min。溫度不同不會(huì)對(duì)干燥時(shí)間產(chǎn)生多大影響，由此可見(jiàn)，最佳干燥時(shí)間定為40min。當(dāng)溫度得到650℃時(shí)，游離水的脫除已經(jīng)不成問(wèn)題，這一狀態(tài)下，進(jìn)行干燥處理能夠獲得較好的效果。不同溫度下干燥時(shí)間-減重曲線圖見(jiàn)圖2。

圖2 不同溫度下干燥時(shí)間-減重曲線圖

同時(shí)，紅土礦經(jīng)過(guò)干燥后，干燥雖然可以起到一定的脫水作用，但僅限于游離水，對(duì)于結(jié)晶水而言作用并不明顯，因此仍然需要進(jìn)行焙燒處理。

3.2 預(yù)焙燒工藝分析

預(yù)焙燒的主要目的是消除礦石中的結(jié)晶水和殘余的游離水，其工藝應(yīng)用過(guò)程中，需要把握以下幾點(diǎn)內(nèi)容：①脫水速度最快時(shí)的溫度為800℃，因其并不是溫度升高，脫水速度即加快的關(guān)系，因此可以斷定最佳焙燒溫度應(yīng)為800℃；②經(jīng)過(guò)焙燒后，物料會(huì)隨著時(shí)間的變化而不斷提升脫水量，其與時(shí)間、溫度均有直接的關(guān)系。物料由開(kāi)始焙燒時(shí)富有的豐富含水量，直到含水量區(qū)域完全消失，所需時(shí)間大約在80min左右。紅土鎳礦雖然種類眾多，但大多數(shù)物料達(dá)到衡重狀態(tài)所需時(shí)間為80min，此時(shí)已經(jīng)不存在任何結(jié)晶水，故最佳焙燒時(shí)間80min；③當(dāng)紅土礦經(jīng)歷干燥以及焙燒兩個(gè)階段后，該物料中的水分已經(jīng)消失殆盡[2]；④所謂焙燒，其實(shí)就是幫助紅土鎳礦脫離水分的過(guò)程，焙燒溫度可以在662.7～811.5℃之間，但鑒于其最終需要經(jīng)過(guò)冶煉，即會(huì)出現(xiàn)熱交換現(xiàn)象，此種現(xiàn)象會(huì)將物料的溫度在瞬間降低，因此可以排除最低溫度。（焙燒時(shí)間與減重曲線關(guān)系圖見(jiàn)圖3）

4 紅土鎳礦干燥與預(yù)焙燒工藝要點(diǎn)

4.1 干燥溫度

圖3 焙燒時(shí)間與減重曲線關(guān)系圖

由于現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)生產(chǎn)布置或許會(huì)與實(shí)驗(yàn)布置有所出入，因此應(yīng)考慮到干燥筒的進(jìn)氣溫度因素，若其溫度為800℃，但煙氣需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)100m的煙氣管道，勢(shì)必會(huì)使溫度有所下降，應(yīng)在150℃左右，此時(shí)溫度應(yīng)為650℃，符合最佳干燥溫度，因此可以將干燥筒進(jìn)氣溫度定為800℃[3]。

4.2 干燥時(shí)間

干燥效果在40min時(shí)可以達(dá)到最佳狀態(tài)，此時(shí)物料也能夠保持恒重狀態(tài)，此種情況充分說(shuō)明了此時(shí)物料中已經(jīng)沒(méi)有了游離水，然而經(jīng)過(guò)干燥后，雖然物料中的游離水可以脫除干凈，但依然有部分結(jié)晶水難以脫除。

4.3 焙燒溫度

紅土鎳礦的最佳焙燒溫度應(yīng)以800℃為主，當(dāng)?shù)竭_(dá)此溫度時(shí)，結(jié)晶水的脫除率最高，不僅在速度上，在脫除量中也有明顯體現(xiàn)，而此結(jié)論可以參照差熱分析結(jié)果的分析得出，此結(jié)論也同時(shí)結(jié)合了高溫?zé)煔獾囊蛩兀淠軌蛟谝欢螘r(shí)間內(nèi)完成與物料的熱交換，故將溫度定為800℃十分具有說(shuō)服性。

4.4 焙燒時(shí)間

在紅土礦的焙燒中，我們已經(jīng)初步確定了最佳焙燒溫度，而當(dāng)處于最佳焙燒溫度的情況下，當(dāng)焙燒時(shí)間趨于80min時(shí)，紅土礦中不僅不再含有游離水，結(jié)晶水也不復(fù)存在，物料趨于恒重，最有效的焙燒時(shí)間是80min。

5 總結(jié)

如今不銹鋼產(chǎn)業(yè)備受重視，用紅土礦還原熔煉鎳鐵，再由鐵合金爐料提供鎳元素用以制造不銹鋼的短流程具備原料豐富、資源利用率高、生產(chǎn)成本低、市場(chǎng)前景好等明顯優(yōu)勢(shì)，把握好開(kāi)發(fā)紅土鎳礦的技術(shù)也顯得十分重要。紅土鎳礦預(yù)處理工藝通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，歸納總結(jié)，應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐上將起到借鑒指導(dǎo)的作用，提升紅土鎳礦干燥與預(yù)焙燒工藝技術(shù)將具有廣泛的前景。

[1]張建良，毛瑞，黃冬華，邵久剛，李峰光.紅土鎳礦脫水機(jī)理及還原過(guò)程動(dòng)力學(xué)[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2013（05）03：843～851.

[2]蔣曉光，宋承鋼，褚寧，李衛(wèi)剛，陳宇，姜莉，張彥甫，郭成偉，王艷君，林忠，穆彪.熱干燥法測(cè)定紅土鎳礦交貨批水分含量[J].檢驗(yàn)檢疫學(xué)刊，2013（11）05：10～14.

[3]舒方霞，劉凱華，李輝，叢自范.硫酸化焙燒-浸出法處理鎳紅土礦工藝研究[J].材料研究與應(yīng)用，2012（05）01：69～74.

TF046.2

A

1004-7344（2016）36-0233-02

2016-12-10

王永強(qiáng)（1984-），男，工程師，主要從事冶金工程設(shè)計(jì)工作。