本發(fā)明涉及一種紅土鎳礦高壓酸浸渣的處理方法，特別涉及一種利用紅土鎳礦高壓酸浸渣生產(chǎn)高品質(zhì)復(fù)合煉鐵爐料的方法，屬于冶金及工業(yè)固廢綜合利用。

背景技術(shù)：

1、紅土鎳礦高壓酸浸（hpal）工藝是提取鎳、鈷等有價金屬的重要方法，其產(chǎn)生的酸浸渣渣量大，含有豐富的鐵以及大量的硅、鋁、鈣、鎂、硫等成分，是一種重要的二次資源。目前，紅土鎳礦高壓酸浸渣的利用率較低，大部分以堆存或填埋方式處理，不僅占用土地資源，其含有的鉻、鎳、鈷等重金屬離子還可能對環(huán)境造成嚴重污染。如何高效、環(huán)保地利用紅土鎳礦高壓酸浸渣，已成為冶金資源綜合利用領(lǐng)域的重要課題。

2、近年來，研究者嘗試將紅土鎳礦高壓酸浸渣用于煉鐵原料，但由于其物理特性及其成分復(fù)雜，直接用于傳統(tǒng)球團或燒結(jié)工藝存在諸多困難。在球團工藝方面，紅土鎳礦酸浸渣由于粒度細、孔隙多、極易吸水，一是渣造球難度大，二是焙燒球結(jié)構(gòu)致密化嚴重不足，其強度遠不能達到高爐冶煉要求，只能采用其他冶煉方式回收鐵資源，如側(cè)吹熔池熔煉。在燒結(jié)工藝方面，由于紅土鎳礦酸浸渣吸水性強、黏性大，制粒水分高達17％以上，導(dǎo)致其混勻階段物料混勻難度大，而造粒階段物料極易粘結(jié)成團，造粒效果差。與此同時，高的制粒水分直接導(dǎo)致燒結(jié)過程中濕料帶的過濕現(xiàn)象加劇，甚至泥化，而針對干燥預(yù)熱帶，小球料粒破裂粉化現(xiàn)象嚴重，兩者致使燒結(jié)過程透氣性差、料層阻力高，工藝順行難度大，顯著影響燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量，同時過多的水分將帶走大量的熱量，導(dǎo)致固體燃耗增加。此外，由于渣高硅、高鋁的特性，燒結(jié)過程中會促使高熔點、高粘度的硅酸鹽和鋁酸鹽熔體的過量生成，該類液相流動性不足，致使其滲透性差及均勻分布狀況不佳，同時，目標粘結(jié)相復(fù)合鐵酸鈣（sfca）的生成量降低，最終導(dǎo)致燒結(jié)礦機械強度和冶金性能同步下降。

3、而在高爐冶煉方面，基于歷史背景和從優(yōu)質(zhì)、高效和低能耗出發(fā)，行業(yè)內(nèi)高爐基本采用高堿度燒結(jié)礦搭配酸性氧化球團礦的爐料結(jié)構(gòu)模式。總體上講，不僅要求爐料要具有適宜堿度以確保爐渣具有良好的流動性和脫硫效果，同時要求爐料良好的機械強度、優(yōu)異的冶金性能，從而為高爐的穩(wěn)定運行和冶煉效率提供堅實保障。

4、因此，開發(fā)一種能夠高效利用紅土鎳礦高壓酸浸渣并生產(chǎn)高品質(zhì)煉鐵爐料的方法具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對采用傳統(tǒng)鐵礦燒結(jié)工藝處理紅土鎳礦高壓酸浸渣的過程中存在工藝順行難度大以及燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量低等問題，本發(fā)明的目的旨在提供一種利用紅土鎳礦高壓酸浸渣大規(guī)模生產(chǎn)高品質(zhì)復(fù)合煉鐵爐料的方法，該方法具有低能耗、高經(jīng)濟收益等優(yōu)勢，可以將紅土鎳礦高壓酸浸渣制備成高品質(zhì)復(fù)合煉鐵爐料，以實現(xiàn)大規(guī)模對紅土鎳礦高壓酸浸渣中的鐵資源的高效回收利用，該法工藝可靠，利于工業(yè)化推廣。

2、為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種利用紅土鎳礦高壓酸浸渣生產(chǎn)高品質(zhì)復(fù)合煉鐵爐料的方法，該方法包括以下步驟：

3、1）將紅土鎳礦高壓酸浸渣和生石灰進行預(yù)混合形成預(yù)混料；

4、所述紅土鎳礦高壓酸浸渣的含水率在10wt.%以上；

5、2）將所述預(yù)混料與固體燃料、熔劑、返礦和鐵礦粉進行混勻和制粒，得到堿性料粒；

6、3）將紅土鎳礦高壓酸浸渣和固體燃料通過壓制形成酸性團塊；

7、所述紅土鎳礦高壓酸浸渣的含水率低于10wt.%；

8、4）將高堿度料粒和酸性團塊混合布料至燒結(jié)臺車上依次進行點火和燒結(jié)，得到復(fù)合煉鐵爐料。

9、針對現(xiàn)有傳統(tǒng)鐵礦燒結(jié)工藝處理紅土鎳礦高壓酸浸渣的過程中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的關(guān)鍵是在于：一方面，采用含水率較高的紅土鎳礦高壓酸浸渣直接與生石灰預(yù)混，利用生石灰中的活性cao強烈吸附紅土鎳礦高壓酸浸渣中的游離水和毛細水并進行消化反應(yīng)，消化反應(yīng)具有體積膨脹特性，能夠堵塞紅土鎳礦高壓酸浸渣的孔隙，且在渣孔隙以及渣外表面形成親水性溫和、吸濕性差的ca(oh)2黏附層，有效降低渣的內(nèi)部水分和表面吸水性能，減少制粒所需的水分，從而有效改善紅土鎳礦高壓酸浸渣的混合性和制粒效果。另一方面，利用含水量低的紅土鎳礦高壓酸浸渣制備水分低、粒度大、強度高酸性團塊，且將酸性團塊通過混合布料方式嵌入堿性料粒中，進一步降低生料整體水分，同時利用大尺寸酸性團塊對小尺寸堿性料粒堆積的擾亂作用，改善料層透氣性，優(yōu)化料層的傳熱和傳質(zhì)過程，同步實現(xiàn)燒結(jié)過程的低耗、高質(zhì)、高產(chǎn)。此外，酸性團塊通過固相固結(jié)生成致密高強度塊體，限制了硅鋁酸鹽熔體的生成，而堿性料粒提供了sfca熔融黏結(jié)液相，實現(xiàn)了兩者的深度交結(jié)，協(xié)同提高了爐料的機械強度和冶金性能。綜上所述，本發(fā)明方法實現(xiàn)了紅土鎳礦高壓酸浸渣的大規(guī)模高效利用，能夠制備得到綜合性能優(yōu)異和具備適宜堿度的高品質(zhì)復(fù)合煉鐵爐料，具有顯著的經(jīng)濟和環(huán)境效益。

10、作為一個優(yōu)選的方案，所述生石灰的cao質(zhì)量含量不低于85%。

11、作為一個優(yōu)選的方案，所述紅土鎳礦高壓酸浸渣的含水率在10~15wt%。所用紅土鎳礦酸浸渣的水分含量過高時，由于其黏性大，容易相互粘結(jié)在一起，且流動性低，難以與生石灰均勻混合；而紅土鎳礦高壓酸浸渣ⅰ的水分含量過低時，在與生石灰混勻過程中，生石灰難以吸附足夠量的游離水和吸附水與其反應(yīng)，難以在其表面黏附形成ca(oh)2黏附層，不能起到調(diào)控后續(xù)制粒水分的效果。

12、作為一個優(yōu)選的方案，所述固體燃料包括焦粉、無煙煤、蘭炭和生物質(zhì)炭中至少一種。作為一個優(yōu)選的方案，所述固體燃料的固定碳含量大于70wt%，平均粒度0.5~3mm。所述固體燃料通過控制適宜的燃料粒度，可以獲得更佳的燃料燃燒效率。

13、作為一個優(yōu)選的方案，所述熔劑包括石灰石、白云石、消石灰中至少一種。

14、作為一個優(yōu)選的方案，所述鐵礦粉包括鐵精礦、鐵粉礦中至少一種。

15、作為一個優(yōu)選的方案，所述鐵礦粉的全鐵含量大于55wt%。過低的鐵含量會降低爐料整體的鐵品味，增加高爐焦比，同時降低冶煉效率。

16、作為一個優(yōu)選的方案，所述堿性料粒中固體燃料的配比為5~10wt%。堿性料粒中固體燃料的固定碳含量過低或其配比過低時，將導(dǎo)致燒結(jié)過程熱量供應(yīng)不足，料層溫度低，液相生成不足，燒結(jié)礦強度差；固定碳的配比過高時，料層溫度過高，液相生成過剩，嚴重惡化燒結(jié)過程透氣性，影響工藝順行。

17、作為一個優(yōu)選的方案，所述生石灰占堿性料粒干基總質(zhì)量的2~5%。生石灰配比過少或cao含量不足，在渣表面不能形成完整的氫氧化鈣黏附層，無法起到堵塞孔隙，降低渣比表面積同時調(diào)控渣表面親水性能的作用。生石灰配比過多，可能導(dǎo)致燒結(jié)礦化學(xué)成分配比失衡，不利于燒結(jié)過程及成礦反應(yīng)，燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量顯著降低。

18、作為一個優(yōu)選的方案，所述堿性料粒的二元堿度為1.5~2.2，堿性料粒平均尺寸?3~8mm。適宜的二元堿度，將有利于優(yōu)質(zhì)復(fù)合鐵酸鈣粘結(jié)相的生成。堿性料粒的粒度過小，基體料透氣性差，嚴重不利于燒結(jié)過程中的傳質(zhì)和傳熱，而堿性料粒的粒度過大，燒結(jié)速度過快，礦化反應(yīng)不完全，致使燒結(jié)礦強度降低。堿性料粒平均尺寸進一步優(yōu)選為?4~6mm。

19、作為一個優(yōu)選的方案，所述堿性料粒中包含以下化學(xué)成分及質(zhì)量含量為：sio2?3~7%、al2o3?1~4%、mgo?1~4%。適宜的sio2、al2o3、mgo含量對燒結(jié)成礦行為及其機理比較重要，這些主要化學(xué)成分過多或過少都會直接影響燒結(jié)礦最終機械強度和冶金性能指標。

20、作為一個優(yōu)選的方案，所述紅土鎳礦酸浸渣的含水率為4~8wt%，且粒度小于0.074mm顆粒含量不低于60wt%。紅土鎳礦酸浸渣ⅱ的水分含量過高或過低時，都不利于團塊加工性能和強度指標。適宜的粒級含量有利于進一步優(yōu)化壓制密實度和團塊強度。

21、作為一個優(yōu)選的方案，所述固體燃料包括焦粉、無煙煤、蘭炭和生物質(zhì)炭中至少一種。

22、作為一個優(yōu)選的方案，所述固體燃料的粒度滿足小于0.074mm顆粒含量不低于70wt%。而固體燃料的粒徑過粗時，粗顆粒將在酸性團塊中形成局部持久高還原性氣氛點，將其周圍的硫酸鹽物相還原成硫化物，影響最終的脫硫效果。

23、作為一個優(yōu)選的方案，所述酸性團塊中固體燃料的配比不高于4.5wt%。

24、酸性團塊中的碳元素對硫酸鹽能起到還原分解的作用，通過調(diào)控其碳含量有利于促進脫硫，當酸性團塊中固體燃料的固定碳含量或配比過低時，碳元素提供不夠，紅土鎳礦高壓酸浸渣硫含量較高時，可能導(dǎo)致酸性團塊中硫元素脫除效果不佳；當固體燃料的配比過高時，即碳元素引入過多，容易導(dǎo)致硫化鈣相生成，該相在酸性團塊中核心區(qū)域難以全部氧化脫除，影響最終爐料硫脫除程度。所述酸性團塊中固體燃料的配比進一步優(yōu)選為2~3wt%。

25、作為一個優(yōu)選的方案，所述酸性團塊的二元堿度小于1.0，酸性團塊的平均尺寸6~16mm。酸性團塊的粒徑過小對改善料層透氣性效果不佳；酸性團塊的粒徑過大，一方面，團塊在燒結(jié)工況下不能充分固結(jié)，致使團塊的最終強度下降，進一步影響爐料強度指標，另一方面，團塊內(nèi)部硫元素難以脫除，造成最終爐料硫含量超標。酸性團塊的平均尺寸進一步優(yōu)選為7~13mm。

26、作為一個優(yōu)選的方案，所述酸性團塊的抗壓強度為10~100n。酸性球團的生球抗壓強度過低，易在工藝混勻及布料過程中碎裂，影響燒結(jié)過程和最終強度；酸性球團的生球抗壓強度過高，壓制團塊壓實密度高，團塊中硫元素脫除動力學(xué)條件差，燒結(jié)工況下不足以將其中的硫脫除徹底。所述壓制工藝過程中抗壓強度進一步優(yōu)選為20~60n/個。

27、作為一個優(yōu)選的方案，所述堿性料粒和所述酸性團塊的混合質(zhì)量比例為2:1~5:1?；旌媳壤^低，即堿性料粒（基體料）比例過少，熔融粘結(jié)液相生成量不足，不能對酸性團塊（嵌入料）很好地粘結(jié)固化，整體結(jié)構(gòu)失衡，導(dǎo)致燒結(jié)礦強度下降；混合比例過高，即酸性團塊（嵌入料）過少，不能起到很好降低整體料層水分效果，以及改善料層透氣性。此外，混合比例過高或過低，都會導(dǎo)致最終燒結(jié)礦酸堿度失衡，不利于后續(xù)高爐冶煉。

28、作為一個優(yōu)選的方案，所述布料的厚度為700~1000mm。燒結(jié)過程具有自上而下的蓄熱特征，在復(fù)合制粒布料使透氣性得到優(yōu)化前提下，盡可能提高燒結(jié)料層厚度，有利于提高熱量利用效率，進一步降低燒結(jié)過程固體燃耗。

29、作為一個優(yōu)選的方案，所述點火的溫度為1100~1200℃，點火的時間60~180s。如果點火溫度過低或點火時間過短，表層燒結(jié)礦中的硫難以脫除干凈，影響最終燒結(jié)礦中硫元素含量；點火溫度過高或點火時間過長，易造成燒結(jié)料表面過度熔化，形成過熔現(xiàn)象，不僅直接導(dǎo)致燃料消耗增加，亦會導(dǎo)致料層透氣性變差，導(dǎo)致燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量下降。

30、作為一個優(yōu)選的方案，所述燒結(jié)的溫度為1200~1400℃。如果燒結(jié)溫度較低，堿性料粒構(gòu)成的基體料不能生成足夠的熔融粘結(jié)液相，同時堿性料粒構(gòu)成的嵌入料得不到充分固結(jié)，兩者共同致使燒結(jié)礦質(zhì)量明顯下降；燒結(jié)溫度過高，堿性料粒構(gòu)成的基體料燒在結(jié)過程中易生成過量鐵橄欖石相，并且抑制有利鐵酸鈣相的生成，惡化燒結(jié)礦還原性能，進而導(dǎo)致高爐冶煉負荷和能耗增加。

31、作為一個優(yōu)選的方案，本發(fā)明的紅土鎳礦高壓酸浸渣（干基）中硫含量小于10wt%。紅土鎳礦高壓酸浸渣中硫含量過高時，可能導(dǎo)致高密度壓制酸性團塊中硫含量不能徹底脫除，進一步優(yōu)選所述紅土鎳礦高壓酸浸渣硫含量小于5wt%。

32、本發(fā)明得到的復(fù)合煉鐵爐料全鐵（tfe）含量大于52wt%，硫含量小于0.2wt%，轉(zhuǎn)鼓強度（ti）大于70%，還原度（ri）大于70%，適用于熔融還原煉鐵工藝。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案帶來的有益技術(shù)效果：

34、1）針對紅土鎳礦高壓酸浸渣吸水性強、黏性大等物理特性帶來的制粒水分高、制粒難度大，后續(xù)燒結(jié)過程中干燥預(yù)熱帶小球易破裂粉化、濕料帶過濕現(xiàn)象嚴重，料層透氣性差、阻力高，工藝順行難度大等系列問題，本發(fā)明創(chuàng)新地提出特別適用于紅土鎳礦酸浸渣的制粒方式，將紅土鎳礦酸浸渣與生石灰進行預(yù)先混合，形成預(yù)混料，混勻過程中cao強烈吸附渣中的游離水及毛細水，同時利用cao的消化反應(yīng)體積會顯著膨脹這一特性，堵塞紅土鎳礦高壓酸浸渣的孔隙，且在其表面同步形成親水性溫和、吸濕性差的ca(oh)2黏附層，協(xié)同降低渣的內(nèi)部水分和渣的吸水性能。在后續(xù)混勻和制粒階段，一方面，低水分的預(yù)混料與其他原料更容易混合均勻；另一方面，外加制粒水分不容易被渣直接再次吸收，而是更容易停留在顆粒之間的空隙，而形成毛細水，利于滾動成球制粒，進而實現(xiàn)降低制粒水分需求的同時強化制粒效果。

35、2）本發(fā)明提出了特別適合于紅土鎳礦高壓酸浸渣的燒結(jié)方法，將酸性團塊嵌入高堿度基體料粒中，其中酸性團塊水分低、粒度大、強度高，生料整體水分能夠得到進一步降低，與此同時，大尺寸酸性團塊能夠擾亂小尺寸堿性料粒的規(guī)則堆積，造成局部空隙擴大，形成連通性更好的孔道，有效改善料層透氣性，優(yōu)化料層傳熱、傳質(zhì)過程，顯著降低固體燃料消耗并同步提高燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量。

36、3）本發(fā)明針對紅土鎳礦高壓酸浸渣高硅、高鋁等化學(xué)成分帶來的燒結(jié)成礦行為惡化問題，本發(fā)明采用酸性團塊和堿性料?；旌洗钆錈Y(jié)的方式，其中酸性團塊部分利用固相固結(jié)生成致密高強度塊體，限制硅鋁酸鹽熔體的生成，而優(yōu)化成分的高堿度基體部分則提供sfca熔融黏結(jié)液相，實現(xiàn)兩者的深度交結(jié)，協(xié)同提高爐料的機械強度和冶金性能，同時得到綜合性能優(yōu)異和具備適宜堿度的高品質(zhì)復(fù)合煉鐵爐料。

37、4）本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模高效利用紅土鎳礦酸浸渣制備高品質(zhì)復(fù)合煉鐵爐料：全鐵(tfe)＞52wt%、硫(s)＜0.2wt%、轉(zhuǎn)鼓強度(ti)＞70%、還原度(ri)＞70%，適用于熔融還原煉鐵工藝，該法工藝可靠，具有顯著的經(jīng)濟和環(huán)境效益，利于工業(yè)化推廣。