低品位紅土鎳礦還原焙燒-選礦富集制取低品位鎳鐵工藝試驗(yàn)研究

欒志華， 宋志偉

(中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司 冶礦事業(yè)部，遼寧 沈陽 110141)

低品位紅土鎳礦還原焙燒-選礦富集制取低品位鎳鐵工藝試驗(yàn)研究

欒志華， 宋志偉

(中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司 冶礦事業(yè)部，遼寧 沈陽 110141)

本文詳細(xì)闡述了低品位鎳紅土礦還原焙燒-選礦富集制取低品位鎳鐵工藝技術(shù)。通過中試試驗(yàn)，探討研究了影響鎳紅土礦還原焙燒-選礦富集制取低品位鎳鐵的主要工藝技術(shù)參數(shù)，證明了該工藝處理低品位鎳紅土礦的可行性，實(shí)現(xiàn)了低品位鎳紅土礦的有效利用。

鎳紅土礦；還原焙燒；選礦富集；品位；回收率

0 前言

鎳在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，目前全球已探明的鎳儲(chǔ)量的70%是紅土鎳礦，紅土鎳礦因品位低、回收難而開發(fā)受限[1]。但隨著鎳需求量的增加和原生硫化鎳資源減少，如何有效地利用紅土鎳礦日益受到人們的重視。然而，目前能用來處理紅土鎳礦的成熟技術(shù)，無論是火法還是濕法，基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備投資都非常高。尤其對(duì)于其中的低品位紅土鎳礦，目前尚無成熟的技術(shù)可以高效處理利用。

針對(duì)紅土鎳礦處理技術(shù)存在的問題，近年來技術(shù)人員正在研發(fā)處理和利用紅土鎳礦的新工藝。該工藝的主要方案是紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯還原焙燒—選礦分離，其工藝為：首先在一定的溫度下用還原煤將鎳和鐵從紅土鎳礦中直接還原出來，然后通過磁選技術(shù)將鎳和鐵與脈石分離，產(chǎn)出低品位鎳鐵。這種低品位鎳鐵可以作為產(chǎn)品出售，也可以進(jìn)一步精煉成高品位鎳鐵。這種紅土鎳礦處理新方法工藝簡(jiǎn)單、投資少、能耗低，具有很好的潛在應(yīng)用前景，對(duì)于我國開發(fā)海外有色金屬資源也有極大的促進(jìn)作用[2]。

近年來，技術(shù)人員利用這一技術(shù)針對(duì)低品位鎳紅土礦系統(tǒng)地進(jìn)行了大量試驗(yàn)。在小型試驗(yàn)基礎(chǔ)上，并參考借鑒已經(jīng)投產(chǎn)項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)，于2011～2013年進(jìn)行了紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯還原焙燒—選礦富集工藝小型模擬生產(chǎn)(中試)試驗(yàn)。中試試驗(yàn)結(jié)果表明：在最佳操作條件下，使用鎳品位0.90%左右的原礦，經(jīng)過該工藝處理后，鎳富集比達(dá)3.5倍以上，鎳回收率87%以上，實(shí)現(xiàn)了低品位鎳紅土礦的有效利用。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原輔材料

1.1.1紅土鎳礦

(1)紅土鎳礦化學(xué)成分

試驗(yàn)原料為低品位紅土鎳礦，其化學(xué)組成見表1。

表1 紅土鎳礦化學(xué)組成 %

(2)紅土鎳礦礦物組成

紅土鎳礦X射線衍射顯示，其主要組成礦物是石英、蛇紋石、褐鐵礦和滑石。光學(xué)顯微鏡觀察和掃描電鏡- 能譜分析結(jié)果顯示，褐鐵礦可呈團(tuán)塊狀形式產(chǎn)出，也可沿蛇紋石邊緣交代。有的團(tuán)塊狀褐鐵礦內(nèi)部包裹著赤鐵礦、鉻尖晶石和少量含鎳量較高的硬錳礦，交生關(guān)系復(fù)雜。

紅土鎳礦電子探針分析顯示：①鎳主要賦存在褐鐵礦以及蛇紋石、滑石等硅酸鹽中，三者鎳平均含量分別為0.88%、1.51%和1.37%；②同時(shí)可以看出，褐鐵礦含有20%～30%的結(jié)晶水，其含鐵量很低，僅22%左右，而硅、鋁等雜質(zhì)含量較高；③蛇紋石含有5%左右的鐵，而鎂含量比理論值26.68%低，說明鐵部分取代了蛇紋石中的鎂。此外，當(dāng)鎂含量較高時(shí)鎳含量較低，兩者呈此消彼長(zhǎng)的規(guī)律，與以前研究結(jié)果一致；④在鉻尖晶石和石英中鎳的含量很低，僅為0.01%左右。

1.1.2煙煤

本研究所用煤樣為煙煤，煤的化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。

表2 煤化學(xué)成分分析 %

1.1.3添加劑

添加劑分為2種：調(diào)整劑及自制復(fù)合添加劑。其中調(diào)整劑CaO含量大于85%，細(xì)度為-0.074 mm含量大于70%。

1.2 還原焙燒過程基本原理

紅土鎳礦深度還原過程包括C固- 固直接還原和CO氣- 固間接還原兩個(gè)過程。鎳及鐵氧化物還原時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有：

氧化鎳的還原反應(yīng)為：

鐵氧化物的還原反應(yīng)是逐級(jí)進(jìn)行的，其還原順序?yàn)?Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe，合并中間反應(yīng)，最終綜合還原反應(yīng)為：

可見，在適宜的還原溫度下可將紅土鎳礦中的鎳及鐵氧化物還原成金屬鎳和鐵。因此采取回轉(zhuǎn)窯還原焙燒- 選礦富集的方法，達(dá)到去除脈石、富集鎳和鐵的目的，生產(chǎn)出低品位鎳鐵產(chǎn)品。[3]

1.3 試驗(yàn)研究工藝流程

試驗(yàn)采用還原還原- 選礦富集工藝制取低品位鎳鐵，其工藝流程主要為：首先對(duì)低品位紅土鎳礦進(jìn)行干燥、顎式破碎、對(duì)輥破碎、高壓輥磨處理，使其粒度達(dá)到-200目(0.074 mm)70%(濕篩)左右。然后將磨細(xì)的紅土鎳礦與復(fù)合添加劑、調(diào)整劑混勻，造球，篩分出8～16 mm的合格生球。生球經(jīng)干燥后，裝入回轉(zhuǎn)窯與煤進(jìn)行還原反應(yīng)。還原結(jié)束后，球團(tuán)和殘煤卸入水中冷卻。然后用預(yù)選磁選機(jī)從冷卻后的物料中分選出磁性球團(tuán)。磁性球團(tuán)經(jīng)球磨、磁選分離后得到高品位鎳鐵和尾礦。鎳鐵經(jīng)過濾，干燥后得到鎳鐵產(chǎn)品，對(duì)其取樣分析；尾礦也采用同樣的方法進(jìn)行檢測(cè)。每批次試驗(yàn)加入生球量為100 kg。

1.4 試驗(yàn)設(shè)備

φ內(nèi)1000 mm×10000 mm干燥窯，φ內(nèi)1200 mm×1700 mm還原窯，φ500 mm×120 mm高壓輥磨機(jī)，φ1800 mm圓盤造球機(jī)，LGS500型高梯度磁選機(jī)，RK/CRSφ400 mm×300 mm鼓式電磁磁選機(jī)，CTS- 0503鼓式永磁磁選機(jī)，XAY4- 630- UK型壓濾機(jī)，球磨機(jī)等[4]。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

以紅土鎳礦干重為基準(zhǔn)，添加10%復(fù)合添加劑和10%的調(diào)整劑，經(jīng)混勻、造球后獲得落下強(qiáng)度大于35次/(0.5 m)、抗壓強(qiáng)度為25 N/個(gè)的生球。生球經(jīng)100～150 ℃干燥后得到干球，落下強(qiáng)度大于35次/(1 m)、抗壓強(qiáng)度為350 N/個(gè)。參考小型試驗(yàn)研究結(jié)果，將還原溫度設(shè)定為1120±40 ℃。

2.1 還原劑加入量對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響

在還原時(shí)間80 min、磨礦細(xì)度-200目95%、磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為1500 Gs的條件下研究煤礦質(zhì)量比對(duì)紅土鎳礦鎳、鐵回收效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果圖1所示。由圖1可見煤礦質(zhì)量比在1.0時(shí)鎳回收效果較好，可能是還原劑用量較高時(shí)，過多的還原煤阻礙了熱量在窯內(nèi)球團(tuán)料層的傳遞，降低了鎳、鐵的還原。

圖1 煤礦質(zhì)量比對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響

2.2 還原時(shí)間對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響

在煤礦質(zhì)量比1.0、磨礦細(xì)度-200目95%、磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為1500 Gs的條件下優(yōu)化還原時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。從圖2可看出，隨著還原時(shí)間的延長(zhǎng)，鎳鐵鎳品位先提高后降低；而鎳回收率呈升高的趨勢(shì)，當(dāng)還原時(shí)間達(dá)到120 min時(shí)，鎳的回收率可達(dá)80%。從試驗(yàn)結(jié)果可看出，適宜的還原時(shí)間為100～120 min。

圖2 還原時(shí)間對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響

2.3 調(diào)整劑加入量對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響

在還原溫度為1120±40 ℃、還原時(shí)間100 min、煤礦質(zhì)量比1.0、磨礦細(xì)度-200目95%、磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為1500 G的條件下，研究混合料堿度對(duì)紅土鎳礦還原焙燒效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，適宜的堿度為0.27，增加混合料的堿度后鎳鐵鎳品位以及鎳回收率下降，可能是堿度較高時(shí)，過多的調(diào)整劑阻礙了還原氣體與鐵氧化物的接觸，惡化了還原效果。

圖3 堿度對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響

2.4 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響

從上述試驗(yàn)采用的1500 Gs的磁場(chǎng)強(qiáng)度獲得鎳品位3.9%～5.7%的低品位鎳鐵，鎳回收率在75%～80%，但是磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)磁選效果的影響不得而知。為此在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了優(yōu)化條件后的還原試驗(yàn)，其還原產(chǎn)品(含鎳1.02%，含鐵20.34%)用來考察磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)磁選效果的影響。在磨礦細(xì)度為-200目95%的條件下進(jìn)行了磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)，其結(jié)果如圖4所示。從圖4中可見，在較低的磁場(chǎng)強(qiáng)度(300～500 Gs)下才能獲得較高的鎳鐵鎳品位。

圖4 磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響

圖5 磨礦細(xì)度對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響

2.5 磨礦細(xì)度對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)的影響

考察磨礦細(xì)度對(duì)磁選產(chǎn)品指標(biāo)的影響，試驗(yàn)原料同3.4，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1500 Gs，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。從圖5中可見，較細(xì)的磨礦細(xì)度下可獲得較好的產(chǎn)品指標(biāo)。

2.6 低品位鎳鐵產(chǎn)品質(zhì)量

(1)低品位鎳鐵產(chǎn)品化學(xué)組成

利用上述條件試驗(yàn)獲得的較理想技術(shù)參數(shù)進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯還原焙燒- 選礦富集試驗(yàn)，得到的低品位鎳鐵的化學(xué)組成如表3所示。

表3 鎳鐵化學(xué)組成 %

(2)低品位鎳鐵產(chǎn)品物相分析

從紅土鎳礦經(jīng)還原-預(yù)選分離得到的磁性球團(tuán)的礦相分析表明，鎳鐵顆粒的鎳含量較高，但低品位鎳鐵鎳品位達(dá)不到這一數(shù)值。因此有必要分析鎳鐵產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)，以了解其中的原因。由鎳鐵產(chǎn)品的顯微結(jié)構(gòu)可見，鎳鐵顆粒常常與鎂橄欖石等雜質(zhì)礦物共生，有些鎳鐵合金顆粒內(nèi)部還有雜質(zhì)，導(dǎo)致鎳鐵產(chǎn)品鎳、鐵品位較低[5]。因此，若要進(jìn)一步提高鎳鐵產(chǎn)品鎳、鐵品位，一是加強(qiáng)還原效果，二是進(jìn)一步提高磨礦細(xì)度，以改善鎳鐵顆粒的單體解離。

3 試驗(yàn)結(jié)論

(1)試驗(yàn)用紅土鎳礦主要礦物組成為蛇紋石、褐鐵礦、滑石和石英，為低品位腐泥土型的難還原紅土鎳礦，可采用還原焙燒- 選礦富集工藝進(jìn)行處理。

(2)回轉(zhuǎn)窯直接還原焙燒- 選礦富集工藝中試試驗(yàn)獲得的較理想技術(shù)參數(shù)為：還原溫度1120±40 ℃、還原時(shí)間100～120 min、煤礦質(zhì)量比1.0、堿度0.27、磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度1500 Gs、磨礦細(xì)度為-200目95%。

(3)紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯還原焙燒—選礦富集工藝處理原礦含鎳0.90%左右的紅土鎳礦，可以得到鎳富集比達(dá)3.5倍以上，鎳回收率87%以上的低品位鎳鐵產(chǎn)品。

(4)回轉(zhuǎn)窯還原焙燒-選礦富集工藝適合在電力設(shè)施缺乏的礦山開發(fā)紅土鎳礦。

[1] 張友平，周渝生，李肇毅.紅土礦資源特點(diǎn)和火法冶金工藝分析[J].鐵合金，2007，(6)：18-22.

[2] 周曉文，張建春，羅仙平.從紅土鎳礦中提取鎳的技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望[J].四川有色金屬，2008，(3)：18-22.

[3] 李洪桂.冶金原理[M].北京：科學(xué)出版社，2005:192-203.

[4] 欒心漢，唐琳，李小明，等.鎳鐵冶金技術(shù)及設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[5] Kanazawa Y, Kamitani M. Rare earth minerals and resources in the world [J]. Journal of Alloys and Compounds，2006，41(9)：1339-1343.

TechnologicalTestStudyonLow-gradeNickelIronConcentratebyReductionRoastingLow-gradeNickelLateriteOreProcess

LUAN Zhi-hua，SONG Zhi-wei
(Mining & metallurgical Dept. NFC (Shenyang) Metallurgical Machinery Co., Ltd. Shenyang 110141, China)

This paper describes in detail the low-grade nickel laterite ore concentrate by reduction roasting of low grade nickel iron technology. Based on the pilot test, a study is conducted on the effect of nickel laterite ore reduction roasting magnetic separation and enrichment of main technological parameters of producing low grade ferronickel, provides the feasibility of processing low grade nickel laterite and realizes the effective utilization of the low grade nickel laterite.

nickel laterite ore；reduction roasting；separation enrichment；grade；rate of recovery

2014-01-15

欒志華(1970-)，女，遼寧昌圖人，高級(jí)工程師，碩士研究生，主要從事產(chǎn)品開發(fā)工作。

宋志偉(1972-)，男，遼寧建平人，工程師，大學(xué)?？?，主要從事產(chǎn)品開發(fā)工作。

TF815

A

1003-8884(2014)02-0023-04