Na2SO4在高鐵低鎳型紅土鎳礦選擇性還原焙燒中的作用機(jī)理

王曉平，孫體昌，劉志國(guó)，徐承焱，李 川

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Na2SO4在高鐵低鎳型紅土鎳礦選擇性還原焙燒中的作用機(jī)理

王曉平，孫體昌，劉志國(guó)，徐承焱，李 川

(北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

在較大Na2SO4用量范圍內(nèi)，研究Na2SO4對(duì)高鐵低鎳型紅土鎳礦選擇性還原焙燒的作用機(jī)理。結(jié)果表明：Na2SO4的作用隨其用量變化有本質(zhì)的區(qū)別；隨其用量增加，磁選鎳鐵產(chǎn)品中鎳的品位和回收率以及鎳鐵回收率差均先提高后降低，而鐵產(chǎn)率和回收率則是先降低后升高；當(dāng)Na2SO4用量為5%時(shí)，選擇性還原效果最佳；Na2SO4會(huì)損耗煤中的固定碳，減弱還原氣氛，使試樣中的鐵礦物還原為不具磁性的FeO；而當(dāng)Na2SO4過(guò)量時(shí)，會(huì)導(dǎo)致部分鐵礦物還原為含鎂磁鐵礦，造成鐵回收率呈現(xiàn)先降低后提高的變化規(guī)律，同時(shí)過(guò)量的Na2SO4還會(huì)生成多余的Na2S，與焙燒體系中的NiO和FeO發(fā)生反應(yīng)生成NiS和FeS，二者混熔生成(Ni,Fe)S，導(dǎo)致鎳的品位和回收率都降低。

紅土鎳礦；選擇性還原焙燒；鎳鐵；Na2SO4

鎳是重要的有色金屬，在地殼中的含量居第五位，它耐腐、耐熱，具有良好的延展性，不論在工業(yè)還是在日常生活中都占據(jù)了重要地位[1?3]。在自然界中，鎳主要以硫化鎳礦和氧化鎳礦兩種形式存在[4]。氧化鎳礦(又被稱為紅土鎳礦)，往往品位偏低，提鎳工藝比硫化鎳?yán)щy得多[5]，因此，硫化鎳礦一直都是鎳資源的主要來(lái)源。但隨著高品位的硫化鎳礦儲(chǔ)量的逐漸減少且開采難度不斷加大，紅土鎳礦的開采和利用穩(wěn)步上升[6?7]。

紅土鎳礦一般在垂直方向上有明顯的分層，自上而下分別是褐鐵礦層、腐巖層和基巖層[8]，礦石性質(zhì)之間存在著較大差異，因此不同類型紅土鎳礦采用的提鎳工藝也不同。褐鐵礦層紅土鎳礦一般采用濕法工藝，腐巖層一般采用火法工藝，中間的過(guò)渡層根據(jù)礦石本身性質(zhì)來(lái)確定采用濕法或者火法工藝。濕法工藝一般流程復(fù)雜、對(duì)設(shè)備的要求高，火法工藝往往耗能多、成本高[9?11]。為了解決這些問(wèn)題，選擇性還原焙燒?磁選提鎳工藝逐漸發(fā)展起來(lái)，并取得了較好的效果，因此得到了廣泛的關(guān)注[12]。

選擇性還原焙燒?磁選提鎳工藝的許多研究顯示，Na2SO4對(duì)紅土鎳礦選擇性還原焙燒有較好的效果。所謂選擇性就是將鎳還原，而盡可能地控制鐵的還原，從而實(shí)現(xiàn)鎳鐵分離的目的。LU等[7]研究了Na2SO4對(duì)鎳品位1.38%、全鐵品位25.3%的紅土鎳礦?氫氣還原過(guò)程的影響，Na2SO4用量范圍是5%~20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，當(dāng)焙燒溫度800 ℃、Na2SO4用量20%時(shí)，得到鎳品位為6.38%、鎳回收率為91.07%的鎳鐵產(chǎn)品，并發(fā)現(xiàn)Na2SO4在750 ℃以上時(shí)才表現(xiàn)出明顯的催化活性，而且增加Na2SO4用量有助于鎳的富集以及加快FeS的生成，F(xiàn)eS有利于傳質(zhì)過(guò)程，從而促進(jìn)金屬鎳鐵顆粒的聚結(jié)。李光輝等[13?14]研究發(fā)現(xiàn)，硅鎂型紅土鎳礦選擇性還原焙燒過(guò)程中，Na2SO4對(duì)鎳鐵合金顆粒的長(zhǎng)大以及鎳和鐵的品位提高效果最顯著。JIANG 等[15]研究了Na2SO4用量范圍為0~10%對(duì)鎳品位1.49%、全鐵品位34.69%的紅土鎳礦選擇性還原焙燒的影響，當(dāng)Na2SO4用量為10%、煙煤用量2%時(shí)，所得鎳鐵產(chǎn)品的鎳品位為9.87%，鎳回收率為90.90%，并得到Na2SO4在焙燒過(guò)程得到Na2O會(huì)與硅酸鹽礦物發(fā)生反應(yīng)生成霞石，霞石的生成加速了生成的金屬顆粒的遷移。孫體昌等[16]的研究顯示，在高鐵低鎳型紅土鎳礦選擇性還原焙燒過(guò)程中，在Na2SO4作用下鎳鐵顆粒的表面能和熔點(diǎn)都降低，焙燒階段液相量增加，基于吉布斯自由能最小原理，細(xì)小鎳鐵顆粒會(huì)發(fā)生遷移、聚集和長(zhǎng)大，從而獲得較高鎳品位的鎳鐵產(chǎn)品。

上述研究主要集中于Na2SO4對(duì)低鐵型紅土鎳礦選擇性還原焙燒-?磁選效果的影響，但由于Na2SO4在選擇性還原過(guò)程中主要是抑制鐵，因此其作用可能與紅土鎳礦中鐵的含量有關(guān)系。而Na2SO4的作用機(jī)理普遍只是研究了低用量時(shí)的情況。鑒于此，為研究Na2SO4在所有紅土鎳礦中的作用是否一致，特別是對(duì)于高鐵低鎳紅土鎳礦還原效果的影響，本文作者選取一種高鐵低鎳型紅土鎳礦，并把Na2SO4用量范圍擴(kuò)大到20%，研究了Na2SO4用量與高鐵低鎳型紅土鎳礦選擇性還原焙燒效果的關(guān)系，及Na2SO4用量對(duì)焙燒礦的微觀結(jié)構(gòu)和鎳、鐵元素的賦存態(tài)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用的紅土鎳礦(以下稱為試樣)來(lái)自印度尼西亞，其中主要元素的含量見(jiàn)表1。由表1可知，試樣中全鐵品位34.93%，鎳品位1.29%，鐵品位是鎳品位的27倍多，屬高鐵低鎳型紅土鎳礦，鎂、硅的含量也相對(duì)較高。

表1 試樣多元素分析

為確定試樣中主要礦物種類，對(duì)其進(jìn)行了X射線衍射分析，結(jié)果如圖1所示。從XRD譜(圖1)可以看出，主要礦物為葉蛇紋石、針鐵礦、纖蛇紋石以及石英，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)獨(dú)立鎳礦物的峰，并且結(jié)晶狀態(tài)不佳，可能存在非晶態(tài)物質(zhì)。

圖1 試樣的XRD譜

所用還原劑是煙煤，粒度小于0.5 mm。其空干基工業(yè)分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為固定碳50.07%，揮發(fā)份27.81%，灰分11.76%，水分10.36%。所用Na2SO4為分析純無(wú)水硫酸鈉。

1.2 試驗(yàn)方法

還原焙燒?磁選過(guò)程如下：準(zhǔn)確稱取40 g試樣，按規(guī)定比例配加煙煤和Na2SO4后充分混勻，倒入石墨坩堝中，加蓋密封。FLM?1400型箱式馬弗爐升溫至1200 ℃時(shí)把坩堝放入，保持恒溫焙燒50 min，焙燒完成迅速將坩堝從馬弗爐中取出，自然冷卻。焙燒礦用CXG?99型磁選管進(jìn)行磁選，一段磨礦磁選，磨礦細(xì)度為＜0.074 mm的占70%。

用鎳鐵產(chǎn)品中鎳的品位、鎳的回收率、鐵的回收率，以及鎳鐵回收率差?(Ni-Fe)(以下簡(jiǎn)寫為?)為評(píng)價(jià)指標(biāo)。鎳鐵回收率差可以表征焙燒體系選擇性強(qiáng)弱程度，數(shù)值越大，選擇性越強(qiáng)。

焙燒礦X射線衍射分析和電子顯微鏡觀察試樣制備如下：取焙燒條件不同的焙燒礦，一半用振動(dòng)磨樣機(jī)研磨到粒度小于0.043 mm，用XRD分析不同條件下所得試樣中的礦物組成；另一半制成光片用掃描電鏡觀察焙燒礦的微觀結(jié)構(gòu)。XRD分析和掃描電子顯微鏡分別用北京科技大學(xué)材料測(cè)試中心的日本理學(xué)Rigaku-UltimaIV型X衍射儀和德國(guó)卡爾蔡司(CAMBRIDGE)S?360型掃描電子顯微鏡完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 焙燒條件對(duì)高鐵低鎳型紅土鎳礦選擇性還原的影響

2.1.1 煙煤對(duì)還原焙燒體系選擇性效果的影響

為了研究只減少煤用量能否達(dá)到選擇性還原的效果，首先考察了不加Na2SO4時(shí)，煙煤用量對(duì)高鐵低鎳型紅土鎳礦選擇性還原效果的影響規(guī)律，結(jié)果見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，煙煤用量對(duì)焙燒過(guò)程的選擇性有影響。煙煤用量3%時(shí)，焙燒過(guò)程有一定的選擇性，鎳品位為3.61%，?為36.02%，但鎳回收率只有84.65%，鐵回收率僅48.64%，都偏低。增加煙煤用量時(shí)，鐵回收率快速升高，鎳品位逐漸下降，而鎳回收率也增加，但增加量比鐵慢，所以?下降，其數(shù)值變得更小。當(dāng)煙煤用量達(dá)到15%時(shí)，鎳回收率提高至90.89%，鐵回收率高達(dá)89.63%，而鎳品位和?分別降到2.41%和1.26%。這表明隨著煙煤用量的增加，還原焙燒的選擇性逐漸變差。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是隨著煤用量增加，還原氣氛增強(qiáng)，鐵礦物還原為金屬鐵的量增加，鐵回收率不斷增加。上述結(jié)果說(shuō)明，不添加Na2SO4時(shí)減少煤的用量雖有一定的選擇性，但效果不理想，所得鎳鐵產(chǎn)品中鎳的品位和?都比較低，鎳品位最高只有3.61%，且此時(shí)鎳回收率比較低，所以需要用添加劑提高選擇性。

為了控制還原氣氛，確保鎳的選擇性還原，確定煙煤的用量為3%。

圖2 煙煤用量對(duì)還原焙燒選擇性效果的影響

2.1.2 Na2SO4對(duì)還原焙燒體系選擇性效果的影響

已有研究表明，Na2SO4作添加劑可以改善高鐵低鎳型紅土鎳礦焙燒體系的選擇性還原效果，但普遍研究了Na2SO4用量小于10%的情況。鑒于此，本實(shí)驗(yàn)中擴(kuò)大Na2SO4用量范圍從0%到20%，旨在系統(tǒng)研究Na2SO4用量對(duì)高鐵低鎳型紅土鎳礦還原焙燒選擇性效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出，Na2SO4對(duì)焙燒過(guò)程選擇性效果的影響非常顯著。

圖3 Na2SO4用量對(duì)試樣還原焙燒的影響

首先，從產(chǎn)率看，其變化規(guī)律非常明顯。隨著Na2SO4用量的增加，鎳鐵產(chǎn)品產(chǎn)率先快速下降，然后保持基本不變，再急劇增加。不加Na2SO4時(shí)產(chǎn)率為30.25%；Na2SO4用量5%時(shí)產(chǎn)率為16.3%；用量10%時(shí)產(chǎn)率最低，為9.98%；用量15%時(shí)產(chǎn)率為10.80%；當(dāng)用量20%時(shí)產(chǎn)率突然提高，達(dá)到最高，為33.75%。它的變化程度相對(duì)其他指標(biāo)更為明顯，更突顯出不同Na2SO4用量對(duì)焙燒礦的作用效果有較大的差異。

鎳品位在Na2SO4用量0~5%范圍內(nèi)大幅度提高，在5%~10%范圍內(nèi)略微提高，但幅度不大，用量10%時(shí)達(dá)到最高，達(dá)到7.61%；Na2SO4用量超過(guò)10%時(shí)，鎳品位又開始迅速降低。鎳回收率在Na2SO4用量0~5%有所提高，在5%~15%范圍內(nèi)呈下降趨勢(shì)，用量15%時(shí)降至最低，為18.84%，在15%~20%范圍內(nèi)又略有提高。鐵回收率在Na2SO4用量0~10%范圍內(nèi)迅速降低，在10%~15%范圍內(nèi)呈基本持平，15%~20%內(nèi)又迅速提高，這一變化趨勢(shì)和鎳鐵產(chǎn)品產(chǎn)率的變化趨勢(shì)基本一致。當(dāng)Na2SO4用量在0~5%范圍內(nèi)時(shí)，?顯著增加；當(dāng)Na2SO4用量超過(guò)5%時(shí)?就開始迅速降低；當(dāng)Na2SO4用量為15%時(shí)，?開始由正變負(fù)，還原焙燒失去了選擇性。

當(dāng)Na2SO4用量為5% 時(shí)，鎳鐵產(chǎn)品鎳品位7.10%，鎳回收率89.71%，?比不添加Na2SO4時(shí)提高23.83%，高達(dá)59.85%。綜合考慮鎳品位、鎳回收率及?這3個(gè)指標(biāo)，在此用量下，選擇性效果達(dá)到最好。尤為值得注意的是，當(dāng)Na2SO4用量達(dá)到20%時(shí)，鎳品位降至1.15%，鎳回收率僅30.11%，而鐵回收率迅速提高至46.37%，?降至最低，為16.26%。這些數(shù)據(jù)表明，Na2SO4用量在一定范圍內(nèi)有利于鎳的還原，能夠抑制鐵礦物的還原，提高還原焙燒的選擇性。當(dāng)Na2SO4用量超過(guò)一定范圍時(shí)，鎳的品位和回收率都會(huì)降低，鐵回收率增加，?迅速降低，還原焙燒失去選擇性。

綜上所述，Na2SO4用量對(duì)還原焙燒的選擇性影響很大，不同用量時(shí)的作用機(jī)理可能有本質(zhì)差異，下面將對(duì)此進(jìn)行深入的分析和研究。

2.2 Na2SO4用量對(duì)還原過(guò)程影響的機(jī)理研究

2.2.1 Na2SO4用量對(duì)焙燒礦礦物組成的影響

對(duì)不同Na2SO4用量所得焙燒礦進(jìn)行X射線衍射分析，結(jié)果如圖4所示。比較發(fā)現(xiàn)，Na2SO4的加入對(duì)焙燒礦的礦物組成有明顯的影響。

圖4 不同Na2SO4用量焙燒礦的XRD譜

不加Na2SO4時(shí)，部分鐵礦物被還原成金屬鐵，與還原出來(lái)的鎳生成了鎳含量較低的鐵紋石，此乃該條件下鎳鐵產(chǎn)品中鎳品位較低的原因。Na2SO4用量為5%時(shí)，會(huì)生成鎳含量較高的鎳紋石和大量不具磁性的浮士體及隕硫鐵，這是鐵回收率降低、鎳品位和?大幅度提高，選擇性還原效果顯著的原因。當(dāng)用量為10%時(shí)，鎳紋石的峰增強(qiáng)，鐵紋石的峰減弱，這解釋了Na2SO4用量從5%增加到10%時(shí)鎳品位增加的現(xiàn)象。

當(dāng)Na2SO4用量在0~10%范圍內(nèi)時(shí)，試樣中的蛇紋石、針鐵礦經(jīng)過(guò)分解生成了鐵鎂橄欖石、尖晶石。當(dāng)用量大于5%時(shí)，焙燒礦中出現(xiàn)的新相還有霞石和石英。石英的峰變化比較特殊，只加3%煙煤時(shí)，沒(méi)有石英的峰，在Na2SO4用量5%時(shí)出現(xiàn)且較高，5%~20%范圍內(nèi)減弱；浮士體的峰在Na2SO4用量0~15%范圍內(nèi)增強(qiáng)，15%~20%范圍內(nèi)減弱；而隕硫鐵FeS的峰則是逐漸增強(qiáng)。當(dāng)Na2SO4用量增加，Na2SO4發(fā)生還原反應(yīng)形成Na2S的量也增加，Na2S可以與石英和浮士體發(fā)生反應(yīng)(1)[15]，因此石英的峰會(huì)有減弱的趨勢(shì)。反應(yīng)(1)的進(jìn)行也是隕硫鐵的峰逐漸增強(qiáng)的原因，同時(shí)還是浮士體的峰減弱的原因之一。

2SiO2+Na2S+FeO=Na2Si2O5+FeS (1)

當(dāng)Na2SO4用量為15%時(shí)，鎳紋石的峰十分微弱，因此鎳品位顯著降低。特別值得注意的是，當(dāng)Na2SO4用量20%時(shí)，生成了磁鐵礦。發(fā)生這種現(xiàn)象可能是因?yàn)樵贜a2SO4用量多的情況下，試樣中鐵礦物的還原進(jìn)一步受到抑制，還原至浮士體的量減少，這也是浮士體的峰減弱的原因之一，部分鐵礦物被還原至磁鐵礦，就不再進(jìn)一步還原，磁鐵礦能夠在磁選階段進(jìn)入鎳鐵產(chǎn)品中，這就解釋了鎳鐵產(chǎn)品產(chǎn)率迅速增加、鐵回收率增加的現(xiàn)象。鐵回收率增加是由還原焙燒的選擇性減弱導(dǎo)致的。當(dāng)Na2SO4用量超過(guò)10%時(shí)，出現(xiàn)了低鐵橄欖石。當(dāng)Na2SO4用量15%時(shí)，鐵多以浮士體和隕硫鐵存在，二者都不具有磁性，因此鐵回收率降低；當(dāng)Na2SO4用量20%時(shí)，生成了磁鐵礦。上述原因都會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入橄欖石渣相中的鐵減少，從而生成低鐵橄欖石。

2.2.2 不同Na2SO4用量下焙燒礦的顯微結(jié)構(gòu)特征

為進(jìn)一步揭示Na2SO4用量對(duì)焙燒礦結(jié)構(gòu)變化的影響，用掃描電鏡對(duì)其進(jìn)行了觀察，結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5可以看出，不同Na2SO4用量時(shí)的焙燒礦內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)也有明顯的差異。

不加Na2SO4時(shí)，焙燒體系形成的亮白色鎳鐵顆粒較小，且數(shù)量多，零散分布在焙燒礦的各個(gè)部位，這不利于得到高鎳品位的鎳鐵產(chǎn)品(見(jiàn)圖5(a))。從圖5(b)~(e)中可以看出，加入Na2SO4的焙燒礦與不加Na2SO4的焙燒礦相比，熔融現(xiàn)象嚴(yán)重，并形成許多孔洞(橢圓形包圍處)，原因可能是加入的Na2SO4會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)，消耗煙煤中的固定碳，減弱反應(yīng)體系的還原氣氛，由于還原氣氛不足，大量鐵礦物被還原成低熔點(diǎn)的浮士體，液相量增加，造成熔融現(xiàn)象的發(fā)生，而熔融現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致還原氣體CO的擴(kuò)散受到限制，焙燒階段形成氣泡，焙燒完成即形成孔洞。當(dāng)Na2SO4用量在5%時(shí)(見(jiàn)圖5(b))，焙燒體系可以聚集生成粒度較大的鎳鐵顆粒(見(jiàn)圖5(b)中點(diǎn)Ⅰ)，靠近坩堝底部邊緣部位的鎳鐵顆粒達(dá)到50 μm以上。當(dāng)Na2SO4用量增加到10%時(shí)(見(jiàn)圖5(c))，鎳鐵顆粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，有的顆粒達(dá)到100 μm(見(jiàn)圖5(c)中點(diǎn)Ⅱ)。當(dāng)Na2SO4用量在15%時(shí)(見(jiàn)圖5(d))，亮白色區(qū)域減少；當(dāng)增加到20%時(shí)(見(jiàn)圖5(e))，亮白色區(qū)域又明顯的增加，并連接成片，此時(shí)生成的不是鎳鐵顆粒，應(yīng)該是磁鐵礦。

圖5不同Na2SO4用量焙燒礦的微觀結(jié)構(gòu)

為進(jìn)一步分析不同Na2SO4用量焙燒礦中各種礦物之間的嵌布粒度和相互關(guān)系，最重要的是解釋Na2SO4用量過(guò)量時(shí)，鎳鐵產(chǎn)品中鎳的品位和回收率降低的原因，對(duì)Na2SO4用量為5%和20%的焙燒礦進(jìn)行了更詳細(xì)的分析，不同顆粒的能譜分析見(jiàn)圖6。

圖6(a)和(b)結(jié)果顯示，當(dāng)Na2SO4用量5%時(shí)，生成的鎳紋石(點(diǎn)1)和鐵紋石(點(diǎn)2)。兩種鎳鐵顆粒(亮白色區(qū)域)與隕硫鐵(點(diǎn)3，淺白色區(qū)域)、浮士體(點(diǎn)4，淺灰色區(qū)域)、鐵鎂橄欖石(點(diǎn)5，淺黑色區(qū)域)和霞石(點(diǎn)6，深黑色區(qū)域)等各礦物之間界線分明，這對(duì)后續(xù)的磁選分離過(guò)程很有利。

由圖6(c)可知，當(dāng)Na2SO4用量為20%時(shí)，焙燒礦中生成了單硫鐵/鎳(Fe,Ni)S(點(diǎn)7)以及含鎂磁鐵礦(點(diǎn)8，亮白色區(qū)域)和低鐵橄欖石(點(diǎn)9，淺灰色區(qū)域)。能譜分析出Na2SO4用量為20%時(shí)，生成了含鎂磁鐵礦，這可能是由于在Na2SO4用量較大的情況下，試樣中鐵礦物的還原進(jìn)一步受到抑制生成了磁鐵礦，磁鐵礦中的部分Fe2+會(huì)被Mg2+替換，生成相對(duì)穩(wěn)定的含鎂磁鐵礦，這也解釋了XRD分析中1200 ℃的高溫焙燒溫度下有磁鐵礦的峰的現(xiàn)象，含鎂磁鐵礦仍然具有磁性[17]。(Fe,Ni)S的生成可能是由于分解出來(lái)的NiO和Na2SO4還原產(chǎn)生的過(guò)量Na2S[13]發(fā)生反應(yīng)生成NiS，NiS與FeS形成混熔的(Fe,Ni)S。磁選過(guò)程非磁性的(Fe,Ni)S會(huì)進(jìn)入尾礦，導(dǎo)致鎳的品位和回收率都很低，具有磁性的含鎂磁鐵礦進(jìn)入鎳鐵產(chǎn)品中，導(dǎo)致鐵的回收率提高，這是?由正變負(fù)的主要原因，表明還原焙燒失去選擇性。

圖6 圖5中(a)、(b)、(c)區(qū)域的放大圖及不同礦物的能譜分析結(jié)果

3 結(jié)論

1) 研究用試樣屬于高鐵低鎳型。試樣中，硅酸鹽礦物主要是葉蛇紋石和利蛇紋石，含鐵礦物主要是針鐵礦，鎳品位是1.29%，而全鐵品位達(dá)到34.93%，屬于高鐵低鎳型紅土鎳礦。

2) 只用煤為還原劑選擇性效果較差，而且不加Na2SO4時(shí)，單純憑借降低煙煤的用量來(lái)減弱還原氣氛，對(duì)提高還原焙燒的選擇性作用有限。

3) Na2SO4對(duì)高鐵低鎳紅土鎳礦選擇性還原過(guò)程影響明顯：固定煙煤用量為3% 時(shí)，增加Na2SO4的用量，鎳鐵產(chǎn)品中鎳的品位和回收率以及?均呈現(xiàn)先提高后降低趨勢(shì)，而產(chǎn)率和鐵回收率則為先降低后提高；當(dāng)Na2SO4用量為5%時(shí)，鎳鐵產(chǎn)品中鎳品位7.10%、鎳回收率89.71%，?高達(dá)59.85%，選擇性效果顯著；而當(dāng)Na2SO4用量為20%時(shí)，焙燒礦產(chǎn)生了質(zhì)的變化，生成了無(wú)磁性的單硫鐵/鎳和具有磁性的含鎂磁鐵礦，失去了選擇性。

4) Na2SO4的作用機(jī)理隨其用量變化有本質(zhì)的差異：實(shí)現(xiàn)選擇性還原的機(jī)理是Na2SO4發(fā)生還原反應(yīng)，會(huì)消耗煤中的固定碳，一方面，產(chǎn)生的Na2S與礦物中的鐵形成隕硫鐵，另一方面，減弱還原氣氛使試樣中的鐵礦物還原至不具磁性的FeO；加入20%時(shí)失去選擇性的機(jī)理是加入過(guò)量Na2SO4會(huì)導(dǎo)致部分鐵礦物還原生成含鎂磁鐵礦，造成鐵回收率增大，且生成的過(guò)量Na2S可以與焙燒體系中的NiO和FeO發(fā)生反應(yīng)，形成(Fe,Ni)S，導(dǎo)致鎳的品位和回收率都降低。

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(編輯 龍懷中)

Mechanism of sodium sulphate on selective reduction roasting of high iron and low nickel content laterite

WANG Xiao-ping, SUN Ti-chang, LIU Zhi-guo,XU Cheng-yan , LI Chuan

(School of Civil and Environment Engineering,University of Science and Technology Bejing, Beijing 100083, China)

The mechanism of sodium sulphate in a large range of dosage on selective reduction roasting of high iron and low nickel laterite was studied. The results show that, the effect of sodium sulphate was fundamentally different as its dosage changes. With increasing dosage of sodium sulphate, in the ferronickel product, the magnetic separation, the content of nickel, the recovery of nickel and the difference between recovery of nickel and iron first improve and then decrease, while the yield and the recovery of iron first decrease, and then improve. When the dosage of sodium sulphate is 5%, selective reduction is the most significant. Sodium sulphate reacts with carbon in coal and weakens the reducing atmosphere, resulting in that iron minerals in the ore sample used are reduced to non-magnetic wustite. And when it is excessive, part of iron minerals are reduced to magnesioferrite. Those caused that the recovery of iron first decreases and then improves. Meanwhile, excessive sodium sulphate ill make excessive sodium sulphide, which reacts with nickel oxide and wustite, producing monosulfidic nickel and troilite. Both of them would mixed melt to (Ni,Fe)S, leading to decreasing about content and recovery of nickel.

laterite; selectivereduction roasting; ferronickel; sodium sulphate

Project(20130006110017) supported by the Doctoral Program Foundation of Institutions of Higher Education of China

2015-07-30; Accepted date:2015-10-24

SUN Ti-chang; Tel: +86-10-62314078; E-mail: suntc@ces.ustb.edu.cn

1004-0609(2016)-10-2197-08

TD9

A

高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目(20130006110017)

2015-07-30；

2015-10-24

孫體昌，教授，博士；電話：010-62314078；E-mail: suntc@ces.ustb.edu.cn