低品位紅土鎳礦選擇性還原-磁選富集鎳的工藝及機(jī)理研究.pdf

1、作為世界上鎳消費(fèi)量最大的國家,我國每年需要進(jìn)口大量鎳礦,其中絕大多數(shù)為紅土鎳礦,所生產(chǎn)的鎳主要作為不銹鋼原料。對有效利用低品位紅土鎳礦作為鎳鐵合金原料的研究在國內(nèi)處于剛剛起步的階段。在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(低品位紅土鎳礦制備高鎳精礦基礎(chǔ)理論與工藝研究,50974135,2010年)以及國家發(fā)改委基金項(xiàng)目(高效利用低品位紅土鎳礦關(guān)鍵技術(shù)研究,NDRC-高新辦2009-606,2009年)的資助下,本文針對印尼低品位褐鐵礦型以及腐殖土型紅土

2、鎳礦進(jìn)行了選擇性還原焙燒-濕式磁選制備高品位鎳鐵精礦新工藝及其機(jī)理研究。對紅土鎳礦工藝礦物學(xué)、鎳鈷賦存狀態(tài)、選擇性還原反應(yīng)理論基礎(chǔ)和熱力學(xué)、還原過程各工藝參數(shù)的優(yōu)化、還原過程鐵鎳鈷行為以及選擇性還原過程中添加劑作用機(jī)理等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和闡述。
　　 印尼紅土鎳礦原礦工藝礦物學(xué)以及礦物晶體化學(xué)研究表明:LN礦樣屬于褐鐵礦類型紅土鎳礦,鎳含量為0.97％。含80％針鐵礦和13％硅酸鹽礦物,針鐵礦物相含鎳0.87％,硅酸鹽礦物含

3、鎳1.19％。SN礦樣屬于腐殖土型紅土鎳礦,鎳含量為1.42％。含30％針鐵礦和65％硅酸鹽礦物,針鐵礦物相含鎳1.59％,硅酸鹽礦物含鎳1.07％。在兩種礦樣中,鎳在針鐵礦晶格中取代鐵,在硅酸鹽礦物中取代鎂。針鐵礦與硅酸鹽礦物微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)多樣化,礦物共生關(guān)系復(fù)雜,鎳在含鎳礦物中分布不均勻,與微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)。鈷主要賦存于鈷土礦中,鈷土礦與針鐵礦緊密共生
　　 選擇性還原理論研究表明:在熱力學(xué)上對于氧化鎳以及浮氏體的選擇性還原存在可

4、能,在還原焙燒過程中控制C0濃度約在10％到50％之間、還原溫度約在435℃到720℃之間時(shí),可以形成只還原氧化鎳不還原浮氏體的選擇性還原條件。然而由于在實(shí)際操作中以及工業(yè)應(yīng)用上的困難,很難達(dá)到選擇性還原效果。研究表明還原過程中鐵橄欖石的形成以及硫的存在可以提高還原選擇性以及促進(jìn)鎳鐵晶粒的生長。
　　 通過優(yōu)化選擇性還原過程工藝參數(shù),得到了褐鐵礦型紅土鎳礦單礦選擇性還原-濕式磁選富集鎳的優(yōu)化條件,即添加3.0％的還原劑、3.0％

5、的硫酸鈣、堿度為0.07的LN紅土鎳礦團(tuán)塊在1250℃的溫度下還原焙燒60 min,將還原試樣磨礦磁選分離。在該條件下可以獲得高品位鎳鐵精礦,精礦含鎳5.10％、含鐵82.66％,鎳回收率為98.79％,鎳鐵精礦產(chǎn)率為24.60％。配加SN礦樣的LN紅土鎳礦選擇性還原焙燒-濕式磁選富集鎳的優(yōu)化條件為,對添加40.0％SN礦樣、5.0％還原劑、6.0％硫酸鈣的LN紅土鎳礦團(tuán)塊進(jìn)行選擇性還原焙燒,還原條件為一段還原溫度為900℃,還原時(shí)間為

6、15min,二段還原溫度為1100℃,還原時(shí)間為60 min,之后對還原團(tuán)塊進(jìn)行磨礦磁選。可獲得含鎳6.01％、含鐵69.69％高品位鎳鐵精礦,鎳回收率為92.08％,鎳鐵精礦產(chǎn)率為21.45％。這兩種鎳鐵精礦鎳品位高,是電爐冶煉鎳鐵合金的理想爐料,可以為電爐生產(chǎn)節(jié)省大量能耗、顯著降低渣量,為有效利用低品位紅土鎳礦資源,特別是為火法工藝?yán)煤骤F礦型紅土鎳礦提供了一條有效途徑。
　　 選擇性還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及還原團(tuán)塊微觀結(jié)構(gòu)研究結(jié)

7、果表明:添加劑顯著提高了紅土鎳礦選擇性還原反應(yīng)速率。還原團(tuán)塊主要物相為γ Fe-Ni相、浮氏體、尖晶石等。鎳被有效富集于γ Fe-Ni中,鐵則大部分賦存于浮氏體、尖晶石中,實(shí)現(xiàn)了選擇性還原。含硫添加劑的存在使得還原團(tuán)塊中γ Fe-Ni物相的平均粒徑由5.8μ m提高到16.1μm,粒徑大于10μm的γ Fe-Ni顆粒比例由20％左右提高到45％左右。硫主要與鐵形成硫化物固溶體,無硫化鎳存在,這一結(jié)果與熱力學(xué)相圖一致;置換反應(yīng)的生成可能導(dǎo)