还原—磨选法处理澳大利亚某红土镍矿.pdf

0 I ■巨盈 d o i i 0 ．3 9 6 9 f j ．i s s n ，2 0 9 5 - 1 7 4 4 ．2 0 1 2 ．0 3 ．0 0 3 还原一磨选法处理澳大利亚某红土镍矿 瞳范兴祥汪云华蕾海刚吴跃东李柏榆赵家春李博捷 昆明贵金属研究所稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室昆明6 5 0 1 0 6 摘要针对澳大利亚某红土镍矿的矿物组成及比较国内外红土镍矿处理工艺，选择还原一磨选法处 理该红土镍矿。固定磨选制度．研究还原温度、还原时间．还原剂配比、添加剂配比、料层厚度 等因素对镍和钴直收率及其镍和钴平均品位的影响。结果表明，合适工艺条件原料粒度- 1 2 1 9 6 m m ．还原剂配比5 ．o ％、添加剂配比5 ．O ％．均匀混合．制成约1 5m m 1 5 m m 2 0m m 球团，烘 干．还原温度12 5 0 ℃，料层厚度4 0 m i l l ．还原时间3 0 m i n 。还原后通保护气氛冷却到室温，粉碎， 进行磨选 矿浆浓度6 0 ％，球磨时问2 ．0h ，采用1 0 0k A ／m 磁场强度磁选．磁选精矿再重选。在此 工艺条件下，镍和钴的直收率分别达到8 8 ．2 9 ％和8 6 ．0 9 ％，镍钴合金粉末中镍和钴平均品位分别为 9 ．9 2 ％和O ．9 6 ％。 关键词红土镍矿；还原；磨选；添加剂；磁选；重选 中图分类号T F 8 1 5 ；T F 8 0 2 ；T D 9 2 4 ；T D 9 2 2 文献标识码A 文章编号2 0 9 5 ．1 7 4 4 2 0 1 2 0 3 ．0 0 3 9 0 4 镍是重要的战略金属元素之一，在国防军工、航空 业、机械制造、冶金，化工、矿业及新材料等领域具有 广泛的用途。随着全球经济的快速发展，镍消耗量增大， 镍资源随着大规模开采，储量逐渐减少，特别是硫化矿 资源越来越少。近年来，全球镍生产企业关注红土镍矿 资源开发。关于红土镍矿资源开发工艺较多，有硫酸加 压浸出I I - 9 1 、常压堆浸[ i O J 、常压搅拌浸出I l l l ．生物浸出 1 1 2 - 1 4 ] 、电化学浸出Ⅲ】、硫酸化焙烧一水浸”“、还原一氨 浸[ 1 7 - 1 8 l ，火法炼镍铁∽。l 、还原一磨选∞。1 等工艺。选 择这些工艺处理红土镍矿，要根据红土镍矿资源特点及 当地电力供应、煤资源、环保政策等综合考虑。针对澳 大利亚某红土镍矿的资源特点，有研究采用预还原熔 分工艺制备镍铁合金，由于该矿含钴较高，获得镍铁合 金提钴困难．经比较各种工艺路线，选择还原一磨选工 艺处理该矿．重点研究还原制度对镍和钴直收率及其镍 和钴平均品位的影响，旨在提供一种兼顾镍钴回收的红 土镍矿处理工艺。 l 实验方法 1 ．1 试验原料 试验原料是来自澳大利亚某公司的矿样 1 8 个桶 ， 对每个桶分别取样进行分析，化学组成见表l ，原矿粒 度分布见表2 。该矿属于低镁高铁的铁质镍矿，钴、镁， 铁和水含量随采样深度变化不大，粒度分布不均。 从表l 可以看出。I 一1 8 桶矿样的镍、钴、镁、铁 含量比较接近，且均属于同一矿山的中层矿，所以将1 8 桶矿样归并在一起，作为试验的原料。 1 ．2 试验用仪器设备 试验用设备有还原炉 额定温度l3 0 0 ℃、额定电 压3 8 0 V 、炉膛尺寸9 0 0 m m 5 2 0 I T l m 5 5 0 m m ．高温 环形转底炉 功率1 0 5k W ，Q D J 2 8 8 - 2 型球蛋成型机、 粉碎机 L M Z l 2 0 型连续进料式振动磨矿机 、R K ／L Y - 1 1 0 0 5 0 0 变频摇床、湿式球磨设备 X M Q - 庐2 4 0 9 0 ， 功率O ．5 5k W 、高温电阻炉 S S X 2 - 1 2 1 6 ，功率1 2 k W 、额定温度16 0 0 ℃ ，湿式强磁选机 X C S Q ．5 0 7 0 ． 基金项目云南省科技计划项目 2 0 0 8 A A 0 0 1 收稿日期；2 0 1 2 ．0 2 1 5 作者简介范兴样 1 9 7 4 - ，男，云南建水县人，副研究员．博 士．主要从事有色冶金新技术等方面的研究。 有色金属工程2 0 1 2 年第3 期 3 9 万方数据 l 看玉奎≮蕊 N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R I N G 表l 不同取样深度获得的红土镍矿化学组成 表2 原矿粒度分布 样号矿样 桶号 颜色 不同粒级 m m 矿物／％ - 28 2 - 2 5 8 - 5 0 2 5 最大粒 5 0 径／m m I 黄褐色 2 黄褐色 3 黄褐色 4 土红色 5 土红色 6 土红色 7 黑褐色 8 黄褐色 9 黑褐色 l O 黑褐色 l l 黄褐色 1 2 黄褐色 1 3 黄褐色 1 4 黄褐色 1 5 黄黑色 1 6 黄黑色 1 7 黄黑色 1 8 黄黑色 8 ，2 03 7 ．5 5 2 5 ．2 6 S ．8 22 8 ．2 43 92 0 2 ．9 51 7 ．7 13 15 7 2 ．0 31 2 ．0 72 8 ．4 l 3 ．3 21 8 ．3 63 7 ．8 1 6 ．0 02 4 ．4 63 9 ．9 7 1 ．2 51 5 ．1 32 7 ．加 3 ．5 22 1 1 92 9 ，5 l 0 ．4 91 2 ．6 92 9 ，2 0 1 ．6 l1 0 ．1 42 4 ．2 l 4 3 ． 4 0 ．3 1 4 8 ．5 5 4 8 ，1 4 6 3 ．9 8 6 0 ．9 4 6 3 ．3 3 5 8 ．7 2 注1 1 1 8 - g - 品由于太湿无法进行较细枉级的筛分。 电磁湿式多用鼓形弱磁选机 X C R S ．中4 0 0 2 4 0 。 1 ．3 分析检测 试料用盐酸、硝酸、氟化氢铵、高氯酸分解，用酒 石酸钾钠、E D T A 掩蔽铁、钴、钙、镁、硅、铜等干扰 离子。于碱性介质中，过硫酸铵存在下，镍与丁二酮肟 形成可溶性酒红色络合物，于分光光度计波长5 0 0n m 处， 测量吸光度测定镍的质量分数。 1 ．4 试验过程与工艺流程 根据该矿的基本性质，结合国内外相关经验，确定 试验主要以提取镍钴为主。针对1 8 桶样品取具有代表 性的原料，经过烘干，粉碎至一1 2 1 9 6m m ，配人还原剂、 添加剂，粘结荆，混匀，用球蛋成型机制成1 5m m 1 5 m m x l 8 m m 的球团，烘干，置于高温环形转底炉中还原。 还原后，采用实验室小球磨机球磨。然后进行磁选和重 选，获得镍铁合金粉。采用的工艺流程如图l 所示。 坯厦趔 红土锃芷 运加剂 拈结趔 堡丝垒垒兰鱼 图1 还原一磨选处理澳大利亚某红土镍矿的工艺流程 2 试验结果及讨论 固定磨选制度，即按6 0 ％的矿浆浓度球磨2 ．0h ， 进行磁选 1 0 0k A ／m 和重选 收率只计精矿和中矿，品 位为精矿和中矿平均值 ，研究还原温度、还原时间、 还原剂配比、添加剂配比、料层厚度等因素对镍直收率 的影响。 2 ．1 还原温度的影响 称取红土镍矿 粒度一1 2 1 9 6r a m 、还原剂 5 ％ 粒度一9 6 7 4m m 和添加剂5 ，O ％混台均匀，制成 1 5 m m 1 5 m m 1 8n 蚰球团，烘干，在不同还原温度 进行还原，料层厚度4 0m m ，还原时间均为3 0r a i n ，焙 砂球磨，进行磁选和重选，不同还原温度对镍与钻直收 率和品位的影响见表3 。 4 0 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y 中甲 于甲≯ 瑚m枷枷啪渤跏姗蜘踟珊瑚瑚跏姗蜘姗啪 也 插 他 弘∞哼坦 蚰弘 卯∞ ％朽 们∞帖 H 的 舢引 船 拽 ” n 凹 孔筋 ”如 弘捞强 n M 堪n 卯 侣 晒好 ∞ 剪 加 黔 “ 盯∞ 以 ∞ 侈窨} 酊 竹为 加 悖”弱堪 ” ∞勉M 拍 弧控 M ∞M 憾∞ 万方数据 8 I ■匿珊 从表3 可以看出．镍和钴直收率以及平均品位随着 还原温度升高而提高，当温度达到l2 5 0 ℃，镍和钻的 直收率分别达到8 8 ．2 9 ％和8 6 ．0 9 ％．镍钴合金粉末镍和 钴平均品位分剐夯9 , 9 2 * ／, 和0 ，9 6 ％。进一步提高还踩温 度到l3 0 0 ℃，还原后，出现熔化并有铁珠生成，经磨选， 镍和钴直收率以及平均品位均较高．但考虑产业化过程 中熔化球团与还原炉壁牯结会导致无法正常生产．确定 还原温度为12 5 0 ℃。采用同样方法处理云南省元江红 镍矿确定的还原温度为】3 0 0 ℃，主要原因是该矿含 镁为2 0 ．1 5 ％，需要的还原温度较高。 表3 还原温度对镍和钴直收率的影响 2 ．2 还原时间的影响 其他条件不变，还原温度为l2 5 0 ℃，还原时间对 镍和钴直收率与品位的影响见表4 ．表4 表明，镍和钴 直收率以及平均品位随还原时间延长而提高，还原时 间6 0r a i n 与还原3 0r a i n 比较，镍和钴直收率分别提高 2 ．3 8 ％和4 。4 9 ％，镍锚合金中镍和锚含量分￡B 提高0 ．6 2 ％ 和O ．0 6 ％，但在还原炉不变的情况下，处理能力降低 5 0 ％。因此考虑到工业化还原炉的处理效率及还原能耗， 还原时间确定3 0r a i n 较为台理。 表4 还原时间对镍钴直收率的影响 ／r a i n 舭含量，％ ，％ 含量，％ 2 ．3 还原剂配比的影响 其他条件不变，还原剂配比对镍钴直收率和品位的 影响见表5 。表5 表明，镍和钴直收率以及平均品位随 着还原剂配比提高而增加，还原剂配比5 ％与2 ，5 ％比较， 镍和钴直收率分别提高5 , 0 3 ％和4 ．1 6 0 ，镍钴合金中镍 和钴含量分别提高4 ．5 4 ％和0 ．4 0 ％。然而，当配比超过 5 ．O ％时，还原剂配比对镍和钴直收率以及平均品位影 响不大，配比高．虽然镍秘钻直收率以及平均最侥均有 所增加，由于要得到lt 金属镍产品，需处理近1 0 0t 红 土镍矿，相应还原剂用量增加，且还原剂价格昂贵，无 疑增加成本，面且由于还原时间短，尚未耗尽的焦粉残 留在金属化球团中，给磨选带来困难。因此还原刺配比 在5 ．O ％适宜。 表5 还原剂配比对镍和钴直收率的影响／％ 2 ．4 添加剂配比的影响 其他条件不变，添加剂用量对臻钴直收率和品位的 影响见表6 。添加剂的作用是促进晶粒聚集及长大，有 利于磨选。从表6 可以看出，添加剂配比对镍和钴直收 率以及平均品位影响明屁，配添加刺5 ％与不配添加剂 比较，镍和钴直收率分别提高72 8 ％和5 ．4 0 ％．镍钴合 金中镍和钴含量分别提高5 ．7 1 ％和0 ．4 8 ％，镍和钴直收 率以及平均品位均有明显提高，配添加剂1 5 ％与配添 加剂5 ％比较，镍和钴直收率分别提高4 ．0 2 ％和3 ．9 4 ％， 镍钴合金中镍和钴含量分别提高O ．8 6 ％和O ．1 2 ％。添加 剂配比高．虽然对镍钴直收率和品位均有所提高，由于 原料镍品位甄。褥娜剂市场价较毫。考虑处理成本，确 定添加剂配比为5 ．0 ％。 表6 添加剂配比对镍和钴直收率的影口向，％ 2 ．5 料层厚度的影响 其他条件不变，料层厚度对镍锚直收率和品位的 影响见表7 。表7 表明，镍和铬直收率以及平均品位随 着料层厚度增加而降低，当料层厚度超过6 0I 咖，与料 层厚度4 0m m 比较，镍和钴直收率分别降低2 ．1 1 ％和 0 ．4 4 ％，镍钴合金中镍和钴含量分别降低3 ．0 8 ％和0 ．2 5 ％。 料层过厚，底部和中间的球团还原不彻底。出现夹生。 导致金属化率低，但料层过薄，虽然镍和钴直收率以及 平均品位均可显著提高，但还原炉单位时间内处理量较 小，还原能耗增加，因此还原料层厚度取4 0 咖较合理。 表7 料层厚度对镍和钴直收率的影响 有色金属工程2 0 1 2 年第3 期 4 1 吧孵％眩 L n m m蝴蛳蚴舢眦㈣蚴呲卯勰凹卯射如蚰陆 ∞窜∞b 万方数据 l 青玉笊缸罐 N O N F E R R O U SM E 丁A L SE N G I N E E R I N G 3 结论 通过试验，得到适合处理澳大利亚某红土镍矿的工 艺条件原料粒度一1 2 1 9 6m i l l 、还原剂配比5 ．O ％、添 加剂配比5 ．o ％，均匀混合，制成约1 5 衄1 5m m 2 0 l n n l 球团，烘干，还原温度12 5 0 ℃，料层厚度4 0 咖，还原时间3 0r a i n I 还原后通保护气氛冷却到室温， 粉碎．进行磨选，矿浆浓度6 0 ％，球磨时间2 ．0h ，采用 1 0 0k A ／m 磁场强度磁选，磁选精矿再重选。在此工艺条 件下，镍和钴的直收率分别达到8 8 ．2 9 ％和8 6 ．0 9 ％，镍 钴合金粉末中镍和钴平均品位分别为9 ．9 2 ％和O ．9 6 ％。 获得的镍钴合金粉末，再采用硫酸加压浸出，浸出液经 萃取分离，可得到硫酸镍和硫酸钴产品。 参考文献 [ 1 1W h i t t i n g t o nBI ，J o h n s o nJA ．P r e s s u r ea c i dl e a c h i n go f A r i d - r e g i o nn i c k e ll a t e r i t eo r eP a r tI I I E f f e c to fp r o c e s sw a t e ro n n i c k e ll o s s e si nt h er e s i d u e 【_ I 】．H y d r o m e t a l l u r g y , 2 0 0 5 ，7 8 3 ／4 2 5 6 - 2 6 3 ． 【2 ] 2J o h n s o nJA 。M c D o n a l dRG 。M u i rDM ，e ta 1 ．P r e s s u r ea c i d l e a c h i n go f A r i d - r e g i o nn i c k e lh t e r i t eo r eP a r tI V E f f e c to f a c i d l o a d i n ga n da d d i t i v e sw i t hn o n t r o n i t eo r e s 明H y d r o m e t a l l m - g y , 2 0 0 5 ．7 8 3 ／4 2 6 4 - 2 7 0 ． 【3 】W h i t t i n g t o nBI ，M c D o n a l dRG ，J o h n s o nJA 。e ta 1 ．P r e s s u r e a c i dl e e c h i n go f A r i d - r e g i o nn i c k e ll a t e r i t eo r eP a r tI e f f e c to f w a t e r q u a l i t y 【J 1 ．H y d r o m e t a l l u r g y , 2 0 0 3 ，7 0 1 ／3 3 1 - 4 6 ． 【4 】W h i t t i n g t o nBI ，J o h n s o nJA ，Q u a nLP ，e ta 1 ．P r ∞s I ma c i d l e a c h i n go f A r i d - r e g i o nn i c k e ll a t e r i t eo r eP a r tI I ．E f f e c to f o r e t y p e 【ⅡH y o m e m l l u r g y , 2 0 0 3 ，7 0 1 ／3 4 7 6 2 ． [ 5 】R u b i s o vDH ，P a p a n g e l a k i sVG ．S u l p h u r i ca c i dp r e s s u r e l e a c h i n go fl a t e r i t e s - ac o m p r e h e n s i v em o d e lo fac o n t i n u o u s a u t o c l a v e - qH y d r o m e t a l t u r g y , 2 0 0 0 ，5 8 2 8 9 - 1 0 1 ． [ 6 】R u b i s o vDH ，K r o w i n k e lJM 。P a p a n g e l a k i sVG ．S u l p h u r i c a c i dp r e s s u r el e a c h i n go fl a t e r i t e s - u n i v e r s a lk i n e t i c so fn i c k e l d i s s o l u t i o nf o rl i m o n i t ％a n dl i m o n i t i cs a p r o l i t i cb l e n d s [ J ] ． H y o m e t a l l u r g y , 2 0 0 0 ，5 8 1 1 - 1 1 ． [ 7 】R u b i s o vDH ，P a p a n g e l a k i sVG ，S u l p h u r i ca c i dp r e s s u r e l e a c h i n go fl a t e r i t e s - s p e c i a t i o na n dp r e d i c t i o no fm e t a l s o l u b i l i t i e s “a tt e m p e r a t u r e ”【J 】．H y d r o m e t a l l u r g y 。2 0 0 0 ， 5 8 1 1 3 - 2 6 ． 【8 】G e o r g i o uD ，P a p a n g e l a k i sVG ．S u l p h u r i ca c i dp r e s s u r e l e a c h i n go fal i m o n i t i cl a t e r i t c c h e m i s t r ya n dk i n e t i c s J 】． H y d r o m e t a l l u r g y , 1 9 9 8 ，4 9 I ／2 2 3 - 4 6 ． 【9 】9M e n d e s aFD ，M a r t i n sT AH ．S e l e c t i v en i c k e la n dc o b a l tu p t a k e f r o mp r e s s u r es u l f u r i ca c i dl e a c hs o l u t i o n su s i n gc o l u m nr e s i n 8 0 r p t i o n 【J 】I n tJM i n e rP r o c e s s ，2 0 0 5 ，7 7 1 5 3 6 3 ． 【1 0 】A g a t z i n i - L e o n a r d o uS ，Z a f i r a t o sIG ．B e n c f i c i a t i u no f aG r e e k s e r p e n t i n i cn i c k e l i f e r o u so r eP a r tI I ．S u l p h u r i ca c i dh e 印 a n da g i t a t i o nl e e c h i n g 【_ 『] ．H y d r o m e t a l l u r g y , 2 0 0 4 ，7 4 3 ／4 2 6 7 - 2 7 5 。 [ I I ] A g a t z i n i L e o n a r d o uS ，Z a f i r a t o sIG ，S p a t h i sD ．B e n e f i c i a t i o n o faG r e e ks e r p e n t i n i cn i c k c l i f e r o u so r e P a r tI ．M i n e r a l p r o c e s s i n g 町H y d r o m e t a l l u r g y , 2 0 0 4 ，7 4 3 ，4 2 5 9 2 6 5 ． 【1 2 】L cL ，T a n gJ ，g y a nD ，e ta 1 ．B i o l e a c h i n gn i c k e ll a t e f i t eo r e s u s i n gm u l t i - m e t a lt o l e r a n ta s p e r g i l l u sf o e t i d u so r g a n i s m 【J 】． M i n e r a l sE n g t a e e r i n g ，2 0 0 6 ，1 9 1 2 1 2 5 9 1 2 6 5 ． [ 1 3 】S l aLB ，S w a m yKM ，N a r a y a n aKL ，e ta 1 ．B i o l e a c h i n go f S u k i n d al a t c r i t eu s i n gu l t r a s o n i c s 叽H y d r o m e t a l l u r g y , 1 9 9 5 ， 3 7 3 3 8 7 - 3 9 1 ． 【1 4 】V a l i xM ，U s a iF ，M a l i kR ．F u n g a lb i o - l e a c h i n go fl o w 倒e l a t e r i t co r e s [ J 】．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 1 ，1 4 2 1 9 7 2 0 3 ． 【l5JH w aY o u n gL e eT ，S u n gG y uK i m ，J o n gK e eO h ． E l e c t r o c h e m i c a ll e a c h i n go f n i c k e lf r o ml o w - g r a d el a t e r i t e s 叨． H y o m e m l l u r g y , 2 0 0 5 ，7 7 3 ／4 2 6 3 - 2 6 8 ． 【1 6 ] K a rBB ，S w a m yYv ，M u r t h yBVR ．D e s i g no fe x p e r i m e n t s t Os t u d yt h ee x t r a c t i o n o fn i c k e lf r o ml a t e r i t i co r eb y s u l p b a t i z a t i o nu s i n gs u l p h u r i ca c i d 【J ] ．H y d r o m e t a U u r g y , 2 0 0 0 ， 5 6 3 3 8 7 3 9 4 ． 【1 7 ] 周全雄．氧化镍矿开发工艺技术现状及发展方向【J ] ．云南 冶金，2 0 0 5 ，3 4 6 3 3 3 6 ． 【1 8 ] 王成彦．元江贫氧化镍矿的氯化离析【J 】．矿冶，1 9 9 7 ，6 3 5 5 ．5 9 ． 【1 9 】何焕华．氧化镍矿处理工艺述评[ J 】．中国有色冶金， 2 0 0 4 6 1 2 - 1 5 ． [ 2 0 】陈景友，谭巨明．采用红土镍矿及电炉生产镍铁晶粒技术 探讨[ J 】．铁台金，2 0 0 8 3 1 3 - 1 5 ． [ 2 l 】李建华，程威，肖志海．红土镍矿处理工艺综述册．湿法 冶金。2 0 0 4 ，2 3 4 1 9 1 1 9 2 ． [ 2 2 】范兴样，汪云华．顾华祥，等．一种转底炉一电炉联合法处 理红土镍矿生产镍铁晶粒方法中国，Z L2 0 0 6l0 1 6 3 8 3 4 ．X [ P 】I2 0 0 7 1 0 8 - 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