西北某镍铁矿石综合利用研究.pdf

3 8 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第5 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 5 ．0 5 ．0 0 9 西北某镍铁矿石综合利用研究 刘金长，张双爱，秦彩霞 甘肃省难选铁矿石资源利用重点实验室，甘肃嘉峪关7 3 5 1 0 0 摘 要紧密结合不锈钢生产需求，采用焙烧磁选一反浮选选矿工艺流程同时回收西北某含镍铁矿石中镍、铁资源。通 过单因素试验，最终在焙烧矿磨矿细度为一7 4 肛m 占7 0 ％，磁场强度为1 0 0 ～1 5 0m T 。反浮选捕收剂用量1 5 0s ／t 的最佳条件 下进行全流程试验，并与强磁选试验进行对比，结果表明，采用焙烧磁选一反浮选工艺的选别指标较好，可同时回收镍、铁成 分，所得精矿中铁品位5 4 ．0 8 ％、镍品位1 ．5 8 ％，铁回收率7 9 ．6 9 ％、镍回收率8 1 ．0 6 ％。烧结后通过冶炼可作为不锈钢生产 原料。 关键词镍铁矿石；焙烧磁选一反浮选；强磁选 中图分类号T D 9 5 4 ；T D 9 5 1 ．1文献标志码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 1 5 0 5 - 0 0 3 8 - 0 5 R e s e a r c ho nt h eC o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o no faN i c k e l ．i r o nO r ei nt h eN o r t h w e s t L I UJ i n c h a n g ，Z H A N GS h u a n g ’a i ，Q I NC a i x i a G a n s uP r o v i n c i a lK e yL a b o r a t o r yo fR e f r a c t o r yI r o nO r eR e s o u r c eU t i l i z a t i o n ，以a y u g u a nG a n s u7 3 5 1 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h er e q u i r e m e n t so ft h es t a i n l e s ss t e e lm a n u f a c t u r i n g ．t h ea r t i c l er e s e a r c h e s t h e s i m u l t a n e o u sr e c o v e r yo fn i c k e la n di r o nr e s o u r c e sf r o man i c k e lO r eb yr o a s t i n gm a g n e t i c r e v e r s ef l o t a t i o np r o c e s si n t h en o r t h w e s t ．B yas i n g l ef a c t o rt e s t ，w h o l ep r o c e s st e s ti st a k e nu n d e rt h eb e s tc o n d i t i o n 7 0 ％g r i n d i n gf i t n e s s a f t e rr o a s t i n gi su n d e r7 4 斗m ，m a g n e t i ci n t e n s i t yi s1 0 0 1 5 0m T ，t h ea m o u n to fr e v e r s ef l o t a t i o nc o l l e c t o ri s 1 5 0s ／ta n di ti sc o m p a r e dw i t hh i g hi n t e n s i t ym a g n e t i ct e s t ．T h er e s u l ts h o w st h a tt h es e p a r a t i o ni n d i c a t o ri sm u c h b e t t e rb yr o a s t i n gm a g n e t i c - r e v e r s ef l o t a t i o np r o c e s s ，n i c k e la n di r o nc a nb er e c o v e r e dt o g e t h e r ．T h et o t a lF ea n d n i c k e li nc o n c e n t r a t ei s5 4 ．0 8 ％a n d1 ．5 8 ％．i t sr e c o v e r yi s7 9 ．6 9 ％a n d8 1 ．0 6 ％r e s p e c t i v e l y ．I tc a nb eu s e dt o t h es t a i n l e s ss t e e lp r o d u c t i o na st h er a wm a t e r i a l ． K e yw o r d s n i c k e l i r o no r e ；m a s t i n gm a g n e t i c r e v e r s ef l o t a t i o n ；h i g hi n t e n s i t ym a g n e t i cs e p a r a t i o n 镍金属具有良好的机械强度和延展性、耐高温、 化学性质稳定、在空气中不氧化等特征，是一种十分 重要的有色金属原料，被用来制造不锈钢、高镍合金 钢和合金结构钢。近年来，随着不锈钢生产规模的 快速扩张，镍资源的需求也1 3 益扩大，同时，国外含 镍资源日益控制出口，造成镍资源量日趋紧张。研 究开发和利用国内一些品质较差的含镍资源，对于 降低不锈钢生产成本具有重要意义。 镍金属的回收工艺多为湿法 浸出 和火法 直 接还原等 ，加工成本高，经济性差引。而采用焙烧 磁选一反浮选工艺Ho 可生产含镍铁精矿产品，通过 机械选矿法即可同时回收铁和镍，含镍铁精矿通过 烧结冶炼含镍铁水，供不锈钢生产使用b j 。 西北某地镍铁矿是一个以镍为主伴生铁、钴、铬 等有益元素的大型多金属新型矿床。分为铁质镍 矿、硅质镍矿和镁质镍矿三种类型，其中铁矿中镍含 量最高，达到0 ．5 ％以上。本研究利用选矿方法，通 过焙烧磁选一反浮选工艺回收铁质镍矿 文中称为 镍铁矿石 中镍和铁，得到铁、镍金属同时富集的效 果，生产出用于不锈钢生产的含镍铁精矿，为镍铁矿 石的综合利用提供理论参考。 1矿石性质 采取三个矿体的矿样，其所代表的矿石储量占 矿区总储量的9 0 ％以上，按储量比配成综合样，以下 称为试验原矿。 1 ．1 原矿多元素化学分析 首先对矿样进行多元素分析，分析结果见表l 。 投稿日期2 0 1 4 - 0 6 - 0 3修回日期2 0 1 5 - 0 7 - 1 0 作者简介刘金长 1 9 6 8 一 ，男，甘肃嘉峪关人，高级工程师，从事矿物加工工艺及工程转化方面的研究。 万方数据 2 0 1 5 年第5 期刘金长等西北某镍铁矿石综合利用研究兰 由表l 可见，矿石铁品位在3 8 ％左右，按铁矿石 标准看，属于贫铁矿石，需选矿富集。从镍品位看， 含量达到1 ．1 0 ％，达到了回收利用标准。从矿石中 单样分析结果看，镍含量与铁品位呈负相关关系，铁 品位越高镍含量越低。可见，铁、镍两种元素均为本 矿石中的主要回收利用成分。选矿试验也将主要针 对这两种元素的矿物进行回收研究。 矿样中伴生的其它有用成分还有钴、铬等，含量 表2 T a b l e2 也相对较高。钴有一定的回收价值，铬对不锈钢来 说属于有益成分，在选矿中无需刻意脱除。 1 ．2 矿物组成分析 对矿样进行矿物组成分析，发现矿样中有用铁 矿物为褐铁矿、赤铁矿和少量磁铁矿、磁赤铁矿。脉 石矿物以石英、碧玉、蛋白石为主，黏土矿物次之。 试样中未见镍的独立矿物。矿物组成及含量见表2 。 主要矿物组成 T h em a i nm i n e r a lc o m p o s i t i o n ，嚷 褐铁矿呈大小不一形状不定的块状、松散土状、 蜂窝状构造，呈微晶、隐晶、凝胶状、细脉状嵌布于赤 铁矿、磁铁矿、石英、蛋白石等矿物周边、颗粒间和裂 隙中，疏松不易磨光。其中多包裹有粒度小于1 0 炉的石英、碧玉等脉石颗粒。其集合体嵌布粒度最 大10 0 0 m 以上，小的小于1 0 斗m ，一般在4 0 ～7 0 t z m 。赤铁矿呈块状、条带状构造，半自形、它形粒 状、细粒状结构分布于脉石、磁铁矿、褐铁矿中及周 边。嵌布粒度不均匀，部分集合体粒度较粗，裂隙发 育，大的可达10 0 0 斗m 以上，小的也有1 0 0 斗m ，大多 分布在2 0 0 ～3 0 0 斗m 。 2 流程选择 该矿石中铁矿物以弱磁性的赤、褐铁矿为主，磁 性较强的磁铁矿和磁赤铁矿含量较少。若想回收这 部分弱磁性铁矿物目前只能通过焙烧一磁选工艺或 者强磁选别。焙烧一磁选工艺是将矿石中的赤、褐 铁矿等弱磁性铁矿物在一定温度和还原气氛条件下 表3 T a b l e3 转变为强磁性矿物，然后通过弱磁选别进行回收的 一种生产工艺。该工艺在酒钢选烧厂块矿竖炉作业 区已有数十年的生产历史，但也存在能耗高、操作较 为复杂等缺点。而近几年国内出现了新型高效的强 磁选机，如立环脉动高梯度强磁选机等，具有投资 小、占地面积小等优点，对此类矿石的回收有一定的 积极意义。本文进行了焙烧一磁选和强磁选工艺两 种流程的对比试验，寻找处理该矿石的合理方案。 3 焙烧磁选试验 根据矿石性质，首先选择进行了还原焙烧一磁 选试验。矿石的还原焙烧在工业生产竖炉中进行， 还原剂为高炉煤气。焙烧矿的多元素化学分析结果 见表3 。 与表1 中原矿数据对比，矿石焙烧后成分有一 定幅度的变化，变化最大的是铁和硅，两者都较大幅 度的升高，变化的主要原因是焙烧去除了烧失成分 所致。其它成分变化相对较小。 焙烧矿多元素分析结果 M u l t i e l e m e n ta n a l y s i sr e s u l t so ft h er o a s t e do r e，％ 垂童堡 塑 堕垒 垒些堡璺 Q竺鲤塑 Q墨 旦 含量 4 0 ．7 61 ．1 70 ．0 5 03 ．8 80 ．0 2 10 ．1 8 42 9 ．6 31 ．1 30 ．5 22 ．1 70 ．6 7o ．0 4 7一翌坠竺 塑叁 0 ．0 3 2 0 ．5 3 ．1 焙烧矿磨矿细度试验 磨矿细度是影响选别指标的最主要因素，使铁 矿物得到充分解离是获得较好选别指标的保证。为 此，在磁场强度1 2 5m T 条件下，对原矿进行了磨矿 万方数据 4 0 有色金属 选矿部分2 0 1 5 年第5 期 细度磁选管试验，结果见图1 。 4 5 5 05 56 0 6 57 0 7 58 08 5 9 0 9 51 I 0 7 4t t m 含量／％ 图1磨矿细度与精矿指标的关系 F i g ．1 R e l a t i o n sb e t w e e nf i n e n e s sa n d c o n c e n t r a t ei n d e x 由图1 可见，随磨矿细度变细，精矿铁品位逐步 提高，精矿回收率呈下降趋势，尾矿铁品位升高。精 矿中镍品位随磨矿细度的变化不大。一7 4 斗m6 7 ％ 以上时，精矿中铁品位变化幅度减小或变化不明显。 此磨矿细度即为适宜的磨矿细度，为了减小磨矿细 度波动带来的影响，选择一7 4 恤m 占7 0 ％左右的磨 矿细度进行其他条件试验。 从镍品位看，矿样中的镍也在铁精矿中得到富 集，且随铁品位的升高而升高，在精矿中的回收率高 达8 9 ％以上。表明本矿石中铁、镍可以同时回收。 3 ．2 磁场强度条件试验 为了探索磁场强度对精矿有价元素指标的影响 规律，利用磁选管进行了磁场强度条件试验，以确定 磁选机最佳磁场强度，试验结果见图2 。 磁场强度／m 3 、 图2 磁场强度与精矿指标关系 F i g ．2 R e l a t i o n sb e t w e e nf i e l ds t r e n 殍ha n d c o n c e n t r a t ei n d e x 由图2 可见，随磁场强度升高，精矿铁品位呈下 降趋势，铁回收率升高。磁场强度过高和过低对镍 品位和回收率都不利。从指标看，磁场强度在1 0 0 1 5 0m T 较为适宜。 3 ．3 焙烧矿弱磁选试验 根据以上试验结果，在一7 4 斗m7 0 ％、场强1 3 0 m T 的条件下进行单一弱磁选试验，试验结果见表4 。 表4磁选试验结果 T a b l e4R e s u l t so ft h em a g n e t i cs e p a r a t i o nt e s t／％ 笙笙曼笪 堑笙曼焦声室 婴堕兰星笙曼篁选矿比／ F eN iF eN iF eN iF eN i 倍 从表4 可见，采用焙烧磁选工艺，可获得精矿铁 品位4 8 ．5 9 ％、镍品位1 ．3 8 ％、铁回收率8 9 ．5 9 ％、镍 回收率8 8 ．3 5 ％的选别指标，铁品位、镍品位均有较 大幅度的提高。 4 弱磁精矿精选试验 对上述试验中精矿的化学分析表明，焙烧磁选 精矿中S i O 含量偏高，达到2 0 ．7 3 ％，不满足冶炼要 求。为了进一步降低S i O 含量，提高精矿品质，我们 进行了反浮选提质降杂精选试验。浮选所用捕收剂 为阳离子胺类捕收剂，抑制剂为工业淀粉，不加其它 药剂，试验用水为自来水。 4 ．1 捕收剂用量试验 首先对捕收剂的用量条件进行了试验，流程为 一次粗选、一次精选，试验结果见图3 。 零 鼹 擎 叵 图3 捕收剂用量与精矿的关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o l l e c t o r ’Sd o s a g e a n dc o n c e n t r a t ei n d e x 从图3 可见，浮选工艺可有效降低杂质S i O 含 量，随捕收剂用量增加，精矿中S i O 含量明显降低， 精矿铁品位、镍品位进一步提高，精矿质量得到改 善。综合考虑回收率指标，捕收剂用量选择为1 5 0 g ／t 为宜。 万方数据 2 0 1 5 年第5 期刘金长等西北某镍铁矿石综合利用研究 4 l 4 ．2 弱磁精矿再磨细度试验 对磁选精矿进行再磨，以进一步提高铁矿物解 离度，从而为浮选分离脉石矿物创造有利条件。捕 收剂用量1 5 0r c t ，在不同的再磨细度下进行浮选试 验，试验结果见图4 。 从图4 可见，随再磨细度变细，精矿铁品位、镍 品位进一步提高，杂质S i O 含量下降，一5 0 斗m 8 8 ．5 ％时，S i O 含量由给矿中的1 8 ．9 0 ％降低到 1 1 ％以下，且磨矿细度再增加时，指标变化不明显。 表5 T { l b l e5 因此，确定再磨的磨矿细度为一5 0 斗m8 8 ％。 4 ．3 反浮选闭路试验 由于浮选工艺降硅效果明显，为了提供较全面 的浮选指标，又进行了浮选闭路流程试验。为同时 兼顾品位和回收率，流程中增加了精选和扫选，确定 试验流程为一次粗选、一次精选、三次扫选。试验条 件捕收剂用量粗选1 3 2g ／t ，精选4 4g ／t ，抑制剂用 量6 0 0g ／t ，试验结果见表5 。 反浮选闭路试验结果 T h er e s u l t so fr e v e r s ef l o t a t i o nc i r c u i tt e s t ／％ 一5 0w m 含量，％ 图4 再磨细度与精矿指标的关系 F i g ．4 R e l a t i o n sb e t w e e nr e 珈n d i n gf i n e n e s s a n dc o n c e n t r a t ei n d e x 由表5 可得，通过反浮选降硅工艺的选别，可将 焙烧磁选精矿中的杂质S i O 含量由2 0 ．7 3 ％降低到 1 2 ．5 1 ％，降低约8 个百分点。此时精矿铁品位从 4 8 ．4 3 ％提高到5 4 ．0 8 ％，镍品位从1 ．4 6 ％提高到 1 ．5 8 ％，其作业回收率也分别达到8 9 ．0 6 ％和 8 6 ．3 6 ％。反浮选降硅效果明显。 表6 T a b l e6 4 ．4 全流程试验结果 从原矿开始计算，流程图见图5 ，最终试验指标 见表6 。 焙烧矿 尾矿 图5 全流程工艺流程图 F i g ．5 F l o w s h e e to ft h ew h o l ep r o c e s s 全流程试验结果 T h et e s tr e s u l t so ft h ew h o l ep r o c e s s ，％ 5 强磁选试验 萎薹怒篙需裟凝鬟蒺冀 针对原矿中主要铁矿物为弱磁性的褐铁矿、赤验中仅对两种主要因素磨矿细度和磁场强度进行选 万方数据 4 2 有色金属 选矿螂分2 0 1 5 年第5 期 择试验，最终的试验结果见表7 。 表7 强磁选试验最终结果 T a b l e7T h ef i n a lr e s u l t so fs t r o n gm a g n e t i cs e p a r a t i o n t e s t／％ 等等产率熹N i 詈F eN 选矿比F eN iF eN i ’。F ei ～⋯ 3 6 ．3 01 ．1 l4 1 ．2 61 ．2 45 7 ．4 56 5 ．3 06 4 ．3 3 2 9 ．6 00 ．9 3 l1 ．7 4 含有1 1 ．2 ％左右的烧减量，通过烧结去除烧减后，精 矿铁、镍品位可分别提高到4 6 ．4 5 ％、1 ．4 0 ％，与焙烧 磁选指标相比，镍品位相近，而铁品位依然偏低2 3 个百分点。同时，强磁选精矿的铁和镍的回收率也 远远低于焙烧磁选，这对资源的充分利用极为不利。 6 产品分妆 ～．黧懋冀要些堡警薹吾差鼎指堡学分姜鬻蔫篡薯罂搋搿 譬莓登贯母譬翟回l 殳率低，精矿篓置位竖曹 t 李务j 晶蕃量。分崭螽菜见衾8 ～～⋯⋯一。 一 右，镍品位也较低，为1 ．2 4 ％。经分析，综合精矿中 ～。 表8 T a b l e8 精矿多元素分析结果 M u l t i e l e m e n ta n a l y s i sr e s u l t so fc o n c e n t r a t e／％ 垂塞 型 璺至竺 竺垒生竺璺塑翌鲤竺 竺竺 竺翌兰竺 焙烧磁选精矿 4 9 ．8 91 ．4 5 00 ．0 5 81 ．7 20 ．0 2 3o ．1 5 11 8 ．9 00 ．7 80 ．5 12 ．1 6o ．8 40 ．0 1 50 ．0 2 0 浮选精矿 5 4 ．3 41 ．5 00 ．0 6 01 ．9 10 ．0 2 60 ．1 3 51 2 ．8 30 ．8 00 ．5 62 ．1 4I ．9 20 ．0 2 90 ．0 2 1 从表8 中分析数据看，影响精矿品位的主要成 分是S i O ，焙烧矿精矿中S i O 含量高达1 9 ％左右。 从对材质和高炉有害的主要元素S 、P 、K O 、N a O 含 量看，均符合高炉对铁精矿的要求。 伴生有用成分主要为钴、铬，在精矿中都有所富 集，由于精矿产率高，其回收率也较高。 7结论 1 本试验镍铁矿中主要铁矿物为褐铁矿，其次 为赤铁矿。大量试验数据表明，本矿石在选矿中铁、 镍元素可同时富集到同一精矿产品中，因此可采用 选铁工艺来同时回收铁矿物和镍矿物。 2 采用焙烧磁选工艺，磨矿细度一7 4l , t m 占 7 2 ．8 ％，经过两段磁选，可获得精矿铁品位4 8 ．5 9 ％、 镍品位1 ．3 8 ％、铁回收率8 9 ．5 9 ％、镍回收率 8 8 ．3 5 ％的选别指标。精矿中杂质S i O 含量还很高， 达到2 0 ％左右，该产品用于冶炼在经济上不合理。 3 采用反浮选降硅工艺对焙烧磁选精矿进行 再磨再选，可有效降低杂质S i O 含量。当磨矿至 一5 0 协m8 7 ％时，经过一次粗选、三次扫选，精矿铁 品位可提高到5 4 ．0 8 ％、镍品位提高到1 ．5 8 ％，S i O 含量降低到1 2 ．5 1 ％。 4 采用强磁选工艺不能有效选别矿石中的铁 矿物，各项指标远低于焙烧矿 5 从技术角度看，该矿石能够生产出含镍 1 ．3 8 ％以上的铁精矿供冶炼用，得到含镍铁水，镍含 量达3 ％左右，可供不锈钢用，经济效益远大于单一 选铁或单一回收镍，经济价值较好。 参考文献 [ 1 ] 曹占芳，钟宏，刘广义，等．红土镍矿镍和铁的综合回收 试验[ J ] ．中南大学学报 自然科学版 ，2 0 1 2 ，4 3 1 1 4 1 9 9 - 4 2 0 4 ． [ 2 ] 曹志成，孙体昌，杨慧芬，等．红土镍矿直接还原焙烧磁选 回收铁镍[ J ] ．北京科技大学学报，2 0 1 0 ，3 2 6 7 0 8 - 7 1 2 ． [ 3 ] 李光辉，饶明军，姜涛，等．红土镍矿还原焙烧一磁选制 取镍铁合金原料的新工艺[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 1 l ， 2 1 1 2 3 1 3 7 3 1 4 2 ． [ 4 ] 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