硅镁型红土镍矿的工艺矿物学研究.pdf

第3 2 卷 2 0 1 2 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2 A u g u s t2 0 1 2 硅镁型红土镍矿的工艺矿物学研究① 熊雪良，钟彪，张丽芬 长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 摘要针对我国云南某含镍、铁有价金属低的硅镁型红土矿，利用x 射线衍射、扫描电子显微镜、光学电子显微镜等检测手段，开 展了矿物工艺学研究。结果表明，红土镍矿主要包括蛇纹石和石英、褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿、铬铁尖晶石等其它矿物。铁主要以褐 铁矿、赤铁矿和磁铁矿的形式存在，充填分布在脉石矿物的边缘和间隙中；蛇纹石分布比较广泛，集合体呈块地存在红土镍矿中；石 英呈重结晶菊花状，由细小晶粒集合成大结晶体；镍分散嵌布在铁矿物和蛇纹石等脉石中，镍在铁矿物中有相对的富集，而在蛇纹 石等脉石中分布密度较少，未观察到独立的镍矿物存在。 关键词红土镍矿；工艺矿物学；镍；硅镁镍矿 中图分类号P 5 7文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 8 0 3 0 9 0 3 镍在大气中不易生锈，能抵抗苛性碱的腐蚀，对水 溶液、熔盐或热沸的苛性钠溶液的抗腐性也很强，也几 乎不与所有的有机化合物反应，因此，镍是生产不锈钢 的重要组分。随着不锈钢产量和新增产能的逐年增 长，特别是2 0 1 1 年我国不锈钢粗钢产量已达12 5 9 ．1 万吨，年增长1 1 ．8 6 ％，我国镍的供应己经变得越来越 紧张，在有色金属中，镍的消费量仅次于铜、铝、铅、锌， 居第5 位，是一种重要的战略资源。 目前可供人类开发利用的镍资源只限于陆地的硫 化镍矿和氧化镍矿两种，其中约3 0 ％为硫化矿、7 0 ％ 为红土镍矿，而目前大约6 0 ％的镍产品是来自硫化镍 矿。全球由于硫化镍矿的长期开采，现有储量急剧下 降，开采深度日益加深，矿山开采难度加大，几个传统 的硫化镍矿矿山 如加拿大的萨德伯里、澳大利亚的 坎博尔达、中国金川等 都面临资源的枯竭。而每年 从氧化镍矿中提取的镍却只占世界镍产量的3 0 ％。 随着世界上硫化镍矿资源的逐步减少，从氧化镍矿中 提取镍必将成为今后发展的重点方向。近几年国内有 关研究红土镍矿生产镍铁的文献比较多，主要的方法 是煤基直接还原法。j 、回转窑直接还原法1 、电炉熔 炼法”“j 、转底炉预还原．熔炼法一。但是这些研究的 共同点，原料都是从菲律宾、印度尼西亚或缅甸等进口 的高品位红土镍矿资源。 我国的红土镍矿主要集中在云南和四川，发现于 2 0 世纪6 0 年代的元江镍矿一直未得到利用，主要是 该矿床成矿复杂，有价元素含量低，平均含铁约1 0 ％、 含镍约0 ．8 ％、含钴约0 ．0 8 ％。 为了加大开发我国这类低品位、难处理的红土镍 矿资源，满足我国镍发展的需求，保证国内不锈钢产业 的可持续性发展，就必须充分地了解这类红土镍矿资 源的矿物工艺学。本文利用x 射线衍射、扫描电子显 微镜镜、光学电子显微镜等先进检测手段进行了云南 墨江红土镍矿的矿物工艺学研究。 1 矿样的化学分析 实验所用的矿样来自云南墨江红土镍矿。其主要 化学成分分析如表1 所示。 表1红土镍矿的主要化学成分 质量分数 ／％ N iT F eF e 2 0 3F e OS i 0 2 M g OC r 2 0 3 A l z 0 3 C a O I g 1 ．0 61 0 ．4 11 2 、9 01 ．7 93 7 ．5 4 2 9 ．9 50 ．7 21 ．5 00 ．1 31 3 ．0 从表1 看出，该红土镍矿的N i 和F e 含量较低，N i 含量1 ．0 6 ％和铁含量l O ．4 l ％，明显低于进口红土镍 矿的1 ．8 ％和1 6 ％水平，有价金属回收利用的总体价 值处于劣势。而S i 、M g 的含量较高，特别是M g O 的含 量差不多是进口红土镍矿的两倍，S i 0 2 M g O A 1 O ， 总量将近7 0 ％。 2 矿样的物相分析 2 ．1 矿样的矿物含量分析 红土镍矿原矿的主要矿物的组成如表2 所示。 从表2 看出，红土镍矿主要由蛇纹石组成，其次是 褐、赤铁矿和石英，还包括少量的磁铁矿、绿泥石、橄榄 石等，有价矿物只占1 3 ．8 ％，绝大部分是无机盐矿物。 ①收稿日期2 0 1 2 - 0 6 1 8 基金项目院技术创新基金项目 A 2 0 1 0 1 0 4 作者简介熊雪良 1 9 7 6 一 ，男，江西丰城人，硕士，高级工程师，主要从事冶金、材料、化学方面的工作。 万方数据 3 l O 矿冶工程第3 2 卷 表2 红土镍矿的主要矿物含量 质量分数 ／％ 褐、赤铁矿磁铁矿铬铁矿蛇纹石石英绿泥石橄榄石其他 2 ．2 矿样的X 射线衍射检测 红土镍矿原矿的x 射线衍射图如图1 所示。 2 0 ／ 。 图1红土镍矿原矿的X 衍射图 从图l 看出，该衍射峰主要含有蛇纹石和石英的 衍射峰，说明该红土镍矿主要以这两种物质形式存在， 这与上述的矿物含量分析是一致的。但是因为含铁矿 物的物种多而分散，衍射峰难以突出；同时含镍矿种的 含量低，衍射峰也难以突出。 2 ．3 矿样的光学电子显微镜检测 矿样在反光、正交偏光、单偏光等电子显微镜下， 观察到的图片如图2 ～4 所示。 图2 铁矿种的反光镜下观察图 褐铁矿；M 磁铁矿；G 脉f 1 赤铁矿 图3红土镍矿的单偏光镜下观察图 图4 红土镍矿的正交偏光镜下观察图 从表2 看出，铁主要以褐铁矿、赤铁矿和磁铁矿的 形式存在。从图2 看出，无定形的不规则褐铁矿 L 充填分布在脉石 G 矿物的边缘和间隙中，尺寸一般 在0 ．0 2 0 ．2m m 之间。自形～半自形微粒状磁铁矿 M 与其他铁矿种类交生，或分散嵌布于整个脉石矿 物中，粒度很小，一般在O ．0 l 一0 ．1m m 之间。氧化的 赤铁矿 H 含量很少，呈等轴粒状的形态与脉石相嵌， 粒度稍大，约0 ．0 5 0 ．5m m 。 从表2 看出，矿样中蛇纹石占7 2 ％以上，分布比 较广泛。从图3 中看出，粗粒状和纤维状的蛇纹石 s e 集合体呈块地存在红土镍矿中，形态变化较大， 常构成格子状，格子间有的褐铁矿或脉石充填，有的部 分包裹铁矿物。粗粒集合体可达2m m 以上。 从图l 中看出，该矿样中有单独的石英晶体存在。 从图4 中看出，呈重结晶菊花状的石英 Q 是一个由 细小晶粒集合的结晶体，结晶体内部细，边缘粗，结晶 体周边黄色和黑色物质为铁质污染物，结晶体粒度可 达1m m 以上。 然而，在整个红土镍矿的光学电子显微镜下，未观 察到独立的镍矿物存在，即没有独立的镍氧化物或硫 化物存在。 2 ．4 矿样的扫描电子显微镜检测 红土镍矿矿样的扫描电子显微镜照片如图5 a 所示，F e 、N i 、C r 、A l 、s i 的面扫描分析图如图5 b ～ f 所示。 对比图5 a 与图5 b 可以看出，矿样中的铁存 在于褐铁矿和磁铁矿中，这与上面的光学显微镜分析 一致，但是还有铁存在于铬铁矿和铬尖晶石中，从表2 中看出，矿样只含有1 ．4 ％的铬铁矿，因此总体上铁还 是只有少量存在铬铁矿和铬尖晶石中，铁基本上不嵌 入蛇纹石结构内。 对比图5 a 与图5 c 可以看出，镍主要以分散 态的形式分布在铁矿物和蛇纹石等脉石中，镍在铁矿 物中有相对的富集，在褐铁矿、磁铁矿、铬铁矿及铬尖 万方数据 2 0 1 2 年0 8 月熊霉良等硅镁型红上镍矿的工艺矿物学研究 晶石等含铁矿物中分布密度较高；而在蛇纹不i 等脉白． 中分布密度较少。 对比图5 a 与图5 d ～ e 町以看出，铬主要存 在铬铁矿和铬尖晶石中，A l 主要存在铬尖晶石中。 从图5 f 可以看出，硅主要存在蛇纹石、石英等 脉石中，分布很广泛，但是在铁矿物中基本没有S i ，在 适当的粒度条件下铁与硅易于解离。 图5含铁矿物和脉石的扫描电子显微镜面分析图 i I 背敞自, t t Er ．象 B E I h h 衙{ { 舶； t h II I { l 拊； d C r Ⅲ扫描 I l 斫j I 狲 s i 【f l i f l 捕 I ．一缁铁矿；M 磁铁矿； r ⋯{ { { 铁矿；l ‘ 一锵火l 编f s c 蛇纹7 i 3 结论 1 根据矿样中矿物含量分析和x 射线衍射检测， 表明该红土镍矿主要包括蛇纹石和石英两种物质，含 铁矿物的物种 褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿、铬铁尖晶石 等 多而分散，衍射峰难以突出。 2 根据光学电了显微镜检测，表明铁主要以褐铁 矿、赤铁矿和磁铁矿的形式存在，尤定形的不规则褐铁 矿充填分布在脉石矿物的边缘和间隙中，自形～半自 形微粒状磁铁矿与其他铁矿种类交生，或分散嵌布于 整个脉石矿物中，氧化的赤铁矿含量很少，呈等轴粒状 的形态与脉石相嵌；蛇纹石分布比较广泛，常构成格子 状、粗粒状和纤维状，蛇纹石集合体呈块地存在红土镍 矿中，间隙充填褐铁矿或铁质污染物；石英呈重结晶菊 花状，由细小晶粒集合的结晶体，结晶体内部细，边缘 粗，结晶体周边黄色和黑色物质为铁质污染物；特别是 未观察到独立的镍矿物存在。 3 根据电子扫描显微镜检测，表明铁除了存在于 褐铁矿、赤铁矿和磁铁矿外，还有少量存在于铬铁矿和 铬尖晶石中；镍主要以分散态的形式分布在铁矿物和 蛇纹石等脉石中，镍在铁矿物中有相对的富集，而在蛇 纹石等脉石中分布密度较少；硅主要存在蛇纹石、石英 等脉石中，分布很广泛。 4 综合以上的研究结果认为，矿石中的铁与硅未 有明显的相互嵌套，在一定的磨矿粒度条件下，可以实 现解离，获得较高品位的铁精矿，但是由于原矿铁品位 只有1 0 ．4 1 ％，若将红土镍矿看作单纯铁矿来回收铁 精矿的话，其原矿铁品位大大偏低，没有经济效益和实 际意义。矿石中的重要金属镍分散嵌布在铁矿物和蛇 纹石等矿物中，尽管脉石中镍含量较低，但由于其矿物 含量 7 2 ．8 ％ 远高于铁矿物 1 3 ．8 ％ ，因此，镍在硅 酸盐类脉石中仍有很高的分布率。通过单一的机械选 矿方法，无法实现从铁矿物和蛇纹石中回收镍。 参考文献 [ I ]李光辉，饶明军，姜涛，等．红土镍矿钠盐还原焙烧氆选的机理 [ J ] ．中国有色金属学报，2 0 1 2 ，2 2 1 2 7 4 2 8 0 ． [ 2 ] 及亚娜，孙体昌，蒋曼，等．煤种对红土镍矿直接还原焙烧磁选 的影响[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 l 1 ”一3 0 ． [ 3 ] 邱围兴，石清侠．红土矿含碳球团还原富集镍铁的工艺研究[ J ] ． 矿冶工程，2 0 0 9 ，2 9 6 7 5 7 7 ． [ 4 ] 郝建军．红土镍矿回转窑焙烧预还原的工厂试验研究[ J ] ．中国 有色冶金．2 0 1 0 6 2 7 2 9 ． [ 5 ] 郝建军．红土型镍矿电炉还原熔炼工厂试验研究[ J ] ．有色矿 冶，2 0 1 0 ．2 6 6 2 6 2 9 ． [ 6 ]刘志宏．马小波，朱德庆．红土镍矿还原熔炼制备镍铁的试验研 究[ J ] ．巾南大学学报 自然科学版 ，2 0 1 l ，4 2 1 0 2 9 0 5 2 9 1 0 ． [ 7 ]马兰．饶春红，张廷．低品位红土镍矿转底炉煤基直接还原- 磁 选富集镍铁1 艺实验研究[ J ] ．中国有色冶金，2 0 1 l 6 7 0 7 2 ． 万方数据