镁质红土镍矿生产镍铁的工艺研究.pdf

第3 3 卷 2 0 1 3 年1 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E I ．A 1 ．U 崃G l C A LE N G I N E E R I N G 、，0 1 ．3 3 J a n u a r y2 0 13 镁质红土镍矿生产镍铁的工艺研究① 熊雪良，杨智，张丽芬，欧阳红勇 长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 摘要火法工艺是处理镁质红土镍矿生产镍铁的最佳方法。利用现代分析检测技术对镁质红土镍矿进行了分析，表明镁质 红土镍矿含有7 0 ％左右的菱镁矿。采用正交试验和条件试验，研究了复合助剂、还原剂、焙烧温度和焙烧时间对镍铁分离的 影响，结果表明优化的试验参数为还原剂5 ％，还原温度l1 5 0 ℃，还原时间2h 。获得的镍铁中镍品位为2 ．6 9 ％，铁品位为 6 9 ．2 2 ％，镍回收率为8 6 ．6 5 ％，铁回收率为7 9 ．8 0 ％。镍品位提高了7 倍。 关键词红土镍矿；镁质红土矿；镍铁煤基直接还原 中图分类号T F ll l文献标识码A 文章编号0 2 5 3 ．6 0 9 9 2 0 1 3 忆1 ．0 0 9 8 ．0 4 S t u d yo nP r o c e s so f F e r r o - n i c k e lP r e p a r e df r o m M a g n e s i a nL a t e r i t eO r e X I O N G X u e L i a n g ，Y A N GZ h i ，Z H A N GL i F e n ，O U Y A N GH o n g Y o n g C h a n g s h aR e s e a r c hI n s t i t u t eo f M i n i n g a n d M e t a l l u r g yC oL t d , C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h ep y r o m e t a l l u r g i c a lp r o c e s si st h eb e s tm e t h o do ft h ef e r r o - n i c k e lp r e p a r e df r o mm a g n e s i u mn i c k e ll a t e r i t eo r e ．I tw a s c e r t i f i c a t e dt h a tt h em a g n e s i u ml a t e r i t eo r ec o n t a i n e da b o u t7 0 ％o fm a g n e s i t ew i t hm o d e ma n a l y s i sa n dt e s t i n gt e c h n o l o g y ．T h ee f f e c t s o fc o m p o s i t ea d d i t i v e s ，a n dr e d u c i n ga g e n ka n dr e d u c i n gt e m p e r a t u r ea n dr e d u c i n gt i m eo nn i c k e l - i r o ns e p a r a t i o n i 麟鹣。两黼i 酾阐 t h r o u g ht h eo r t h o g o n a la n dc o n d t i O n a lm e t l i 确．T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m a lp a r a m e t e r sw e r er e d u c i n ga g e n to f5 ％，a n d r e d u c i n gt e m p e r a t u r eo f115 0 “ 1 2 ，a n dr e d u c i n gt i m eo f 2h o u r s ．T h en i c k e l - i r o np r o d u c tc o n t a i n e d2 ．6 9 ％n i c k e la n d6 9 ．2 2 ％i r o n ，a n d t h en i c k e lc o n t e n th a di n c r e a s e d7t i m e s ．T h en i c k e lr e c o v e r yr a t eW a s8 6 ．6 5 ％a n dt h ei r o nr e c o v e r yr a t eW a s7 9 ．8 ％． K e yw o r d s l a t e r i t eo r e ；m a g n e s i a nl a t e r i t e ；f e r r o - n i c k e l ；c o a l - b a s e dd i r e c tr e d u c t i o n 2 0 1 1 年我国不锈钢粗钢产量已达1 2 5 9 ．1 万吨， 年增长1 1 ．8 6 ％，我国已经成为全球最大的镍消费国 家，镍的供应已经变得越来越紧张。随着世界上硫 化镍矿资源的逐步减少，开采难度加大，人们将目 光转向了氧化镍矿的开发。2 0 11 年通过红土镍矿冶 炼获得的镍铁产品的市场份额已经超出硫化镍资源 的产品份额，中国的镍铁产品中产镍量己由原来的 1 0 ％上升到5 0 ％以上I I 圳。 目前世界上主要的镍铁来自日本、新喀里多尼 亚、中国等。已经实现工业生产的镍铁工艺主要有 三类预还原一电炉熔炼法【3 1 、烧结．高炉还原熔炼法 1 4 J 、直接还原法【5 1 。 我国的红土镍矿主要是硅镁型红土矿，特别是 镁质红土矿储量较大，如果采用湿法处理工艺，存 在硫酸耗量大，镁浸出率高，过滤除杂工序复杂等 缺点，如果采用目前的火法处理工艺，存在生产温 度高，操作难度大，生产成本高等缺点；本项目组 结合非高炉炼铁技术，开发了一系列煤基直接还原技 术1 6 - 7 1 ，通过添加不同的复合助剂和廉价煤还原剂， 强化煤基直接还原技术，降低火法生产温度，减少生 产成本，为火法处理镁质红土镍矿提供了新的思路。 1 试验 1 ．1 试验原料 试验所用矿样为国内某地红土镍矿，其主要化 学成分分析见表l ，矿物组成见表2 。 ①收穑日期2 0 1 2 ．1 2 ．1 0 基金项目院技术创新基金项E I A 2 0 ] 0 1 0 4 作者简介熊雪E 1 9 7 6 - ，男，江西丰城人，高级工程师，硕士，主要研究方向为有色金属冶金和材料化学。 万方数据 第3 3 卷熊雪良等镁质红土镍矿生产镍铁的工艺研究 9 9 表2 矿物组成分析 质量分数 ，％ 从表1 看出，该红土镍矿的N i 含量非常低，F e 含量也较低，氧化镁含量很高，还有较高的c 含量 和烧失量，反映了有大量碳酸盐矿物的存在，属于 贫镍低铁的镁质红土镍矿。 从表2 看出，该红土镍矿主要含有菱镁矿，占 到7 0 ％左右。还分别含有约10 ％的铁矿物和石英， 以及少量的其他脉石矿物。红土镍矿的x 射线衍射 结果见图1 。铁矿物由于结晶不好，未显示出来。 m。谢硝⋯．嚣 ∞∞蛳 2 川o 图1 原矿X 射线衍射图 试验所用煤基还原剂为褐煤。褐煤具有价格比 较低廉，挥发分和固定碳含量高，还原特性好，熔 化温度比较低的特点。 试验所用复合助剂为几种化学纯试剂混合物。 1 ．2 试验方法 试验工艺流程如图1 所示。 堡堡垦芏 图2 镁质红土镍矿生产镍铁的工艺流程 称取一定量干燥的红土镍矿，加入相应配比的 复合助剂和煤基还原剂，混合均匀后，加入到S i C 坩埚中。加热升温并保温一段时间后，取出密闭冷 却至室温。烧结块粗破至2 ～3m m 后，用球磨机进 行湿磨，在磁场强度2 5 0 0G s 下，用磁选管将磨好 的物料进行磁选分离，得到磁性物料 镍铁 和非磁性 物料 尾矿 。 2 结果与分析 2 ．1不同配方对镍铁分离的试验结果 称取一定量的红土镍矿，选取还原剂A ，助剂B ， 助剂C 三个试验因素，每个因素各取3 个水平，设 计I - , 9 3 3 正交试验，如表3 所示。在焙烧温度11 5 0 ℃ 下还原2h ，所得的镍铁分离的试验结果见表4 。 表3 试验的因素水平 表4 不同配方对镍铁分离的试验结果 从表4 看出，对于N i 的分析，A K l A r 2 A r 3 ， 说明随着还原剂A 用量从5 ％增加到1 5 ％，镍的回 收率反而减少，而且减少约3 3 ．6 ％，反作用比较明显。 万方数据 1 0 0 矿冶工程 第3 3 卷 B , n C x l ，说明随着助剂C 用 量的增加，镍的回收率先增加后减少，助剂c 用量 从2 ．5 ％增加到5 ％，镍的总回收率从11 7 ．9 9 ％增加到 2 0 8 ．8 8 ％，增加了7 7 ％，效果非常明显；助剂C 用量 从5 ％增加到7 ．5 ％，镍的总回收率反而稍有减少。 R c R A R B ，说明助剂C 对镍的回收率有重要的影 响作用，这是因为助剂C 会对硅酸盐矿物的结构产生 破坏作用，特别是助剂C 的熔点很低，形成的液相是 镍铁还原聚集的担载体。还原剂A 对镍的回收率有明 显的反作用，这可能是因为还原剂用量增大会带入较 多灰分，该灰分在高温下会阻碍镍铁的还原。 从表4 看出，对于F e 的分析，A 量】 A r 2 A K 3 ， 说明随着还原剂A 用量的增加，铁的回收率反而明 显减少。B 削 C x l ，说明随着助 剂C 用量的增加，铁的回收率先增加后减少。 R c R A R B ，说明助剂c 对铁的回收率影响最大， 助剂B 的影响作用最小。 因此，镍和铁最有相同的趋势，说明镍和铁形 成了共聚体。通过正交试验，确定了三因素的最佳 水平，为A I B 3 C 2 。 2 ．2 不同焙烧时间对镍铁分离的试验结果 称取一定的红土镍矿，选择相同配方参数，在 1 1 5 0 ℃下，还原焙烧0 ．5h 、1 ．0 h 、1 ．5h 、2 ．0h 后， 所得的镍铁分离的试验结果如表5 所示。 表5 不同焙烧时间对镍铁分离的试验结果 从表5 看出，随焙烧时间的增加，镍铁中的F e 、 N i 含量明显增加，镍铁回收率也明显增加，铁的金 属化率也有所增大，而尾矿中的F e 、N i 含量明显减 少。因此，在焙烧时间0 ．5 ～2 ．0h 内，镍铁的还原、 聚集速度是均匀的，这与因为原矿中含有约3 7 ％的 挥发物，其吸收热量，影响原矿中铁矿物的快速还 原，同时也减缓了镍铁的聚集速度，增加了镍铁的 整个还原时间。所以，选择的焙烧时间为2 ．0h 。 2 ．3 不同焙烧温度对镍铁分离I 挎试验结果 称取一定的红土镍矿，选择相同配方参数，分 别在9 0 0 ℃、1 0 0 0 ℃、1 0 5 0 ℃、1 1 0 0 ℃和1 1 5 0 ℃ 下还原焙烧2 ．0h 后，所得的镍铁分离的试验结果如 图3 ～5 所示。 图3 焙烧温度对镍分离的试验结果 图4 焙饶温度对铁分离的试验结果 图5 焙烧温度对尾矿中镍铁含量的试验结果 从图3 ．- 一4 中看出，随焙烧温度的增加，镍、铁 的回收率和铁金属化率都呈线性的增加，温度从 9 0 0 ℃升高到1 1 5 0 ℃，镍的回收率从2 5 ．7 6 ％增加到 8 6 ．6 5 ％；铁的回收率从2 0 ．6 7 ％增加到7 9 ．8 0 ％；效果 非常显著。从图5 中看出，随焙烧温度的增加，尾 矿中的镍、铁的含量呈线性减少。1 1 5 0 ℃时，尾矿 中的N i 含量为0 ．1 0 ％，铁含量为4 ．2 3 ％。这是因为 焙烧温度的升高，烧结矿的低熔点物质熔融，烧结 矿的粘度降低，金属镍铁的活度增加，镍铁的还原 万方数据 第3 3 卷熊雪良等镁质红土镍矿生产镍铁的工艺研究 1 0 聚集作用得到加强，有利于促进镍铁的回收。 然而，从图3 ～4 中看出，精矿中的镍、铁的含 量也是减少，然后增加。这是因为在低温时，主要 回收的是含褐铁、赤铁等铁氧化物中的镍和铁，其 含量本身就高一些，随着温度升高，一些脉石矿物 中的镍铁得到回收，同时又带进一些脉石矿物，使 得精矿中总体的镍、铁含量降低，到温度升到1 1 5 0 ℃ 时，精矿中的镍铁进一步聚集，并与脉石解离，使 得精矿品位升高。 3结论 煤基直接还原技术是非高炉炼铁的发展趋势， 已经得到很好的生产应用。本文通过选择不同的复 合助剂和试验工艺参数，强化红土镍矿的固态还原， 获得了很好的试验结果。 1 利用x 一射线衍射、扫描电镜和光学显微镜分 析，表明镁质红土镍矿含有7 0 ％左右的菱镁矿。 2 通过正交试验和条件试验，表明优化的试验 参数为还原剂5 ％，助剂B7 ．5 ％，助剂C5 ％，还原 温度1 1 5 0 ℃，还原时间2h 。 3 1 获得的镍铁中镍品位为2 ．6 9 ％，铁品位为 6 9 ．2 2 ％，镍回收率为8 6 ．6 5 ％，铁回收率为7 9 ．8 0 ％， 镍品位提高了7 倍。 参考文献 【1 】王成彦，尹飞，陈永强，等．国内外红土镍矿处理技术及进展I J 】． 中国有色金属学报，2 0 0 8 ，1 8 s p I s l s 8 ． 【2 】崔敏．2 0 1 1 年镍市场回顾及2 0 1 2 年展望[ J 】有色金属工程， 2 0 1 2 1 2 2 2 3 【3 】 秦丽娟，赵景富，孙镇，等．镍红土矿R K E F 法工艺进展【J 】有 色矿冶，2 0 1 2 ，2 8 2 3 4 ．3 7 ． 【4 】陈法官利用红土镍矿直接生产奥氏体不锈钢的生产工艺中国， 2 0 0 81 0 0 7 2 4 5 5 ．9 [ P 】． 【5 】T e t s u y aW a t a n a b e 日本大江山厂用直接还原硅镁镍矿法生产镍铁 【J 】有色冶炼，1 9 8 9 3 2 1 ．2 6 ． 【6 】熊雪良，钟彪，张丽芬．硅镁型红土镍矿的工艺矿物学研究【J 】． 矿冶工程，2 0 1 2 ，3 2 8 3 0 9 - 3 1I ． 【7 】熊雪良，杨智，张丽芬，等．直接还原法处理硅镁型红土镍矿生 产镍铁的工艺研究[ C ] ／／2 0 1 2 年全国非高炉炼铁学术年会．2 0 1 2 2 0 6 - 2 1 0 万方数据