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1、红土镍矿研究开题报告,冶金与生态工程学院 李好泽,镍和镍矿,镍是一种银白色金属，具有良好的机械强度和韧性，并且在较大范围内具有抗腐蚀性，所以其被广泛的应用于不锈钢的生产。 镍矿主要分为两种类型，硫化矿和氧化矿，随着硫化矿的常年开发，其储量在逐年减少，而红土矿的开发越显重要。 氧化矿由于贴的氧化呈现红褐色，因此又称为红土镍矿。,红土镍矿简介,红土镍矿分为两类， 位于矿床上层的褐铁矿铁、镍低（1.5%），硅、镁也较低，但钴含量比较高，这种矿石宜采用湿法冶金工艺处理 ； 位于矿床下层的硅镁镍矿，硅、镁的含量比较高，铁含量较低、钴含量也较低，但镍的含量比较高（2.0%），这种矿石宜采用火法冶金工艺处理
2、 。,还原焙烧-氨浸工艺（RRAL） 首先通过还原焙烧，使镍、钴和部分铁还原成合金，然后再经过多级逆流氨浸，浸出液经硫化沉淀，沉淀母液再除铁、蒸氨，产出碱式硫酸镍，碱式硫酸镍再经煅烧转化成氧化镍，也可以经还原生产镍粉 。 缺点：Ni、CO回收率低，新建镍厂已不再选用此法。,红土镍矿的湿法冶金工艺,红土镍矿的湿法冶金工艺,硫酸加压酸浸工艺（HPAL) 在250270，4-5MPa的高温高压条件下，用稀硫酸将镍、钴等有价金属与铁、铝矿物一起溶解，在随后的反应中，控制一定的pH值等条件，使铁、铝和硅等杂质元素水解进入渣中，镍、钴选择性进入溶液。浸出液用硫化氢还原中和,沉淀，产出高质量的镍钴硫化物。镍
3、钴硫化物通过传统的精炼工艺配套产出最终产品。 优点：Ni、CO浸出率高 缺点：酸耗大，污染环境，不适合含镁高的腐殖土矿。,红土镍矿的湿法冶金工艺,其他湿法工艺 研究人员们对氨浸和酸浸工艺进行了改进，氨浸后连续萃取，提高了回收率，高压酸浸（HPAL)与常压浸出（AL）相结合，发明了HPAL-AL工艺。 堆浸法 微波烧结-加压浸出法 氯化离析-氨浸法 生物浸出法,红土镍矿的湿法工艺,湿法工艺展望 传统的加压酸浸工艺越来越受重视，在未来几年新建的红土镍矿项目中，此法占了很大的比例。这是由于与火法和氨浸法相比较，加压酸浸在技术和经济上都占有优势。但是该技术也存在很多的问题，如一次性设备投入大；只适合处
4、理含镁低的褐铁型矿石，且对矿石的品位有要求；固液废料多，污染环境等等，这些难题一直限制着该工艺的发展。人们在完善加压酸浸技术的同时也在不断地开发新的红土镍矿湿法流程，如常压浸出、生物浸出等技术。,红土镍矿的火法工艺,镍锍工艺 镍铁工艺 回转窑干燥预还原-电炉还原熔炼法 镍铁工艺的理论基础 回转窑直接还原法-大江山法,镍锍工艺,还原硫化熔炼的硫化剂可选择黄铁矿、石膏、硫磺和含硫的镍原料。生产镍锍工艺的产品经吹炼得到高镍锍,红土镍矿,细粒级,粗粒级,筛分,制团,煅烧,硫化剂 S,CaSO4,还原熔炼,低镍锍,吹炼,炉渣,髙镍锍,炉渣,50-150mm,弃,或,弃,回转窑直接还原-电炉熔炼法（RKE
5、F),将红土矿矿石破碎到50-150um，含水约30的红土镍矿经回转窑在700-900干燥脱水和预还原处理后，再送入矿热电炉，在约15501600的高温下还原熔炼产出含镍10的镍铁再经转炉进一步精炼富集至20以上出售，供生产不锈钢 优点：工艺适用性强，流程简单，Ni回收率高 缺点：能耗过高，不适合处理Ni品位低的褐铁矿,红土镍矿,细粒级,粗粒级,筛分,制团,煅烧,还原熔炼,粗镍铁,吹炼,炉渣,镍铁合金,炉渣,50-150mm,弃,或,弃,1000 10-30mm的挥发性碳,氧气,生石灰,回转窑直接还原-电炉熔炼法（RKEF),现在大部分研究此法的工作人员把精力集中在了合理的设备改造和管理制度，
6、来降低能耗，从而降低生产成本。在长期的实践和试验中，科学工作者总结了一些降低生产成本的技术措施。 采用镁质材料筑炉，在筑炉过程中要配好粘合剂并控制用量；捣打时，每一层铺料厚度为40-60mm ，并用风镐捣打紧密，捣打完扒毛后，方可铺料捣打下一层，在烘炉过程中要把水分烘干。 采用炭砖筑炉，改炭砖平放为竖放，并在炭砖中部打眼用小石墨电极连接成整体，砖缝用炭质材料填充，同时用风镐捣打紧密。 在筑炉时，两个出铁口要有一定高差，生产前期使用高位出铁口，当炉底侵蚀到一定程度时使用低位出铁口。,回转窑直接还原-电炉熔炼法（RKEF),控制配碳量和提高二次人炉电压，控制电极下插深度，防止炉底侵蚀。 控制好渣型
7、，尤其是渣中的FeO含量，其既影响渣的导电性，又影响渣的熔点，最终影响镍的回收率。 镍矿在人炉前需要预先经过干燥脱水，在干燥和预热时控制好配碳量和水分，有利于减少翻渣事故发生，同时也有利于因翻渣引起的电极事故。 电极压放时，要慢放、少放；有条件的也可改用炭素电极或石墨电极。 加强冶炼操作，勤观查，勤调节。,镍铁工艺的理论基础,红土镍矿预还原焙烧时发生的反应 C+CO2=2CO G=166550-171T Jmol (1) NiO+C=Ni+CO G=134610-17908T Jmol (2) NiO+CO=Ni+CO2 G=-40590-0.42T Jtool (3) 3Fe2O3+CO=2
8、Fe3O4+CO2 G=-52195.1-41.05T Jmol (4) Fe3O4+CO=3FeO+CO22 G=35120-4155T Jmol (5) FeO+CO=Fe+CO22 G=-17500+21O0T Jmol (6),镍铁工艺的理论基础,固体碳和CO2发生反应，吸收大量热，产生的CO参与红土矿的间接还原，消耗的是C不是CO。这是目前公认的固体碳还原氧化铁的二步还原机理，它同样适合于本次实验中红土矿的预还原过程 。 从热力学上讲，当预还原温度控制在680-710时，可以满足红土矿中的NiO被还原成金属镍，其中铁以FeO的稳定态存在，利用磁选方法分离镍。但实际操作中很难达到这种理
9、论情况，红土镍矿中绝大部分氧化物是以复杂氧化物的形式存在，如Fe2SiO4，它的分解压低，稳定性比以简单氧化物存在时要高，用物理分选的方法也很难将镍和铁分离开，只能在高温下还原。,回转窑直接还原法-大江山法,熔炼方法是简单的, 预处理步骤是将原料(硅镁镍矿) 磨细后, 与含碳物料和熔剂石灰石混合, 后者用于调节含水量, 然后制团。 接着通过预热器将团块连续送入回转窑。在回转窑中, 团块与煤燃烧所产生热气流逆流运动,经受所有熔炼步骤-干燥, 脱水, 还原和金属成长。金属是在窑中半熔融条件下生成的。这样烧成的物料叫熔块。出来就将它水碎,磨细后, 用跳汰法和磁选机将还原成的镍铁合金从排出的熔块中分离
10、出来 。,回转窑直接还原法-大江山法,目前，只有日本大江山采用这种工艺。其优点是： 能源主要是煤，而不是昂贵的电。 原料的自由选择，可用东南亚的硅镁镍矿。 所产粗镍铁可直接用于AOD法的不锈钢精炼，并且同时作为熔炼的冷却剂。,研究方向和目的,方向：降低RKEF和直接还原法的能耗问题 目的：从低品位红土镍矿中高效回收镍铁 扩大镍铁工艺适用范围 降低生产镍铁能耗 提高镍铁回收率,研究方案,确定试验所用红土矿的成分结构。利用XRD法分析所用红土镍矿的矿物组成，利用X射线荧光光谱法测定红土镍矿的化学成分，确定红土镍矿的镍品位及其它氧化物含量。,研究方案,确定实验所用红土镍矿的干燥特性。首先将红土镍矿进
11、行制团，利用STA409C热分析仪进行热减重分析，利用DSC204扫描量热仪进行差热分析。确定红土镍矿的热特性，从而确定合适的干燥焙烧参数。,研究方案,获得无添加剂作用下的直接还原焙烧数据。选用焦粉做还原剂，由前人（余群波，袁朝新等人）的实验数据得出，在配碳比（还原剂中固定碳与矿石中镍、铁氧化物所含氧原子的数量比）为2到3之间时还原效果最好，我们在这里选择配碳比为2.5进行制团。由第二步中我们获得了红土镍矿的热减重数据，设定合适的干燥时间和焙烧时间以及电炉的升温速率。再将温度迅速提高到试验温度1350，进行三次实验，还原时间分别为30min，60min和90min，此后需要做三方面的工作：利用
12、扫描式电子显微镜对还原产物进行拍照记录;利用XRD分析仪获得还原后的物质组成，以待分析；将还原后的产物破碎加水调浆，磁选分离出镍铁，送去分析，获得镍铁品位并计算回收率。改变还原时间为1250和1150，进行同样的实验。,研究方案,研究添加剂对还原的影响。添加剂的选择不是盲目的，可以从以下方面考虑：表面活性物质，能够降低表面张力，促进金属颗粒的聚集长大；能够降低物料的熔点，有利于物料的熔化，处于半熔融状态，从而降低粘度，有利于还原反应的进行和金属颗粒的迁移聚集；比NiO更易与SiO2反应，发生如下反应：NiOSiO2 + MO = MOSiO2 + NiO,提高反应物中NiO的活度，促进Ni的还
13、原。如果能找到某种物质抑制FeO的还原，更有利于提高金属产品中的Ni品位，可以想到的物质有CaO、S、Al2O3，其中氧化钙能够改进实验效果已被前人证实，这里我们重点考虑添加氧化铝的效果，实验温度依然是1350、1250和1150，还原时间选择步骤3中的最佳时间，对结果进行XRD衍射分析，并用扫描电镜拍照，分析加入这些物质后的还原效果及原因。,研究方案,如果上步失败，再尝试其他物质。如果上个步骤中验证了氧化铝的效果，在这步中我们就要对其进行深入研究。尝试氧化铝和其他物质共同加入的效果；改变氧化铝的质量比，找到最合适的氧化铝添加量。 对实验的成功和失败案例进行总结，改进试验细节，得出结论 。,研究中可能遇到的问题,在能耗分析中，冶炼厂的数据可能难以收集，只能尽力而为，遇到不懂的问题，多向老师请教。 制团工艺对后期的还原焙烧影响很大，如果还原效果不佳，可能是出在这一环节，但由于时间和条件限制，无法对制团工艺进行详细研究，只能将其作为试验失败的原因之一进行考虑，如果条件允许，再改进制团工艺，重新进行试验。 试验中可能遇到各种意想不到的结果，多思考，多总结，敢于尝试，不轻易下结论。,谢谢您的关注,望批评指引,
