低品位红土镍矿直接还原

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1、低品位红土镍矿直接还原-磁选富集工艺半工业试验研究尹文新赵景富陈新林徐飞飞（中国有色集团沈阳有色金属研究院，辽宁沈阳110141）摘要：本文详细阐述了低品位镍红土矿直接还原-磁选富集工艺技术。通过半工业试验，探讨研究了影响 镍红土矿冶直接还原-磁选富集的主要工艺技术参数，证明了该工艺处理低品位镍红土矿的可行性，实现了 低品位镍红土矿的有效利用。关键词：镍红土矿;直接还原;磁选富集；品位;回收率1. 前言镍在国民经济中占有重要的地位，目前全球已探明的镍储量的70%是红土镍矿，红土 镍矿因品位低、回收难而开发受限。但随着镍需求量的增加和原生硫化镍资源减少，如何有 效地利用红土镍矿日益受到人们的重视

2、。然而，目前能用来处理红土镍矿的成熟技术，无论 是火法还是湿法，基础设施和设备投资都非常高。尤其对于其中的低品位红土镍矿，目前尚 无成熟的技术可以高效处理利用。针对红土镍矿处理技术存在的问题，近年来人们正在研发处理和利用红土镍矿的新工 艺。该工艺的主要方案是红土镍矿回转窑直接还原一磁选分离，其工艺为：首先在一定的温 度下用还原煤将镍和铁从红土镍矿中直接还原出来，然后通过磁选技术将镍和铁与脉石分 离，产出低品位镍铁。这种低品位镍铁可以作为产品出售，也可以进一步精炼成高品位镍铁。 这种红土镍矿处理新方法工艺简单、投资少、能耗低，具有很好的潜在应用前景，对于我国 开发海外有色金属资源也有极大的促进作

3、用。2008年，我院与中南大学和中色镍业有限公司合作，共同就，红土镍矿回转窑直接还原 磁选分离”技术申请了国家发改委重大产业技术开发立项并获得批复。近年来，我院利用 这一技术针对低品位镍红土矿系统地进行了大量试验。在小型试验基础上，并参考借鉴他人 成功经验，于2011-2012年进行了红土镍矿回转窑直接还原一磁选富集工艺中试试验。中试 试验结果表明：在最佳操作条件下，使用镍品位1%左右的原矿，经过该工艺处理后，镍富 集比达3倍以上，镍回收率88%以上，实现了低品位镍红土矿的有效利用。2. 试验原辅材料2.1红土镍矿2.1.1红土镍矿化学成分试验原料为低品位红土镍矿，其化学组成见表2-1。表2-

4、1红十镍矿化学组成/%兀素TFeFeONiMgOSiO2CaOA1QLOI成分18.501.510.9210.60242.272.182 35.858.502.2.2红土镍矿矿物组成红土镍矿X射线衍射显示，其主要组成矿物是石英、蛇纹石、褐铁矿和滑石。光学显 微镜观察和扫描电镜-能谱分析结果显示，褐铁矿可呈团块状形式产出，也可沿蛇纹石边缘 交代。有的团块状褐铁矿内部包裹着赤铁矿、铬尖晶石和少量含镍量较高的硬锰矿，交生关 系复杂。红土镍矿电子探针分析显示：1)镍主要赋存在褐铁矿以及蛇纹石、滑石等硅酸盐中， 三者镍平均含量分别为0.89%、1.50%和1.35%； 2)同时可以看出，褐铁矿含有203

5、0%的 结晶水，其含铁量很低，仅22%左右，而硅、铝等杂质含量较咼；3)蛇纹石含有5%左右 的铁，而镁含量比理论值26.09%低，说明铁部分取代了蛇纹石中的镁。此外，当镁含量较 高时镍含量较低，两者呈此消彼长的规律，与前人的研究结果一致；4)在铬尖晶石和石英 中镍的含量很低，仅为0.01%左右。2.2烟煤本研究所用煤样为烟煤，煤的化学成分分析结果见表2-2。表 2-2 煤化学成分分析/ (%)元素固定碳挥发分灰分水分PS含量54.6333.424.341.420.0030.502.3添加剂添加剂分为两种：调整剂及自制复合添加剂。其中调整剂CaO含量大于85%，细度为 -0.074mm含量大于7

6、0%。3还原焙烧试验机理针对本研究所用红土镍矿，还原焙烧的目的是将镍和铁同时富集，这就需提供适宜的还 原性气氛，采用较成熟的煤基还原工艺，用优质烟煤作还原剂进行深度还原，可以较好的控 制镍、铁富集。各个还原反应在较高的温度下进行，红土镍矿深度还原过程包括C固-固直 接还原和CO气-固间接还原两个过程。镍及铁氧化物被还原时可能发生的化学反应有：氧化镍的还原反应为：NiO(s)+C=Ni(s)+CONiO(s)+CO=Ni(s)+CO2C(g)+CO2=2CO氧化铁的还原反应为：铁为多价元素，存在Fe2O3、Fe3O4、FeO等多价氧化物，根据逐级反应的原则，其还原 过程应为：Fe2O3fFe3O

7、4fFeOfFe3Fe2O3+C=2Fe3O4+CO6Fe2O3+C=4Fe3O4+CO2Fe3O4+C=3FeO+CO:足+聞+佗FeO+C=Fe+COZFeO+SFe+CqC与铁氧化物反应的同时，也伴随着CO与铁氧化物的反应。因此，在适宜的还原温度下，可以将红土镍矿中的镍及铁氧化物还原成金属镍和铁。由 于在不锈钢的冶炼过程中并不需要添加纯的镍和铁金属，只要添加合金就可以了，因此针对 红土镍矿的特点，采取回转窑还原焙烧-磁选富集的方法，达到去除脉石、富集镍和铁的目 的，生产出高含量的镍铁合金，满足不锈钢冶炼需求，是十分有意义的。4试验研究工艺流程试验采用直接还原-磁选富集工艺，其工艺流程主要

8、为：首先对低品位红土镍矿进行干 燥、颚式破碎、对辊破碎、高压辊磨处理，使其粒度达到-200目(0.074mm) 70% (湿筛) 左右。然后将磨细的红土镍矿与复合添加剂、调整剂混匀，造球，筛分出8-16mm的合格 生球。生球经干燥后，装入回转窑与煤进行还原反应。还原结束后，球团和残煤卸入水中冷 却。然后用预选磁选机从冷却后的物料中分选出磁性球团。磁性球团经球磨、磁选分离后得 到高品位镍铁和尾矿。镍铁经过滤，干燥后得到镍铁产品，对其取样分析；尾矿也采用同样 的方法进行检测。每批次试验加入生球量为100kg。5. 试验结果及讨论以红土镍矿干重为基准，添加11%复合添加剂和10%的调整剂，经混匀、造

9、球后获得 落下强度大于30次/(0.5m)、抗压强度为23.31N/个的生球。生球经100150C干燥后得到 干球，落下强度大于30 次/(1 m)、抗压强度为372.30N/个。参考小型试验研究结果，将还原 温度设定为115040C。5.1还原剂加入量对磁选产品的影响在还原时间80min、磨矿细度(-0.074mm) 98.3-99.7%、磁选磁场强度为1500Gs的条 件下研究煤矿质量比对红土镍矿球团镍、铁回收效果的影响，试验结果如表5-1及图5-1所 示。由表可见煤矿质量比在1.0时镍回收效果较好，可能是还原剂用量较高时，过多的还原 煤阻碍了热量在窑内球团料层的传递，降低了镍、铁的还原。

10、表5-1煤矿质量比对红土镍矿还原-磁选的影响煤矿质量比镍铁产率/%镍铁Ni品位/%镍铁Fe品位/%Ni作业回收率/%Fe作业回收率/%0.815.553.9156.8468.0143.681.021.473.2455.0876.7556.691212.523.5258.6952.0137.00图5-1煤矿质量比对红土镍矿还原-磁选的影响5.2还原焙烧时间对磁选产品的影响在煤矿质量比1.0、磨矿细度(-0.074mm) 98.3-99.7%、磁选磁场强度为1500Gs的条 件下优化还原时间，试验结果如表5-2及图5-2所示。从表5-2可看出，随着还原时间的延长，镍铁镍品位先提高后降低；而镍回收率

11、呈升高的趋势，当还原时间达到120min时，镍 的回收率可达80%。从试验结果可看出，适宜的还原时间为100120min。表5-2还原时间对红土镍矿还原-磁选的影响还原时间/min镍铁产率/%镍铁Ni品位/%镍铁Fe品位/%Ni作业回收率/%Fe作业回收率/%6012.382.4047.7333.0128.488021.473.2455.0876.7556.6910013.005.7465.9275.7542.1012016.383.9371.2680.3748.67图5-2还原时间对红土镍矿还原-磁选的影响5.3调整剂加入量对磁选产品的影响原料中SiO2含量很高，为减少其与FeO反应生成橄榄

12、石，促进铁的还原，需要添加调 整剂调整造球物料(CaO与SiO2质量比)的碱度。在还原温度为112040C、还原时间100min、 煤矿质量比1.0、磨矿细度(-0.074mm) 98.3-99.7 %、磁选磁场强度为1500G的条件下研究 混合料碱度对红土镍矿还原磁选效果的影响，试验结果如表5-3及图5-3所示。可见，适宜 的碱度为0.27，增加混合料的碱度后镍铁镍品位以及镍回收率下降，可能是碱度较高时，过 多的调整剂阻碍了还原气体与铁氧化物的接触，恶化还原效果。表5-3碱度对红土镍矿还原-磁选的影响碱度镍铁产率/%镍铁Ni品位/%镍铁Fe品位/%Ni作业回收率/%Fe作业回收率/%0.27

13、13.005.7465.9275.7542.100.3113.182.0855.6534.4733.280.4020.322.3450.8756.8752.40图5-3碱度对红土镍矿还原-磁选的影响5.4磁场强度对磁选产品的影响从上述试验采用的1500Gs的磁场强度获得镍品位3.95.7%的低品位镍铁，镍回收率 在7580%，但是磁场强度对磁选效果的影响不得而知。为此在上述试验的基础上，进行 了优化条件后的还原试验，其还原产品(含镍0.98%，含铁20.04%)用来考察磁场强度对 磁选效果的影响。在磨矿细度为-0.074mm98.6%的条件下进行了磁场强度试验，其结果如表 5-4及图5-4所示

14、。从表中可见，在较低的磁场强度(300500Gs)下才能获得较高的镍铁 镍品位。表 5-4 磁选磁场强度对红土镍矿还原-磁选的影响磁场强度/Gs镍铁产率/%镍铁Ni品位/%镍铁Fe品位/%Ni作业回收率/%Fe作业回收率/%150025.303.4358.8888.5774.34100022.603.7059.0485.3066.5950014.334.9970.3072.9650.273001130口7259663040.93图5-4磁选磁场强度对红土镍矿还原-磁选的影响5.5磨选细度对磁选产品的影响考察磨矿细度对磁选产品的影响，试验原料同5.4，磁场强度为1500Gs，试验结果如表5-5及图5-5所示。表5-5磁选磁场强度对红土镍矿还原-磁选的影响磨矿细度/-0.074mm/%镍铁产率/%镍铁Ni品位/%镍铁Fe品位/%Ni作业回收率/%Fe作业回收率/%98.6025.303.4358.8888.5774.3485.0027.563.2151.2190.3070.4475.0031.742.8741.3492.9665.4865.0033792343247806854.76图5-5磁选磁场强度对红土镍矿还原-磁选的影响6. 低品位镍铁产品质量6.1低品位镍铁产品化学组成回转窑还原-磁选得