镍钴富集物干燥特性及预还原工艺研究.pdf

有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i mm ．c n 2 0 2 0 年第1 0 期 d o j 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 2 0 ．1 0 ．0 0 3 镍钴富集物干燥特性及预还原工艺研究 邹小平1 ’2 ，蒋开喜2 ，王海北2 ，林江顺 1 ．东北大学，沈阳1 1 0 8 1 9 ；2 ．矿冶科技集团有限公司，北京1 0 0 1 6 0 摘要以镍钴富集物为研究对象，开展了镍钻富集物干燥特性、压团性能、预还原温度、还原时间、还原 剂、石英含量对镍还原度及锌挥发行为的影响研究。结果表明，控制干燥温度1 2 0 ～1 6 0 ℃，烘干3 ～4h 可将镍钴富集物干燥至含水1 0 ％。干燥后的镍钴富集物压团性能较好，控制压团后物料含水1 0 ％～ 1 2 ％，压制的球团强度大于O ．4 9k N 。在预还原温度9 0 0 ℃、还原时间3h 、无烟煤用量1 0 ％、S i 0 。用量 1 0 ％的条件下，镍的还原度可达到9 1 ．2 2 ％，还原后球团保持强度o ．2 9 4 ～o ．3 4 3k N 。还原过程中锌挥 发率5 0 ％～6 0 ％，受还原条件影响较小，锰和镁几乎全部进人还原焙砂中。 关键词镍钴富集物；干燥；压团；预还原 中图分类号T F 8 0 3 ．1 3文献标志码A文章编号1 0 0 77 5 4 5 2 0 2 0 1 0 0 0 1 4 一0 5 S t u d yo nD r y i n gC h a r a c t e r i s t i c sa n dP r e r e d u c t i o n P r o c e s so fN i C oE n r i c h m e n t Z O UX i a o p i n g Ⅲ，J I A N GK a i x i 2 ，W A N GH a i - b e i 2 ，L I NJ i a n g s h u n 2 1 ．N o r t h e a s t e r nU n i V e r s i t y tS h e n y a n g1 1 0 8 1 9 ，C h i n a ，2 ．B G R I M MT e c h n o l o g yG r o u p ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t E f f e c t so f d r y i n gc h a r a c t e r i s t i c s ， b r i q u e t t i n gp e r f o r m a n c e ，p r e r e d u c t i o nt e m p e r a t u r e ， r e d u c t i o nt i m e ， r e d u c i n ga g e n t ， a n dq u a r t zc o n t e n to nr e d u c t i o nd e g r e eo fn i c k e la n dz i n cv o l a t i l i z a t i o nb e h a v i o r w e r es t u d i e da p p l y i n gN i - be n r i c h m e n ta sr a wm a t e r i a l s ．T h er e s u l t ss h o wt h a tN i C be n r i c h m e n tc a nb ed r i e dt o 1 0 ％w a t e rc o n t e n tb yc o n t r o l l i n gd r y i n gt e m p e r a t u r eo f1 2 0 一1 6 0 ℃a n dd r y i n gt i m eo f3 4h ．B r i q u e t t i n g p e r f o r m a n c eo fd r i e dN i C oe n r i c h m e n ti sb e t t e r ， a n dp e l l e t s t r e n g t h i s h i g h e rt h a n0 ．4 9k Nw h e n m o i s t u r ec o n t e n to fm a t e r i a li sc o n t r o l l e dt ob e1 0 ％一1 2 ％．R e d u c t i o nd e g r e eo fn i c k e li s9 1 ．2 2 ％u n d e r t h ec o n d i t i o n so fp r e r e d u c t i o nt e m p e r a t u r eo f9 0 0 ℃，r e d u c t i o nt i m eo f3h ， a n t h r a c i t ed o s a g eo f1 0 ％a n d S i 0 2d o s a g eo f1 0 ％d u r i n gr e d u c t i o np r o c e s s ．V 0 1 a t i l i z a t i o nr a t eo fz i n ci s5 0 ％一6 0 ％，w h i c hi sl e s s a f f e c t e db yr e d u c t i o nc o n d i t i o n s ，a n da l m o s ta l lo fm a n g a n e s ea n dm a g n e s i u me n t e rr e d u c t i o nc a l c i n e ． K e yw o r d s N i C oe n r i c h m e n t ；d r y i n g ；b r i q u e t t i n g ；p r e r e d u c t i o n 镍是重要的战略资源，但我国镍资源短缺、供需 缺口较大，大部分原料或成品需要从国外进口。电 镍生产多以硫化矿为原料，经粗炼产出高冰镍或硫 化物阳极，精炼生产电镍n 引。 目前，红土矿开发利用中一般采用高压酸浸‘2 6 I 、 常压搅拌浸出或堆浸工艺，可以得到镍钴富集物中 间产品，该镍钴富集物含镍2 5 ％～4 0 ％。镍钴富集 物包括氢氧化镍钴富集物、碳酸镍钴富集物、氧化镍 钴富集物、硫化镍钴富集物，但镍钴富集物生产电镍 还没有成熟的工艺。由于镍红土矿处理产出的镍钴 收稿日期2 0 2 0 0 7 0 1 基金项目国家重点研发计划项目 2 0 1 8 Y F C l 9 0 0 4 0 5 作者简介邹小平 1 9 7 9 一 ，男，江西吉安人，正高级工程师，博士研究生 万方数据 2 0 2 0 年第1 0 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 5 富集物中镁、锰、铁、锌等杂质含量较高，直接采用湿 法处理较难解决镁积累的问题，杂质高、金属回收率 低、生产成本高‘7 ‘9 ] 。李博‘1 0 3 和郭恩光‘3 分别开展 了红土镍矿干燥预还原和烧结形为的研究，希望从 另一种角度获取镍的产品。 本文以镍钴富集物为研究对象，开展了镍钴富 集物干燥特性、压团性能、预还原温度、还原时间、还 原剂、石英含量对镍还原率及锌挥发行为的影响研 究，为镍钴富集物进一步还原熔炼及精炼提供借鉴。 1 试验原料与设备 该镍钴富集物为浅绿色膏形物，不溶于水，粒度 细，P 3 0 0 占1 0 0 ％，含水6 2 ％，其他成分 干重，％ N i2 4 ．8 0 、C o1 ．1 6 、M n3 ．0 1 、F e1 ．5 5 、A l1 ．5 2 、 C u0 ．0 2 9 、Z n0 ．7 4 、N a1 ．1 6 、P b 0 ．4 9 、 O ．4 9 、 0 ．4 9 、 o ．4 9 、 o ．4 9 。试验结果表明，干燥后的氢氧化镍 钴富集物压团性能较好，与S i O 、无烟煤混合均匀 后压制的球团强度较高，可满足预还原要求，可控制 压团后物料中水分1 0 ％～1 2 ％，压制的球团强度大 于o ．4 9k N ／个。在弹簧拉压试验机上测量球团强 度，压力1 ．1 6 7k N 时，球团产生开裂。 2 ．3 预还原 镍钴氧化物还原为吸热反应，因此电炉还原熔 炼时，焙砂入炉前矿物中镍的还原度越高，电炉冶炼 电耗就越低，焦炭消耗越低。因此，镍氧化物在回转 窑干燥预还原过程中，控制一定的还原条件，尽可能 提高镍的还原度，将对后续电炉还原熔炼过程电耗、 焦耗的降低极其有利。此外，电炉还原熔炼物料含 水量高易造成炉料飞溅，甚至爆炸，通常要求进入电 炉的物料含水低于o ．5 ％。预还原工序将对压团后 的镍钴氧化物进一步脱水。 干燥预还原试验主要考察还原时间、还原剂用 量、还原温度、S i O 。加入量等对镍钴氧化物中镍的 还原率及杂质锌的挥发程度的影响。 2 ．3 ．1 预还原温度的影响 试验条件镍钴富集物干料加入1 0 ％无烟煤、 1 0 ％S i O 。混合均匀，加水1 0 ％，压团，在不同温度 下还原3h 。试验结果见图4 。随着还原温度的提 高，镍的还原率相应提高，镍还原率达到8 8 ．6 6 ％。锌 挥发率受还原温度影响较小，锌挥发率基本稳定在 6 0 ％。球团强度测定表明，还原后球团强度也随还原温 度升高而变大，强度从o ．1 5 7k N ／个提高o ．2 9 4k N ／个。 另外，预还原焙砂中含碳约为0 ．0 2 ％，表明不同温 度条件下，物料中配入的无烟煤基本燃尽。综合考 虑氧化镍的还原度及还原过程能耗，选取还原温度 为9 0 0 ℃。 2 ．3 ．2 预还原时间的影响 试验条件镍钴富集物干料加入1 0 ％无烟煤、 1 0 ％S i O 。，混合均匀，加水1 0 ％，压团，9 0 0 ℃下还 原，分别按1 、2 、3 、4 、5h 取样。试验结果图5 。由图 5 可知，随着还原时间的延长，镍还原率越来越高， 还原时间超过3h 后，镍还原率变化不大，为 8 8 ．7 4 ％。还原率偏低主要是由于实验室试验规模 小，一次试验中加入的还原剂量有限，不能长时间保 持炉内的还原气氛，超过一定时间后，物料的还原效 果不明显。此外，还原后球团强度、锌挥发率变化较 小，还原后球团强度o ．2 9 4 ～O ．3 4 3k N ／个，锌挥发 率约6 3 ．4 6 ％。而还原时间过长，单位设备产能降 低，设备投资增大，选取还原时间2 ～3h 为宜。 零 薄 隧 鼎 镙 瓣 划 鞑 图4 不同还原温度镍锌还原效果 F i g ．4 R e d u c t i o ne f f e c to fN ia n dZ na t d i f f e r e n tr e d u c t i o nt e n l p e r a t u r e 图5 不同还原时间镍锌还原效果 F i g ．5 R e d u c t i 蚰e f f e c to fN ia n dZ na t d i f f e r e n tr e d u c t i o nt i m e 2 ．3 ．3 还原剂用量的影响 试验条件镍钴富集物干料按不同比例加人无 烟煤、1 0 ％S i O 。，混合均匀，加水1 0 ％，压团，9 0 0 ℃ 还原3h 。试验结果见图6 。由图6 可知，随还原剂 用量的增加，镍还原程度越来越高，但还原剂加入量 超过1 0 ％后，对镍还原率影响不大，预还原过程中 9 0 ．3 7 ％的镍还原为金属镍。镍还原过程还原反应 需要碳很少，过量的碳用于长时问维持炉内还原气 万方数据 2 0 2 0 年第1 0 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 7 氛，以抑制还原后镍的二次氧化。锌挥发率受还原 剂加入量影响较小，锌挥发率最大为6 3 ．4 6 ％。还 原后球团强度随配人还原剂无烟煤量增加而逐渐降 低，由o ．3 9 2k N ／个降至o ．0 9 8k N ／个。 图6 不同还原剂用量镍锌还原效果 F i g ．6 R e d u c t i o ne f f e c to fN ia n dZ nw i t h d i f f e r e n ta m o u n tO fr e d u c i n ga g e n t 通过预还原段冶金热量平衡计算，控制预还原 段温度9 0 0 ℃，还原时间2h ，预还原过程中消耗的 无烟煤量约为加入镍钴氧化物量的1 0 ％，且小型试 验结果表明，预还原过程中镍还原效果受还原剂加 入量影响较小，维持炉内还原气氛即可。因此还原 剂无烟煤用量建议取1 0 ％，实际生产中，还原剂的 用量以保证还原温度及炉内还原气氛为准。 2 ．3 ．4S i O 。加入量的影响 干燥脱水试验表明，镍钴氧化物中C a O 、M g O 、 F e O 等碱性氧化物含量高，S i O 。、A l O 。等酸性氧化 物含量低，物料自然碱度为6 ．8 7 。因此，考虑在预还 原段添加一定量的S i 0 2 ，主要研究S i 0 2 加入量对预 还原过程中镍还原程度及还原后球团强度的影响。 试验条件氢氧化镍钴干燥料加入1 0 ％无烟煤 和不同量的S i O ，混合均匀，加水1 0 ％，压团，在 9 0 0 ℃还原3h 。试验结果见图7 。由图7 可知，随 S i O 加入量的增加，镍还原率和锌挥发率均变化较 小，9 0 ％～9 4 ％的镍被还原成金属镍，5 1 ．3 2 ％～ 6 3 ．4 6 ％的锌挥发进入烟尘。球团强度测定表明， S i O 加入量在8 ％～2 0 ％时，还原后球团强度逐渐 增加，在o ．2 9 4 ～O ．3 9 2k N ／个。实际生产中，可在 预还原段加入电炉熔炼所需的大部分S i 。，以保证 预还原后球团强度，其余S i O 。在电炉熔炼过程中加 入，以准确控制炉内渣型。 图7不同S i O 用量镍锌还原效果 F i g ．7 R e d u c t i o ne f f e c to fN ia n dZ nw i t h d i f f e r e n tS i 0 2d o s a g e 2 ．3 ．5 综合条件试验 在预还原温度、时间、还原剂用量、S i 0 。加入量 等因素条件试验的基础上进行预还原综合条件试 验。试验条件镍钴富集物干料加入1 0 ％无烟煤、 1 0 ％的S i 0 。，混合均匀，加水1 0 ％，配入少量的煤焦 油及膨润土作为添加添，压团，在9 0 0 ℃还原3h ，共 进行5 组平行试验。此时，镍钴氧化物中9 0 ％左右 的镍被还原为金属镍。还原后球团强度O ．2 9 4 ～ o ．3 4 3k N ／个，自o ．5m 高处自由落下，1 5 次仍可保 持球团完整性。锌在预还原过程中受还原温度、还 原时间、还原剂加入量及S i O 加入量影响较小，锌 挥发率在5 2 ．9 2 ％～5 4 ．7 3 ％。预还原过程中，M n 、 M g 基本全部进入还原后焙砂中。还原焙砂成分分 析及镍、锌还原率见表1 。 表1还原焙砂成分及镍锌还原率 T a b l e1 C o m p o s i t i o no fr e d u c t i o nc a l c i n ea n dr e d u c t i o nd e g r e eo fN ia n dZ n ／％ 编号 Z nC oN iF eC uM nC a 0 M g S i 0 2A 】2 0 3Z n 挥发率 O ．5 81 ．9 63 5 ．2 41 ．1 4O ．0 1 31 3 ．1 44 ．1 21 1 ．8 61 5 ．0 55 ．0 85 4 ．6 6 O ．62 ．2 l3 4 ．8 81 ．1 1O ．0 1 21 3 ．0 54 ．1 81 2 ．0 51 8 ．0 25 ．1 45 2 ．9 2 O ．5 81 ．9 23 4 ．9 31 ．2 2O ．0 0 69 ．2 l4 ．2 61 1 ．7 71 4 ．5 44 ．8 85 4 ．7 3 O ．61 ．9 63 5 ．1 41 ．0 5O ．0 0 88 ．8 14 ．2 4 1 2 ．1 7 1 3 ．7 14 ．7 25 3 ．7 2 0 ．5 82 ．0 23 5 ．21 ．0 6O ．0 1 18 ．2 23 ，9 31 1 ．3 81 3 ．9 84 ．5 95 4 ．5 1 镍还原率 万方数据 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s3 ，1 ．b g r i m m ．c n 2 0 2 0 年第1 0 期 3结论 1 氢氧化镍钴富集物随烘干温度升高和烘干时 间延长，烘干的效果越好，控制干燥温度1 2 0 ～1 6 0 ℃， 干燥时间3 ～4h ，可将氢氧化镍钴富集物干燥至含 水1 0 ％。 2 干燥后的氢氧化镍钴富集物压团性能较佳， 与二氧化硅、无烟煤混合均匀后压制的球团强度较 高，可控制压团后物料水分为 球团强度大于O ．4 9k N ／个。 1 0 ％～1 2 ％，压制的 3 综合条件表明，在预还原温度9 0 0 ℃、还原时 间3h 、无烟煤用量1 0 ％、S i 0 用量1 0 ％的条件下， 镍钴富集物中平均有9 0 ％的镍被还原为金属镍，锌 在预还原过程中受还原温度、还原时间、还原剂加入 量及s i O 。加人量影响较小，锌挥发率5 5 ％这样。 预还原过程中，M n 、M g 几乎全部进入还原焙砂中。 还原后球团球团强度o ．2 9 4 ～0 ．3 4 3k N ／个，有利于 后续电炉还原熔炼。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 参考文献 彭容秋，任鸿九，张训鹏，等．镍冶金[ M ] ．长沙中南大 学出版社，2 0 0 5 1 5 ． P E N GRQ ，R E NHJ ，Z H A N GXP ，e ta 1 ．N i c k e l M e t a l l u r g y [ M ] ．c h a n g s h a C e n t r a ls o u t hU n i v e r s i t y P r e s s ，2 0 0 5 1 5 ． 石文堂．低品位镍红土矿硫酸浸出及浸出渣综合利用 理论及工艺研究[ D ] ．长沙中南大学，2 0 1 1 ． S H IWT ．F u n d a m e n t a la n dt e c h n o l o g i c a ls t u d yo n s u l f u r i ca c i dl e a c h i n go fl o w g r a d en i c k e ll a t e r i t ea n d c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fl e a c h i n gr e s i d u e [ D ] ． C h a n g s h a C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，2 0 1 1 ． D A L V IAD ，B A C O NWG ，0 S B O R N ERC ．T h ep a s t a n dt h e f u t u r eo f n i c k e ll a t e r i t e s [ c ] ／／P D A c2 0 0 4 I n t e r n a t i o n a lC o n v e n t i o n ．T r a d eS h o wI n v e s t o r s E x c h a n g e ，2 0 0 4 7 1 0 ． [ 4 ] 李金辉，李洋洋，郑顺，等．红土镍矿冶金综述[ J ] ．有色 金属科学与工程，2 0 1 5 ，6 1 3 5 4 0 ． L IJH ，L IYY ，Z H E N GS ，e ta 1 ．R e s e a r c hr e v i e wo f l a t e r i t en i c k e lo r em e t a l l u r g y [ J ] ．N o n f e r r o u sM e t a l s S c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，2 0 1 5 ，6 1 3 5 4 0 ． [ 5 ] 周通，冯建华，卢晓锋，等．瑞木氢氧化镍高效浸出研 究[ J ] ．材料导报，2 0 1 8 ，3 2 3 2 3 8 2 3 8 5 ，3 9 7 ． Z H O UT ，F E N GJH ，L UXF ，e ta 1 ．S t u d yo nh i g h e f f i c i e n c yl e a c h i n go fR a m un i c k e lh y d r o x i d e [ J ] ． M a t e r i a lR e D o r t s ，2 0 1 8 ，3 2 3 2 3 8 2 3 8 5 ，3 9 7 ． [ 6 ] 施洋．高压酸浸法从镍红土矿中回收镍钴[ J ] ．有色金 属 冶炼部分 ，2 0 1 3 1 4 7 ． S H IY ．N i c k e la n dc o b a l tr e c o v e 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