残积型红土镍矿金属化还原焙烧——磁选高效回收镍铁.pdf

‘1 0 ‘ 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第5 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i 豁n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 l s ．0 5 ．0 0 3 残积型红土镍矿金属化还原焙烧 一磁选高效回收镍铁 揭晓武，王成彦，尹飞，陈永强，杨永强 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要采用添加促进剂金属化还原焙烧一磁选工艺从残积型红土镍矿中富集镍、铁，考察焙烧温度、促进 剂用量、恒温时间、配煤量对金属化焙烧过程镍、铁富集的影响。结果表明，添加5 ％的促进剂后，精矿 镍、铁的回收率分别由4 1 ．9 ％、3 9 ．2 2 ％提高到9 3 ．3 1 ％、7 5 ．6 5 ％。优化的焙烧工艺条件为原矿添加 5 ％的促进剂、7 ％的煤混匀造球，12 0 0 ℃恒温焙烧1 5 0m i n ，焙砂中9 4 ．0 2 ％的镍及7 7 ．3 9 ％的铁以镍铁 合金形式产出；焙砂磨矿一磁选分离，得含N i7 ．3 2 ％、F e7 3 ．8 5 ％的精矿，且精矿镍回收率 9 3 ％，铁回 收率 7 5 ％。 关键词红土镍矿；金属化还原焙烧；促进剂；磁选；镍铁 中图分类号T F 8 1 5文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 { 2 0 1 5 0 5 一0 0 1 0 0 4 R e c o V e r yo fF e r r o n i c k e lf r o mE l u V i a lN i c k e lL a t e r i t eO r eb yM e t a l l i c R e d u c t i o nR o a s t i n ga n dM a g n e t i cS e p a r a t i o n J I EX i a o w u ，W A N GC h e n g y a n ，Y I NF e i ， B e 巧i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g C H E NY o n g q i a n g ，Y A N GY o n g q i a n g M e t a l l u r g y ．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 N i c k e la n di r o nw e r ee n r i c h e di nf e r r o n i c k e l { r o me l u v i a ln i c k e ll a t e r i t eo r eb ym e t a l l i cr e d u c t i o n r o a s t i n ga n dm a g n e t i cs e p a r a t i o n ． T h ee f f e c t so fr o a s t i n gt e m p e r a t u r e ，d o s a g eo fp r o m o t e r ，r o a s t i n gt i m e a n dc a r b o nd o s a g eo ne n r i c h m e n to ff e r r o n i c k e lw e r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t si n d i c a t et h a tr e c o v e r i e so f N i ，F er i s ef r o m4 1 ．9 ％，3 9 ．2 2 ％t o9 3 ．3 1 ％，7 5 ．6 5 ％，r e s p e c t i v e l ya f t e ra d d i n g5 ％p r o m o t e r ．9 4 ．0 2 ％ n i c k e la n d7 7 ．3 9 ％i r o ni nc a l c i n i n ge x i s ti nt h ef o r mo ff e r r o n i c k e lu n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n si n c I u d i n g 5 ％p r o m o t e ，7 ％c o a l ，p e l l e t i z i n g ，a n dr e d u c t i o nr o a s t i n g18 0m i na t12 0 0 ℃． C a l c i n i n gi sg r o u n da n d m a g n e t i c a l l ys e p a r a t e dt op r o d u c ec o n c e n t r a t ec o n t a i n i n g7 ．3 2 ％N ia n d7 3 ．8 5 ％F ew i t hr e c o V e r yo fN i a n dF eo f9 3 ％a n d7 5 ％a b o v er e s p e c t i v e l y ． K e yw o r d s n i c k e ll a t e r i t eo r e s ； m e t a l l i cr e d u c t i o nr o a s t i n g ； p r o m o t e r ；m a g n e t i cs e p a r a t i o n ；f e r r o n i c k e l 镍是一种重要的战略物资，主要用于制造不锈 钢、合金钢和特种合金。世界镍资源比较丰富，据美 国地质调查局2 0 1 2 年报显示，截止2 0 1 1 年底，世界 已查明的镍金属储量为o ．8 亿t 。按地质成分，镍矿 床主要分为两大类，岩浆型硫化镍矿床和风化型氧 化镍矿床，目前约有7 0 ％的镍是从硫化矿中提取 的，但赋存在氧化矿床中的镍却占镍储量的6 5 ％～ 7 0 ％[ 1 ] 。随着硫化镍矿和高品位红土镍矿资源的逐 收稿日期2 0 1 4 一1 2 1 7 基金项目国家自然科学基金面上项目 5 1 2 7 4 0 4 4 ；国家自然科学基金青年基金项目 5 1 3 0 4 0 2 3 ；国家自然科学基金云南省联 合基金项目 U 1 3 0 2 2 7 4 作者简介揭晓武 1 9 8 0 一 ，男，江西南丰人，硕士，高级工程师． 万方数据 2 0 1 5 年第5 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 渐减少，大量品位在1 ％左右的红土镍矿的经济开 发日益为人们所重视。 国内外现有工业生产或进行过试验研究的红土 镍矿处理方法主要有回转窑干燥预还原一电炉熔 炼法、鼓风炉硫化熔炼法、鼓风炉还原熔炼法、高炉 还原熔炼法、还原焙烧一氨浸法、硫酸高压酸浸法、 硫酸常压浸出法、堆浸法、羟基法、氯化水浸法、氯化 挥发法、氯化离析法、微波法等o 。14 | 。近几年还原焙 烧磁选直接回收镍铁处理红土矿的研究较多，但多 存在添加剂加入量大、镍回收率低、焙砂黏结等问 题‘1 5 ‘1 7 ] 。 本文以某进口低品位红土镍矿为原料，采用添 加促进剂金属化还原焙烧一磁选工艺，重点研究了 促进剂用量、焙烧温度、恒温时间及煤加入量对焙砂 磁选富集效果的影响。 1 原矿性质及试验方法 1 ．1 原料 试验所用原矿取自缅甸某红土镍矿，原矿含N i 1 ．3 7 ％、F e1 6 ．3 2 ％，N i ／F e O ．0 8 4 。原矿工艺矿物 学分析发现，主要矿物组成为橄榄石、角闪石、蛇纹 石、绿泥石、石英、褐铁矿 针铁矿 、磁铁矿、赤铁矿、 铬尖晶石等，镍主要富集于蛇纹石和绿泥石中。 试验用还原剂为矿区当地褐煤 固定碳 5 3 ．0 2 ％，灰分7 ．4 5 ％，挥发分3 8 ．0 2 ％，硫O ．8 9 ％， 热值2 6 ．6 7M J ／k g 。试验用促进剂为自配混合物， 主要成分是含钙基化合物、蒙脱石、及一种有机高分 子化合物。 1 ．2 试验方法 按比例 质量比 称取一定量的原矿 细碎至 一2m m 、促进剂、煤混匀后加水人工制团，制得球 团矿放入恒温干燥箱内7 0 ～1 1 0 ℃干燥4h ，干燥后 的球团矿采用中7 0m m 1 2 0m m 氧化铝坩埚加盖 密封后置于Q W X 一8 1 8 型马弗炉内通电升温到指 定温度，开始计时，恒温至设定时间后断电，在高温 下直接取出进行水淬急冷。焙砂破碎后振动磨样机 湿磨5m i n ，细度为一o ．0 4 5m m 约占8 0 ％，矿浆磁 选 D T c x G z N 5 0 型，场强1 0 0m T 后分别对精矿 矿浆和尾矿矿浆过滤、干燥、称重，分析精矿和尾矿 的镍、铁品位，计算精矿产率和镍、铁回收率。 2 试验结果及讨论 2 ．1 焙烧温度的影晌 火法冶金过程中，温度是决定反应能否进行的 重要条件，也是影响反应快慢的重要因素。按原 矿煤促进剂一1 0 0 8 6 质量比，下同 配料 造球，球团粒径2 0m m ，焙烧恒温时间1 5 0m i n ，考 察不同焙烧温度所得焙砂的磁选镍、铁的富集效果， 结果如图1 所示。 图1 焙烧温度的影响 F i 昏1 E f f e c t so fr o a s t i n gt e 瑚【p e r a t u r e 由图1 可知，镍、铁选出率及精矿镍、铁品位随 温度升高呈上升趋势，且至12 0 0 ℃时趋势平缓，适 宜的焙烧温度选择12 0 0 ℃，该温度下焙砂镍回收 率为9 3 ．1 9 ％、铁回收率为7 5 ．6 9 ％。 2 ．2 促进剂的影响 按原矿煤促进剂一1 0 0 8 z 配料造 球，球团粒径2 0m m ，焙烧温度12 0 0 ℃，恒温时间 1 5 0m i n ，不同促进剂用量时焙砂的磁选分离效果如 图2 所示。 图2 促进剂用量的影响 F i g ．2 E f f e c to fd O s a g eo fp r o m o t e r 从图2 可看出，促进剂用量对焙烧影响巨大，促 进剂加入量0 ％～5 ％时，镍选出率随促进剂用量的 增加呈明显上升趋势，不添加促进剂焙烧时，焙砂精 矿含N i3 ．4 6 ％、F e4 0 ．6 8 ％，镍回收率仅4 1 ．9 ％、 铁回收率3 9 ．2 2 ％；而促进剂用量为5 ％～6 ％时，镍 选出率变化不大。试验还发现，促进剂量超过6 ％ 万方数据 1 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第5 期 后，焙砂球团出现轻微黏结现象，因此适宜的促进剂 用量为5 ％，此条件下精矿含N i7 ．4 7 ％、F e 7 6 ．6 6 ％，镍、铁回收率分别为9 3 ．3 1 ％、7 5 ．6 5 ％。 2 ．3 恒温时间的影响 按原矿煤促进剂一1 0 0 8 5 配料造 球，球团粒径2 0m m ，焙烧温度12 0 0 ℃，考察恒温 时间对焙砂的磁选分离效果的影响，试验结果如图 3 所示。 图3 焙烧时间的影响 F i g ．3 E f f e c to fr o 嬲t i n gt i m e 图3 表明，随恒温时间的延长，焙砂的磁选精矿 镍、铁品位及回收率呈上升趋势。恒温时间1 5 0 m i n 效果较好。理论上恒温时间越长越利于合金颗 粒的长大富集，利于磨矿磁选，而恒温1 8 0m i n 时铁 选出率有所下降，原因是恒温时间较长，炉内还原煤 过少，导致还原气氛稍有不足，焙砂出现二次氧化。 考虑到恒温时间越长，能耗越高，选择恒温时间为 1 5 0m i n ． 2 ．4 配煤量的影响 控制其它条件不变，调整球团配煤量，结果如图 4 所示。 图4 配煤量的影响 F i g ．4 E 借比to fc o a lb I e n d i n g 从图4 可看出，配煤量5 ％～9 ％时，镍的选出 率随配煤量的增加由8 9 ．4 1 ％缓慢上升至 9 3 ．4 8 ％，而精矿镍品位由9 ．5 4 ％缓慢下降至 6 ．2 4 ％。综合考虑镍的回收率及精矿品位，选择 配煤量为7 ％。 试验发现配煤量对焙砂的烧结影响较大，配煤 量低于6 ％时焙砂出现轻微黏结，5 ％时黏结较严 重，球团问完全黏结，而低于4 ％则烧结成块。原因 是煤量较低时焙砂中有较多的F e 0 并与S i 0 。结合 产生低熔点的铁橄榄石。 2 ．5 焙砂及精矿分析 依优化工艺条件进行焙烧综合试验，所得焙砂 进行镍、铁的赋存状态分析，结果见表1 。 表l 焙砂中镍、铁的赋存状态分析结果 T a b l e1 A n a l y t i cr e s u l to fo c c u r r e n c eo fN ia n dF ei nc a l c i n i n g 合计 1 0 0 ．0 由表1 可知，焙砂中绝大部分镍及大部分铁以 镍铁合金形式产出，镍、铁在其中的分布率分别为 9 4 ．0 2 ％及7 7 ．3 9 ％，这部分镍铁在磁选过程中进入 磁选精矿。磁选精矿S E M 形貌见图5 。从图5 可 看出，精矿中镍铁合金多以棒条状产出，长度多为 0 ．0 2 ～0 ．1 0m m 。 零、迥略 万方数据 2 0 1 5 年第5 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 图5 镍铁精矿S E M 形貌 F i g ．5S E Mm i c r o g r a p h so ff e r r o n i c k e I c O n c e n t r a t e 3结论 1 残积型红土镍矿采用添加促进剂金属化还原 焙烧一磁选富集镍铁处理，促进剂对镍铁的富集影 响显著。 2 优化的焙烧工艺参数为原矿添加7 ％的煤 与5 ％的促进剂混料造球，球团在12 0 0 ℃焙烧1 5 0 m i n ，焙砂水淬急冷，磨矿磁选后可获得含N i 7 ．3 2 ％、F e7 3 ．8 5 ％的镍铁精矿，精矿镍回收率 9 3 ．3 1 ％，铁回收率7 5 ．6 9 ％。 3 焙砂中9 4 ．0 2 ％的镍及7 7 ．3 9 ％的铁以镍铁 合金形式产出，在磁选过程中进入磁选精矿。 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[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 8 ，1 8 增刊1 1 8 ． [ 2 ] D a sGK ，L a n g eJAB ．R e d u c t i v ea t m o s p h e r i ca c i d1 e a c h i n go fW e s tA u s t r a l i a ns m e c t i t i cn i c k e ll a t e r i t ei nt h e p r e s e n c eo fs u l p h u rd i o x i d ea n dc o p p e r I I [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 1 1 ，1 0 5 3 ／4 2 6 4 2 6 9 ． [ 3 ] 莫兴德，肖连生，张贵清，等．H B L l l o 从红土镍矿加压 浸出液中萃取镍的研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 6 2 6 2 9 ． [ 4 ] 马保中，王成彦，杨h ，等．硝酸加压浸出红土镍矿的中 试研究[ J ] ．过程工程学报，2 0 1 1 ，1 1 4 5 6 卜5 6 6 ． [ 5 ] 王海北，蒋开喜，张邦胜，等．镍精矿加压酸浸新工艺研 究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 4 4 2 3 ，1 9 ． [ 6 ] 马保中，杨伟娇，王成彦，等．红土镍矿湿法浸出工艺的 进展[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 7 1 8 ． [ 7 ] 刘三平，蒋开喜，王海北，等．红土镍矿常压一加压两段 联合浸出新工艺研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 1 1 1 2 一1 5 ． [ 8 ] M c d o n a l dRG ，w h i t t i n g t o nBI ．A t m o s p h e “cA c i d L e a c h i n go f N i c k e lL a t e “t e sR e v i e w P a r tI ． S u l p h u r i c A c i dT e c h n o l o g i e s [ J ] ． 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i t eb ym i c r o w a v er a d i a t i o n [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 0 9 ， 9 9 3 ／4 1 8 9 一1 9 3 ． [ 1 4 ] 童伟锋，范兴祥，吴晓峰，等．硫酸化氧化焙烧一水浸 法从红土镍矿中提取镍钴[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ， 2 0 1 3 7 9 1 2 ． [ 1 5 ] 曹志成，孙体昌，杨慧芬，等．红土镍矿直接还原焙烧 磁选回收铁镍[ J ] ．北京科技大学学报，2 0 1 0 ，3 2 6 7 0 8 7 1 2 ． [ 1 6 ] 李光辉，饶明军，姜涛，等．红土镍矿还原焙烧一磁选 制取镍铁合金原料的新工艺[ J ] ．中国有色金属学报， 2 0 1 1 ，2 1 1 2 3 1 3 7 3 1 4 2 ． [ 17 ] 邱国兴，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 ． 万方数据