低品位红土镍矿还原焙烧-选矿富集制取低品位镍铁工艺试验研究

栾志华， 宋志伟

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司 冶矿事业部，辽宁 沈阳 110141)

低品位红土镍矿还原焙烧-选矿富集制取低品位镍铁工艺试验研究

栾志华， 宋志伟

(中国有色(沈阳)冶金机械有限公司 冶矿事业部，辽宁 沈阳 110141)

本文详细阐述了低品位镍红土矿还原焙烧-选矿富集制取低品位镍铁工艺技术。通过中试试验，探讨研究了影响镍红土矿还原焙烧-选矿富集制取低品位镍铁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。

镍红土矿；还原焙烧；选矿富集；品位；回收率

0 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[1]。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。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，近年来技术人员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还原焙烧—选矿分离，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用[2]。

近年来，技术人员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，并参考借鉴已经投产项目的成功经验，于2011～2013年进行了红土镍矿回转窑还原焙烧—选矿富集工艺小型模拟生产(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0.90%左右的原矿，经过该工艺处理后，镍富集比达3.5倍以上，镍回收率87%以上，实现了低品位镍红土矿的有效利用。

1 试验

1.1 试验原辅材料

1.1.1红土镍矿

(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1。

表1 红土镍矿化学组成 %

(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0.88%、1.51%和1.37%；②同时可以看出，褐铁矿含有20%～30%的结晶水，其含铁量很低，仅22%左右，而硅、铝等杂质含量较高；③蛇纹石含有5%左右的铁，而镁含量比理论值26.68%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，与以前研究结果一致；④在铬尖晶石和石英中镍的含量很低，仅为0.01%左右。

1.1.2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。

表2 煤化学成分分析 %

1.1.3添加剂

添加剂分为2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-0.074 mm含量大于70%。

1.2 还原焙烧过程基本原理

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。镍及铁氧化物还原时发生的化学反应有：

氧化镍的还原反应为：

铁氧化物的还原反应是逐级进行的，其还原顺序为 Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe，合并中间反应，最终综合还原反应为：

可见，在适宜的还原温度下可将红土镍矿中的镍及铁氧化物还原成金属镍和铁。因此采取回转窑还原焙烧- 选矿富集的方法，达到去除脉石、富集镍和铁的目的，生产出低品位镍铁产品。[3]

1.3 试验研究工艺流程

试验采用还原还原- 选矿富集工艺制取低品位镍铁，其工艺流程主要为：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(0.074 mm)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8～16 mm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100 kg。

1.4 试验设备

φ内1000 mm×10000 mm干燥窑，φ内1200 mm×1700 mm还原窑，φ500 mm×120 mm高压辊磨机，φ1800 mm圆盘造球机，LGS500型高梯度磁选机，RK/CRSφ400 mm×300 mm鼓式电磁磁选机，CTS- 0503鼓式永磁磁选机，XAY4- 630- UK型压滤机，球磨机等[4]。

2 试验结果及讨论

以红土镍矿干重为基准，添加10%复合添加剂和10%的调整剂，经混匀、造球后获得落下强度大于35次/(0.5 m)、抗压强度为25 N/个的生球。生球经100～150 ℃干燥后得到干球，落下强度大于35次/(1 m)、抗压强度为350 N/个。参考小型试验研究结果，将还原温度设定为1120±40 ℃。

2.1 还原剂加入量对产品指标的影响

在还原时间80 min、磨矿细度-200目95%、磁选磁场强度为1500 Gs的条件下研究煤矿质量比对红土镍矿镍、铁回收效果的影响，试验结果图1所示。由图1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。

图1 煤矿质量比对产品指标的影响

2.2 还原时间对产品指标的影响

在煤矿质量比1.0、磨矿细度-200目95%、磁选磁场强度为1500 Gs的条件下优化还原时间，试验结果如图2所示。从图2可看出，随着还原时间的延长，镍铁镍品位先提高后降低；而镍回收率呈升高的趋势，当还原时间达到120 min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100～120 min。

图2 还原时间对产品指标的影响

2.3 调整剂加入量对产品指标的影响

在还原温度为1120±40 ℃、还原时间100 min、煤矿质量比1.0、磨矿细度-200目95%、磁选磁场强度为1500 G的条件下，研究混合料碱度对红土镍矿还原焙烧效果的影响，试验结果如图3所示。由图3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，恶化了还原效果。

图3 碱度对产品指标的影响

2.4 磁场强度对产品指标的影响

从上述试验采用的1500 Gs的磁场强度获得镍品位3.9%～5.7%的低品位镍铁，镍回收率在75%～80%，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1.02%，含铁20.34%)用来考察磁场强度对磁选效果的影响。在磨矿细度为-200目95%的条件下进行了磁场强度试验，其结果如图4所示。从图4中可见，在较低的磁场强度(300～500 Gs)下才能获得较高的镍铁镍品位。

图4 磁场强度对产品指标的影响

图5 磨矿细度对产品指标的影响

2.5 磨矿细度对产品指标的影响

考察磨矿细度对磁选产品指标的影响，试验原料同3.4，磁场强度为1500 Gs，试验结果如图5所示。从图5中可见，较细的磨矿细度下可获得较好的产品指标。

2.6 低品位镍铁产品质量

(1)低品位镍铁产品化学组成

利用上述条件试验获得的较理想技术参数进行回转窑还原焙烧- 选矿富集试验，得到的低品位镍铁的化学组成如表3所示。

表3 镍铁化学组成 %

(2)低品位镍铁产品物相分析

从红土镍矿经还原-预选分离得到的磁性球团的矿相分析表明，镍铁颗粒的镍含量较高，但低品位镍铁镍品位达不到这一数值。因此有必要分析镍铁产品的微观结构，以了解其中的原因。由镍铁产品的显微结构可见，镍铁颗粒常常与镁橄榄石等杂质矿物共生，有些镍铁合金颗粒内部还有杂质，导致镍铁产品镍、铁品位较低[5]。因此，若要进一步提高镍铁产品镍、铁品位，一是加强还原效果，二是进一步提高磨矿细度，以改善镍铁颗粒的单体解离。

3 试验结论

(1)试验用红土镍矿主要矿物组成为蛇纹石、褐铁矿、滑石和石英，为低品位腐泥土型的难还原红土镍矿，可采用还原焙烧- 选矿富集工艺进行处理。

(2)回转窑直接还原焙烧- 选矿富集工艺中试试验获得的较理想技术参数为：还原温度1120±40 ℃、还原时间100～120 min、煤矿质量比1.0、碱度0.27、磁选磁场强度1500 Gs、磨矿细度为-200目95%。

(3)红土镍矿回转窑还原焙烧—选矿富集工艺处理原矿含镍0.90%左右的红土镍矿，可以得到镍富集比达3.5倍以上，镍回收率87%以上的低品位镍铁产品。

(4)回转窑还原焙烧-选矿富集工艺适合在电力设施缺乏的矿山开发红土镍矿。

[1] 张友平，周渝生，李肇毅.红土矿资源特点和火法冶金工艺分析[J].铁合金，2007，(6)：18-22.

[2] 周晓文，张建春，罗仙平.从红土镍矿中提取镍的技术研究现状及展望[J].四川有色金属，2008，(3)：18-22.

[3] 李洪桂.冶金原理[M].北京：科学出版社，2005:192-203.

[4] 栾心汉，唐琳，李小明，等.镍铁冶金技术及设备[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[5] Kanazawa Y, Kamitani M. Rare earth minerals and resources in the world [J]. Journal of Alloys and Compounds，2006，41(9)：1339-1343.

TechnologicalTestStudyonLow-gradeNickelIronConcentratebyReductionRoastingLow-gradeNickelLateriteOreProcess

LUAN Zhi-hua，SONG Zhi-wei
(Mining & metallurgical Dept. NFC (Shenyang) Metallurgical Machinery Co., Ltd. Shenyang 110141, China)

This paper describes in detail the low-grade nickel laterite ore concentrate by reduction roasting of low grade nickel iron technology. Based on the pilot test, a study is conducted on the effect of nickel laterite ore reduction roasting magnetic separation and enrichment of main technological parameters of producing low grade ferronickel, provides the feasibility of processing low grade nickel laterite and realizes the effective utilization of the low grade nickel laterite.

nickel laterite ore；reduction roasting；separation enrichment；grade；rate of recovery

2014-01-15

栾志华(1970-)，女，辽宁昌图人，高级工程师，硕士研究生，主要从事产品开发工作。

宋志伟(1972-)，男，辽宁建平人，工程师，大学专科，主要从事产品开发工作。

TF815

A

1003-8884(2014)02-0023-04