配矿强化中低品位红土镍矿选择性还原研究

 　　潘建，田宏宇，朱德庆，崔瑜

　　中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙410083
 

　　世界不锈钢消费量的不断增大，使人们对镍的需求程度逐年加深[1,2]。随着硫化镍矿的可利用资源逐渐消耗殆尽，对于占全球镍资源总量约为72%的红土镍矿的有效利用成为亟需解决的问题[3]。红土镍矿按照镍铁含量的差异，主要分为褐铁矿型红土镍矿（高铁低镍）和腐殖土型红土镍矿（低铁高镍），其处理工艺主要分为火法和湿法工艺，具体的矿种对应的处理工艺在操作可行性的基础上，主要受其工艺的运行成本影响[4,5]。已探明世界红土镍矿镍金属储量1.6亿吨，主要分布在热带地区，且国外高品位红土镍矿资源已大部分被日本和欧美等公司控制。我国主要以进口菲律宾和印度尼西亚的红土镍矿为主，但其中的70％为含镍低于1.6%的中低品位红土镍矿[6-8]。因此，中低品位红土镍矿的有效利用受到越来越多的关注，而世界范围内比较成熟的利用红土镍矿冶炼镍铁的工艺方法仍旧以火法冶炼为主。其中火法冶炼中利用较广泛的是RKEF法和回转窑直接还原法[9~12]。RKEF法的主要工艺是回转窑焙烧-电炉熔炼，但是,利用RKEF法冶炼低品位红土矿,回转窑焙烧后产生的渣量大,在电炉熔炼阶段,加热矿渣会造成电耗大，镍铁产量低[5]。而通过回转窑还原焙烧后进行磁选富集,将富集后的镍铁精矿按照一定的配比代替低品位红土镍矿送入回转窑中进行预热,然后热装加入电炉再还原后进行渣铁分离，可以节能且高效的利用低品位红土镍矿，所以近几年对直接还原-磁选工艺处理低品位红土镍矿生产镍铁精矿的研究较多[13,14]。刘志国[15]等人以两种红土镍矿为研究对象，两种试样所含主要矿物相同,载镍矿相同,镍在原矿中分布规律也相似,但由于Fe、Si和Mg含量的差异造成其选择性还原焙烧-磁选结果有很大差异。焙烧过程中铁、镁、钙等阳离子和硅氧离子形成不同硅酸盐,影响了焙烧矿的熔融性和镍的反应活性.朱德庆[16]等人研究还原温度、还原时间、复合添加剂用量和预热温度对镍和铁回收效果的影响，可以得到4.22wt.%镍和69.75wt.%铁品位的镍精矿,镍和铁回收率分别为92.22%和85.73%，发现适宜的预热制度有利于团块中镍、铁的富集;复合添加剂促进了镍铁晶粒的聚集、长大，提高了镍、铁回收效果。蒋曼[17]等人以含Ni 1.49%、Fe 34.69%的红土镍矿为研究对象，采用煤基直接还原法选择性还原镍铁矿物，研究并分析了焙烧过程中还原剂和添加剂种类及用量、焙烧温度以及焙烧时间对镍铁选择性还原的影响规律，发现红土镍矿直接还原过程中铁矿物大部分被还原成浮士体，仅有少部分铁矿物被还原成金属铁，并与镍矿物还原金属镍形成铁纹石和镍纹石，从而实现了红土镍矿中镍铁的选择性还原，可以得到含镍9.51%镍铁产品，镍的回收率为84.04%，铁回收率仅为54.49%。
 

　　众多的研究表明，褐铁矿型红土镍矿铁镍比高，原料成本相对较低，但还原后的精矿镍品位低，而腐殖土型红土镍矿虽然铁镍比低，精矿镍品位高，但原料成本也相对较高，且还原温度要求也相对较高[18-20]。本研究以中低品位的褐铁矿型和腐殖土型红土镍矿为原料进行配矿，在不降低精矿镍品位和回收率的前提下，降低总原料成本和还原温度，强化其选择性直接还原。
 

　　1原料性能和研究方法
 

　　1.1原料性能
 

　　1.1.1 红土镍矿
 

　　试验所用的两种红土镍矿A与B均产自印度尼西亚，其化学成分和物相组成分析如表1和图1所示。由表1和图1知，红土镍矿A铁含量较高(40.09 wt.%)，镍含量较低(0.97wt.%)，硅镁含量较低，主要矿物为针铁矿，为典型的褐铁矿型红土镍矿。试验中进行配矿优化的红土镍矿B铁含量较低(23.16 wt.%)，镍含量偏低(1.42wt.%)，硅镁含量高，为腐殖土型或中间过渡型红土镍矿，主要矿物为高结晶水的铁镁硅酸盐类矿物以及针铁矿。将矿A和B样品分别筛分为0.5mm-1mm、0.25mm-0.5mm、0.106mm-0.25mm、-0.106mm几个粒级后制成光片进行物相分析，统计结果如图2所示。针铁矿与铁镁硅酸盐矿物为两种红土镍矿的主要物相。在矿A中针铁矿含量大约在80%左右，硅酸盐矿物在矿B中的含量约为60%。
 

 　　表1.红土镍矿的化学组成/ wt.%

　　Table 1 Chemical composition of laterite nickel ore/wt.%.