D0I:10.13374/i.i8sn1001-t53.2010.06.004 第32卷第6期 北京科技大学学报 Vol 32 No 6 2010年6月 Journal of Un iversity of Science and Technology Beijing Jun 2010 红土镍矿直接还原焙烧磁选回收铁镍 曹志成孙体昌杨慧芬王静静仵晓丹 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083 摘要采用添加助熔剂直接还原培烧磁选方法,对镍主要以硅酸镍形式存在的低品位红土镍矿中镍和铁的富集进行了研 究.结果表明,同时添加助熔剂,可获得较好的技术指标。最佳工艺条件为:煤作还原剂,质量分数为15%;KD2为助熔剂,质 量分数为20%:焙烧温度为1200℃;焙烧时间为40mm在此条件下可以得到镍品位10.83%、铁品位52.87%、镍回收率 82.15%和铁回收率54.59%的镍铁精矿.用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对还原过程中助熔剂和煤的作用机理进行 了研究:发现KD一2可以与原矿中含镍的石英和硅酸盐矿物反应,释放出其中的镍;煤用量太多时可生成部分不含镍的金属 铁,会造成镍的回收率降低· 关键词红土镍矿:熔剂:直接还原:焙烧:硅酸镍 分类号TF802.67 Recovery of iron and nickel from nickel laterite ore by direct reduction roasting and m agnetic separation CAO Zhi-cheng SUN Ti-chang YANG Hui-fen WANG Jing-jing WU Xiao dan Key Laboratory of the M in istry of Education of Chna for H igh -efficient M ng and Safety of Metal M nes University of Science and Technology Beijing Beijing 100083 China ABSTRACT By adding a flx and using a direct reduction moasting and magnetic separation method iron and nickel enrichment frm refractory low "grade nickel laterite ore in which nickel is mainly contained in silicates was stud ied Better technical ind icators were obtained by adding the flux The optinal conditions are coal as the reducer with a dosage of 15%.KD2 as the flux w ith a dosage of 20.and roasting at 1200'C for 40m in A concentrate of the Ni content of 10.83%and the Fe content of52.87%,with the Ni re- covery of 82.15%and the Fe recovery of54.5.was pmduced under the optinal conditions The action mechaniss of KD2 and coal were also investigated by XRD and TEM.The results show that KD2 can react w ith quartz and silicates containing Ni leading to releasing Ni from the quartz and silicates An overdosage of coal in the reduction roasting process can result in the fomation of pure imon in company with a decrease in nickel recovery KEY WORDS nickel laterites fhux direct reduction:mastings nickel silicate 镍具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高和延展 的利用更少,仅高品位的氧化镍矿可以利用, 性好等特点,因而用途广泛,特别是在不锈钢和耐热 随着社会的发展和镍资源的不断开发,硫化镍 钢中,镍是不可缺少的元素山.我国镍产品中初级 矿和高品位红土镍矿资源不断减少,所以大量存在 产品所占比例很大,镍材及镍基深加工产品大量依 的品位%左右的红土镍矿越来越引起人们的关 赖进口2).从世界范围看,目前约有7%的镍是 注.根据红土镍矿床性质不同,处理工艺有所不 从硫化镍矿中提取的,而赋存在氧化矿床中的镍却 同,但不外乎火法和湿法两种处理工艺同].火法包 占镍总储量的65%~70%,由于该类镍矿石性质复 括镍铁工艺和镍锍工艺,已经应用于生产中,但火法 杂、回收困难,因此目前回收较少,特别是红土镍矿 仅适用于处理高品位红土镍矿·湿法工艺的成功技 收稿日期:2009-07-27 作者简介:曹志成(197一),男,硕士研究生;孙体昌(1958一),男,教授,博士生导师,Email sun@ces ustb edu cn
第 32卷 第 6期 2010年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32No.6 Jun.2010 红土镍矿直接还原焙烧磁选回收铁镍 曹志成 孙体昌 杨慧芬 王静静 仵晓丹 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京 100083 摘 要 采用添加助熔剂直接还原焙烧--磁选方法对镍主要以硅酸镍形式存在的低品位红土镍矿中镍和铁的富集进行了研 究.结果表明同时添加助熔剂可获得较好的技术指标.最佳工艺条件为:煤作还原剂质量分数为 15%;KD--2为助熔剂质 量分数为 20%;焙烧温度为 1200℃;焙烧时间为 40min.在此条件下可以得到镍品位 10∙83%、铁品位 52∙87%、镍回收率 82∙15%和铁回收率 54∙59%的镍铁精矿.用 X射线衍射 (XRD)和透射电镜 (TEM)对还原过程中助熔剂和煤的作用机理进行 了研究.发现 KD--2可以与原矿中含镍的石英和硅酸盐矿物反应释放出其中的镍;煤用量太多时可生成部分不含镍的金属 铁会造成镍的回收率降低. 关键词 红土镍矿;熔剂;直接还原;焙烧;硅酸镍 分类号 TF802∙67 Recoveryofironandnickelfromnickellateriteorebydirectreductionroasting andmagneticseparation CAOZhi-chengSUNTi-changYANGHui-fenWANGJing-jingWUXiao-dan KeyLaboratoryoftheMinistryofEducationofChinaforHigh-efficientMingandSafetyofMetalMinesUniversityofScienceandTechnologyBeijing Beijing100083China ABSTRACT Byaddingafluxandusingadirectreductionroastingandmagneticseparationmethodironandnickelenrichmentfrom refractorylow-gradenickellateriteoreinwhichnickelismainlycontainedinsilicateswasstudied.Bettertechnicalindicatorswere obtainedbyaddingtheflux.Theoptimalconditionsarecoalasthereducerwithadosageof15%KD-2asthefluxwithadosageof 20%androastingat1200℃ for40min.AconcentrateoftheNicontentof10∙83% andtheFecontentof52∙87%withtheNire- coveryof82∙15% andtheFerecoveryof54∙59%wasproducedundertheoptimalconditions.TheactionmechanismsofKD-2and coalwerealsoinvestigatedbyXRDandTEM.TheresultsshowthatKD-2canreactwithquartzandsilicatescontainingNileadingto releasingNifromthequartzandsilicates.Anoverdosageofcoalinthereductionroastingprocesscanresultintheformationofpure ironincompanywithadecreaseinnickelrecovery. KEYWORDS nickellaterite;flux;directreduction;roasting;nickelsilicate 收稿日期:2009--07--27 作者简介:曹志成 (1974— )男硕士研究生;孙体昌 (1958— )男教授博士生导师E-mail:suntc@ces.ustb.edu.cn 镍具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高和延展 性好等特点因而用途广泛特别是在不锈钢和耐热 钢中镍是不可缺少的元素 [1].我国镍产品中初级 产品所占比例很大镍材及镍基深加工产品大量依 赖进口 [2--3].从世界范围看目前约有 70%的镍是 从硫化镍矿中提取的而赋存在氧化矿床中的镍却 占镍总储量的 65% ~70%由于该类镍矿石性质复 杂、回收困难因此目前回收较少特别是红土镍矿 的利用更少仅高品位的氧化镍矿可以利用. 随着社会的发展和镍资源的不断开发硫化镍 矿和高品位红土镍矿资源不断减少所以大量存在 的品位 1%左右的红土镍矿越来越引起人们的关 注 [4].根据红土镍矿床性质不同处理工艺有所不 同但不外乎火法和湿法两种处理工艺 [5].火法包 括镍铁工艺和镍锍工艺已经应用于生产中但火法 仅适用于处理高品位红土镍矿.湿法工艺的成功技 DOI :10.13374/j.issn1001—053x.2010.06.004
第6期 曹志成等:红土镍矿直接还原焙烧磁选回收铁镍 ,709. 术是高压酸浸法[6),由于其在能耗和药剂上的费 果,因此详细研究了添加KD一2焙烧磁选的影响 用低于氨浸,目前应用广泛⑧):但高压酸浸法的反 因素, 应条件苛刻,同时伴有结垢等问题.此外,火法湿 2.1焙烧温度实验 法相结合工艺处理氧化镍的工厂,目前世界上工业 在煤用量5%、助熔剂KD-2用量30%、焙烧时 化生产的只有日本治金公司的大江山治炼厂[).本 间40min磨矿细度一0.074mm占95%、磁场强度 文以品位小于%且主要以硅酸镍形式存在的红土 200kA·m的条件下进行焙烧温度实验,结果见 镍矿为试样,研究了用直接还原焙烧磁选法回收 图1从图可以看出,随着焙烧温度的升高,镍铁精 其中镍和铁的方法,证明以煤作还原剂,同时添加助 矿中镍和铁的品位和回收率都明显提高,当温度提 熔剂KD2可以从以硅酸镍为主的红土镍矿中有 高到1200℃时,镍铁精矿中镍的品位可以提高到 效地回收镍 9.15%,镍的回收率为85.56%;铁的品位可以提高 到71.63%,铁的回收率为91.189%.实验还发现, 1原矿性质和实验方法 温度过高会造成焙烧产品烧结,影响磨矿磁选的效 1.1原矿性质 果.因此焙烧温度为1200℃较好 所用试样为某地红土镍矿(以下称为原矿),化 90 ●一像品位 学多元素分析表明,原矿中镍的品位较低,为 量一镍回收率 1.86%,铁的品位为13.59%.主要杂质的质量分数 70 盒一铁品位 ©一铁回收率 为:SD243.6%,M805.27%,Ab032.749%. 60 50 60 表1所示的镍和铁物相分析表明,原矿中镍和 40 铁以氧化物和硅酸盐的形式存在,且在硅酸盐中的 40 30 G 分布率都很高.镍在硅酸盐中的分布率为68.93%, 20 20 铁达到51.839%,所以采用常规选矿的方法进行镍 和铁的回收都比较困难. 700 8009001000110012001300 培烧温度℃ 表1原矿镍和铁的化学物相分析结果 图1培烧温度对直接还原焙烧效果的影响 Table 1 Chem ical phase analysis of nickel and iron in the nin ofm ine Effect of masting empemature on the mduction roasting 元素存 氧化物中 硅酸盐中 合计 在的相 Ni Fe Ni Fe Ni Fe 2.2KD-2用量实验 品位% 0.55 6.20 1.22 6.67 1.7712.87 在焙烧温度1200℃进行了KD-2用量实验,结 占有率%31.07 48.17 68.9351.83100.00 100.00 果见图2磨矿磁选的条件不变,从图中可以看出, 随着其用量的增加,镍铁精矿中镍的回收率迅速增 1.2实验方法 加,当KD-2的质量分数为5%时,镍的回收率只有 原矿破碎至一2mm;还原剂用煤,助熔剂为 44.2%,而当KD2的质量分数增加到30%时,镍的 KD一2主要考察焙烧温度、焙烧时间和还原剂用量 回收率可以达到9%以上·铁的回收率也是逐渐上 等影响直接还原焙烧的主要因素-山.焙烧和磁 升的.但是,当KD-2的质量分数超过20%以后,镍 100 80 选过程如下:将煤、红土镍矿和KD-2(添加时)混匀 70 后放进加盖的石墨坩埚中,在马弗炉中进行还原焙 烧2).焙烧后进行磨矿、磁选.磁选的磁性产品 60垂 称为镍铁精矿,非磁性产品称为尾矿. -镍品位 一镍加收率 2结果与讨论 一铁品位 40 9一铁回收率 通过实验说明,原矿不添加助熔剂直接还原焙 30 烧磁选效果不好,表现为镍铁精矿中镍的品位和回 20 10 20 30 收率都比较低,镍铁精矿中镍的品位小于5%,回收 KD-2的质量分数% 率为6%左右,经多种助熔剂比较实验发现,添加 图2KD一2用量对直接还原培烧效果的影响 助熔剂KD一2可以明显提高直接还原焙烧磁选的效 Fig 2 Effect ofKD2 dosage on the direct reduction mastng
第 6期 曹志成等: 红土镍矿直接还原焙烧磁选回收铁镍 术是高压酸浸法 [6--7]由于其在能耗和药剂上的费 用低于氨浸目前应用广泛 [8];但高压酸浸法的反 应条件苛刻同时伴有结垢等问题.此外火法--湿 法相结合工艺处理氧化镍的工厂目前世界上工业 化生产的只有日本冶金公司的大江山冶炼厂 [9].本 文以品位小于 2%且主要以硅酸镍形式存在的红土 镍矿为试样研究了用直接还原焙烧--磁选法回收 其中镍和铁的方法证明以煤作还原剂同时添加助 熔剂 KD--2可以从以硅酸镍为主的红土镍矿中有 效地回收镍. 1 原矿性质和实验方法 1∙1 原矿性质 所用试样为某地红土镍矿 (以下称为原矿 ).化 学多 元 素 分 析 表 明原 矿 中 镍 的 品 位 较 低为 1∙86%铁的品位为 13∙59%.主要杂质的质量分数 为:SiO243∙6%MgO5∙27%Al2O32∙74%. 表 1所示的镍和铁物相分析表明原矿中镍和 铁以氧化物和硅酸盐的形式存在且在硅酸盐中的 分布率都很高.镍在硅酸盐中的分布率为 68∙93% 铁达到 51∙83%所以采用常规选矿的方法进行镍 和铁的回收都比较困难. 表 1 原矿镍和铁的化学物相分析结果 Table1 Chemicalphaseanalysisofnickelandironintherunofmine 元素存 在的相 氧化物中 硅酸盐中 合计 Ni Fe Ni Fe Ni Fe 品位/% 0∙55 6∙20 1∙22 6∙67 1∙77 12∙87 占有率/% 31∙07 48∙17 68∙93 51∙83 100∙00 100∙00 1∙2 实验方法 原矿破碎至 —2mm;还原剂用煤助熔剂为 KD--2.主要考察焙烧温度、焙烧时间和还原剂用量 等影响直接还原焙烧的主要因素 [10--11].焙烧和磁 选过程如下:将煤、红土镍矿和 KD--2(添加时 )混匀 后放进加盖的石墨坩埚中在马弗炉中进行还原焙 烧 [12--13].焙烧后进行磨矿、磁选.磁选的磁性产品 称为镍铁精矿非磁性产品称为尾矿. 2 结果与讨论 通过实验说明原矿不添加助熔剂直接还原焙 烧磁选效果不好表现为镍铁精矿中镍的品位和回 收率都比较低镍铁精矿中镍的品位小于 5%回收 率为 60%左右.经多种助熔剂比较实验发现添加 助熔剂 KD--2可以明显提高直接还原焙烧磁选的效 果因此详细研究了添加 KD--2焙烧磁选的影响 因素. 2∙1 焙烧温度实验 在煤用量 5%、助熔剂 KD--2用量 30%、焙烧时 间 40min、磨矿细度 —0∙074mm占 95%、磁场强度 200kA·m —1的条件下进行焙烧温度实验结果见 图 1.从图可以看出随着焙烧温度的升高镍铁精 矿中镍和铁的品位和回收率都明显提高当温度提 高到 1200℃时镍铁精矿中镍的品位可以提高到 9∙15%镍的回收率为 85∙56%;铁的品位可以提高 到 71∙63%铁的回收率为 91∙18%.实验还发现 温度过高会造成焙烧产品烧结影响磨矿磁选的效 果.因此焙烧温度为 1200℃较好. 图 1 焙烧温度对直接还原焙烧效果的影响 Fig.1 Effectofroastingtemperatureonthedirectreductionroasting 图 2 KD--2用量对直接还原焙烧效果的影响 Fig.2 EffectofKD-2dosageonthedirectreductionroasting 2∙2 KD--2用量实验 在焙烧温度 1200℃进行了 KD--2用量实验结 果见图 2磨矿磁选的条件不变.从图中可以看出 随着其用量的增加镍铁精矿中镍的回收率迅速增 加当 KD--2的质量分数为 5%时镍的回收率只有 44∙2%而当 KD--2的质量分数增加到30%时镍的 回收率可以达到95%以上.铁的回收率也是逐渐上 升的.但是当 KD--2的质量分数超过 20%以后镍 ·709·
,710 北京科技大学学报 第32卷 铁精矿中镍和铁的品位随KD一2用量的增加而降 10.83%,回收率82.15%,铁品位52.87%,回收率 低,主要考虑镍的品位和回收率,在KD一2的质量 54.59%,取得了较好的效果. 分数为20%时即可使镍铁精矿中镍的回收率达到 3还原焙烧反应机理研究 87.69%,所以选择KD-2的最佳质量分数为20%. 2.3煤用量实验 为研究助熔剂KD一2和还原剂煤对镍红土矿焙 在1200℃、KD-2的质量分数为20%的条件下 烧过程的影响机理,对不同条件下的焙烧产物进行 进行了煤用量实验,结果见图3可见煤用量对直接 了X射线衍射分析和电子显微镜观察. 还原焙烧效果影响很大,随着煤用量的增加,镍铁精 3.1不同KD-2用量时焙烧产物的X射线衍射和 矿中镍的品位先急剧下降,后趋于平缓,但是镍的回 电镜分析 收率先升后下降的很多;铁的品位有所提高,但是当 图4是不同KD-2用量时焙烧产物的X射线衍 其质量分数超过20%时回收率明显下降,煤的质量 射图对比,实验条件为:煤的质量分数15%,焙烧温 分数为30%时,镍铁精矿中镍和铁的回收率分别只 度1200℃,焙烧时间40mnKD-2的质量分数分别 有36.94%和46.85%. 为5%、10%、15%、20%和30%.焙烧产物不磁选, 100 磨细后直接进行衍射分析,从图4可以看出,原矿 70 中的主要矿物为石英(D)、硅酸镁类矿物(E)和褐 铁矿(F)助熔剂KD一2是一种钠盐,焙烧时加入明 60 显生成了新的矿物一铁纹石(A)人、大量的镁橄榄 50E 石(B)和镍铁合金(C)因此可以证明,KD一的作 一像品位 圈一镍回收率 用主要是与原矿中的石英和硅酸盐起反应,主要产 ★一铁品位 ©一铁回收率 物是镁橄榄石,关键是生成了铁纹石(A)和镍铁合 30 金(C),这就可以通过磁选的方法回收其中的镍和 0 101520253035 铁,该过程中使存在于硅酸盐中的镍释放出来,并被 煤的质量分数% 还原为金属镍,从而可以通过磁选回收 图3煤用量对直接还原培烧效果的影响 图5是KD-2用量为20%时焙烧产物的电镜和 Fig3 Effect of coal dosage on the direet reduction moasting 能谱图,从图中可以看出,添加KD一2焙烧后,铁和 由于煤用量对焙烧效果有很大的影响,为进一 镍已经被还原为金属(图中白色部分)并有相对集 步确定煤的准确用量,缩小其用量的变化范围,继续 中的趋势.图5(b)是图5(a)中点1的能谱图,说明 进行了实验,结果表明,煤用量存在最佳值,过多或 其主要由铁和镍组成 过少都不好,最佳质量分数为15%.焙烧时间实验 30%KID-2 表明,焙烧时间超过40mn后对焙烧效果影响不 A 大,所以焙烧时间40mm是合适的 20%KD-2 2.4磨矿磁选最佳条件实验 15%KD-2 通过上述实验确定的最佳焙烧条件为:煤的质 量分数15%,KD-2的质量分数20%,焙烧温度 10%KD-2 1200℃,时间40min为考察磨矿和磁选条件的影 A 响,进行了磨矿段数、细度和磁场强度实验,结果表 5%K1D-2 明,原矿焙烧后可以采用阶段磨矿、阶段选别的流 原矿 程,第1段磨矿细度为一0.074mm占80%最好,第 2段磨矿细度为一0.043mm占959%较好. 10 20 30405060708090 100 20/9 磁场强度实验表明,原矿还原焙烧后磁选需要 A-(Fe Ni):B-MgSD;C Fe.6Ni.3:D SD2: 较高的磁场强度,两段磁选的磁场强度都在 E-M®-.[S03](0H)4-:-Fg0g:H-C 200kAm时最佳 图4不同KD-2用量培烧产物的X射线衍射谱 按所确定的最佳条件进行三次重复实验,取平 Fig 4 XRD pattems of mastng prducts obtained w ith different KD- 均值作为最终指标:镍铁精矿产率14.03%,镍品位 2 dosages
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 铁精矿中镍和铁的品位随 KD--2用量的增加而降 低.主要考虑镍的品位和回收率在 KD--2的质量 分数为 20%时即可使镍铁精矿中镍的回收率达到 87∙69%所以选择 KD--2的最佳质量分数为 20%. 2∙3 煤用量实验 在 1200℃、KD--2的质量分数为 20%的条件下 进行了煤用量实验结果见图3.可见煤用量对直接 还原焙烧效果影响很大随着煤用量的增加镍铁精 矿中镍的品位先急剧下降后趋于平缓但是镍的回 收率先升后下降的很多;铁的品位有所提高但是当 其质量分数超过 20%时回收率明显下降煤的质量 分数为 30%时镍铁精矿中镍和铁的回收率分别只 有 36∙94%和 46∙85%. 图 3 煤用量对直接还原焙烧效果的影响 Fig.3 Effectofcoaldosageonthedirectreductionroasting 由于煤用量对焙烧效果有很大的影响为进一 步确定煤的准确用量缩小其用量的变化范围继续 进行了实验.结果表明煤用量存在最佳值过多或 过少都不好最佳质量分数为 15%.焙烧时间实验 表明焙烧时间超过 40min后对焙烧效果影响不 大所以焙烧时间 40min是合适的. 2∙4 磨矿磁选最佳条件实验 通过上述实验确定的最佳焙烧条件为:煤的质 量分数 15%KD--2的质量分数 20%焙烧温度 1200℃时间 40min.为考察磨矿和磁选条件的影 响进行了磨矿段数、细度和磁场强度实验.结果表 明原矿焙烧后可以采用阶段磨矿、阶段选别的流 程第 1段磨矿细度为 —0∙074mm占 80%最好第 2段磨矿细度为 —0∙043mm占 95%较好. 磁场强度实验表明原矿还原焙烧后磁选需要 较高 的 磁 场 强 度两 段 磁 选 的 磁 场 强 度 都 在 200kA·m —1时最佳. 按所确定的最佳条件进行三次重复实验取平 均值作为最终指标:镍铁精矿产率 14∙03%镍品位 10∙83%回收率 82∙15%铁品位 52∙87%回收率 54∙59%取得了较好的效果. 3 还原焙烧反应机理研究 为研究助熔剂 KD--2和还原剂煤对镍红土矿焙 烧过程的影响机理对不同条件下的焙烧产物进行 了 X射线衍射分析和电子显微镜观察. 3∙1 不同 KD--2用量时焙烧产物的 X射线衍射和 电镜分析 A— (FeNi);B—Mg2SiO4;C—Fe0∙64Ni0∙36;D—SiO2; E—Mg3—x[Si2O5 ] (OH)4—x;F—Fe2O3;H—C 图 4 不同 KD--2用量焙烧产物的 X射线衍射谱 Fig.4 XRDpatternsofroastingproductsobtainedwithdifferentKD- 2dosages 图4是不同 KD--2用量时焙烧产物的 X射线衍 射图对比.实验条件为:煤的质量分数15%焙烧温 度 1200℃焙烧时间 40minKD--2的质量分数分别 为 5%、10%、15%、20%和 30%.焙烧产物不磁选 磨细后直接进行衍射分析.从图 4可以看出原矿 中的主要矿物为石英 (D)、硅酸镁类矿物 (E)和褐 铁矿 (F).助熔剂 KD--2是一种钠盐焙烧时加入明 显生成了新的矿物———铁纹石 (A)、大量的镁橄榄 石 (B)和镍铁合金 (C).因此可以证明KD--2的作 用主要是与原矿中的石英和硅酸盐起反应主要产 物是镁橄榄石关键是生成了铁纹石 (A)和镍铁合 金 (C)这就可以通过磁选的方法回收其中的镍和 铁该过程中使存在于硅酸盐中的镍释放出来并被 还原为金属镍从而可以通过磁选回收. 图5是 KD--2用量为20%时焙烧产物的电镜和 能谱图.从图中可以看出添加 KD--2焙烧后铁和 镍已经被还原为金属 (图中白色部分 )并有相对集 中的趋势.图5(b)是图5(a)中点1的能谱图说明 其主要由铁和镍组成. ·710·
第6期 曹志成等:红土镍矿直接还原焙烧磁选回收铁镍 ,711. 10 15 20 能量keNV 图5KD-2的质量分数为20%时培烧产物的电子显微镜照片(a)和能谱分析(b) Fig5 Eletron m icmoscope photogmph (a)and energy dispersive analysis (b)of the masting prduct obtaned with 20 KD-2 3.2不同煤用量时焙烧产物的X射线衍射和电镜 的峰变得多而繁杂,表明镁橄榄石的含量有增多的 分析 趋势,上述原因造成煤用量高时镍铁精矿中镍的品 图6是保持KD-2的质量分数为20%,煤的质 位低,而铁的品位高,镍和铁的回收率相应降低, 量分数分别为5%、7.5%、15%、20%和30%时焙烧 30%煤 产物的X射线衍射图对比.从图6中可以看出,在 C A 保持KD-2用量不变的条件下,随着煤用量的增加, 不同焙烧产物的X射线衍射图谱有一定差别,最明 LA 20%煤 15%煤 显的表现在以下五个方面:①没有焙烧的原矿中主 要矿物是石英(D)人、蛇纹石类矿物(E)和褐铁矿 Lw B 7.5%煤 (F):②随着煤用量的增加,焙烧产物中铁纹石(A) 的含量先是随煤用量的增加而增加,当煤的质量分 5%煤 数超过15%后又开始降低,而镍铁合金-)(C)的 A 含量随煤用量的增加而增加,特别是当煤的质量分 原矿 E F D DE D E 数达到30%时,含铁高于镍的镍铁合金(C)的含量 甚至超过了铁纹石(A),这就解释了为何煤用量太 102030405060708090100 28 大时对铁的还原有利而对镍不利的原因;③石英的 变化也比较特殊,煤用量低时,即当煤的质量分数为 A-(Fe Ni):B-MgSD:C-Fe.6t N i.36:D-SD2: %和7.%时,在衍射图中并没有发现石英(D)的 E-Mg-,[Si0s ](0H):F-Fe2O3:H-C 图6不同煤用量培烧产物的X射线衍射谱 峰,当煤的质量分数达到15%时,又发现了石英明 Fig6 XRD pattems of moasting pmducts obtained w ith different coal 显的峰,说明当煤用量超过一定程度后,又有石英矿 dosages 物相的形成:④煤用量高时,焙烧产物中明显有碳 图7是在上述其他条件不变、煤的质量分数为 (H)的峰出现,说明有碳剩余;⑤由于镁橄榄石(B) 30%时焙烧产物的电子显微镜和能谱图,焙烧产物 而更 500fM 250e) 00 200 200 100 100 50 5 1015 20 0 5 101520 能量ke 能量eV 图7煤的质量分数为30%时焙烧产物的电子显微镜照片和能谱分析.(a)培烧产物:(b)图(a)中1点的能谱图:()图(a)中2点的能 谱图 Fig 7 Electron m icmoscope photograph and energy dispersive analysis of the moasting pmoduct obtained with 30 coal (a)moasting pmduct (b)en- ergy dispersive analysis of Pont l in Fig (a):(c)energy dispersive analysis of Point2 in Fig (a)
第 6期 曹志成等: 红土镍矿直接还原焙烧磁选回收铁镍 图 5 KD--2的质量分数为 20%时焙烧产物的电子显微镜照片 (a)和能谱分析 (b) Fig.5 Electronmicroscopephotograph(a) andenergydispersiveanalysis(b) oftheroastingproductobtainedwith20% KD-2 3∙2 不同煤用量时焙烧产物的 X射线衍射和电镜 分析 图 6是保持 KD--2的质量分数为 20%煤的质 量分数分别为 5%、7∙5%、15%、20%和 30%时焙烧 产物的 X射线衍射图对比.从图 6中可以看出在 保持 KD--2用量不变的条件下随着煤用量的增加 不同焙烧产物的 X射线衍射图谱有一定差别最明 显的表现在以下五个方面:①没有焙烧的原矿中主 要矿物是石英 (D)、蛇纹石类矿物 (E)和褐铁矿 (F);②随着煤用量的增加焙烧产物中铁纹石 (A) 的含量先是随煤用量的增加而增加当煤的质量分 数超过 15%后又开始降低而镍铁合金 [14--15] (C)的 含量随煤用量的增加而增加特别是当煤的质量分 数达到 30%时含铁高于镍的镍铁合金 (C)的含量 甚至超过了铁纹石 (A)这就解释了为何煤用量太 图 7 煤的质量分数为 30%时焙烧产物的电子显微镜照片和能谱分析.(a) 焙烧产物;(b) 图 (a)中 1点的能谱图;(c) 图 (a)中 2点的能 谱图 Fig.7 Electronmicroscopephotographandenergydispersiveanalysisoftheroastingproductobtainedwith30% coal:(a)roastingproduct;(b)en- ergydispersiveanalysisofPoint1inFig.(a);(c) energydispersiveanalysisofPoint2inFig.(a) 大时对铁的还原有利而对镍不利的原因;③石英的 变化也比较特殊煤用量低时即当煤的质量分数为 5%和 7∙5%时在衍射图中并没有发现石英 (D)的 峰当煤的质量分数达到 15%时又发现了石英明 显的峰说明当煤用量超过一定程度后又有石英矿 物相的形成;④煤用量高时焙烧产物中明显有碳 (H)的峰出现说明有碳剩余;⑤由于镁橄榄石 (B) 的峰变得多而繁杂表明镁橄榄石的含量有增多的 趋势.上述原因造成煤用量高时镍铁精矿中镍的品 位低而铁的品位高镍和铁的回收率相应降低. A— (FeNi);B—Mg2SiO4;C—Fe0∙64Ni0∙36;D—SiO2; E—Mg3—x[Si2O5 ] (OH)4—x;F—Fe2O3;H—C 图 6 不同煤用量焙烧产物的 X射线衍射谱 Fig.6 XRDpatternsofroastingproductsobtainedwithdifferentcoal dosages 图 7是在上述其他条件不变、煤的质量分数为 30%时焙烧产物的电子显微镜和能谱图.焙烧产物 ·711·
,712 北京科技大学学报 第32卷 中白色部分的颜色有差别,有些颗粒比较暗,而有些 [3]Chen J B.Xu JH.Current sitation and countemeasures of Chi 颗粒比较明亮(照片中不太明显),通过能谱分析, nese nickelm ines Min Express 2006(8):1 (陈甲斌,许敬华.我国镍矿资源现状及对策,矿业快报,2006 发现有明显的不同:较明亮的颗粒(图7(a)中1点) (8):1) 含有铁和镍,见图7(b):而较灰暗的颗粒(图7(a) [4]Li JH.Cheng W,X iao Z H.Summary of laterite nickel ore treat 中2点)只含铁而基本不含镍,见图7(c)也就是 ment pmcess Hydmmeta ll China 2004(4):191 说,煤用量大时对铁还原有利,而对镍还原不利,生 (李建华,程威,肖志海红土镍矿处理工艺综述·湿法治金, 成的部分基本是纯铁的颗粒,所以会出现随着褐煤 2004(4):191) 用量增加,镍精矿中铁品位增加,而镍品位降低的 [5]Xu Q X.The past and the futre of laterite mine China Nonfer musMetall 2005(6):1 情况 (徐庆新.红土矿的过去与未来.中国有色冶金,2005(6):1) 4结论 [6]Lan X H.The nickel high voltage hydmmetallurgical Worl Non- fermousMet 2002(1):5 (1)原矿镍和铁的品位分别为1.86%和 (兰兴华.镍的高压湿法冶金.世界有色金属,2002(1):5) 13.59%,且超过50%的铁和镍存在于硅酸盐中,属 [7]Whittington B I MdDonald R G.Johnson J A.et al Pressure 于极难处理的红土镍矿· keaching ofaril-mgion nickel lterite o Hydmmeta llurgy 2003 70,31 (2)KD-2是最有效的助熔剂,可以有效提高 [8]Whittingion B I Johnson JA.Quan LP.et al Pressure acid leac 镍铁精矿中镍的品位和回收率. hng of arid-mgion nickel laterite om Part 11 Effect of ore type (3)煤作为还原剂是有效的,但存在最佳用量, Hydmmeta llugy 2003 70,47 太多或太少效果都不好, [9]Fu JG.W ang H.Ling T Y.et al Research curent status and progress of laterite nickel ore treament pmcess Ferm alloys (4)磨矿细度和磁场强度对选别结果的影响很 2009(3):20 大,可以采用阶段磨矿、阶段选别的工艺,一段磨矿 (符剑刚,王晖,凌天鹰,等,红土镍矿处理工艺研究现状与进 细度为一0.074mm占80%最好,二段磨矿细度为 展.铁合金,2009(3):20) 一0.043mm占95%较好.磁场强度要达到200kA· [10]Zhang H Q.Ren Y F.Guan JF.The study of refractory hematite m才能取得较好的分选效果. and lmonite by moasting and magnetic separation test China Mn2006(5):44 (5)机理研究表明,KD-2的作用主要是与原 (张汉泉,任亚峰,管俊芳·难选赤褐铁矿培烧磁选实验研 矿中的石英和硅酸盐起作用,生成了新的矿物,从而 究.中国矿业,2006(5):44) 释放出存在于硅酸盐中的镍和铁,进而提高了镍的 [11]Ren Y F.Yu Y F.Magnetic moasting status and devebpment di 回收率,煤用量增加可以使焙烧产物中镍铁合金的 rection of refractory red imon MetM ine 2005(11):20 含量增加,铁纹石的含量降低,同时会生成部分基本 (任亚峰,余永富·难选红铁矿磁化培烧现状及发展方向·金 属矿山,2005(11):20) 不含镍的金属铁,所以使镍铁精矿中铁品位提高、镍 [12] Shang Z S Ma L Y.Several experiences in melting FeA C per 品位下降,同时会减弱KD一2与石英的反应,因此镍 manent magnets by usng gmaphite crucbl Shandong Metall 和铁的回收率都降低, 2000(1):69 (商自申,马凌原.石墨坩埚熔炼F4C永磁合金的几点体 参考文献 会·山东冶金,2000(1):69) [1]Mao Q R.The metal of strategic reservenickel Chna ResourRe [13]Wang Z F.Zhang Y C LiR C etal Graphite cmcble ipreg ycl1999(10):36 nation antioxidant study Non Met M ines 2004.27(3):3 (毛麒瑞.战略储备金属一镍.中国物资再生,1999(10):36) (王志发,张永春,李如春,等.石墨坩埚浸渍法抗氧化试验 [2]Fan X R.W ang X D.Several considerations on the current situa" 研究.非金属矿,2004,27(3):3) tion of Chinese nickel industry Nonferrous Met Ind 2001(11): [14 Kotzse I J Pibt plant pmoduction of fermonickel from nickel oxide 16 ores and dusts in a DC am fumace M iner Eng 2002 15.1017 (樊相如,王晓东.对我国镍工业现状的几点思考.有色金属工 [15]Bergmnan R A.Nickel production from bw-iron laterile ores 业,2001(11):16) pmcess descriptions CM Bull 2003 96(2):127
北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 中白色部分的颜色有差别有些颗粒比较暗而有些 颗粒比较明亮 (照片中不太明显 ).通过能谱分析 发现有明显的不同:较明亮的颗粒 (图7(a)中1点 ) 含有铁和镍见图 7(b);而较灰暗的颗粒 (图 7(a) 中 2点 )只含铁而基本不含镍见图 7(c).也就是 说煤用量大时对铁还原有利而对镍还原不利生 成的部分基本是纯铁的颗粒所以会出现随着褐煤 用量增加镍精矿中铁品位增加而镍品位降低的 情况. 4 结论 (1) 原 矿 镍 和 铁 的 品 位 分 别 为 1∙86% 和 13∙59%且超过 50%的铁和镍存在于硅酸盐中属 于极难处理的红土镍矿. (2) KD--2是最有效的助熔剂可以有效提高 镍铁精矿中镍的品位和回收率. (3) 煤作为还原剂是有效的但存在最佳用量 太多或太少效果都不好. (4) 磨矿细度和磁场强度对选别结果的影响很 大可以采用阶段磨矿、阶段选别的工艺一段磨矿 细度为 —0∙074mm占 80%最好二段磨矿细度为 —0∙043mm占 95%较好.磁场强度要达到 200kA· m —1才能取得较好的分选效果. (5) 机理研究表明KD--2的作用主要是与原 矿中的石英和硅酸盐起作用生成了新的矿物从而 释放出存在于硅酸盐中的镍和铁进而提高了镍的 回收率.煤用量增加可以使焙烧产物中镍铁合金的 含量增加铁纹石的含量降低同时会生成部分基本 不含镍的金属铁所以使镍铁精矿中铁品位提高、镍 品位下降同时会减弱 KD--2与石英的反应因此镍 和铁的回收率都降低. 参 考 文 献 [1] MaoQR.Themetalofstrategicreserve-nickel.ChinaResourRe- cycl1999(10):36 (毛麒瑞.战略储备金属———镍.中国物资再生1999(10):36) [2] FanXRWangXD.Severalconsiderationsonthecurrentsitua- tionofChinesenickelindustry.NonferrousMetInd2001(11): 16 (樊相如王晓东.对我国镍工业现状的几点思考.有色金属工 业2001(11):16) [3] ChenJBXuJH.CurrentsituationandcountermeasuresofChi- nesenickelmines.MinExpress2006(8):1 (陈甲斌许敬华.我国镍矿资源现状及对策.矿业快报2006 (8):1) [4] LiJHChengWXiaoZH.Summaryoflateritenickeloretreat- mentprocess.HydrometallChina2004(4):191 (李建华程威肖志海.红土镍矿处理工艺综述.湿法冶金 2004(4):191) [5] XuQX.Thepastandthefutureoflateritemine.ChinaNonfer- rousMetall2005(6):1 (徐庆新.红土矿的过去与未来.中国有色冶金2005(6):1) [6] LanXH.Thenickelhigh-voltagehydrometallurgical.WorldNon- ferrousMet2002(1):5 (兰兴华.镍的高压湿法冶金.世界有色金属2002(1):5) [7] WhittingtonBIMcDonaldRGJohnsonJAetal.Pressure leachingofarid-regionnickellateriteore.Hydrometallurgy.2003 70:31 [8] WhittingtonBIJohnsonJAQuanLPetal.Pressureacidleac- hingofarid-regionnickellateriteore:Part11Effectoforetype. Hydrometallurgy200370:47 [9] FuJGWangHLingTYetal.Researchcurrentstatusand progressoflateritenickeloretreatmentprocess.Ferro-alloys 2009(3):20 (符剑刚王晖凌天鹰等.红土镍矿处理工艺研究现状与进 展.铁合金2009(3):20) [10] ZhangHQRenYFGuanJF.Thestudyofrefractoryhematite andlimonitebyroastingandmagneticseparationtest.China Min2006(5):44 (张汉泉任亚峰管俊芳.难选赤褐铁矿焙烧--磁选实验研 究.中国矿业2006(5):44) [11] RenYFYuYF.Magneticroastingstatusanddevelopmentdi- rectionofrefractoryrediron.MetMine2005(11):20 (任亚峰余永富.难选红铁矿磁化焙烧现状及发展方向.金 属矿山2005(11):20) [12] ShangZSMaLY.SeveralexperiencesinmeltingFeAlCper- manentmagnetsbyusinggraphitecrucible.ShandongMetall 2000(1):69 (商自申马凌原.石墨坩埚熔炼 FeAlC永磁合金的几点体 会.山东冶金2000(1):69) [13] WangZFZhangYCLiRCetal.Graphitecrucibleimpreg- nationantioxidantstudy.NonMetMines200427(3):3 ( 王志发张永春李如春等.石墨坩埚浸渍法抗氧化试验 研究.非金属矿200427(3):3) [14] KotzseIJ.Pilotplantproductionofferronickelfromnickeloxide oresanddustsinaDCarcfurnace.MinerEng200215:1017 [15] Bergman R A.Nickelproduction from low-iron lateriteores processdescriptions.CIMBull200396(2):127 ·712·