第3期 林重春等：红土镍矿含碳球团深还原磁选富集镍铁工艺 ,271. 窑矿热炉流程(RKEF),生产高镍铁；另一条是高 煤粉中的固定碳与C02发生反应，产生的C0 炉流程，生产中镍和低镍铁产品，但是，这两个最主 参与红土镍矿的间接还原，该过程吸收大量热量，总 要的流程对原料的要求高，矿热炉所需红土镍矿镍 的结果为消耗的是碳]，这是目前公认的固体碳还 高铁低山，而高炉为避免产生大量的渣，所需红土 原氧化铁的二步还原机理，它同样适合于本次实验 镍矿为低镍高铁，这样就造成大量不符合上述两种 中红土镍矿的深还原， 流程需要的红土镍矿大量堆积，湿法工艺分为还原 1.2原料 焙烧氨浸工艺和高压酸浸工艺，这两个工艺由于 1.2.1红土镍矿 存在能耗、药剂及对反应条件的要求比较苛刻等问 实验所用的原料为印尼红土镍矿，化学成分见 题，因此应用并不广泛，采用直接还原磁选工艺可 表1.利用X射线衍射(XRD)研究了红土镍矿的物 以富集低品位红土镍矿中的镍和铁2，但当还 相组成，从图1可见，该红土镍矿中的主要物相有 原温度低于1200℃时，镍铁和脉石成分不能很好地 高岭石(AkSO(OH)4)、针铁矿(F0(OH))、蛇 分离，镍和铁的回收率低2-).石清侠等在1200~ 纹石(Mg SiO5(OH)4)、赤铁矿(FeO3)及暗镍蛇 1320℃下对红土镍矿进行了碳热还原研究，采用较 纹石((NiMg)3SO5(OH)4)其中铁主要以针铁 高的磁场强度(0.25T)对还原产物进行磁选，获得 矿(F0(OH))和赤铁矿(FeO3)形式存在，镍主要 了较高的回收率，由于存在磁团聚现象，部分无磁的 以含镁硅酸盐的形式存在， 脉石也被磁选进入精矿.因此，为了减轻熔炼工 表1红土镍矿化学成分（质量分数） 序的压力，有必要对金属与脉石的充分分离进行研 Table I Chen ical camposition of the nickel laterite one 究.本文通过对红土镍矿进行深还原磁选富集镍 Ni TFe SD2 Cao Mgo AkOs Co Cr S P 铁研究，并取得了一定成果. 1.5318.940.51.4115.93.520.0510.500.0260.008 1实验部分 200 。高岭石(A1,Si,0,OH,) 160 1.1实验原理 ☆● 鲁针铁矿(FOOH功 a蛇纹石(MgSi.0,OH) 根据镍、铁氧化物还原的吉布斯自由能可知，镍 英120 *赤铁矿(F:Oj (Ni.Mg)Si.O.(OH) 和铁都很容易还原，其中镍在500℃左右时就开始 80 还原，铁紧随其后；而红土镍矿中SD2、MO等脉石 氧化物的还原温度都在1300℃以上，因此，可利用 镍和铁氧化物先还原的特点，控制还原温度，使得脉 石氧化物还未开始还原，而镍和铁已经还原彻底 0 20 深还原矿再经磁选分离，镍铁便能与脉石成分等杂 质分离 图1红土镍矿X射线衍射谱 用煤粉还原红土镍矿时，可能发生的化学反 Fig 1 XRD pattem of the nickel laterite ore 应有 1.2.2还原剂 C十C02=2C0 实验所用的还原剂为阳泉无烟煤，破碎磨细至 △G=166550-171T♪mo厂1 (1) 一80目，还原剂的工业分析结果如表2所示，从表 ND+C=Ni计CO个， 2可看出，实验用的煤粉固定碳高，灰分和挥发分含 △G=134610-179.08TmoT (2) 量相对较低，是良好的还原剂 N0+CO=Ni+COz 表2煤粉的工业分析（质量分数） △G=40590-0.42Tmo厂 (3) Table 2 Industrial analysis of the pulverized coal % 3Fe03+C0=2Fg04+C02 Cd Vd Ad △G=52195.1-41.05Tmo (4) 79.77 8.63 11.6 Fe04+C0=3F0+C02, 注：Cd表示空气干燥基固定碳，Vd表示干燥无灰基挥发分，Ad △G=35120-41.55Tmo厂 (5) 表示干燥基灰分， Fc0十C0=Fe十CO2, 1.3实验方法 △G=17500+21.00Tmo (6) 考察了熔剂用量、还原剂用量、还原温度及还原第 3期 林重春等： 红土镍矿含碳球团深还原--磁选富集镍铁工艺 窑--矿热炉流程 （ＲＫＥＦ）‚生产高镍铁；另一条是高 炉流程‚生产中镍和低镍铁产品．但是‚这两个最主 要的流程对原料的要求高‚矿热炉所需红土镍矿镍 高铁低 ［11］‚而高炉为避免产生大量的渣‚所需红土 镍矿为低镍高铁‚这样就造成大量不符合上述两种 流程需要的红土镍矿大量堆积．湿法工艺分为还原 焙烧--氨浸工艺和高压酸浸工艺‚这两个工艺由于 存在能耗、药剂及对反应条件的要求比较苛刻等问 题‚因此应用并不广泛．采用直接还原--磁选工艺可 以富集低品位红土镍矿中的镍和铁 ［12--14］‚但当还 原温度低于 1200℃时‚镍铁和脉石成分不能很好地 分离‚镍和铁的回收率低 ［12--13］．石清侠等在 1200～ 1320℃下对红土镍矿进行了碳热还原研究‚采用较 高的磁场强度 （0∙25Ｔ）对还原产物进行磁选‚获得 了较高的回收率‚由于存在磁团聚现象‚部分无磁的 脉石也被磁选进入精矿 ［14］．因此‚为了减轻熔炼工 序的压力‚有必要对金属与脉石的充分分离进行研 究．本文通过对红土镍矿进行深还原--磁选富集镍 铁研究‚并取得了一定成果． 1 实验部分 1∙1 实验原理 根据镍、铁氧化物还原的吉布斯自由能可知‚镍 和铁都很容易还原‚其中镍在 500℃左右时就开始 还原‚铁紧随其后；而红土镍矿中 ＳｉＯ2、ＭｇＯ等脉石 氧化物的还原温度都在 1300℃以上．因此‚可利用 镍和铁氧化物先还原的特点‚控制还原温度‚使得脉 石氧化物还未开始还原‚而镍和铁已经还原彻底． 深还原矿再经磁选分离‚镍铁便能与脉石成分等杂 质分离． 用煤粉还原红土镍矿时‚可能发生的化学反 应有 Ｃ＋ＣＯ2＝2ＣＯ‚ ΔＧ ○－ ＝166550－171Ｔ‚Ｊ·ｍｏｌ －1 （1） ＮｉＯ＋Ｃ＝Ｎｉ＋ＣＯ↑‚ ΔＧ ○－ ＝134610－179∙08Ｔ‚Ｊ·ｍｏｌ －1 （2） ＮｉＯ＋ＣＯ＝Ｎｉ＋ＣＯ2‚ ΔＧ ○－ ＝-40590－0∙42Ｔ‚Ｊ·ｍｏｌ －1 （3） 3Ｆｅ2Ｏ3＋ＣＯ＝2Ｆｅ3Ｏ4＋ＣＯ2‚ ΔＧ ○－ ＝-52195∙1－41∙05Ｔ‚Ｊ·ｍｏｌ －1 （4） Ｆｅ3Ｏ4＋ＣＯ＝3ＦｅＯ＋ＣＯ2‚ ΔＧ ○－ ＝35120－41∙55Ｔ‚Ｊ·ｍｏｌ －1 （5） ＦｅＯ＋ＣＯ＝Ｆｅ＋ＣＯ2‚ ΔＧ ○－ ＝-17500＋21∙00Ｔ‚Ｊ·ｍｏｌ －1 （6） 煤粉中的固定碳与 ＣＯ2发生反应‚产生的 ＣＯ 参与红土镍矿的间接还原‚该过程吸收大量热量‚总 的结果为消耗的是碳 ［15］‚这是目前公认的固体碳还 原氧化铁的二步还原机理‚它同样适合于本次实验 中红土镍矿的深还原． 1∙2 原料 1∙2∙1 红土镍矿 实验所用的原料为印尼红土镍矿‚化学成分见 表 1．利用 Ｘ射线衍射 （ＸＲＤ）研究了红土镍矿的物 相组成．从图 1可见‚该红土镍矿中的主要物相有 高岭石 （Ａｌ2Ｓｉ2Ｏ6 （ＯＨ）4）、针铁矿 （ＦｅＯ（ＯＨ））、蛇 纹石 （Ｍｇ3Ｓｉ2Ｏ5 （ＯＨ）4）、赤铁矿 （Ｆｅ2Ｏ3）及暗镍蛇 纹石 （（Ｎｉ‚Ｍｇ）3Ｓｉ2Ｏ5 （ＯＨ）4）‚其中铁主要以针铁 矿 （ＦｅＯ（ＯＨ））和赤铁矿 （Ｆｅ2Ｏ3）形式存在‚镍主要 以含镁硅酸盐的形式存在． 表 1 红土镍矿化学成分 （质量分数 ） Ｔａｂｌｅ1 Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｉｃｋｅｌｌａｔｅｒｉｔｅｏｒｅ ％ Ｎｉ ＴＦｅ ＳｉＯ2 ＣａＯ ＭｇＯ Ａｌ2Ｏ3 Ｃｏ Ｃｒ Ｓ Ｐ 1∙53 18∙9 40∙5 1∙41 15∙9 3∙520∙0510∙500∙0260∙008 图 1 红土镍矿 Ｘ射线衍射谱 Ｆｉｇ．1 ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｏｆｔｈｅｎｉｃｋｅｌｌａｔｅｒｉｔｅｏｒｅ 1∙2∙2 还原剂 实验所用的还原剂为阳泉无烟煤‚破碎磨细至 －80目．还原剂的工业分析结果如表 2所示．从表 2可看出‚实验用的煤粉固定碳高‚灰分和挥发分含 量相对较低‚是良好的还原剂． 表 2 煤粉的工业分析 （质量分数 ） Ｔａｂｌｅ2 Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄｃｏａｌ ％ Ｃｄ Ｖｄ Ａｄ 79∙77 8∙63 11∙6 注：Ｃｄ表示空气干燥基固定碳‚Ｖｄ表示干燥无灰基挥发分‚Ａｄ 表示干燥基灰分． 1∙3 实验方法 考察了熔剂用量、还原剂用量、还原温度及还原 ·271·