高恩霞等：硫酸钠对高铁型红土镍矿中铁矿物还原的抑制机理 ·755 剂中，Na2SO,对铁矿物还原的抑制效果最为显 1.2实验方法 著oU.Li等☒发现添加Na,S0,能够提高含镍硅酸 直接还原一磁选实验将原矿与煤、硫酸钠按一定 盐的反应活性并在直接还原过程形成FeS,通过形成 质量比混匀后装入石墨坩埚，然后放入升到指定温度 低熔点的Fe-feS共熔体使镍铁颗粒长大.Lu等圆认 的马弗炉中进行还原焙烧.焙烧产物经自然冷却后进 为Na,S0,能够在直接还原过程中促进硅酸盐矿物的 行磨矿、磁选得到最终镍铁产品.主要实验设备有SX一 晶格转变和H2的利用率，并形成FS促进金属颗粒长 10-13马弗炉、RK/BK三辊四简智能棒磨机和CXG99 大.Jiang等主要研究Na,S0,可能会在焙烧体系中 磁选管 发生的反应，提出Na,SO,通过形成Na,S或者Na0和S X射线衍射分析所用设备为日本理学Rigaku一RA 起到选择性还原的作用，并通过形成FeS促进镍铁颗 高功率旋转阳极X射线衍射仪(12kW),辐射源为Cu 粒的聚集长大.以前针对硫酸钠的研究重点多为FS K.(波长A=0.15418nm),步长为0.02°，扫描范围 对铁颗粒长大的促进作用和钠盐对硅酸盐矿物反应活 10°~90°，扫描速度5°·min1,电压40kV,电流150 性的提高，而对添加硫酸钠后体系液相的变化和其对 mA,常温下进行.扫描电镜和能谱分析分析设备为德 铁矿物还原的影响研究较少.本文详细研究添加硫酸 国卡尔蔡司EVOl8扫描电镜及Bruke XFlash Detector 钠后焙烧体系中液相的形成过程及其对铁矿物还原的 5010能谱分析仪. 抑制机理. 2实验结果 1实验材料与方法 2.1硫酸钠对试样直接还原-磁选效果的影响 1.1实验材料 首先进行直接还原一磁选实验，查明添加硫酸钠 实验所用试样为来自东南亚的某红土镍矿（以下 是否能够抑制本试样中铁矿物的还原.根据以前的研 称为原矿)，其主要元素分析见表1，X射线衍射分析 究经验7，在煤质量分数为5%、焙烧温度1200℃和 结果见图1.原矿中铁质量分数高达35.02%，属高铁 焙烧时间50min的焙烧条件下进行硫酸钠用量实验， 型红土镍矿.主要铁矿物为针铁矿和赤铁矿，其他主 实验结果如图2所示.由图2可知，当硫酸钠的质量 要矿物为蛇纹石和石英.实验所用还原剂为烟煤，添 分数从0增加到10%时，铁的回收率下降明显，从 加剂硫酸钠的品级为分析纯.所用烟煤的煤质分析结 61.75%降低到24.19%，镍的品位明显提高，从 果见表2 3.07%提高到7.85%，镍回收率没有明显变化.实验 表1原矿主要成分（质量分数） 结果表明，添加硫酸钠确实对铁矿物还原为金属铁有 Table 1 Main composition of the raw ore % 很大的抑制作用 Ni TFe Mgo SiO2 Al20 Cr203 MnO Cao 0 镍回收率 1.2835.026.9417.915.742.210.860.23 7 镍品位 A一针铁矿FOOH》 6 60 B一赤铁矿(e,O) C一蛇纹石MgSi,O,OHD) D一石英Si0) 40 铁回收率 4 6 8 10 20 硫酸钠质吊分数% 20 30 405060 70 80 0 图2硫酸钠用量对选别指标的影响 28 Fig.2 Influence of sodium sulfate dosage on the separation index 图1原矿X射线衍射谱 Fig.I X-ay diffraction patterns of the raw ore 2.2硫酸钠对铁矿物还原历程的影响 不添加硫酸钠时，将原矿与5%的煤混匀后放入 表2实验所用烟煤煤质分析（空气干燥基，质量分数） 石墨坩埚中，在1200℃下分别焙烧5、15、30和50min, Table 2 Quality analysis of the bituminous coal (dry air basis) 焙烧到规定时间后，将坩埚从马弗炉中取出，自然冷 % 却.将焙烧矿磨至-74um后进行X射线衍射分析， 水分 灰分 挥发分 固定碳 全硫 结果见图3. 13.00 11.55 27.15 47.70 0.60 从图3可以看到，不添加硫酸钠时，焙烧5min铁高恩霞等: 硫酸钠对高铁型红土镍矿中铁矿物还原的抑制机理 剂中，Na2 SO4 对 铁 矿物还原的抑制效果最为显 著［10--11］． Li 等［12］发现添加 Na2 SO4能够提高含镍硅酸 盐的反应活性并在直接还原过程形成 FeS，通过形成 低熔点的 Fe--FeS 共熔体使镍铁颗粒长大． Lu 等［13］认 为 Na2 SO4能够在直接还原过程中促进硅酸盐矿物的 晶格转变和 H2的利用率，并形成 FeS 促进金属颗粒长 大． Jiang 等［14］主要研究 Na2 SO4可能会在焙烧体系中 发生的反应，提出 Na2 SO4通过形成 Na2 S 或者 NaO 和 S 起到选择性还原的作用，并通过形成 FeS 促进镍铁颗 粒的聚集长大． 以前针对硫酸钠的研究重点多为 FeS 对铁颗粒长大的促进作用和钠盐对硅酸盐矿物反应活 性的提高，而对添加硫酸钠后体系液相的变化和其对 铁矿物还原的影响研究较少． 本文详细研究添加硫酸 钠后焙烧体系中液相的形成过程及其对铁矿物还原的 抑制机理． 1 实验材料与方法 1. 1 实验材料 实验所用试样为来自东南亚的某红土镍矿( 以下 称为原矿) ，其主要元素分析见表 1，X 射线衍射分析 结果见图 1． 原矿中铁质量分数高达 35. 02% ，属高铁 型红土镍矿． 主要铁矿物为针铁矿和赤铁矿，其他主 要矿物为蛇纹石和石英． 实验所用还原剂为烟煤，添 加剂硫酸钠的品级为分析纯． 所用烟煤的煤质分析结 果见表 2． 表 1 原矿主要成分( 质量分数) Table 1 Main composition of the raw ore % Ni TFe MgO SiO2 Al2O3 Cr2O3 MnO CaO 1. 28 35. 02 6. 94 17. 91 5. 74 2. 21 0. 86 0. 23 图 1 原矿 X 射线衍射谱 Fig． 1 X-ray diffraction patterns of the raw ore 表 2 实验所用烟煤煤质分析( 空气干燥基，质量分数) Table 2 Quality analysis of the bituminous coal ( dry air basis) % 水分 灰分 挥发分 固定碳 全硫 13. 00 11. 55 27. 15 47. 70 0. 60 1. 2 实验方法 直接还原—磁选实验将原矿与煤、硫酸钠按一定 质量比混匀后装入石墨坩埚，然后放入升到指定温度 的马弗炉中进行还原焙烧． 焙烧产物经自然冷却后进 行磨矿、磁选得到最终镍铁产品． 主要实验设备有 SX-- 10--13 马弗炉、ＲK/BK 三辊四筒智能棒磨机和 CXG--99 磁选管． X 射线衍射分析所用设备为日本理学 Ｒigaku--ＲA 高功率旋转阳极 X 射线衍射仪( 12 kW) ，辐射源为 Cu Kα ( 波长 λ = 0. 15418 nm) ，步长 为 0. 02°，扫 描 范 围 10° ～ 90°，扫 描 速 度 5°·min － 1，电压 40 kV，电 流 150 mA，常温下进行． 扫描电镜和能谱分析分析设备为德 国卡尔蔡司 EVO18 扫描电镜及 Bruke XFlash Detector 5010 能谱分析仪． 2 实验结果 2. 1 硫酸钠对试样直接还原--磁选效果的影响 首先进行直接还原--磁选实验，查明添加硫酸钠 是否能够抑制本试样中铁矿物的还原． 根据以前的研 究经验［7--8］，在煤质量分数为 5% 、焙烧温度 1200 ℃ 和 焙烧时间 50 min 的焙烧条件下进行硫酸钠用量实验， 实验结果如图 2 所示． 由图 2 可知，当硫酸钠的质量 分数从 0 增 加 到 10% 时，铁 的 回 收 率 下 降 明 显，从 61. 75% 降 低 到 24. 19% ，镍 的 品 位 明 显 提 高，从 3. 07% 提高到 7. 85% ，镍回收率没有明显变化． 实验 结果表明，添加硫酸钠确实对铁矿物还原为金属铁有 很大的抑制作用． 图 2 硫酸钠用量对选别指标的影响 Fig． 2 Influence of sodium sulfate dosage on the separation index 2. 2 硫酸钠对铁矿物还原历程的影响 不添加硫酸钠时，将原矿与 5% 的煤混匀后放入 石墨坩埚中，在 1200 ℃下分别焙烧 5、15、30 和 50 min， 焙烧到规定时间后，将坩埚从马弗炉中取出，自然冷 却． 将焙烧矿磨至 － 74 μm 后进行 X 射线衍射分析， 结果见图 3． 从图 3 可以看到，不添加硫酸钠时，焙烧 5 min 铁 · 557 ·