第5期 郭亚光等：红土镍矿选择性还原一熔分制备镍铁合金 ·585· 目前，国内外对红土镍矿的处理工艺主要有两 炉治炼镍铁合金工艺相比，电耗和原材料消耗显著 种：火法和湿法.湿法工艺有高压酸浸法、氨浸法和 降低：与回转窑一电炉治炼工艺相比，预还原过程具 常压酸浸法-0；火法工艺有回转窑一电炉熔炼工 有还原率高、操作方便、效率高、可降低能源消耗、原 艺、竖炉一电炉治炼工艺、鼓风炉治炼工艺等.火法 料范围更广等特点. 治炼镍铁主要采用回转窑一电炉(RKEF)冶炼工艺， 本文以低品位红土镍矿为原料，对转底炉一电 此工艺技术可靠、工艺成熟，但对原料要求较高，矿 炉流程采用选择性还原一熔分工艺处理红土镍矿生 热炉对入炉原料要求镍高铁低1一.笔者对转底 产镍铁合金过程进行了实验室实验，采用快速升温 炉一电炉流程采用选择性还原一熔分工艺处理红土 箱式电炉制备红土镍矿金属化球团，并对其进行高 镍矿生产镍铁合金的过程进行了深入探索.该工艺 温熔融分离制备镍铁合金珠铁，研究了选择性还原一 流程利用转底炉将红土镍矿含碳球团进行选择性还 熔分制备镍铁合金的影响因素及最佳工艺参数 原而得到金属化球团，此金属化球团具有镍还原率 1 实验原料及流程 高而铁还原率较低的特点.将得到的金属化球团热 装热送至电炉，熔融分离得到高品位镍铁合金：利 1.1实验原料 用转底炉排出的900~1100℃的烟气对助燃空气及 实验所用矿物、还原煤和石灰石均来源于印度 燃气进行预热以期达到提高转底炉内温度和降低能 尼西亚，其中红土镍矿属于硅镁型，其成分如表1 源消耗的目的.此工艺与不经过转底炉预还原的电 所示. 表1红土镍矿的主要化学成分（质量分数） Table 1 Main chemical composition of the nickel laterite ore % G TFe Cr AL203 Si02 Ca0 Mgo 灼减 Co 1.89 23.00 0.64 3.36 29.10 0.77 16.20 13.70 0.0340 0.01 0.0370 图1为红土镍矿的X射线衍射谱.红土镍矿物 表3实验用石灰石主要化学成分（质量分数） 相复杂，主要有蛇纹石(Mg,Fe,Ni),Si2O,（OH)、尖 Table 3 Main chemical composition of limestone samples 晶石(Mg,Fe,Zn,Mn）（Al,Cr,Fe)2O,、滑石 Si02Al203Fc20gMg0Ca0P205烧蚀量 Mg[Si,0o](OH)2、赤铁矿Fez03、磁铁矿Fe,0,、角 1.111.09 0.211.3953.420.033042.850.0180 闪石(Ca,Na)2-3(Mg2+,Fe2+,Fe3+,A3+)sAl, 1.2选择性还原热力学分析 Si)02](OH),和石英SiO2,其中镍主要赋存于蛇 表4所示为还原反应过程中主要反应及相关热 纹石中，利用传统选矿方法无法有效进行镍的富集 力学数据.由表4和图2分析可知，与还原铁氧化 700 蛇纹石 物相比，还原镍氧化物所需的温度及还原势要低得 600 。一尖品石 多的.为达到选择性还原、获得理想产物的目的， 一滑石 500 4一赤铁矿 要求还原尽可能多的镍氧化物，而铁氧化物按需求 400 ?一磁铁矿 一角闪石 进行还原，通常采取减少还原剂加入量或降低焙烧 300 一石英 温度的方法，以达到红土镍矿中绝大部分镍氧化物 200 还原成金属镍，部分铁氧化物还原为金属铁的目的 100 经过高温熔融一渣铁分离形成镍品位较高的镍铁合 20 40 60 80 100 金，剩余的铁氧化物还原为低价的FO,与渣中的 图1红土镍矿X射线衍射图谱 Si0,等物质结合生成炉渣.根据表4中反应式(5) Fig.1 XRD pattern of the nickel laterite ore 和(6)的计算可知，加入Ca0可使Fe,SiO,的开始还 表2所示为煤的化学成分，表3所示为石灰石 原温度由1036.7K下降到757.4K 化学成分 1.3研究方法 表2煤的工业分析及化学成分（质量分数） 采用转底炉一矿热炉工艺进行实验研究.为得 Table 2 Industrial analysis and composition of the coal 到高品位镍铁合金，进行选择性还原，通过改变配碳 水分 固定碳 挥发分 灰分 量、碱度等实验条件，进行四因素三水平正交试验制 4.67 45.28 48.56 1.30 0.10 备金属化球团，将金属化球团在1500℃下熔融分离第 5 期 郭亚光等: 红土镍矿选择性还原--熔分制备镍铁合金 目前，国内外对红土镍矿的处理工艺主要有两 种: 火法和湿法． 湿法工艺有高压酸浸法、氨浸法和 常压酸浸法［8--10］; 火法工艺有回转窑--电炉熔炼工 艺、竖炉--电炉冶炼工艺、鼓风炉冶炼工艺等． 火法 冶炼镍铁主要采用回转窑--电炉( ＲKEF) 冶炼工艺， 此工艺技术可靠、工艺成熟，但对原料要求较高，矿 热炉对入炉原料要求镍高铁低［11--14］． 笔者对转底 炉--电炉流程采用选择性还原--熔分工艺处理红土 镍矿生产镍铁合金的过程进行了深入探索． 该工艺 流程利用转底炉将红土镍矿含碳球团进行选择性还 原而得到金属化球团，此金属化球团具有镍还原率 高而铁还原率较低的特点． 将得到的金属化球团热 装热送至电炉，熔融分离得到高品位镍铁合金． 利 用转底炉排出的 900 ～ 1100 ℃的烟气对助燃空气及 燃气进行预热以期达到提高转底炉内温度和降低能 源消耗的目的． 此工艺与不经过转底炉预还原的电 炉冶炼镍铁合金工艺相比，电耗和原材料消耗显著 降低; 与回转窑--电炉冶炼工艺相比，预还原过程具 有还原率高、操作方便、效率高、可降低能源消耗、原 料范围更广等特点． 本文以低品位红土镍矿为原料，对转底炉--电 炉流程采用选择性还原--熔分工艺处理红土镍矿生 产镍铁合金过程进行了实验室实验，采用快速升温 箱式电炉制备红土镍矿金属化球团，并对其进行高 温熔融分离制备镍铁合金珠铁，研究了选择性还原-- 熔分制备镍铁合金的影响因素及最佳工艺参数． 1 实验原料及流程 1. 1 实验原料 实验所用矿物、还原煤和石灰石均来源于印度 尼西亚，其中红土镍矿属于硅镁型，其成分如表 1 所示． 表 1 红土镍矿的主要化学成分 ( 质量分数) Table 1 Main chemical composition of the nickel laterite ore % Ni TFe Cr Al2O3 SiO2 CaO MgO 灼减 S P Co 1. 89 23. 00 0. 64 3. 36 29. 10 0. 77 16. 20 13. 70 0. 0340 0. 01 0. 0370 图 1 为红土镍矿的 X 射线衍射谱． 红土镍矿物 相复杂，主要有蛇纹石( Mg，Fe，Ni) 3 Si2O5 ( OH) 4、尖 晶石 ( Mg，Fe，Zn，Mn ) ( Al，Cr，Fe ) 2 O4、滑 石 Mg3［Si4O10］( OH) 2、赤铁矿 Fe2O3、磁铁矿Fe3O4、角 闪石( Ca，Na) 2 ～ 3 ( Mg2 + ，Fe2 + ，Fe3 + ，Al3 + ) 5 ［( Al， Si) 8O22］( OH) 2和石英 SiO2，其中镍主要赋存于蛇 纹石中，利用传统选矿方法无法有效进行镍的富集． 图 1 红土镍矿 X 射线衍射图谱 Fig． 1 XＲD pattern of the nickel laterite ore 表 2 所示为煤的化学成分，表 3 所示为石灰石 化学成分． 表 2 煤的工业分析及化学成分( 质量分数) Table 2 Industrial analysis and composition of the coal % 水分 固定碳 挥发分 灰分 S 4. 67 45. 28 48. 56 1. 30 0. 10 表 3 实验用石灰石主要化学成分( 质量分数) Table 3 Main chemical composition of limestone samples % SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO P2O5 烧蚀量 S 1. 11 1. 09 0. 21 1. 39 53. 42 0. 0330 42. 85 0. 0180 1. 2 选择性还原热力学分析 表 4 所示为还原反应过程中主要反应及相关热 力学数据． 由表 4 和图 2 分析可知，与还原铁氧化 物相比，还原镍氧化物所需的温度及还原势要低得 多［15］． 为达到选择性还原、获得理想产物的目的， 要求还原尽可能多的镍氧化物，而铁氧化物按需求 进行还原，通常采取减少还原剂加入量或降低焙烧 温度的方法，以达到红土镍矿中绝大部分镍氧化物 还原成金属镍，部分铁氧化物还原为金属铁的目的． 经过高温熔融--渣铁分离形成镍品位较高的镍铁合 金，剩余的铁氧化物还原为低价的 FeO，与渣中的 SiO2等物质结合生成炉渣． 根据表 4 中反应式( 5) 和( 6) 的计算可知，加入 CaO 可使 Fe2 SiO4的开始还 原温度由 1036. 7 K 下降到 757. 4 K． 1. 3 研究方法 采用转底炉--矿热炉工艺进行实验研究． 为得 到高品位镍铁合金，进行选择性还原，通过改变配碳 量、碱度等实验条件，进行四因素三水平正交试验制 备金属化球团，将金属化球团在 1500 ℃ 下熔融分离 · 585 ·