28 北京科技大学学报 第35卷 于红土镍矿的成分复杂、矿石性质多变迥异，目前 计价，且镍铁中铁不计入价格的定价方式，因此采 研究表明，采用火法治金工艺处理红土镍矿制取镍 用选择性还原红土镍矿中含镍矿物，而控制铁矿物 铁产品是最有效方法，但火法冶金过程中的相变转 的还原，可提高镍铁产品中镍富集比，实现镍产品 化影响着镍铁产品的富集回收，因此研究相变转化 的最大经济效益.针对镍铁选择性还原焙烧过程中 对综合回收红土镍矿中镍、铁资源具有重要的指导 的相变转化研究较少，制约了红土镍回收镍工艺 意义 技术的发展，特别是低镍高铁红土镍矿资源的回收 针对以上问题，近年来国内外学者对褐铁矿型 利用 和腐岩型含镍红土矿提镍工艺进行了深入研究.李 在文献17中以Ni品位1.49%，Fe品位34.69% 新海等3！研究了红土镍矿氯化离析过程中相转变 对镍回收的影响规律，得出氯化离析过程中含铁矿 的红土镍矿为研究对象考察了不同煤种类及添加 剂的选择性还原红土镍矿回收高镍品位镍铁产品 物被还原转化成浮氏体相，并与熔融的硅酸镁反应 的试验研究，以烟煤为还原剂，NCS为添加剂， 生成富铁橄榄石相，破坏了硅酸镁晶格，从而提 在1200℃下焙烧磁选得到镍铁产品中Ni品位 高了硅酸镁中镍的活性；但该工艺存在环境污染问 题，并未得到工业应用.Vaix等4-列采用硫化焙 为9.51%，Ni回收率为84.04%，镍铁回收率差为 54.49%，,实现了镍的选择性还原.研究发现添加剂 烧浸出工艺处理红土镍矿，研究了添加硫化剂在 NCS及焙烧温度对红土镍矿中镍的选择性还原有 还原焙烧过程红士镍矿的相变转化，结果表明焙烧 关键的影响，但文献仅进行了提镍工艺研究，并未 过程中蛇纹石脱羟基熔融为非晶态的硅酸镁，然后 重结晶为铁镁橄榄石：此研究结果对后续湿法浸出 对焙烧过程中的矿物相变进行详细的研究.因此， 本文对不同焙烧温度及时间条件下选择性还原焙烧 工艺提镍有指导意义.Rhamdhani等6-刊研究了低 过程中镍铁矿物的相变转化进行了研究，后续采用 温焙烧浸出工艺回收镍过程中红土镍矿的结构变 磁选分离验证相变转化对选择性还原影响的效果 化、相变以及焙烧过程中的反应热力学；该工艺流 程复杂，对环境污染大，仅能实验室完成.吕学伟 1试样性质及研究方法 等8：和Huag等9，分析了红土镍矿在脱羟基反应 试样为含Ni品位1.49%、Fe品位34.69%的低 过程中的相变转化，发现焙烧过程中红土镍矿熔融 镍高铁红土镍矿，由于试样水分较高，因此在制备 烧结，且黏接相主要是辉石(MgFeSi2.Os)和镁方铁 矿(Mg(Ni)Fe2O4):而Wang等1o则认为铁镁橄榄 试样前需要先把试样烘干后再进行破碎、筛分以及 石(Mg,Fe)2SiO4和铁镁尖晶石(MgFe2O4)为主要 缩分.化学物相分析表明，镍在氧化物、硫化物和 黏结物相.Chang等l2)得出1000℃恒温微波加热 硅酸盐矿物中的质量分数分别为3.22%、0.81%和 95.97%,可见镍主要分布在硅酸盐中 过程中红土镍矿中针铁矿逐渐还原转化成赤铁矿、 磁铁矿和浮氏体相，并随还原气氛增强出现镍铁合 试样的X射线衍射分析图见图1.分析结果表 金相.Zhu等2采用选择性还原焙烧处理低品位红 明，试样中含镍矿物主要为镍纤蛇纹石，含铁的矿 土镍矿，分析了焙烧过程中红土镍矿的相转变，结 物主要为针铁矿和赤铁矿，另外硅酸盐矿物主要为 果表明含镍矿物主要被还原成y-Fe-Ni富集在金属 利蛇纹石和纤蛇纹石 相中，而蛇纹石与添加剂反应转化成橄榄石相，但 红土镍矿选择性还原焙烧温度试验步骤如下： 磁选所得镍铁产品中N品位偏低仅为6.0%，回收 称取40g试样，还原剂和添加剂NCS的质量分别 率92.1%.及亚娜等3-16采用选择性还原焙烧-磁 占原矿质量的2%和7%，将三者混匀倒入石墨坩埚 选工艺制取镍铁产品，研究了不同还原剂对某低镍 中，密封后置于箱式电阻炉(KSY-12-16型)中，进 低铁(Ni品位为1.78%，Fe品位为18%)红土镍矿 行恒温焙烧50mi.依次设置五组焙烧温度对照实 选择性还原焙烧过程中相变转化的影响，结果表明 验，分别为1050、1100、1150、1200和1250℃.焙 焙烧过程中蛇纹石相转化为富铁橄榄石相，镍、铁 烧时间实验步骤同上，在1200℃条件下设置四组 矿物先以镍纹石形式存在，但随着还原气氛增加， 焙烧时间对照实验，依次为5、10、30和50mim 逐渐变为铁含量高的铁纹石相，导致选择性还原效 X射线衍射分析(XRD)和电子显微镜观察试 果变差.从以上文献研究得出，火法提镍工艺是目 样制备过程如下：取不同焙烧条件下的焙烧矿，一 前红土镍矿处理工艺的研究热点，但以上研究中的 半在振动磨样机上制取粉末样品进行X射线衍射 红土镍矿试样均为镍品位相对较高而铁品位较低 分析，研究不同矿物相变转化过程；另一半制取磨 另外，当前镍铁产品实行镍品位大于2%时以镍点 片并喷碳，用扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)观北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 于红土镍矿的成分复杂 、矿石性质多变迥异 , 目前 研究表 明, 采用火法冶金工艺处理红土镍矿制取镍 铁产品是最有效方法, 但火法冶金过程 中的相变转 化影响着镍铁产品的富集回收 , 因此研究相变转化 对综合回收红土镍矿中镍 、铁资源具有重要的指导 意义 针对 以上 问题 , 近年来国内外学者对褐铁矿型 和腐岩型含镍红土矿提镍工艺进行 了深入研究 李 新海等 研 究了红土镍矿 氯化离析过程 中相转变 对镍回收的影响规律, 得出氯化离析过程中含铁矿 物被还原转化成浮氏体相, 并与熔融 的硅酸镁反应 生成 富铁橄 榄石相 , 破坏 了硅 酸镁晶格 , 从而提 高 了硅酸镁中镍 的活性 但该工艺存在环境污染 问 题 , 并未得到工业应用 等 一 采用硫化焙 烧一浸 出工艺处理红土镍矿 , 研究 了添加硫化剂在 还原焙烧过程红土镍矿的相变转化 , 结果表明焙烧 过程中蛇纹石脱轻基熔融为非晶态的硅酸镁 , 然后 重结晶为铁镁橄榄石 此研究结果对后续湿法浸出 工艺提镍有指导意义 等 一 研究了低 温焙烧一浸 出工艺回收镍过程中红土镍矿 的结构变 化 、相变 以及焙烧过程中的反应热力学 该工艺流 程复杂, 对环境污染大, 仅能实验室完成 吕学伟 等 和 等叫 分析了红土镍矿在脱轻基反应 过程中的相变转化, 发现焙烧过程 中红土镍矿熔 融 烧结, 且豁接相主要是辉石 。 和镁方铁 矿 而 等 '。则认为铁镁橄榄 石 , 和铁镁尖 晶石 为主要 乳结物相 等 川 得出 ℃恒温微波加热 过程中红土镍矿中针铁矿逐渐还原转化成赤铁矿 、 磁铁矿和浮氏体相 , 并随还原气氛增强出现镍铁合 金相 等 ` 采用选择性还原焙烧处理低 品位红 土镍矿 , 分析了焙烧过程 中红土镍矿 的相转变, 结 果表 明含镍矿物主要被还原成 乍 一 富集在金属 相中, 而蛇纹石与添加剂反应转化成橄榄石相, 但 磁选所得镍铁产 品中 品位偏低仅为 , 回收 率 及亚娜等 `“一`“ 采用选择性还原焙烧 一磁 选工艺制取镍铁产品, 研究 了不同还原剂对某低镍 低铁 品位为 , 品位 为 红土镍矿 选择性还原焙烧过程中相变转化的影响, 结果表 明 焙烧过程 中蛇纹石相转化为富铁橄榄石相 , 镍 、铁 矿物先 以镍纹石形式存在 , 但随着还原气氛增加 , 逐渐变为铁含量高的铁纹石相 , 导致选择性还原效 果变差 从以上文献研究得出, 火法提镍工艺是 目 前红土镍矿处理工艺的研究热点 , 但以上研究中的 红土镍矿试样均为镍 品位相对较高而铁 品位较低 另外, 当前镍铁产品实行镍品位大于 时 以镍点 计价, 且镍铁中铁不计入价格的定价方式, 因此采 用选择性还原红土镍矿 中含镍矿物 , 而控制铁矿物 的还原 , 可提高镍铁产品中镍富集比, 实现镍产品 的最大经济效益 针对镍铁选择性还原焙烧过程中 的相变转化研究较少 , 制约了红土镍矿回收镍工艺 技术的发展 , 特别是低镍高铁红土镍矿资源 的回收 利用 在文献 中以 品位 , 品位 的红土镍矿 为研 究对象考察 了不 同煤种类及添加 剂 的选择 性还原红土镍矿 回收高镍品位 镍铁产品 的试验研究 , 以烟 煤为还 原剂 , 为添加剂 , 在 ℃下焙烧 磁选得到镍铁产 品中 品位 为 , 回收率为 , 镍铁回收率差为 , , 实现 了镍的选择性还原 研 究发现添加剂 及焙烧温度对 红土镍矿 中镍 的选择性还原有 关键的影 响, 但文献仅进 行了提镍工 艺研究, 并未 对焙烧过程 中的矿物相变进 行详细的研 究 因此 , 本文对不同焙烧温度及时间条件下选择性还原焙烧 过程中镍铁矿物的相变转化进行了研究, 后续采用 磁选分离验证相变转化对选择性还原影响的效果 试样性质及研究方法 试样为含 品位 、 品位 的低 镍 高铁红土镍矿 由于试样水分较高, 因此在制备 试样前需要先把试样烘干后再进行破碎 、筛分以及 缩分 化学物相分析表明, 镍在氧化物 、 硫化物和 硅酸盐矿物 中的质量分数分别 为 咒 、 和 , 可见镍主要分布在硅酸盐中 试样的 射线衍射分析图见图 分析结果表 明, 试样中含镍矿物主要为镍纤蛇纹石, 含铁的矿 物主要为针铁矿和赤铁矿 , 另外硅酸盐矿物主要为 利蛇纹石和纤蛇纹石 红土镍矿选择性还原焙烧温度试验步骤如下 称取 试样 , 还原剂和添加剂 的质量分别 占原矿质量的 和 , 将三者混匀倒入石墨柑祸 中, 密封后置于箱式 电阻炉 一 一 型 中, 进 行恒温焙烧 依次设置五组焙烧温度对照实 验 , 分 别 为 、 、 、一 和 焙 烧时间实验步骤同上 , 在 ℃条件下设置四组 焙烧时间对照实验, 依次为 、 、 和 , 射线衍射分析 和电子显微镜观察试 样制备过程如下 取不 同焙烧条件下的焙烧矿 , 一 半在振动磨样机上制取粉末样品进行 射线衍射 分析 , 研究不同矿物相变转化过程 另一半制取磨 片并喷碳 , 用扫描 电镜 及能谱分析 观