摘  要  對(duì)某低品位腐殖土型紅土鎳礦（鎳和鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 1.01%和 15.72%）進(jìn)行壓塊—還原焙燒—磁選試驗(yàn)，研究還原溫度、還原時(shí)間、復(fù)合添加劑用量和預(yù)熱溫度對(duì)鎳和鐵回收效果的影響。研究結(jié)果表明：在堿度（即CaO與SiO2質(zhì)量比）為0.2、復(fù)合添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 14%、預(yù)熱溫度為 900 ℃、預(yù)熱時(shí)間為 15 min、還原溫度為1250 ℃、還原時(shí)間為35 min、煤與礦質(zhì)量比為2.7、磨礦細(xì)度小于0.074 mm 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（95±4）%、磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為 131.34 kA/m 的條件下，獲得鎳和鐵品位分別為4.22%和69.75%的鎳精礦，鎳和鐵回收率分別為 92.22%和 85.73%；適宜的預(yù)熱制度有利于團(tuán)塊中鎳、鐵的富集；復(fù)合添加劑促進(jìn)了鎳鐵晶粒的聚集、長(zhǎng)大，提高了鎳、鐵回收效果。

關(guān)鍵詞  腐殖土型紅土鎳礦  直接還原  復(fù)合添加劑  鎳精礦

Study on DirectReduction-Magnetic 

Separation to Concentrate Nickel from Low Grade Laterite Ore

PAN Jian, TIAN Hongyu, ZHU Deqing

School of Minerals Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083, China

Abstract  The enrichment of Ni from a low-grade saprolite laterite assaying with 1.01% Ni and 15.72% Fe was studied through briquetting—reduction—magnetic separation process and the effects of reduction temperature, reduction duration, dosage of composite additive, preheating temperature on the recovery of Ni and Fe were examined to optimize the process. The results show that nickel concentrate with 4.22% Ni and 69.75% Fe was achieved with recoveries of 92.22% and 85.73% for Ni and Fe respectively at the following conditions: basicity （mass ratio of CaO to SiO2） 0.2, dosage of composite additive 14%, preheating at 900℃ for 15 min, reduction at 1 250 ℃ for 35 min, mass ratio of coal to ore 2.7, grinding fineness of （95±4）% passing 0.074 mm and magnetic intensity of 131.34 kA/m, the enrichment of Ni and Fe is improved by preheating the briquettes of laterite ores. The composite additive can promote the growth of ferro-nickel grains, enhance the separation process and improve the recovery of Ni and Fe. 

Key words  saprolite laterite; direct reduction; composite additive; nickel concentrate.

鎳由于具有抗蝕性能強(qiáng)、耐熱性好等特點(diǎn)在不銹鋼、特殊合金鋼等多種領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用[1]。它的礦物資源主要有巖漿型硫化鎳礦和風(fēng)化型氧化鎳礦（大 部分為紅土鎳礦）兩大類(lèi)，

大約70wt.%的鎳資源量存在于紅土鎳礦中[2-3]，而現(xiàn)在全世界大約55wt.%的鎳產(chǎn)品是從硫化礦中提取出來(lái)的[3]。隨著鎳需求量增長(zhǎng)及原生硫化鎳資源減少，以及開(kāi)發(fā)利用紅土鎳礦還具有勘查和采礦成本低、選冶工藝漸趨成熟、運(yùn)輸方便等優(yōu)勢(shì)[4]，如何有效地利用紅土鎳礦日益受 到人們的重視。紅土鎳礦是由含有鐵、鎂、硅礦物的 超基性巖長(zhǎng)期風(fēng)化形成的[3]，由于鎳含量較低，很少出現(xiàn)鎳的獨(dú)立礦物，其礦床一般分為3層[5-7]：上層是褐鐵礦層，其中常含有較多的針鐵礦，這層礦石鐵、鈷含量高，硅、鎂、鎳含量較低，宜采用還原焙燒-氨浸、加壓酸浸等濕法工藝處理；下層是腐殖土層（硅鎂鎳礦層），硅和鎂含量較高，鐵和鈷含量較低，但鎳的含量較高，采用濕法工藝時(shí)酸耗大，不經(jīng)濟(jì)，適宜采用還原熔煉鎳鐵、還原硫化熔煉鎳锍等火法工藝處理，尤其是其中回轉(zhuǎn)窯預(yù)還原-電爐冶煉鎳鐵流程應(yīng)用較多；中間層是過(guò)渡層,各主要金屬含量介于上層和下層之間，火法和濕法工藝都得到應(yīng)用[8]。然而，目前得到研究和利用的主要是高品位紅土鎳礦[9-12]以及褐鐵礦型紅土鎳礦[13]；對(duì)于腐殖土型或過(guò)渡型的低品位（含鎳1%左右）紅土鎳礦，直接采用還原熔煉鎳鐵等火法工藝處理生產(chǎn)成本過(guò)高，因此，一般采用還原-磁選[14]、含硫添加劑強(qiáng)化還原-磁選或氯化離析?磁選[15]火濕法結(jié)合工藝等富集獲得高品位鎳鐵精礦，再用于后續(xù)處理。但含硫添加劑或氯化劑的使用容易造成環(huán)境污染，不添加試劑時(shí)鎳回收效果不好。為此，本文作者以某低品位腐殖土型紅土鎳礦為原料，用煙煤作還原劑，研究其在不含氯化物和硫的復(fù)合添加劑作用下的還原?濕式磁選效果，以便為這類(lèi)紅土鎳礦的利用提供依據(jù)。

1  實(shí)驗(yàn) 

1.1  實(shí)驗(yàn)原料

1.1.1  紅土鎳礦 

紅土鎳礦化學(xué)組成所示?？梢?jiàn)：其鎳和鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，而硅和鎂較高，為低鐵高硅鎂的腐殖土型低品位紅土鎳礦。紅土鎳礦X線(xiàn)衍射所示。由可知：原礦的主要礦物為褐鐵礦（Fe2O3?nH2O）、石英（SiO2）、蛇紋石（Mg6[Si4O10]（OH）8），同時(shí)有少量的綠泥石（（R2+,R3+）6[（Si,Al）4O10]（OH）8）和滑石（Mg3[Si4O10]（OH）2） 等。其掃描電鏡分析結(jié)果?？梢?jiàn)：紅土鎳礦中褐鐵礦與石英、蛇紋石等混雜交生，嵌布粒度很小，這為鎳和鐵的富集增加了難度。

1.1.2  還原劑 

試驗(yàn)中使用的還原劑為產(chǎn)于國(guó)內(nèi)某地的煙煤，其工業(yè)分析、灰分主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別?？梢钥闯觯€原煤固定碳高、灰分低、揮發(fā)份高，是良好的還原劑。

1.1.3  其他試劑 

試驗(yàn)所用碳酸鈣為分析純?cè)噭?，?fù)合添加劑組成見(jiàn)文獻(xiàn)[16]。

1.2  實(shí)驗(yàn)方法 

試驗(yàn)采用壓團(tuán)-還原焙燒-磁選流程，所示：稱(chēng)取一定量細(xì)度為粒度小于0.074 mm 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為t63.06%的紅土鎳礦并加入一定比例的復(fù)合添加劑，通過(guò)加入碳酸鈣使混合料堿度（CaO與SiO2質(zhì)量比）為0.2（前人研究表明，添加適量的碳酸鈣[11]或氧化鈣[17]可以促進(jìn)鎳的還原），充分混勻再加一定量的水拌勻后每次稱(chēng)取2.5 g裝入高度×直徑為50 mm×11 mm 不銹鋼制壓模中以一定壓力壓成高度為16 mm的團(tuán)塊；團(tuán)塊在105 ℃烘箱干燥后，裝入剛玉坩堝并放入馬弗爐中，在設(shè)定溫度下預(yù)熱一定時(shí)間后取出剛玉坩堝并將團(tuán)塊倒出，再依次往剛玉坩堝中加入所需加煤量（煤與礦質(zhì)量比為2.7）的1/3、預(yù)熱團(tuán)塊、所需加煤量的 2/3。還原結(jié)束后，蓋煤冷卻至100 ℃以下，還原礦破碎到粒度小于0.9 mm，在球磨機(jī)（型號(hào)為 PK/ZQM，武漢洛克粉磨設(shè)備有限公司生產(chǎn)）中以50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的礦漿濃度磨礦，磨礦細(xì)度固定在粒度小于 0.074 mm 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（95±4）%；在直徑為50 mm的磁選管（型號(hào)為 XCGS，唐山宏達(dá)礦山設(shè)備研究所生產(chǎn)）中以磁場(chǎng)強(qiáng)度131.34 kA/m磁選分離，得到鎳精礦和尾礦，分別過(guò)濾、烘干、稱(chēng)質(zhì)量、化驗(yàn)，計(jì)算鎳、鐵回收率。

2  結(jié)果與討論 

2.1  還原溫度對(duì)紅土鎳礦還原焙燒?磁選的影響 

試驗(yàn)條件為：復(fù)合添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 8%，預(yù)熱溫度和時(shí)間分別為900 ℃和15 min，還原時(shí)間為80 min，磨礦粒度小于0.074 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 （95±4）%。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出：總體上精礦鎳、鐵品位以及鎳、鐵回收率均隨還原溫度的升高而提高，說(shuō)明高溫有利于鎳、鐵的還原，但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度高于到1 300 ℃時(shí)礦塊局部熔化，黏結(jié)在一起。因此，適宜的還原溫度為1 250 ℃左右，在此溫度下，精礦鎳、鐵品位及鎳、鐵回收率分別達(dá)到 4.42wt.%，73.65wt.%，83.98%和 91.12%。

2.2  還原時(shí)間對(duì)紅土鎳礦還原焙燒?磁選的影響 

試驗(yàn)條件如下：復(fù)合添加劑為8%，預(yù)熱溫度和時(shí)間分別為900 ℃和15 min，還原溫度為1 250 ℃，磨礦粒度小于0.074 mm的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（95±4）%。在此條件下，還原時(shí)間對(duì)精礦鎳、鐵品位以及鎳和鐵回收率的影響可以看出：隨著還原時(shí)間的延長(zhǎng)，精礦鎳和鐵品位不斷升高，分別從3.63wt.%和59.77wt.%提高到4.42wt.%和73.65wt.%；還原時(shí)間增大使鐵回收率不斷上升，到80 min時(shí)達(dá)到91.12%，但在35 min時(shí)就獲得較高的鎳回收率，再延長(zhǎng)還原時(shí)間提高幅度較小?？紤]到還原時(shí)間越長(zhǎng)能耗越高，適宜還原時(shí)間取35 min，此時(shí)，精礦鎳和鐵品位分別為 3.54wt.% 和 59.47wt.%，鎳和鐵回收率分別為85.19%和86.37%。

2.3  復(fù)合添加劑用量對(duì)紅土鎳礦還原焙燒?磁選的影響 

試驗(yàn)條件如下：預(yù)熱溫度和時(shí)間分別為900 ℃和15 min，還原溫度為1 250 ℃，還原時(shí)間為 35 min，磨礦粒度小于0.074 mm所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（95±4）%。試驗(yàn)結(jié)果可以看出：隨著復(fù)合添加劑加入量由2wt.%增加到14wt.%，精礦鎳、鐵品位不斷提高，分別從2.74wt.%和50.95wt.%提高到4.22wt.%和69.75wt.%；鎳回收率總體也呈上升趨勢(shì)，而鐵回收率先上升較快后趨于平緩。這說(shuō)明較多的添加劑促進(jìn)了鎳和鐵的還原及其富集。從圖7可以看出：較高的復(fù)合添加劑加入量有利于鎳鐵晶粒的聚集和長(zhǎng)大；當(dāng)復(fù)合添加劑加入量為2wt.%時(shí)，只有個(gè)別鎳鐵顆粒粒度接近50 μm；當(dāng)添加劑加入量達(dá)到14wt.%時(shí)，還原礦中出現(xiàn)了粒度大于500μm的鎳鐵顆粒：因此，在一定范圍內(nèi)，增加復(fù)合添加劑用量有利于后續(xù)磨礦-磁選對(duì)鎳和鐵的回收。

2.4  預(yù)熱溫度對(duì)紅土鎳礦還原焙燒?磁選的影響 

試驗(yàn)條件如下：復(fù)合添加劑為14wt.%，預(yù)熱時(shí)間為15 min，還原溫度為1250 ℃，還原時(shí)間為35 min，磨礦粒度小于 0.074 mm 所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（95±4）%。試驗(yàn)結(jié)果所示。可以看出：隨著團(tuán)塊預(yù)熱溫度從800 ℃上升到1100 ℃，精礦鎳、鐵品位呈不斷增加趨勢(shì)，而鎳和鐵回收率在900 ℃達(dá)到最大值，然后下降；紅土鎳礦中的蛇紋石脫水生成的鎂橄欖石在800~900 ℃發(fā)生再結(jié)晶[18]，此時(shí)活性較大，容易與添加劑反應(yīng)，促進(jìn)以硅酸鹽形式的鎳和鐵釋放出來(lái)，提高回收效果。當(dāng)預(yù)熱溫度過(guò)高時(shí)，鎳和鐵回收率下降，可能是因?yàn)檩^高的預(yù)熱溫度使團(tuán)塊中的低熔點(diǎn)硅酸鹽在預(yù)熱過(guò)程中發(fā)生軟熔，甚至出現(xiàn)一些液相，阻礙了后續(xù)還原過(guò)程中還原氣體在紅土鎳礦團(tuán)塊中的擴(kuò)散，降低了還原效果：因此，適宜的預(yù)熱溫度為 900 ℃左右，此時(shí)，精礦鎳和鐵品位分別為4.22wt.%和 69.75wt.%，鎳和鐵回收率分別為92.22%和85.73%。經(jīng)掃描電鏡?能譜分析，在最佳試驗(yàn)條件下還原礦的主要礦物組成是鎳鐵合金、鎂橄欖石、石英等物質(zhì)?？梢?jiàn)：褐鐵礦還原出來(lái)的金屬鐵與鎳結(jié)合成為鎳鐵合金；蛇紋石經(jīng)反應(yīng)后變成鎂橄欖石；而部分石英未參與反應(yīng)，這與文獻(xiàn)[9]中的結(jié)果一致。

3  結(jié)論 

（1）紅土鎳礦樣品的鎳和鐵品位低，為低鐵高硅鎂的腐殖土型低品位紅土鎳礦，主要礦物石英、蛇紋石和褐鐵礦等的嵌布粒度很小。

（2）在堿度為0.2、復(fù)合添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%、預(yù)熱溫度和時(shí)間分別為900 ℃和15 min，還原溫度為1250 ℃、還原時(shí)間為 35 min、煤與礦質(zhì)量比為 2.7、磨礦礦漿濃度為50%、磨礦粒度低于0.074 mm所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（95±4）%、磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為131.34 kA/m 的條件下，獲得鎳和鐵品位分別為4.22%和69.75%的鎳精礦，鎳和鐵回收率分別為92.22%和85.73%。

（3）適宜的預(yù)熱制度對(duì)紅土鎳礦鎳和鐵富集有利；復(fù)合添加劑促進(jìn)了鎳鐵晶粒的長(zhǎng)大，有利于磨礦、磁選過(guò)程中鎳鐵與雜質(zhì)的分離，提高了鎳和鐵回收率。

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