紅土鎳礦還原焙燒-磁選工藝實驗研究

紅土鎳礦是鎳的主要來源，鎳礦以其自身優勢被廣泛應用于各生產行業，某冶煉廠在回轉窯中采用還原焙燒-磁選工藝制備鎳鐵合金，被認為是目前較經濟、效能高的處理紅土鎳礦的方法，但是該方法其還原焙燒溫度仍高達1450~1500℃。為了降低能耗，本文采用氣基CO還原，排除煤的種類及灰分對還原焙燒過程的影響。為還原焙燒-磁選工藝在降低能耗、成本及工藝的改進方面提供了一種新方法。

一、實驗部分

1、原料與試劑

實驗所用紅土鎳礦來自印度尼西亞。本文選用的添加劑均為分析純，一氧化碳為還原氣體，二氧化碳為配合氣體，氮氣為載氣。

該紅土鎳礦中鎳、鐵品位僅為1.34%、25.38%；在原礦中以硅酸鹽形式存在的Ni質量分數為1.11%，占全鎳質量的82.83%，而以簡單氧化鎳形式存在的Ni質量分數為0.12%，占全鎳質量的8.96%。可見，該礦樣中絕大部分鎳賦存于復雜硅酸鹽物相中，屬于典型的低品位硅鎂型紅土鎳礦。原礦中主要礦物組成是利蛇紋石，針鐵礦及少量的赤鐵礦。

2、實驗流程

將紅土鎳礦原礦烘干后磨細至粒徑小于0.15mm占90%以上，然后與添加劑按一定質量比混合均勻，加適量蒸餾水捏合，擠條成型（ｄ＝3mm），置于烘箱中35℃干燥，制成Ф3mm×3mm柱狀顆粒備用。

稱取10g左右樣品置于陶瓷管中央，其余部分填滿瓷環（與樣品接觸處用石英棉填充），避免樣品坍塌。之后置于箱式電阻爐（SＫ-8-13型）內，程序控制升溫達到指定溫度后，通入一定體積比的CO/混合氣，氣體流速控制為200ｍL/ｍin。反應結束后，通入氮氣保護，冷卻至室溫，得到還原焙燒礦。將還原焙燒礦磨細后經濕式磁選機磁選分離，得到鎳鐵精礦。

二、還原條件的影響

固定還原產物磁選條件，磁場強度0.15T，磨礦時間1.5ｍin，ｗ（Na2S2O3）為20%，總氣量為200ｍL/ｍin，考察不同還原溫度、時間及還原氣體積比對鎳鐵富集的影響。

1、還原溫度對鎳鐵富集的影響

還原時間為60ｍin，還原氣氛Ｖ（CO）/Ｖ（CO2）為8/2的條件下，考察還原溫度對鎳鐵富集的影響。隨著還原溫度的升高，磁選精礦中鎳品位從800℃時的2.58%上升到了1100℃的7.62%，鐵的品位隨著溫度的升高變化不大；鎳鐵回收率均有下降，鐵回收率下降幅度較大，在1100℃時鎳鐵回收率差達到大值，47.10%.可以看出，升高溫度能夠改善鎳鐵富集及分選的效果。

2、還原時間對鎳鐵富集的影響

還原溫度為1100℃，還原氣氛Ｖ（CO）/Ｖ（CO2）為8/2的條件下，考察還原時間對鎳鐵富集的影響。在還原時間達到60ｍin時，鎳品位達到高值，為7.62%，鎳回收率在60ｍin后其提升幅度很小；鐵品位隨著時間的延長幾乎不變，但是其回收率卻先減小后增大。原因可能是，隨著還原時間的延長，鐵的還原程度進一步增強，導致鐵回收率的增加，使得鎳鐵合金中鎳品位下降。這說明隨著還原時間的延長，雖然鎳鐵的富集程度加大，但是卻不利于鎳品位的提高，因此選擇更佳還原時間為60ｍin。

3、還原劑CO分壓對鎳鐵富集的影響

還原溫度為1100℃，還原時間為60ｍin的條件下，考察還原氣氛Ｖ（CO）/Ｖ（CO2）分別為2/8，5/5，8/2時對鎳鐵富集的影響。

隨著CO分壓的增加，鎳品位及回收率均逐漸升高，鐵品位基本保持不變，但是鐵回收率先增加后降低。鎳氧化物的還原需要的CO分壓很低，在第3相區即可達到，但是鎳的富集需要借助金屬鐵來完成；因此CO分壓必須達到相圖的第1相區，才能完成鎳的富集。更佳還原氣氛Ｖ（CO）/Ｖ（CO2）為8/2。

三、磁選工藝參數的影響

固定還原溫度1100℃，還原時間為60ｍin，Ｖ（CO）/Ｖ（CO2）為8/2，添加劑質量分數為20%，考察磁選條件對鎳鐵富集的影響。

1、磨礦細度對磁選精礦的影響

在磁選過程中，磨礦細度太大，會導致生成的鎳鐵顆粒與脈石成分難以分離，而進入尾礦；而磨礦細度太小，又會造成礦物過于泥化，導致磁性鎳鐵成分由于重量不足而被水帶入尾礦中，都會造成鎳的損失。固定磁場強度為0.15T，考察了制樣機磨礦時間為0.5，1.0，1.5ｍin時，鎳鐵品位及回收率的變化。得出結論，磨礦時間在1.0ｍin時鎳品位及回收率效果更佳，而且鎳鐵回收率差也大，能夠達到鎳鐵選擇性回收的目的。

2、磁場強度對磁選精礦的影響

磁場強度的大小對精礦與脈石分離影響很大。磁場強度太大，會使包裹有大量脈石的磁性產物吸附上來而進入精礦中，雖然能保證高回收率，但是會導致鎳品位太低而達不到分選的目的；磁場強度太低，則會使有少量脈石夾雜的磁性產物因磁性稍弱而進入尾礦中，導致回收率下降。在磨礦時間為1.0ｍin的條件下，考察了磁場強度分別為0.10，0.15，0.20T時鎳鐵品位及回收率的變化。

隨著磁場強度的增強，鎳鐵回收率均逐漸增加；鐵品位變化不大；而鎳品位先增加后減小，在磁場強度為0.15T時達到大。這說明磁場強度低導致回收率不足，磁場強度太高則會因其高回收率而降低鎳品位。經綜合考慮，選擇更佳磁場強度為0.15T。

得出結論，在反應溫度1100℃，反應時間60ｍin，還原氣CO與體積比為8/2，ｗ（Na2S2O3）為20%，磨礦時間1.0ｍin，磁場強度0.15T時，精礦鎳品位及回收率從初2.58%、41.66%增加到7.62%、64.83%；鐵品位從初的41.66%增至42.67%，變化不大，但是鐵回收率從69.67%急劇下降至17.73%。鎳鐵回收率差達到了47.10%，實現了對鎳鐵的富集以及分選。