CN101418359A

CN101418359A - 一种从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法

Info

Publication number: CN101418359A
Application number: CNA2008101433438A
Authority: CN
Inventors: 符剑刚; 王晖; 凌天鹰; 叶红齐
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2008-10-17
Filing date: 2008-10-17
Publication date: 2009-04-29

Abstract

本发明提供了一种从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法。将红土镍矿粉碎后，加入碳质还原剂或复合添加剂，混匀成型后在900℃～1300℃的温度下还原焙烧，将红土镍矿中的氧化镍和氧化铁还原转化成为金属镍和金属铁或磁性氧化铁，得到的还原焙砂经湿式球磨后，采用弱磁磁选富集铁，得到还原铁粉或铁精矿产品；弱磁尾矿再经磁选得到镍铁粗精矿；为了进一步提高镍铁合金中镍的品位，采用酸处理选择性的溶去部分铁(或铁化合物)，最终可获得镍品位大于30％的镍铁合金。本发明具有工艺流程简单、设备投资少、原料适应性强、环境友好、能高效综合回收镍铁资源等特点。

Description

一种从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法

技术领域

本发明属于有色金属冶金领域，涉及一种从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法。

背景技术

世界陆基镍的储量约为4.7亿t，其中39.4％以硫化矿形式存在，60.6％以氧化矿形式存在。目前镍主要是从硫化矿中提取。随着世界经济的高速发展，镍需求增加，价格上扬，而可经济利用的硫化镍矿资源却日益枯竭，人们对氧化镍矿的关注程度日益增加。

随着经济发展，占镍用途65％的不锈钢需求增长坚挺，镍需求前5年平约每年增长4％以上。然而，世界可供近期开发的硫化镍资源，除了加拿大的Voiseybay镍矿以外，几乎廖廖无几。开发利用红土型镍的长处在于：

①红土型镍资源丰富，全球均有4100万t镍金属量，勘查成本低。

②采矿成本极抵。

③选冶工艺已经成熟。

④红土型镍矿可以生产出氧化镍、硫镍、铁镍等中间产品，其中硫镍，氧化镍可供镍精炼厂使用，以解决硫化镍原料不足的问题。至于铁镍更是便于用于制造不锈钢，降低生产成本。如印尼Antam公司利用本土的红土型镍矿，生产铁镍的成本去年已降至114美元/磅镍年产量近1万t含镍量。

⑤世界红土型资源主要分布于近赤道地区，大部分靠近海岸，便于外运。

目前，世界上镍红土矿的处理工艺归纳起来大致有三类：火法工艺、湿法工艺和火湿法结合工艺。火法工艺还可以按其产出的产品不同分还原熔炼镍铁工艺和还原硫化熔炼镍锍工艺；湿法工艺可以按其浸出溶液的不同分为氨浸工艺和加压酸浸工艺。火湿法结合工艺是指氧化镍矿经还原焙烧后采用化学选矿方法提取有用产品的工艺。

采用新技术、新工艺以红土镍矿生产高品级的镍铁合金，不仅可以取代价格昂贵的镍粉、镍块等，满足国内不锈钢行业高端原料的需求，而且可以为红土镍矿的技术开发提供新思路，并具有广泛的市场前景。

目前，从红土镍矿中提取镍铁合金的工艺主要为火法工艺与火法—湿法结合工艺。火法还原熔炼镍铁工艺处理氧化镍矿生产镍铁年产量(按镍计)在250kt左右，代表性生产厂家有法国镍公司的新喀里多尼亚多尼安博冶炼厂、哥伦比亚塞罗马托莎冶炼厂、日本住友公司的八户冶炼厂等。该工艺得到的产品中镍质量分数为20％～30％，镍的回收率也可以达到90～95％，适合处理各种类型的氧化镍矿，对入炉炉料的粒度也没有严格的要求，但主要缺点是能耗大。

利用还原金属(镍、铁)与其它脉石矿物性质的差异，发展出的火法-湿法结合工艺有还原焙烧—磁选工艺、还原焙烧—离析—氨浸工艺、还原焙烧—离析—浮选工艺、还原焙烧—磁重选工艺等。如日本冶金(Nippon Yakim)公司的大江山冶炼厂(Oyama Smelter)，主要工艺过程为原矿磨细与粉煤混合制团，团矿经干燥和高温还原焙烧，焙烧矿团再磨细，矿浆进行选矿(重选和磁选)分离得到镍铁合金产品(何焕华，中国有色冶金，2004年，第六期)。

火法—湿法结合工艺的最大特点是生产成本低，能耗中的85％能源由煤提供，吨矿耗煤160～180kg。而火法工艺电炉熔炼的能耗80％以上由电能提供，吨矿电耗560～600kWh，两者能耗成本差价很大，按照目前国内市场的价值计算，两者价格相差3～4倍。

专利CN101073790A公开了一种从红土镍矿中回收镍的技术，红土镍矿经破碎和磨细、按一定比例，加入碳质还原剂、复合添加剂与红土镍矿混磨，用球蛋成型机制成球团15～20mm，在200～400℃干燥4～6h，采用回转窑还原焙烧，温度控制在950～1300℃。还原焙烧后，进行粗破，然后按一定矿浆配比，进行湿法球磨后，采用摇床进行重选，重选获得的镍精矿采用3000～5000高斯的磁选机再进行选别，便得到高品位的镍铁混合精矿，其含镍可达到7～15％。

专利CN101033515披露了红土镍矿熔融还原制取镍铁合金工艺，首先将红土镍矿中的氧化镍和赤铁矿预还原转化为金属镍和金属铁或四氧化三铁，然后利用湿式磁选，使镍铁大幅度富集的同时，脉石及硫、磷等有害元素被脱除，最后将预还原得到的镍铁精矿进行熔融还原制备含镍6-10％，铁85-90％的镍铁合金，镍铁收率大于85％，硫磷低于0.03％。该类专利技术尽管工艺流程简单、原料适应性强、镍回收率较高，但是，得到的镍铁产品中镍品位不是很理想(最高均不超过15％)。

随着国民经济的快速发展，含镍不锈钢的消耗与日俱增，呈现出供不应求的局面。因此，发展短流程无污染冶金新工艺，从红土镍矿中提取高品级镍铁合金(含镍大于30％)，取代镍粉、镍块，满足不锈钢行业高端原料需求，不仅能降低消耗与成本，而且具有很好的市场前景。

世界上红土镍矿分布在赤道线南北30度以内的热带国家，集中分布在环太平洋的热带、亚热带地区，主要有美洲的古巴、巴西；东南亚的印度尼西亚、菲律宾；大洋洲的澳大利亚、新喀里多尼亚、巴布亚新几内亚等。红土镍矿是含镁铁硅酸盐矿物的超基性岩经长期风化产生，风化过程中，镍自上层浸出，尔后在下层沉淀，NiO取代了相应的硅酸盐和氧化铁矿物晶格中的MgO、FeO，红土矿的化学和矿物学组成变化范围很大，特别是Fe/Ni和SiO₂/MgO的重量比、化学和物理水含量。镍红土矿的可采部分一般由三层(见表1所示)组成。

表1 红土镍矿的组成与分布

采用还原焙烧—磁选工艺回收镍铁时，产品中镍品位往往受铁含量的限制，即若还原过程中铁、镍金属化率均可达到100％，磁选得到的镍铁合金中镍的极限品位为：

Ni％＝m_Ni÷(m_Ni+m_Fe)

按此规律计算磁选镍铁合金中镍品位，则：

在褐铁矿层(高铁低镁，含镍较低)类红土镍矿中，镍的磁选富集倍数只有2～2.5倍，合金产品中镍的品位小于(2～2.5)×原矿品位；

在过渡层类红土镍矿中，镍的磁选富集倍数只有2.5～4倍，合金产品中镍的品位小于(2.5～4)×原矿品位；

腐植土层(低铁高镁，含镍高)类红土镍矿中，镍的磁选富集倍数只有2～2.5倍，合金产品中镍的品位小于(4～10)×原矿品位。

因此，对于大多数红土镍矿，采用还原焙烧—磁选工艺得到的镍铁合金中镍的理论品位很难超过10％。为了从红土镍矿中提取高品级镍铁合金(含镍大于30％)，以期能取代镍粉、镍块，满足不锈钢行业高端原料需求，必须降低磁选镍铁合金中铁的含量。

由于金属铁的磁性强于金属镍的磁性，故在磁选中铁会在精矿产品中优先富集，为了部分降低铁在镍铁合金中的含量，可以降低磁选过程磁场强度，先部分回收金属铁，在通过强磁富集尾矿中的镍及余下的铁。

在优先选别金属铁后，得到的镍铁合金含镍品位有较大提高(可能大于10％)，但是，受红土镍矿性质的限制，一般很难通过磁场强度的控制来实现镍、铁的较高程度的分离与富集。考虑到镍、铁金属的活性，铁的还原性大于金属镍的，即可以采用酸处理过程来选择性的从磁选镍铁精矿中脱除一部分铁：

Fe+2H⁺→Fe²⁺+H₂

Ni+2H⁺→Ni²⁺+H₂

Fe+Ni²⁺→Ni+Fe²⁺

该过程属于化学反应，通过控制酸用量，可以方便的控制铁的去除效果。基于以上分析，我们提出采用“弱磁选铁—强磁富集镍铁—酸处理除铁”组合技术来处理红土镍矿，回收高品级的镍铁合金，以及还原铁或铁精矿产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺流程简单、设备投资少、原料适应性强、环境友好、能高效综合回收镍铁资源的从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法，将100质量份红土镍矿粉碎到—80～—200目占70～90％，加入6～15质量份碳质还原剂和4～6份复合添加剂，混匀成型制成10～15mm的球团后在900℃～1300℃的温度下还原焙烧1～3小时，将红土镍矿中的氧化镍和氧化铁还原转化成为金属镍和金属铁或磁性氧化铁，得到的还原焙砂经湿式球磨，矿浆质量浓度为20～70％，磨矿细度为—80～—800目占70～90％，然后采用弱磁磁选富集铁，磁场强度为100～500高斯，得到还原铁粉或铁精矿产品；其弱磁尾矿再磁选镍铁，其磁场强度为800高斯～4500高斯，得到镍铁粗精矿；为了进一步提高镍铁合金中镍的品位，采用酸处理选择性的溶去镍铁粗精矿中的部分铁或铁化合物，过滤，滤渣采用清水洗涤，滤渣即为镍铁合金产品。

所述还原焙砂是红土镍矿经碳质还原剂所还原的产物，含金属镍和金属铁或磁性氧化铁。

所述的碳质还原剂为还原煤，如无烟煤、褐煤或焦煤。

所述的复合添加剂为石灰和/或氧化钙、氯化钙。

所述的湿式球磨时矿浆浓度为30％～50％；球磨细度为—200目～—400目。

所述的弱磁磁选富集铁的磁场强度为100高斯～500高斯。

所述的强磁选镍铁的强磁磁场强度为500高斯～4500高斯。

所述的酸处理是将镍铁粗精矿产品(100份红土镍矿得到的)加入30～60份水、8.8～24.8份浓硫酸和/或浓盐酸，在25～95℃下搅拌反应1～2小时。

采用上述技术方案的从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法，工艺流程简单、设备投资少、原料适应性强、环境友好、能高效综合回收镍铁资源的，最终得到的镍铁合金中镍品位大于30％。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

本发明由下列实施例进一步说明，但不受这些实施例的限制。实施例中所有份数和百分数除另有规定外均指质量。

实施例1：

高铁低镁型红土镍矿，化学成分含Ni 0.91％、Fe 47.8％、Mg 17.9％。

参见图1，取红土镍矿100份破磨到—80目占90％，加入15份无烟煤和6份石灰混磨后用球蛋成型机制成10～15mm的球团，采用回转窑在1100℃下还原焙烧2小时。得到的还原焙砂进行湿式球磨，矿浆浓度为30％，磨矿细度为—200目占70％；矿浆经弱磁选铁，磁场强度为100高斯，得到的铁精矿含铁大于91.5％，铁回收率为34.7％；弱磁尾矿再在800高斯场强下磁选，得到的磁选镍铁粗精矿产品含Ni 3.75％、Fe 70.9％，镍的回收率为85.8％。

将镍铁粗精矿产品加入50份水、24.8份浓硫酸，在95℃下搅拌反应1小时，过滤，滤渣采用清水洗涤两遍，即为最终镍铁产品，含镍30.2％，酸处理过程镍的回收率为98.3％，镍的总收率为84.4％。

实施例2：

低铁高镁型红土镍矿，化学成分含Ni 1.95％、Fe 15.9％、Mg 17.8％。

取红土镍矿100份破磨到—200目占70％，加入6份焦煤和4份石灰混磨后用球蛋成型机制成10～15mm的球团，采用回转窑在1250℃下还原焙烧1.5小时。得到的还原焙砂进行湿式球磨，矿浆浓度为50％，磨矿细度为—200目占80％；矿浆经弱磁选铁，磁场强度为300高斯，得到的铁精矿含铁大于87.5％，铁回收率为24.5％；弱磁尾矿采用中强磁选镍铁，磁场强度为4500高斯，得到的镍铁粗精矿产品含Ni 12.36％、Fe 75.1％，镍的回收率为96.2％。

将镍铁粗精矿产品加入30份水、15.8份浓硫酸，在75℃下搅拌反应1小时，过滤，滤渣采用清水洗涤两遍，即为最终镍铁产品，含镍33.5％，酸处理过程镍的回收率为99.2％，镍的总收率为95.5％。

实施例3：

红土镍矿含Ni 1.38％、Fe 32.1％、Mg 12.7％。

取红土镍矿100份破磨到—200目占90％，加入12份无烟煤和2份石灰、2份氯化钙混磨后用球蛋成型机制成10～15mm的球团，置于马弗炉中在1200℃下还原焙烧3小时。得到的还原焙砂进行湿式球磨，矿浆浓度为40％，磨矿细度为—200目占90％；矿浆经弱磁选铁，磁场强度为400高斯，得到的铁精矿含铁大于89.7％，铁回收率为30.6％；弱磁尾矿再在3000高斯场强下磁选，得到的镍铁粗精矿产品含Ni 5.89％、Fe 79.8％，镍的回收率为91.5％。

将镍铁粗精矿产品加入60份水、8.8份浓盐酸，在45℃下搅拌反应2小时，过滤，滤渣采用清水洗涤两遍，即为最终镍铁产品，含镍31.3％，酸处理过程镍的回收率为99.0％，镍的总收率为90.6％。

实施例4：

红土镍矿含Ni 1.51％、Fe 30.0％、Mg 14.5％。

取红土镍矿100份破磨到—100目占80％，加入10份无烟煤和2份氧化钙、3份氯化钙混磨后用球蛋成型机制成10～15mm的球团，置于回转窑中在1300℃下还原焙烧1小时。得到的还原焙砂进行湿式球磨，矿浆浓度为50％，磨矿细度为—400目占60％；矿浆经弱磁选铁，磁场强度为500高斯，得到的铁精矿含铁大于91.7％，铁回收率为32.1％；弱磁尾矿再在1000高斯场强下磁选，得到的镍铁粗精矿产品含Ni 6.34％、Fe 75.1％，镍的回收率为93.2％。

将镍铁粗精矿产品加入50份水、9.8份浓盐酸、9.8份浓硫酸，在55℃下搅拌反应1.5小时，过滤，滤渣采用清水洗涤两遍，即为最终镍铁产品，含镍32.0％，酸处理过程镍的回收率为99.1％，镍的总收率为92.64％。

实施例5：

取红土镍矿100份破磨到—80目占90％，加入15份褐煤和6份石灰混磨后用球蛋成型机制成10～15mm的球团，采用回转窑在900℃下还原焙烧2小时。得到的还原焙砂进行湿式球磨，矿浆浓度为30％，磨矿细度为—200目占70％；矿浆经弱磁选铁，磁场强度为350高斯，得到的铁精矿含铁大于91.5％，铁回收率为34.7％；弱磁尾矿再在2000高斯场强下磁选，得到的镍铁粗精矿产品含Ni 3.75％、Fe 70.9％，镍的回收率为85.8％。

将镍铁粗精矿产品加入50份水、24.8份浓硫酸，在50℃下搅拌反应1小时，过滤，滤渣采用清水洗涤两遍，即为最终镍铁产品，含镍30.2％，酸处理过程镍的回收率为98.3％，镍的总收率为84.4％。

实施例6：

取红土镍矿100份破磨到—200目占70％，加入6份焦煤和5份石灰混磨后用球蛋成型机制成10～15mm的球团，采用回转窑在1250℃下还原焙烧1.5小时。得到的还原焙砂进行湿式球磨，矿浆浓度为50％，磨矿细度为—200目占80％；矿浆经弱磁选铁，磁场强度为400高斯，得到的铁精矿含铁大于87.5％，铁回收率为24.5％；弱磁尾矿采用中强磁选镍铁，磁场强度为4500高斯，得到的镍铁粗精矿产品含Ni 12.36％、Fe 75.1％，镍的回收率为96.2％。

将镍铁粗精矿产品加入30份水、15.8份浓硫酸，在35℃下搅拌反应1小时，过滤，滤渣采用清水洗涤两遍，即为最终镍铁产品，含镍33.5％，酸处理过程镍的回收率为99.2％，镍的总收率为95.5％。

实施例7：

红土镍矿含Ni 1.38％、Fe 32.1％、Mg 12.7％。

取红土镍矿100份破磨到—200目占90％，加入12份褐煤和2份石灰、2份氯化钙混磨后用球蛋成型机制成10～15mm的球团，置于马弗炉中在1200℃下还原焙烧3小时。得到的还原焙砂进行湿式球磨，矿浆浓度为40％，磨矿细度为—200目占90％；矿浆经弱磁选铁，磁场强度为400高斯，得到的铁精矿含铁大于89.7％，铁回收率为30.6％；弱磁尾矿再在1800高斯场强下磁选，得到的镍铁粗精矿产品含Ni 5.89％、Fe 79.8％，镍的回收率为91.5％。

实施例8：

红土镍矿含Ni 1.51％、Fe 30.0％、Mg 14.5％。

取红土镍矿100份破磨到—100目占80％，加入10份焦煤和3份氧化钙、2份氯化钙混磨后用球蛋成型机制成10～15mm的球团，置于回转窑中在1300℃下还原焙烧1小时。得到的还原焙砂进行湿式球磨，矿浆浓度为50％，磨矿细度为—400目占60％；矿浆经弱磁选铁，磁场强度为100高斯，得到的铁精矿含铁大于91.7％，铁回收率为32.1％；弱磁尾矿采用中强磁选镍铁，磁场强度为4300高斯，得到的镍铁粗精矿产品含Ni 6.34％、Fe 75.1％，镍的回收率为93.2％。

将镍铁粗精矿产品加入50份水、9.8份浓盐酸、9.8份浓硫酸，在25℃(室温)下搅拌反应1.5小时，过滤，滤渣采用清水洗涤两遍，即为最终镍铁产品，含镍32.0％，酸处理过程镍的回收率为99.1％，镍的总收率为92.64％。

Claims

1、一种从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法，其特征是：将100份红土镍矿粉碎到—80～—200目占70～90％，加入6～15份碳质还原剂和4～6份复合添加剂，混匀成型制成10～15mm的球团后在900℃～1300℃的温度下还原焙烧1～3小时，得到的还原焙砂经湿式球磨，矿浆质量浓度为20～70％，磨矿细度为—80～—800目占70～90％，然后采用弱磁磁选富集铁，磁场强度为100～500高斯，得到还原铁粉或铁精矿产品；弱磁尾矿再在800高斯～4500高斯的场强下磁选得到镍铁粗精矿；采用酸处理选择性的溶去镍铁粗精矿中的部分铁或铁化合物，过滤，滤渣采用清水洗涤，滤渣即为高品位的镍铁合金产品。

2、根据权利要求1所述的从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法，其特征是：所述的碳质还原剂为还原煤，如无烟煤、褐煤或焦煤。

3、根据权利要求1所述的从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法，其特征是：所述的复合添加剂为石灰和/或氧化钙、氯化钙。

4、根据权利要求1所述的从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法，其特征是：所述的湿式球磨时矿浆浓度为30％～50％；球磨细度为—200目～—400目。

5、根据权利要求1所述的从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法，其特征是：所述的弱磁磁选富集铁的磁场强度为100高斯～500高斯。

6、根据权利要求1所述的从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法，其特征是：所述的磁选镍铁的磁场强度为800高斯～4500高斯。

7、根据权利要求1所述的从红土镍矿中提取铁及高品位镍铁合金的方法，其特征是：所述的酸处理是将100份红土镍矿所得到的镍铁粗精矿产品加入30～60份水、8.8～24.8份浓硫酸和/或浓盐酸，在25～95℃下搅拌反应1～2小时。