CN101701275B

CN101701275B - 一种硅酸镍矿回转窑直接还原制备镍铁的方法

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Publication number: CN101701275B
Application number: CN2009102182094A
Authority: CN
Inventors: 肖军辉; 文书明; 刘殿文; 雷颜铭
Original assignee: Kunming University of Science and Technology
Current assignee: Kunming University of Science and Technology
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2029-11-18
Also published as: CN101701275A

Abstract

本发明是一种硅酸镍矿石回转窑直接还原制备镍铁的方法。将原矿破碎置入烘干窑烘干，磨至粉状，按照矿粉的质量比添加1～5％的氟化物，5～20％的氧化钙或者10～30％的石灰石，0.1％～0.5％的氯化亚铜，10～25％的氧化铁，5～20％粒度为-1mm的焦炭到矿粉中，混匀后成球团置入烘干窑烘干、水淬、磨矿、磁选，得到Ni≥4.5％，Fe≥40％，Ni回收率≥85％的镍铁粗精矿产品。本发明采用回转窑作为焙烧设备，可以实现生产的连续性，大大提高生产的自动化程度。具有工艺流程短、环境污染小、产品质量高等优点。改善了长期以来对低品位硅酸镍矿石不能有效得到开发利用的局面。

Description

一种硅酸镍矿回转窑直接还原制备镍铁的方法

技术领域

本发明属于矿物加工技术领域，特别是一种硅酸镍矿石回转窑直接还原制备镍铁的方法。

背景技术

由于镍具有良好的机械强度和延展性，难熔并且耐高温，并具有很高的化学稳定性，在空气中不氧化等特征，因此是一种十分重要的有色金属原料，被用来制造不锈钢、高镍合金钢和合金结构钢，广泛用于飞机、雷达、导弹、坦克、舰艇、宇宙飞船、原子反应堆等各种军工制造业。在民用工业中，镍常制成结构钢、耐酸钢、耐热钢等大量用于各种机械制造业。此外，镍还可作陶瓷颜料和防腐镀层，镍钴合金是一种永磁材料，广泛用于电子遥控、原子能工业和超声工艺等领域，在化学工业中，镍常用作氢化催化剂。

镍的矿物主要分为硫化镍和氧化镍两大类，其中氧化镍矿石又分为红土镍矿和硅酸镍矿，红土镍矿的加工技术逐渐趋于成熟，而现有的硅酸镍矿石开发利用仍然存在很多不足，由于硅酸镍矿石堪布粒度较细、矿石组成复杂、镍是晶格取代形式赋存于矿石中、镍的含量比较低、氧化镁和二氧化硅的含量很高等特点，导致很难有一种较理想的工艺使硅酸镍矿石得到有效的开发利用。

现有的硅酸镍矿石开发技术主要有火法工艺和湿法工艺两大类。(1)火法工艺-①镍铁合金工艺，首先将矿石破碎到50～150mm，然后送干燥窑干燥到矿石不粘结又不太粉化，再送至煅烧回转窑，在700℃温度下，干燥、预热和煅烧，产出焙砂；焙砂进入电炉后，再加上10～30mm的挥发性煤，经过1000℃的还原熔炼，产出粗镍铁合金，粗镍铁合金再经过吹炼产出成品镍铁合金。②镍硫工艺，在生产镍铁工艺的1500℃～1600℃熔炼过程中，加入硫磺、产出低镍硫，再经过转炉吹炼生产高镍硫，生产高镍硫的主要工厂有法国镍公司的新咯里多尼亚安博冶炼厂、印度尼西亚的苏拉威西·梭罗阿科冶炼厂。高镍硫产品含镍79.00％，硫含量为19.50％，全程镍回收率大约为70.00％。③氨浸工艺，该工艺最早在古巴尼加罗冶炼厂得到应用，将红土矿干燥、破碎后，在600～700℃温度下还原焙烧，使镍、钴和部分铁还原成合金，然后再4级逆流氨浸，利用镍和钴可以与氨形成配合物的特性，使镍和钴等有价金属进入到浸出液中。浸出液经过硫化物沉淀，沉淀母液后再除去铁，蒸氨，产出碱式硫酸镍，碱式硫酸镍后再经过煅烧转化成氧化镍，也可以生产镍粉。(2)湿法工艺-①常温常压酸浸出，浸出温度在25℃，压力为标准大气压。②加压酸浸工艺，在250～270℃，4～5MPa的高压条件下，用稀硫酸将镍和钴等有价金属与铁、铝矿物一起溶解，在随后的反应中，控制一定PH值等条，使铁、铝和硅等杂质元素水解进入到渣中，镍、钴选择性进入溶液中。浸出液用硫化氢还原中沉淀，产出高质量的镍钴硫化物。镍钴硫化物通过传统的精炼工艺配套产出最终产品。

以上硅酸镍矿加工技术都存在成本比较高，不太适合低品位硅酸镍矿(Ni＜1％)的开发利用，尤其是湿法工艺存在废酸难处理，流程金属损失较多等缺点，如何开发一种成本低、污染小、产品质量高等特点的硅酸镍矿加工技术是具有重大现实意义的。

目前公知的硅酸镍矿加工技术有：①中南大学王晖等人申请的“红土镍矿还原焙烧过程中添加添加剂的方法”发明专利(申请号为：200810143344.2，公开号为CN10148378)，该发明公布了一种红土镍矿还原焙烧过程中添加添加剂的方法，将红土镍矿破磨到-200～-100目占其质量的70～90％，在红土镍矿中添加氯化物作离析剂、钠化合物作促进剂、还原铁粉作成核剂和钙类化合物作固硫剂，按红土镍矿的质量计，氯化物的添加用量为0～10％，钠化合物的添加用量为1～10％，还原铁粉的添加用量为0～3％，钙类化合物的添加用量为1～10％，该发明适合于添加到硅酸镍所占比例高的红土镍矿的还原焙烧过程，能较大幅度的降低氯化钙等的用量，减轻氯对设备的腐蚀和环境污染，显著提高红土镍矿还原焙烧过程中的金属化率和离析效果，从而达到了提高镍回收率或品位的目的。②张昱，陈晓鸣申请的“从氧化镍矿硅酸镍矿回收镍钴的方法”发明专利(申请号为：200610010774.8，公开号为CN1827799)，该发明涉及一种从氧化镍矿硅酸镍矿中回收镍钴的方法，将原矿氧化镍矿、硅酸镍矿破磨至-200目占80～90wt％，加入原矿重量5～15％的焦炭粉、10～30％的氯化剂、0.1～1.0％的助剂，制成粒径5～15mm球团，再采用氯化离析焙烧-磁选工艺对物料进行处理，控制离析回转窑高温带温度为1000～13000℃，窑尾温度为400～600℃，回转窑转速0.75～2转/分钟，时间1～2小时，离析焙烧后产品进入磁场强度为1500～3000高斯的磁选机选别，最后可得镍品位为5～15％，回收率为80～85％；钴品位为0.3～1.7％，回收率为70～80％的镍钴混合精矿。③昆明晶石矿冶有限公司邹德犁等人申请的“一种氧化镍矿密闭浸出提取镍钴的方法”发明专利(申请号为：20081023703.3，公开号为CN101418379，该发明涉及一种氧化镍矿密闭浸出提取镍钴的方法，这是一种硫酸密闭浸出高铁氧化镍矿，低铁氧化镍矿预中和，高镁矿中和、熟石灰除铁、氢氧化钠沉镍富集镍的方法。该发明充分利用硫酸与矿石反应产生的热量，不需外加热有效的分解高铁氧化镍矿；分解高铁氧化镍矿后较高浓度的游离酸，用低铁氧化镍矿进行预中和，提高硫酸的有效利用率；在分解过程中利用回用水中的钠离子或铵离子进行沉铁矾；利用碱性适中的高镁矿做沉铁矾中和剂。该发明在同等酸耗下回收率可提高6％以上，吨镍碱耗可降低2吨以上。④章宇申请的“以红土镍矿为原料用隧道窑直接还原镍铁的方法以红土镍矿为原料用隧道窑直接还原镍铁的方法”的发明专利(申请号为：200710072147.1，公开号为CN101037713)，该发明针对高炉冶炼镍铁及电炉冶炼镍铁存在投资大、生产成本高、生产出的镍铁含碳量高的问题。选取红土镍矿为原料，所述红土镍矿原料中，镍的质量占红土镍矿总质量的0.75～2.60％，铁的质量占红土镍矿总质量的8.00～55.0％；将红土镍矿和还原剂按照重量比为1.00∶0.25～0.55的配比装入还原罐中，之后将还原罐放入隧道窑中，还原罐经预热烘干、加热还原、冷却、出窑，再经过破碎、磁选、压块，得到合格的直接还原镍铁。该发明选用天然的红土镍矿作为还原镍铁的原料，具有工艺易于控制、操作简单、耗能低、环保无污染、生产成本低、设备投资少、还原得到的镍铁含碳量低的优点。

以上工艺存在的不足有以下两个方面：

(1)火法工艺存在焙烧时间长、焙烧温度高、能耗高、焙烧气氛难于控制、生产连续性较差、尾气排放量大并且难于回收等不足。

(2)湿法工艺存在药剂消耗大、废液难回收、环境问题难于解决、工艺参数条件较难控制等缺陷。

发明内容

本发明目的是提供一种硅酸镍矿石回转窑直接还原制备镍铁的方法，所得镍铁粗精矿可直接进入电炉进行冶炼，该方法为镁质硅酸镍矿石的开发利用提供了一条新思路。

为开发利用我国宝贵的硅酸镍矿石资源，尤其是镁质硅酸镍矿石仍然没有一种理想的加工技术状况下，采用回转窑直接还原-磁选工艺对镁质硅酸镍矿进行开发利用，在直接还原过程添加石灰(CaO)或者石灰石(CaCO₃)调整矿石的酸碱度

(R = \frac{{Al}_{2} O_{3} % + {SiO}_{2} %}{CaO % + MgO %});

添加氟化物(NaF、CaF₂、KF)降低矿石的粘度提高矿石的流动性；添加氧化铁(以铁以Fe₂O₃或Fe₃O₄矿物为主)作为镍的活化剂；添加氯化亚铜(CuCl)作为催化剂以缩短反应时间和提高产品的镍品位；添加焦炭作为还原剂。焙烧后的产物经过水淬并磨矿，再经磁选机选别后可得到Ni品位≥5％，含Fe≥40％，Ni回收率≥85％的镍铁粗精矿。

本发明主要针对镁质硅酸镍矿石采用回转窑直接还原-磁选工艺流程分为如下几个步骤：

(1)采用破碎机将原矿破碎至-20mm以下，将碎矿自然凉晒后置入烘干窑，烘干温度为300～500℃，控制外在水分低于10～15％；

(2)采用雷蒙磨将-20mm以下烘干后的碎矿干磨至粒度小于-0.154mm(100目)的粉状；

(3)按照矿粉的质量比添加1～5％的氟化物(NaF、CaF₂、KF)，5～20％的氧化钙或者10～30％的石灰石，0.1％～0.5％的氯化亚铜，10～25％的氧化铁(TFe≥60％的Fe₂O₃或Fe₃O₄)，5～20％的焦炭(粒度为-1mm)到粒度小于-0.154mm的矿粉中，混匀后成球团；

(4)采用球团机将球团制成-30+10mm的球团矿，并将球团矿置入烘干窑，烘干温度为400～600℃，控制球团矿的外在水分小于10～15％；

(5)将烘干后的球团矿至回转窑中，控制回转窑窑头(A点)温度1150～1300℃，高温带B点温度1100～12500℃，C点温度为900～1100℃，B、C间长度为5m，窑头(A点)至B点的长度为1.5m，窑尾(D点)温度300～500℃，球团矿在回转窑中停留45～120min；

(6)通过回转窑焙烧后的球团矿置入水淬池中，为防止镍在空气中与氧气接触产生氧化现象，控制物料在空气中的停留时间小于30秒；

(7)将水淬后的球团矿采用球磨机磨矿至-0.074mm；

(8)采用磁选机选别粒度为-0.074mm的磨矿，磁选磁场强度为H＝0.40～0.60T；

(9)将磁选所得的精矿采用过滤机脱水，同时将精矿烘干后，可以得到Ni≥4.5％，Fe≥40％，Ni回收率≥85％的镍铁粗精矿产品。

本发明与现有公知技术相比较，采用回转窑作为焙烧设备，可以实现生产的连续性，大大提高生产的自动化程度。本发明具有工艺流程短、环境污染小、产品质量高等优点。本发明为硅酸镍矿石尤其是镁质硅酸镍矿的开发利用提供了一条新思路，改善了长期以来对低品位硅酸镍矿石不能有效得到开发利用的局面。

附图说明

图1是本发明中回转窑各温度点示意图。

图2是本发明的镁质硅酸镍矿回转窑直接还原-磁选工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

原料为镁质硅酸镍矿，原矿含镍0.7～1.2％，含铁8～11％，属于蛇纹石型镁质硅酸镍矿，嵌布粒度较细，矿组成复杂，氧化镁和二氧化硅总共含量超过60％。将矿石破碎至-20mm后置入烘干窑中烘干至外在水分低于12％，烘干温度350℃，将烘干后的矿石采用雷蒙磨干磨至-100目的粉状矿粉，按照矿粉的质量比，添加2％的CaF₂、5％的氧化钙、0.2％的氯化亚铜、13％的焦炭(粒度-1mm)、12％的磁铁矿(含Fe 68.24％)与矿粉混匀，采用球团机将混匀后的物料制成-30+10mm的球团矿，球团矿置入烘干窑烘干至外在水分小于12％，烘干温度500℃，烘干后的球团至回转窑焙烧，回转窑A点温度1250℃，B点温度1200℃，C点温度1050℃，D点温度300℃，焙烧时间(回转窑内停留时间)70min，焙烧后的球团矿采用球磨机磨矿至细度-0.074mm(占100％)，磁选磁场强度H＝0.50T；将磁选所得的精矿采用过滤机脱水，同时将精矿烘干后，可以得到Ni≥4.5％，Fe≥40％，Ni回收率≥85％的镍铁粗精矿产品。原矿多元素化学分析结果见表1，流程选矿指标见表2。

表1原矿多元素分析结果

项目	Fe	Ni	Co	MgO	CaO	SiO₂	Al₂O₃
								含量(％)	9.23	0.86	0.012	31.46	0.56	30.24	1.23

表2流程选矿指标

实施例2：

原料来自云南墨江地区，原矿含镍0.80％左右，平均含铁12％以下，氧化镁的含量比较高超过了25％，属于镁质硅酸镍矿石，风化现象比较严重，镍以晶格取代形式赋存于矿石中。将矿石破碎至-20mm后置入烘干窑中烘干至外在水分低于11％，烘干温度300℃，将烘干后的矿石采用雷蒙磨干磨至-100目的粉状矿粉，按照矿粉的质量比，添加1％的NaF₂、10％的石灰石、0.1％的氯化亚铜、15％的焦炭(粒度-1mm)、20％的赤铁矿(含Fe 61.24％)与矿粉混匀，采用球团机将混匀后的物料制成-30+10mm的球团矿，球团矿置入烘干窑烘干至外在水分小于13％，烘干温度450℃，烘干后的球团矿运输至回转窑焙烧，A点温度1200℃，B点温度11500℃，C点温度10500℃，D点温度360℃，焙烧时间(回转窑内停留时间)60min，磨矿细度-0.074mm占100％，磁选磁场强度H＝0.45T。原矿多元素化学分析结果见表3，流程选矿指标见表4。

表3原矿多元素分析结果

项目	Fe	Ni	Co	MgO	CaO	SiO₂	Al₂O₃
								含量(％)	11.24	0.78	0.032	26.74	0.58	29.74	2.11

表4流程选矿指标

实施例3：

原料来自四川某地，以镁质硅酸镍矿石为主，同时褐铁矿型硅酸镍矿也占一部分约15％，原矿含镍0.75～1.2％，含铁10～13％，氧化镁的含量约40％。将矿石破碎至-20mm后置入烘干窑中烘干至外在水分低于10％，烘干温度400℃，将烘干后的矿石采用雷蒙磨干磨至-100目的粉状矿粉，按照矿粉的质量比，添加3％的KF₂、20％的氧化钙、0.3％的氯化亚铜、20％的焦炭(粒度-1mm)、18％的磁铁矿(含Fe 65.44％)与矿粉混匀，采用球团机将混匀后的物料制成-30+10mm的球团矿，球团矿置入烘干窑烘干至外在水分小于10％，烘干温度450℃，烘干后的球团矿运输至回转窑焙烧，A点温度1300℃，B点温度1200℃，C点温度1100℃，D点温度400℃，焙烧时间(回转窑内停留时间)80min，磨矿细度-0.074mm占100％，磁选磁场强度H＝0.55T。原矿多元素化学分析结果见表5，流程选矿指标见表6。

表5原矿多元素分析结果

项目	Fe	Ni	Co	MgO	CaO	SiO₂	Al₂O₃
								含量(％)	15.24	0.96	0.012	38.29	1.44	27.11	3.03

表6流程选矿指标

实施例4：

原料来自云印度尼西亚某地区，该地有褐铁矿型硅酸矿石约占20％，其余均为镁质硅酸镍矿石，原矿含镍0.7～1.3％，含铁9～15％，氧化镁和二氧化硅两者总共含量约70％，属于典型的镁质硅酸镍矿石。将矿石破碎至-20mm后置入烘干窑中烘干至外在水分低于12％，烘干温度4500℃，将烘干后的矿石采用雷蒙磨干磨至-100目的粉状矿粉，按照矿粉的质量比，添加5％的CaF₂、30％的石灰石、0.5％的氯化亚铜、8％的焦炭(粒度-1mm)、25％的赤铁矿(含Fe 62.24％)与矿粉混匀，采用球团机将混匀后的物料制成至-30+10mm的球团矿，球团矿置入烘干窑烘干至外在水分小于15％，烘干温度4000℃，烘干后的球团矿运输至回转窑焙烧，A点温度1300℃，B点温度1200℃，C点温度1150℃，D点温度4500℃，焙烧时间(回转窑内停留时间)90min，磨矿细度-0.074mm占100％，磁选磁场强度H＝0.52T。原矿多元素化学分析结果见表7，流程选矿指标见表8。

表7原矿多元素分析结果

项目	Fe	Ni	Co	MgO	CaO	SiO₂	Al₂O₃
								含量(％)	13.64	1.18	0.0083	42.13	1.33	32.66	2.04

表8流程选矿指标

通过具体的实施例可以看出，该发明针对镁质硅酸镍矿石加工具有明显的效果。在原矿含镍比较低，铁含量均15％的状况下，该发明通过添加氧化钙或石灰石调整矿石酸碱度，添加氟化物为矿石粘度改善剂，添加氯化亚铜作为催化剂，氧化铁作为镍铁生成的促进剂，焦炭作为还原剂，可以得到镍品位≥5.64％，铁含量≥49.64％，镍回收率≥87.01％的镍铁粗精矿产品指标。

Claims

1.一种硅酸镍矿石回转窑直接还原制备镍铁的方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)将原矿破碎至-20mm，将碎矿自然凉晒后置入烘干窑，烘干温度为300～500℃，控制外在水分低于10％；

(2)将-20mm烘干后的碎矿干磨至粒度-0.154mm的粉状；

(3)按照矿粉的质量比添加1～5％的氟化物，5～20％的氧化钙或者10～30％的石灰石，0.1％～0.5％的氯化亚铜，10～25％的氧化铁，5～20％粒度为-1mm的焦炭到矿粉中，混匀后成球团；氧化铁为TFe≥60％的Fe₂O₃或Fe₃O₄；

(4)将球团制成-30+10mm的球团矿，并将球团矿置入烘干窑，烘干温度为400～600℃，控制球团矿的外在水分小于10％；

(5)将烘干后的球团矿至回转窑中，在回转窑中停留45～120min，回转窑窑头(A点)温度1150～1300℃，高温带B点温度1100～1250℃，C点温度为900～1100℃，B、C间长度为5m，窑头(A点)至B点的长度为1.5m，窑尾(D点)温度300～500℃；

(6)通过回转窑焙烧后的球团矿置入水淬池中，控制球团矿在空气中的停留时间小于30秒；

(7)将水淬后的球团矿磨矿至-0.074mm；

(8)磁选选别粒度为-0.074mm的磨矿，磁选磁场强度为H＝0.40～0.60T；

(9)将磁选所得的精矿脱水，同时将精矿烘干后，可以得到Ni≥4.5％，Fe≥40％，Ni回收率≥85％的镍铁粗精矿产品。

2.根据权利要求1所述的硅酸镍矿石回转窑直接还原制备镍铁的方法，其特征在于所述的氟化物为NaF、CaF₂、KF中的一种。