CN102010986A - 一种蛇纹石种类矿物的综合回收新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从蛇纹石类矿物(包括红土镍矿)中综合回收有价金属的方法，其特征在于：该方法分两步真空热还原，第一步以碳作为还原剂，将红土镍矿中的氧化镁还原为金属镁；第二步还原反应以第一步还原反应的渣中的金属硅作为还原剂，配入适量的蛇纹石类矿和添加剂，将红土镍矿中的氧化镁还原为金属镁，将红土镍矿中的氧化铁、氧化镍还原为金属铁、金属镍和镍铁合金，然后通过磁选，将镍铁等金属与二氧化硅分离。本发明的优点是流程简单，便于操作、适用范围广、同时对蛇纹石类矿物中的主要金属进行了综合回收利用，整个反应过程在真空中进行，对环境友好。
Description
技术领域
本发明属于蛇纹石类矿物(包括红土镍矿)冶炼的技术领域，采用真空冶炼的方法，综合回收矿物中的镁、铁、镍、硅等，达到矿物综合利用的目的。
背景技术
蛇纹石是一种含水的富镁硅酸盐矿物的总称，如叶蛇纹石、利蛇纹石、纤蛇纹石等。它们的颜色一般常为绿色调，但也有浅灰、白色或黄色等。因为它们往往是青绿相间像蛇皮一样，故此得名。其化学式为Mg3(Fe，Ni)Si2O5(OH)4，其中Fe呈+3价、Ni呈+2价，可替代部分镁，红土镍矿也属蛇纹石类矿物。目前该类矿物的主要冶炼方法有两种：1、湿法工艺，多采用酸或碱对蛇纹石类矿物进行浸出，并得到氧化镁和金属镍，也有得到硫化镍的；2、火法工艺，多采用电炉还原生产镍铁，并将镁、硅和部分铁造渣处理。这些工艺中湿法工艺流程长，工艺复杂，但是火法工艺产生大量的炉渣，给环境造成了很大的负担。
上个世纪以来国内外都曾对蛇纹石类矿物做了大量的研究，我国专利ZL200510010915.1公开了一种低品位红土镍矿堆浸提镍钴的方法。它是将矿石破碎，然后按不同粒度、不同比例混合均匀后入堆，按喷淋液酸度为5～18％，喷淋强度为15～30L/m2h的量进行喷淋和滴淋，收集喷淋和滴淋后的浸出液进行调配，使浸出液中的镍离子浓度达2～4g/L，得含镍钴的浸出液。专利ZL 200710034750.0公开了一种从红土镍矿熔融还原制取镍铁合金工艺。该方法是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镍铁合金。该方法可适用于不同品味的红土镍矿，制得含镍6～10％，含铁85～90％的镍铁合金，镍铁收率大于85％，硫磷低于0.03％。中国专利ZL200610163834.X公开了一种转底炉-电炉联合法处理红土镍矿生产镍铁方法，该工艺包括红土镍矿经破碎、加入一定比例的碳质还原剂和复合添加剂与红土镍矿混工艺包括红土镍矿经破碎、加入一定比例的碳质还原剂和复合添加剂与红土镍矿混磨，用球蛋成型机制成球团，在200～400℃干燥4～小时，采用转底炉进行快速还原，温度控制在950～1300℃，时间15～40分钟。还原焙烧后，采用电炉熔分，便得到高品位的镍铁。
本发明与上述工艺相比，其处理对象为以(Mg，Fe，Ni)3Si2O5(OH)4为主的蛇纹石类矿物(包括红土镍矿)，在真空条件下，采用两步热还原，综合回收其中的镁、铁、镍、硅，分别得到金属镁、镍铁和较纯的二氧化硅，对环境友好，尚未见国内外的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种蛇纹石类矿物综合回收的方法，在真空状态下，通过一步碳热还原，一步硅热还原，使蛇纹石类矿物中的镁、铁、镍分别以金属镁、镍铁的形式回收，硅得到较纯的二氧化硅。
本发明从蛇纹石类矿物中综合回收有价金属的方法特征是：
第一步还原反应所使用的还原剂碳为煤或焦炭，第二步还原反应所使用的还原剂为第一步还原反应所得的金属硅或合金中的硅，具体步骤如下：
(1)第一步还原反应：将干燥后的原料碳、煤或焦炭和金属矿破碎并研磨至-200目；
(2)将上述原料以还原剂：氧化剂的摩尔比为1～5的比例混合，以5MPa～30MPa压力制团；
(3)将制团后的原料装入真空炉中，开启真空系统，当炉内压力小于50Pa后，升温至650℃～900℃时保温1小时；
(4)然后升温至1400℃～1700℃时保温0.5～4小时，关闭供热系统；
(5)当真空炉内温度＜200℃后，关闭真空泵，取出物料；
(6)第二步还原反应：所使用的还原剂为第一步还原反应所得的金属硅或合
(7)金中的硅，以还原剂：氧化剂的摩尔比为1～5的比例混合，加热过程重复第一步还原反应；
(8)第二步反应的炉渣经过磁选得到镍铁和二氧化硅。
所述蛇纹石类矿物是指：蛇纹石矿、红土镍矿等主要含硅酸镁、氧化铁及氧化镍的矿物，其矿物成分为：2～50％Fe2O3、3～40％MgO、10～45％SiO2、0.2～5％NiO。
本发明的优点是流程简单，便于操作、适用范围广、同时对蛇纹石类矿物中的主要金属进行了综合回收利用，整个反应过程在真空中进行，对环境友好。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
本发明其工艺流程图如附图1。
其过程如下：
(1)第一步还原反应的还原剂碳为煤或焦炭，所使用的金属矿成分大致为：2～50％Fe2O3、3～40％MgO、10～45％SiO2、0.2～5％NiO；
(2)将原料碳(煤或焦炭)和金属矿破碎并研磨至-200目；
(3)将研磨后的原料按照以下四个反应中氧化物摩尔化学当量的1～5倍的碳向金属矿中配入煤(焦炭或焦粉)混和；
MgO(s)+C(s)＝CO(g)+Mg(g)
NiO(s)+C(s)＝CO(g)+Ni(s)
Fe2O3(s)+3C(s)＝3CO(g)+2Fe(s)
SiO2(s)+2C(s)＝2CO(g)+Si(s)
(4)将上述混合原料，以5MPa～30MPa压力制团；
(5)将制团后的原料装入真空炉中，开启真空系统，当炉内压力小于50Pa后，升温至650℃～900℃时保温1小时；
(6)然后升温至1400℃～1700℃时保温0.5～4小时，关闭供热系统；
(7)当真空炉内温度＜200℃后，关闭真空泵，冷却至室温下，打开真空炉，从冷凝器中得到金属镁，坩埚底部得到反应炉渣。
(8)将反应炉渣磨至-200目，堆存积累到一定数量，测得其中金属硅的含量，并按以下三个反应中硅摩尔化学当量的0.2～1倍的氧化物向炉渣中配入矿石粉混和；
2MgO(s)+Si(s)＝SiO2(s)+2Mg(g)
2NiO(s)+Si(s)＝SiO2(s)+2Ni(s)
2Fe2O3(s)+3Si(s)＝3SiO2(s)+4Fe(s)
(9)将上述混合原料，以5MPa～30MPa压力制团；
(10)将制团后的原料装入真空炉中进行第二步还原反应，开启真空系统，当炉内压力小于50Pa后，升温至650℃～900℃时保温1小时；
(11)然后升温至1400℃～1700℃时保温0.5～4小时，关闭供热系统；
(12)当真空炉内温度＜200℃后，关闭真空泵，冷却至室温下，打开真空炉，从冷凝器中得到金属镁，坩埚底部得到反应炉渣。
(13)将第二步还原反应的炉渣磨碎，进行磁选，分别得到镍铁和二氧化硅。
实施例1 含MgO 38.99％、SiO2 42.25％、FeO 3.43％、NiO 0.23％的蛇纹石矿500g，加入摩尔化学当量3倍的还原剂煤或焦炭，20MPa压力下压制成块，装入真空炉，开启真空系统，当压力低于50Pa时开始升温，升温至800℃保温1小时；然后升温至1500℃保温1小时，关闭供热系统；当炉内温度降至200℃后，关闭真空系统和冷却水系统；待炉内温度至常温，打开真空炉，从冷凝器上取下冷凝的金属，通过X射线衍射分析，确定为金属镁，其纯度＞95％。从坩埚内取出炉渣，并配如摩尔当量0.5的矿石粉，20MPa压力下压制成块，装入真空炉，开启真空系统，当压力低于50Pa时开始升温，升温至800℃保温1小时；然后升温至1500℃保温1小时，关闭供热系统；当炉内温度降至200℃后，关闭真空系统和冷却水系统；待炉内温度至常温，打开真空炉，从冷凝器上取下冷凝的金属，通过X射线衍射分析，确定为金属镁，其纯度＞98％。从坩埚内取出炉渣，球磨至-200目，磁选，得到含镍8.7％、铁91.3％的镍铁合金以及二氧化硅。
实施例2 含MgO 34.72％、SiO2 39.21％、FeO 5.87％、NiO 2.18％的红土镍矿500g，加入摩尔化学当量2倍的还原剂煤或焦炭，20MPa压力下压制成块，装入真空炉，开启真空系统，当压力低于50Pa时开始升温，升温至800℃保温1小时；然后升温至1500℃保温1小时，关闭供热系统；当炉内温度降至200℃后，关闭真空系统和冷却水系统；待炉内温度至常温，打开真空炉，从冷凝器上取下冷凝的金属，通过X射线衍射分析，确定为金属镁，其纯度＞95％。从坩埚内取出炉渣，并配如摩尔当量0.8的矿石粉，20MPa压力下压制成块，装入真空炉，开启真空系统，当压力低于50Pa时开始升温，升温至800℃保温1小时；然后升温至1500℃保温1小时，关闭供热系统；当炉内温度降至200℃后，关闭真空系统和冷却水系统；待炉内温度至常温，打开真空炉，从冷凝器上取下冷凝的金属，通过X射线衍射分析，确定为金属镁，其纯度＞98％。从坩埚内取出炉渣，球磨至-200目，磁选，得到含镍32.4％、铁67.6％的镍铁合金以及二氧化硅。
Claims (2)
1.一种从蛇纹石类矿物中综合回收有价金属的方法，其特征在于：第一步还原反应所使用的还原剂碳为煤或焦炭，第二步还原反应所使用的还原剂为第一步还原反应所得的金属硅或合金中的硅，具体步骤如下：
(1)第一步还原反应：将干燥后的原料碳、煤或焦炭和金属矿破碎并研磨至-200目；
(2)将上述原料以还原剂：氧化剂的摩尔比为1～5的比例混合，以5MPa～30MPa压力制团；
(3)将制团后的原料装入真空炉中，开启真空系统，当炉内压力小于50Pa后，升温至650℃～900℃时保温1小时；
(4)然后升温至1400℃～1700℃时保温0.5～4小时，关闭供热系统；
(5)当真空炉内温度＜200℃后，关闭真空泵，取出物料；
(6)第二步还原反应：所使用的还原剂为第一步还原反应所得的金属硅或合金中的硅，以还原剂：氧化剂的摩尔比为1～5的比例混合，加热过程重复第一步还原反应；
(7)第二步反应的炉渣经过磁选得到镍铁和二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的从蛇纹石类矿物中综合回收有价金属的方法，其特征在于：所述蛇纹石类矿物是指：蛇纹石矿、红土镍矿等主要含硅酸镁、氧化铁及氧化镍的矿物，其矿物成分为：2～50％Fe2O3、3～40％MgO、10～45％SiO2、0.2～5％NiO。
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