CN102051471A

CN102051471A - 用微波处理红土镍矿富集镍铁的方法

Info

Publication number: CN102051471A
Application number: CN 201110032457
Authority: CN
Inventors: 彭虎; 胡正; 夏广斌
Original assignee: HUNAN LONGDA MICROWAVE METALLURGY CO Ltd
Current assignee: Hunan Changtuo Gaoke Metallurgy Co., Ltd.
Priority date: 2011-01-30
Filing date: 2011-01-30
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2031-01-30
Also published as: CN102051471B

Abstract

用微波处理红土镍矿富集镍铁的方法，采用的工艺步骤依次为干燥—混磨—焙烧—水淬—湿磨—磁选；所述的焙烧工艺是将混磨料加入微波设备中在惰性气氛或者弱还原气氛条件下进行直接还原焙烧，焙烧温度900℃～1280℃，还原时间0.2h～2h；所述的磁选工艺是对湿磨物料先进行弱磁选，磁场强度为1000GS～1400GS，得到精矿和尾矿，然后对弱磁选后的尾矿进行强磁选，磁场强度为3000GS～8000GS，磁选的矿浆浆度20%～40%。本发明采用微波焙烧催化还原，红土镍矿以镍铁的形式得到充分的富集，然后以成本低廉的磁选方式得到高品位的镍铁精矿。

Description

用微波处理红土镍矿富集镍铁的方法

技术领域

本发明属于矿物加工领域，特别涉及一种用微波处理红土镍矿富集镍铁的方法。

背景技术

镍是一种很重要的被广泛应用的金属元素，它常常与其它金属结合形成不锈钢、合金钢和有色高温合金，也用于电镀、催化剂、陶瓷和磁铁等领域，在工业生产中占据了重要地位。

镍主要是由硫化镍矿冶炼所得。硫化镍矿提取工艺成熟，长时间的大量开采使得世界可供开发的硫化镍矿资源已经不多，加之硫化镍矿资源勘探周期和建设周期均较长，开发和利用相对困难。与硫化镍矿情况相反的是，红土镍矿资源丰富，贮存在红土镍矿中镍金属量占据了世界总镍储量的65％，而每年从氧化镍矿中提取的镍只占世界镍产量的30％。因此，随着世界上硫化镍矿资源的逐步减少，从氧化镍矿中提取镍金属将具有极大的发展空间。

氧化镍矿是含镍橄榄岩石经长期风化淋滤变质而形成的一种复杂矿物。由于矿床风化后铁元素的氧化导致矿石显红色，因而氧化镍矿被称为红土镍矿(Laterite ore)。根据矿石中铁和镁含量的不同，含镍红土矿除过渡层外，可以简单地分为褐铁矿类型和硅镁镍矿类型。一般来说，硅镁镍矿类型的氧化镍矿硅镁镍含量较高、铁含量相对较低，而褐铁矿类型镍红土矿铁含量较高而硅镁镍含量相对较低。

由于红土镍矿矿物种类不同，因而出现了对红土镍矿矿物冶炼的不同方法。目前，已有技术的冶炼方法主要有火法、湿法和火法-湿法相结合的方法。

张华等在《铁合金》 2010年第1期第22-25页公开了题目为《红土镍矿还原焙烧-磁选实验研究》的技术，该技术将1400℃下还原出粒铁的球团磨矿至0.074mm以下，磁选精矿中的镍品位为6.65%，全铁含量为51.60%。

专利WO2006037120公开了一种分离有价值的金属用的方法和设备，该发明使用微波/毫米波技术选择性地加热矿物组分后，增加了含显著量的有价值的镍的颗粒与不含显著量的有价值的镍的颗粒之间的磁化率差别，通过一个磁场梯度，把某些含显著量的有价值的镍的颗粒从颗粒混合物中分离出来。这种使用物理方法加工镍矿以富集有价值的金属镍的方法，没有微波焙烧还原，只停留在以含镍的化合物（Ni⁺²）的形式富集金属镍的阶段，这样会导致其所富集的镍精矿镍的品位不高。要进一步提高镍精矿镍的品位还需经过复杂的后续处理。

专利CN101392320公开了一种微波还原焙烧-针铁矿沉淀转化法处理含镍红土矿的方法，该发明涉及一种微波选择性还原焙烧含镍红土矿后进行常压通空气酸浸出或者高压通富氧空气或纯氧酸浸出提炼金属镍的方法。该发明加入了一定量的碳质还原剂，利用选择性还原，这种方法既要求实现矿中镍的还原，又要求控制铁的还原只停留在磁铁矿阶段而不再继续还原，这在实际工业化应用中是很难做到的，且这种使用酸浸出的方法将导致增加较多的设备投资费用，而消耗的酸会引起环境污染问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用微波处理红土镍矿富集镍铁的方法。该法在将红土镍矿进行干燥处理以后，抛弃粉矿制球团工艺步骤，直接采用粉矿入微波设备进行还原冶炼，在一定温度和保温时间的工艺条件下，使得矿中的镍的成分在微波的催化还原下以镍铁的形式得到充分的富集，然后以成本低廉的磁选方式得到高品位的镍铁精矿。

本发明的技术方案是：

用微波处理红土镍矿富集镍铁的方法，采用的工艺步骤依次为干燥—混磨—焙烧—水淬—湿磨—磁选；所述的焙烧是将混磨料加入微波设备中在惰性气氛或者弱还原气氛条件下进行直接还原焙烧，焙烧温度900℃～1280℃，还原时间0.2h～2h；所述的磁选是对湿磨物料先进行弱磁选，磁场强度为1000GS～1400GS，得到精矿和尾矿，然后对弱磁选后的尾矿进行强磁选，磁场强度为3000GS～8000GS，磁选的矿浆浆度20%～40%。

所述的混磨是指把干燥后水分含量≤15%的矿料与碳质还原剂一起进行混合磨矿，磨矿粒度至-50目，所述的碳质还原剂是纳米碳粉、活性炭、木炭、焦炭、烟煤、无烟煤、褐煤或者它们的混合物，加入的比例为7.5%～20%。

所述的惰性气氛是指在充满氮气、氩气或其他惰性气体成分的环境中；所述的弱还原气氛，是指在惰性气体中加入≤15%还原性气体H₂、CO得到的气体成分的环境。

所述的水淬是指将焙砂直接倒入水中；所述的湿磨是指对水淬后的矿物料进行湿式磨矿，磨矿粒度为-200目的占30%以上。

所述的微波设备是指连续式工业微波炉或者间歇式工业微波炉或者微波流化床。

所述的红土镍矿包括Ni含量为0.5%～3%,Fe含量为10%～40%的硅镁镍矿型红土镍矿或者褐铁矿型含镍红土矿。

所述固体物质百分含量皆为重量百分比，气体物质百分含量皆指体积百分比。

发明原理：将红土镍矿干燥至水分小于15%，粗破碎至-3mm，加入碳质还原剂（比例为7.5%～20%）进行混磨，磨矿粒度至-50目；将混磨料加入微波设备中在惰性气氛或者弱还原气氛条件下进行直接还原焙烧，焙烧温度900℃～1280℃，还原时间0.2h～2h；将焙砂料直接进行水淬，对水淬后的矿物料进行湿式球磨，磨矿粒度为-200目的占30%以上；对湿磨物料先进行弱磁选，磁场强度为1000GS～1400GS，得到精矿和尾矿；然后对弱磁选后的尾矿进行强磁选，磁场强度为3000GS～8000GS。磁选的矿浆浆度为20%～40%。

在微波焙烧过程中，在加热混磨料时，加入比例为7.5%～20%的碳质还原剂，利用微波加热具有选择性，这种碳质还原剂能有效地吸收微波能而实现混合料的快速和有效地加热；焙烧温度达到900℃～1280℃，还原时间达到0.2h～2h，在这一温度和时间范围内，将实现铁的大部分还原，这样因为铁的大部分还原又促进了镍的充分还原，在这样的温度和时间条件下可以实现在颗粒级内部化学动力学镍铁晶粒生长，镍铁迁移富集的完成形成镍铁微粒，由于镍铁微粒的出现，为后续的磁选效果奠定了物理磁化率和化学结构基础，保证了磁选效果中镍的回收率和品位。磁选分两步进行，水淬、湿磨保证磁选料的颗粒度-200目的占30%以上，磁选的矿浆浆度为20%～40%，这种湿磨料在弱磁选（磁场强度为1000GS～1400GS）步骤可以得到品位较高的镍铁精矿，第二步对弱磁选后的尾矿进行强磁选（磁场强度为3000GS～8000GS），可以得到有一定品位的镍铁精矿用于微波焙烧的配料，保证了镍的回收率；弱磁选得到的镍铁精矿本身可以作为一种产成品，该产品可用于冶炼不锈钢，因为精矿中的元素镍是一种不锈钢内的重要的有益元素，而且精矿中的元素铁也是不锈钢产品中的一种主要的组成元素。

本发明的有益效果：第一，在混磨还原剂和红土镍矿的原料系统中，采用具有选择性加热的微波能进行冶炼，能促进镍还原反应进行，促使镍铁晶粒生长，这种冶炼过程中的还原体现在：在微波设备中在惰性气氛或者弱还原气氛条件下进行直接还原焙烧时，在焙烧温度900℃～1280℃，还原时间0.2h～2h时，这样可以实现氧化镍的充分还原和大部分氧化铁的还原，还原时间内也实现了在颗粒级内部化学动力学镍铁晶粒生长，镍铁迁移富集的完成形成镍铁微粒，由于镍铁微粒的出现，为后续的磁选效果奠定了物理磁化率和化学结构基础，保证了磁选效果中镍的回收率和品位。第二，本发明可以省去粉矿制团步骤，缩短了工艺流程，环境友好，通过简单的生产工序就可以得到高品位的镍精矿；本发明与传统的（非微波加热）加碳还原焙烧磁选技术方案相比，可以降低焙烧温度，缩短反应时间，并可提高镍精矿中镍的品位。第三，采用弱磁选与强磁选两步分选，弱磁选能有效地防止精矿中一些橄榄石、氧化铁等弱磁性结构的物质入选，镍铁品位得到提高，强磁选矿能提高镍的总回收率。第四，采用弱磁选抛尾形式能抛掉原矿80%以上的尾矿，可得到镍品位大于7%，镍铁总品位大于80%以上的镍铁精矿，较好地解决了红土镍矿富集难的问题，得到了高的弃矿率。第五，采用微波焙烧还原后立即进入水淬、湿磨和磁选这种经济的后处理方式，既可以实现镍铁的有效富集，而且成本低，在实际工业应用中有很强的实用性；磁选后得到的精矿本身就是一种产成品，镍、铁都是添加在不锈钢中的有益元素。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步说明。

用微波处理红土镍矿富集镍铁的方法，其工艺步骤依次为：

（1）干燥：将粗破的红土镍矿进行干燥处理，干燥温度100℃～300℃,干燥时间 0.5h～4h，矿中的水分含量≤15%。

（2）混磨：把干燥后的矿料与碳质还原剂一起进行混合磨矿，磨矿粒度至-50目，所述的碳质还原剂是纳米碳粉、活性炭、木炭、焦炭、烟煤、无烟煤、褐煤或者它们的混合物，加入的比例为7.5%～20%。

（3）焙烧：将混磨料加入微波设备中在惰性气氛或者弱还原气氛条件下进行直接还原焙烧，焙烧温度900℃～1280℃，还原时间0.2h～2h。

（4）水淬：将焙砂直接倒入水中。

（5）湿磨：对水淬后的矿物料进行湿式磨矿，磨矿粒度为-200目的占30%以上。

（6）磁选：对湿磨物料先进行弱磁选，磁场强度为1000GS～1400GS，得到精矿和尾矿；然后对弱磁选后的尾矿进行强磁选，磁场强度为3000GS～8000GS。磁选的矿浆浆度为20%～40%。强磁选得到的精矿返矿配料，尾矿可以采取抛弃处理。

实施例1：硅镁镍矿型红土镍矿，成分为Ni1.74%，Fe12.29%。红土镍矿经干燥至水分15%，初破碎至-3mm，把粗破的矿物与活性炭还原剂混磨至粒度-200目，活性炭还原剂的量为7.5%。然后将混矿直接加入到间歇式工业微波炉中进行还原焙烧，采用弱还原性气体（其中氩气占85%，氢气占15%）作为反应气氛，在1100℃温度下焙烧0.25h。焙砂后直接水淬，对水淬矿采取湿式球磨，磨矿粒度为-200目占50%以上。磁选形式为两步磁选，第一步为弱磁选，控制矿浆浆度为20%，磁场强度1300GS，得到精矿和尾矿；第二步，对尾矿进行强磁选，控制磁场强度4000GS，得到精矿和尾矿。强磁选后的尾矿采取抛弃的处理方式。强磁选后的精矿返回做配矿，与原矿一起进行下一次的还原焙烧。弱选得到的精矿的镍品位为7%，回收率82.5%，铁的品位为73%，回收率75%。

实施例2：硅镁镍矿型红土镍矿，成分为Ni1.74%，Fe12.29%。红土镍矿经干燥至水分12%，粗破碎至-3mm。将粗破的矿物与烟煤还原剂混磨至粒度-100目，烟煤还原剂的量为16%，然后把混矿直接加入到间歇式工业微波炉中进行还原焙烧，采用弱还原性气体（其中氩气占95%，一氧化碳占5%）作为气体气氛，在1200℃温度下焙烧0.5h。焙砂直接水淬，对水淬矿采取湿式球磨，磨矿粒度为-200目占80%以上。磁选形式为两步磁选，第一步为弱磁选，控制矿浆浆度为40%、磁场强度1400GS，得到精矿和尾矿；第二步，尾矿进行强磁选，控制磁场强度4500GS，得到精矿和尾矿。强磁选后的尾矿采取抛弃的处理方式。强磁选后的精矿返回做配矿，与原矿一起进行下一次的还原焙烧。弱选得到的精矿的镍品位为7.15%，回收率82%，铁的品位为70.5%，回收率72.5%。

实施例3：硅镁镍矿型红土镍矿，成分为Ni1.74%，Fe12.29%。红土镍矿经干燥至水分小于10%，粗破碎至-3mm。把粗破的矿物与无烟煤还原剂混磨至粒度-150目，无烟煤还原剂的量为16%，然后把混矿直接加入到连续式工业微波炉中进行还原焙烧，采用氩气作为保护气氛，在1100℃下焙烧2h。焙砂直接水淬，对水淬矿采取湿式球磨，磨矿粒度为-200目占60%以上。磁选形式为两步磁选，第一步为弱磁选，控制矿浆浆度为20%、磁场强度1400GS，得到精矿和尾矿。第二步，对尾矿进行强磁选，控制磁场强度3000GS，得到精矿和尾矿。强磁选后的尾矿采取抛弃的处理方式，强磁选后的精矿返回做配矿，与原矿一起进行下一次的还原焙烧。弱选得到的精矿的镍品位为6.28%，回收率83.5%，铁的品位为75%，回收率78%。

实施例4：褐铁矿型含镍红土镍矿，成分为Ni0.5%，Fe43.82%。红土镍矿经干燥至水分小于8%，粗破碎至-3mm，把粗破的矿物与无烟煤还原剂混磨至粒度-50目，无烟煤还原剂的量为14%，然后把混矿直接加入到连续式工业微波炉中进行还原焙烧，采用氮气作为反应气氛，在1280℃下焙烧0.2h。焙砂直接水淬，对水淬矿采取湿式球磨，磨矿粒度为-200目占50%以上。磁选形式为两步磁选，第一步为弱磁选，控制矿浆浆度为40%、磁场强度1000GS，得到精矿和尾矿。第二步，对尾矿进行次强磁选，控制磁场强度4000GS，得到精矿和尾矿。强磁选后的尾矿采取抛弃的处理方式。强磁选后的精矿返回做配矿，与原矿一起进行下一次的还原焙烧。弱选得到的精矿的镍品位为8.3%，回收率90%，铁的品位为75%，回收率78%。

实施例5：硅镁镍矿型红土镍矿，成分为Ni3%，Fe22 .29%。红土镍矿经干燥至水分小于15%，粗破碎至-3mm。把粗破的矿物与纳米碳粉还原剂混磨至粒度-200目，纳米碳粉还原剂的量为20%，然后把混矿直接加入到微波流化床中进行还原焙烧，采用弱还原性气体（其中氩气占85%，氢气占7.5%，一氧化碳占7.5%）作为反应气氛，在900℃下焙烧1h。焙砂直接水淬，对水淬矿采取湿式球磨，磨矿粒度为-200目占40%以上。磁选形式为两步磁选，第一步为弱磁选，控制矿浆浆度为30%、磁场强度1400GS，得到精矿和尾矿；第二步，对尾矿进行强选，控制磁场强度8000GS，得到精矿和尾矿。强磁选后的尾矿采取抛弃的处理方式。强样选后的精矿返回做配矿，与原矿一起进行下一次的还原焙烧。弱选得到的精矿的镍品位为6.7%，回收率80.1%，铁的品位为74%，回收率78%。

Claims

1.用微波处理红土镍矿富集镍铁的方法，其特征在于：采用的工艺步骤依次为干燥—混磨—焙烧—水淬—湿磨—磁选；所述的焙烧是将混磨料加入微波设备中在惰性气氛或者弱还原气氛条件下进行直接还原焙烧，焙烧温度900℃～1280℃，还原时间0.2h～2h；所述的磁选是对湿磨物料先进行弱磁选，磁场强度为1000GS～1400GS，得到精矿和尾矿，然后对弱磁选后的尾矿进行强磁选，磁场强度为3000GS～8000GS，磁选的矿浆浆度20%～40%。

2.根据权利要求1的用微波处理红土镍矿富集镍铁的方法，其特征在于：所述的混磨是指把干燥后水分含量≤15%的矿料与碳质还原剂一起进行混合磨矿，磨矿粒度至-50目，所述的碳质还原剂是纳米碳粉、活性炭、木炭、焦炭、烟煤、无烟煤、褐煤或者它们的混合物，加入的比例为7.5%～20%。

3.根据权利要求1的用微波处理红土镍矿富集镍铁的方法，其特征在于：所述的惰性气氛是指在充满氮气、氩气或其他惰性气体成分的环境中；所述的弱还原气氛，是指在惰性气体中加入≤15%还原性气体H₂、CO得到的气体成分的环境。

4.根据权利要求1的用微波处理红土镍矿富集镍铁的方法，其特征在于：所述的水淬是指将焙砂直接倒入水中；所述的湿磨是指对水淬后的矿物料进行湿式磨矿，磨矿粒度为-200目的占30%以上。

5.根据权利要求1的用微波处理红土镍矿富集镍铁的方法，其特征在于：所述的微波设备是指连续式工业微波炉或者间歇式工业微波炉或者微波流化床。

6.根据权利要求1的用微波处理红土镍矿富集镍铁的方法，其特征在于：所述的红土镍矿包括Ni含量为0.5%～3%,Fe含量为10%～40%的硅镁镍矿型红土镍矿或者褐铁矿型含镍红土矿。