CN103509936A - 一种气基选择性还原红土镍矿生产高品位镍精矿的方法 - Google Patents

一种气基选择性还原红土镍矿生产高品位镍精矿的方法 Download PDF

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刘守军
杜文广
上官炬
杨颂
张智聪
卢杰
高峰
陈津
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Abstract

一种气基选择性还原红土镍矿生产高品位镍精矿的方法是将粉碎后的红土镍矿粉中加入添加剂，混合均匀后在搅拌下，将矿粉加热升温至750～1000℃，通入还原气体，反应60～240min，停止搅拌、关闭还原气，在氮气保护下降至常温；反应磁化后的矿粉，经湿式细磨、调浆后进入磁选机进行磁选；磁性矿物为镍精矿，脱水后即得最终产品；非磁性矿物即为尾矿。本发明具有操作温度低、镍回收率高，对设备无腐蚀，能耗小、投资少、成本低，且对环境友好、无污染的优点。

Description

一种气基选择性还原红土镍矿生产高品位镍精矿的方法
技术领域
本发明涉及一种利用气基还原低品位红土镍矿，经磁化后的镍矿借助传统磁选方法生产高品位镍精矿的方法。
背景技术
全球陆基镍资源主要分为两类：风化型红土镍矿床和岩浆型铜镍硫化矿。红土镍矿储量约为126亿吨，占世界陆基镍资源储量的72%，平均品位为1.28%，矿产集中分布在赤道附近的热带和亚热带地区。硫化镍矿储量约为105亿吨，平均镍含量为0.58%，占世界镍资源量的28%，共伴生矿产主要有金、银、铜及铂族元素等稀有贵金属。而我国目前已查明的镍矿储量约为760万吨，占世界总储量的5.9%。
全球镍的消费量仅次于铜、铝、铅、锌而居有色金属第五位。随着世界钢铁行业的快速发展，全球将近2/3的精炼镍用于制造不锈钢和各种合金钢，不锈钢产量的迅速增长，将直接刺激了全球镍产量的急速上升。但是随着全球经济的快速发展，镍的开采量日益剧增，要满足国际镍消费量的长远需求，单纯依靠硫化镍矿扩大生产规模难以达到目的，而且可供开发的硫化镍矿资源又非常有限，开采难度日益加深和保有储量剧减，不可能对镍资源供应提供长期保证，前景不容乐观。
相比之下，红土镍矿镍储量却极其丰富，而且具有以下几个特点：
⑴矿床规模大，埋藏浅，适合露天开采，采矿成本低；
⑵选冶工艺技术日趋成熟。对高硅镁低铁的高品位红土矿通过有效的选冶技术可生产氧化镍、硫镍、镍铁合金等多种中间产品；
⑶矿床一般均靠近海域，便于运输；
⑷随着西澳大利亚东北部富钴氧化镍矿的开发利用，全球镍资源开发的重点快速地由硫化镍矿转向红土镍矿。
综上所述，如何对储量丰富的低品位红土镍矿实现经济选别，对我国钢铁企业摆脱对国外镍矿石的过度依赖，获得市场的定价权具有重要意义。
红土镍矿属弱磁性铁矿石，镍品位相对较低，镍的浸染状态复杂，常规选别方法很难满足高炉冶炼对矿石成分的要求。基于此，国内外研究人员对红土镍矿选别进行了大量研究。国内外红土镍矿的研究包括：加压酸浸工艺（HPAL）、还原焙烧—氨浸工艺、生物浸出工艺、还原熔炼镍铁工艺、硫化熔炼镍锍工艺以及还原焙烧—磁选法制备镍铁工艺等，但成功富集的报道很少。这些研究具体可分为两类：一是湿法工艺、二是火法工艺。前者处理成本较高，对设备腐蚀严重，且对环境污染大；后者多采用固体碳还原磁化，由于操作温度高，多在1200℃左右，存在镍回收率低、能耗高、设备材质与加工难度大、投资高等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低、无污染、能耗小、镍回收率高的气基选择性还原红土镍矿，生产高品位镍精矿的方法。
针对大量禀赋的低品位红土镍矿精加工，本发明提供了一种采用气基还原磁化的方法，还原后的红土镍矿借助传统磁选工艺选别得到高品位镍精矿，可大大缓解我国镍资源匮乏这一窘境，且通过较经济的手段得到较高品位的镍精矿，为下一步不锈钢等生产提供较好的原料，降低原料成本。
本发明所提供的一种气基选择性还原红土镍矿生产高品位镍精矿的方法，是先将干燥的红土镍矿原矿经干式研磨后，加入添加剂后置于带有搅拌的反应器中，升温后通入还原气体进行反应，使矿粉中非磁性或弱磁性的Fe2O3、NiO还原为磁性的Fe3O4、Fe、Ni；反应磁化后的矿粉，经湿式细磨、调浆后进入磁选机，调节磁场强度进行磁选；磁性矿物为镍精矿，脱水后即得最终产品；非磁性矿物即为尾矿。其具体方法按下列步骤进行：
⑴将干燥的红土镍矿原矿进行干式研磨，使矿粉粒度≤2mm；
⑵粉碎后的矿粉中加入5～20wt%的添加剂，混合均匀后置于带有搅拌的反应器中，开启搅拌机，控制搅拌速度为10～50rpm；
⑶将反应器中的矿粉加热升温至750～1000℃，按每小时每公斤矿粉需要140～240L还原气体，再通入还原气体，反应60～240min，使矿粉中非磁性或弱磁性的Fe2O3、NiO还原为磁性的Fe3O4、Fe、Ni；然后停止搅拌、关闭还原气，在氮气保护下降至常温；
⑷反应磁化后的矿粉，经湿式细磨、调浆后进入磁选机，调节磁场强度为0.117～0.195T，进行磁选；磁性矿物为镍精矿，脱水后即得最终产品；非磁性矿物即为尾矿。
如上所述的添加剂为Na2SO4、CaO或S等。
如上所述的还原气体为焦炉煤气、发生炉煤气或其它富含H2和CO的气体（如水煤气、高炉煤气、转炉煤气等）。
本发明具有如下优点：
1、本发明工艺过程简单，技术经济指标好，可同时获得高品位镍精矿，实现了对数量巨大低品位红土镍矿的经济选别，对我国钢铁企业摆脱对国外镍精矿的过度依赖，获得市场的定价权具有重要意义。
2、所得镍精矿产品的指标（wt%）：含镍5～10%、铁50%以上。
3、与原有加工工艺相比，本发明具有操作温度低、镍回收率高，对设备无腐蚀，能耗小、投资少、成本低，且对环境友好、无污染的优点。
具体实施方式
实施例1
焦炉煤气成分（vol%）：CH425.3%，H260.5%，CO6.2%，C2+不饱和烃3.0%,CO22.0%,O20.5%，其它2.5%（主要为N2）。
红土镍矿矿样（wt%）：TNi:0.98%，TFe:28.7%。
将红土镍矿矿样破碎至粒度≤2mm，添加10wt%Na2SO4，混合均匀后置于带有搅拌的反应器中，开启搅拌机，控制搅拌速度为30rpm；升温至750℃后通入焦炉煤气，控制气量为200L/(h.kg矿),反应240min后停止搅拌、关闭焦炉煤气，在氮气保护下降至常温，得到磁化矿样，在0.156T磁场强度下磁选，脱水后分析得到（wt%）：镍精矿TNi:5.1%，TFe:50%，镍回收率92%，铁回收率50%。
实施例2
焦炉煤气成分（vol%）：CH425.3%，H260.5%，CO6.2%，C2+不饱和烃3.0%,CO22.0%,O20.5%，其它2.5%（主要为N2）。
红土镍矿矿样（wt%）：TNi:0.98%，TFe:28.7%。
将红土镍矿矿样破碎至粒度≤2mm，添加15wt%Na2SO4，混合均匀后置于带有搅拌的反应器中，开启搅拌机，控制搅拌速度为40rpm；升温至800℃后通入焦炉煤气，控制气量为200L/(h.kg矿),反应180min后停止搅拌、关闭焦炉煤气，在氮气保护下降至常温，得到磁化矿样，在0.156T磁场强度下磁选，脱水后分析得到（wt%）：镍精矿TNi:6.3%，TFe:47%，镍回收率94%，铁回收率51%。
实施例3
焦炉煤气成分（vol%）：CH425.3%，H260.5%，CO6.2%，C2+不饱和烃3.0%,CO22.0%,O20.5%，其它2.5%（主要为N2）。
红土镍矿矿样（wt%）：TNi:0.98%，TFe:28.7%。
将红土镍矿矿样破碎至粒度≤2mm，添加20wt%Na2SO4，混合均匀后置于带有搅拌的反应器中，开启搅拌机，控制搅拌速度为50rpm；升温至1000℃后通入焦炉煤气，控制气量为200L/(h.kg矿),反应120min后停止搅拌、关闭焦炉煤气，在氮气保护下降至常温，得到磁化矿样，在0.156T磁场强度下磁选，脱水后分析得到（wt%）：镍精矿TNi:10.1%，TFe:53%，镍回收率85%，铁回收率42%。
实施例4
焦炉煤气成分（vol%）：CH425.3%，H260.5%，CO6.2%，C2+不饱和烃3.0%,CO22.0%,O20.5%，其它2.5%（主要为N2）。
红土镍矿矿样（wt%）：TNi:0.98%，TFe:28.7%。
将红土镍矿矿样破碎至粒度≤2mm，添加10wt%CaO，混合均匀后置于带有搅拌的反应器中，开启搅拌机，控制搅拌速度为10rpm；升温至900℃后通入焦炉煤气，控制气量为200L/(h.kg矿),反应200min后停止搅拌、关闭焦炉煤气，在氮气保护下降至常温，得到磁化矿样，在0.156T磁场强度下磁选，脱水后分析得到（wt%）：镍精矿TNi:4.8%，TFe:43%，镍回收率89%，铁回收率55%。
实施例5
焦炉煤气成分（vol%）：CH425.3%，H260.5%，CO6.2%，C2+不饱和烃3.0%,CO22.0%,O20.5%，其它2.5%（主要为N2）。
红土镍矿矿样（wt%）：TNi:0.98%，TFe:28.7%。
将红土镍矿矿样破碎至粒度≤2mm，添加5wt%S，混合均匀后置于带有搅拌的反应器中，开启搅拌机，控制搅拌速度为30rpm；升温至800℃后通入焦炉煤气，控制气量为200L/(h.kg矿),反应240min后停止搅拌、关闭焦炉煤气，在氮气保护下降至常温，得到磁化矿样，在0.156T磁场强度下磁选，脱水后分析得到（wt%）：镍精矿TNi:5.2%，TFe:44%，镍回收率94%，铁回收率59%。
实施例6
发生炉煤气成分（vol%）：CH40.7%，H212.4%，CO27.3%，CO26.2%,其它53.4%（主要为N2）。
红土镍矿矿样（wt%）：TNi:0.98%，TFe:28.7%。
将红土镍矿矿样破碎至粒度≤2mm，添加5wt%S，混合均匀后置于带有搅拌的反应器中，开启搅拌机，控制搅拌速度为50rpm；升温至900℃后通入发生炉煤气，控制气量为200L/(h.kg矿),反应180min后停止搅拌、关闭发生炉煤气，在氮气保护下降至常温，得到磁化矿样，在0.156T磁场强度下磁选，脱水后分析得到（wt%）：镍精矿TNi:3.8%，TFe:44%，镍回收率82%，铁回收率53%。
实施例7
水煤气成分（vol%）：H250%，CO40%，CO29%其它1%（主要为N2）。
红土镍矿矿样（wt%）：TNi:0.98%，TFe:28.7%。
将红土镍矿矿样破碎至粒度≤2mm，添加10wt%Na2SO4，混合均匀后置于带有搅拌的反应器中，开启搅拌机，控制搅拌速度为30rpm；升温至800℃后通入焦炉煤气，控制气量为200L/(h.kg矿),反应200min后停止搅拌、关闭水煤气，在氮气保护下降至常温，得到磁化矿样，在0.156T磁场强度下磁选，脱水后分析得到（wt%）：镍精矿TNi:5.8%，TFe:49%，镍回收率96%，铁回收率54%。

Claims (3)

1.一种气基选择性还原红土镍矿生产高品位镍精矿的方法，其特征在于包括如下步骤：
⑴将干燥的红土镍矿原矿进行干式研磨，使矿粉粒度≤2mm；
⑵粉碎后的矿粉中加入5～20wt%的添加剂，混合均匀后置于带有搅拌的反应器中，开启搅拌机，控制搅拌速度为10～50rpm；
⑶将反应器中的矿粉加热升温至750～1000℃，按每小时每公斤矿粉需要140～240L还原气体，再通入还原气体，反应60～240min，使矿粉中非磁性或弱磁性的Fe2O3、NiO还原为磁性的Fe3O4、Fe、Ni；然后停止搅拌、关闭还原气，在氮气保护下降至常温；
⑷反应磁化后的矿粉，经湿式细磨、调浆后进入磁选机，调节磁场强度为0.117～0.195T，进行磁选；磁性矿物为镍精矿，脱水后即得最终产品；非磁性矿物即为尾矿。
2.如权利要求1所述的一种气基选择性还原红土镍矿生产高品位镍精矿的方法，其特征在于所述的添加剂为Na2SO4、CaO或S。
3.如权利要求1所述的一种气基选择性还原红土镍矿生产高品位镍精矿的方法，其特征在于所述的还原气体为焦炉煤气、发生炉煤气、水煤气、高炉煤气或转炉煤气。
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