CN104498733A - 一种提高红土镍矿碳热还原选择性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高红土镍矿碳热还原选择性的方法，在红土镍矿中配加含硫助剂，采用碳热还原-分选工艺制得镍铁产品。通过含硫助剂的作用，在适宜的碳热还原制度下，使红土镍矿中镍氧化物还原成金属镍，而铁氧化物部分被还原成金属铁，其余部分与助剂中的硫结合转化为硫化亚铁。本发明实现了红土镍矿碳热还原过程中镍和铁的选择性还原/硫化，可大幅度提高还原产品镍铁中镍的品位，获得优质的镍铁产品，能够满足不锈钢冶炼原料要求，该方法具有原料适应性强、工艺流程简单、产品质量好、处理成本低、镍回收效果好等特点，为未来红土镍矿高效、低成本处理提供了新的方向。

Description

一种提高红土镍矿碳热还原选择性的方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种提高红土镍矿碳热还原选择性的方法。

背景技术

随着优质硫化镍矿资源的趋近枯竭，红土镍矿将是镍供应的主要来源。目前，直接还原法成为处理红土镍矿的热门研究方法。其中，回转窑粒铁法（大江山法）是目前世界上唯一采用回转窑处理红土镍矿的工业应用方法，此工艺的优点是流程短、能耗少、生产成本低，对矿石的适应性广。但同时也存在工艺条件苛刻，难于操作和控制，生产过程中极易形成窑内结圈等问题，限制了该工艺的推广应用。

由于大江山工艺在能耗、成本和综合利用等方面具有的优点，同时又存在工艺条件苛刻，难于操作和控制等不足，对该工艺进行优化和改进成为研究热点。采用直接还原-磁选工艺，是在1000~1100℃低温下以煤为还原剂对红土镍矿直接还原焙烧，还原产物冷却后经破碎、磨矿、磁选，得到镍铁产品。红土镍矿可不经预先富集，工艺流程短、原料适应强，以廉价的褐煤作为还原剂在1100℃左右的较低温度下还原，生产成本及能耗低，低温还原还可有效避免回转窑结圈等问题。

红土镍矿直接还原-磁选生产镍铁合金作为不锈钢原料，镍以铁为载体通过物理分选得到富集，使得红土镍矿采用其他传统工艺处理时被当作杂质而须处理的金属铁直接进入不锈钢，避免了采用电解镍生产不锈钢过程中，镍、铁需先分离而后又融合过程造成的能源和资源的浪费，工艺更合理、更具有优势。

正是由于直接还原-磁选工艺中镍需要以铁为载体得到高效富集，因此在还原过程中大量的铁被还原充当载体，虽然可以获得较好的金属回收率，但铁的大量还原同时降低产品中的镍品位，镍铁产品的质量并不理想，从而限制了直接还原-磁选法制备镍铁产品的推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种提高红土镍矿碳热还原选择性的方法，采用该方法可大幅度提高还原产品镍铁中镍的品位，获得优质的镍铁产品，具有原料适应性强、工艺流程简单、产品质量好、处理成本低、镍回收效果好的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种提高红土镍矿碳热还原选择性的方法，在红土镍矿中配加含硫助剂，采用碳热还原-分选工艺制得镍铁产品。

上述的方法，优选的，所述含硫助剂包含硫酸钠、硫酸钙、硫化钠、硫磺和有机硫中的至少一种。

上述的方法，优选的，所述含硫助剂中总硫与红土镍矿中全铁的质量比为0.15~0.25。

上述的方法，优选的，所述含硫助剂至少含有硫酸钠和/或硫化钠，且硫酸钠和/或硫化钠的质量与含硫助剂的总质量之比为0.6~1。

上述的方法，优选的，所述碳热还原-分选工艺中，红土镍矿在还原性气氛中以900~1050℃的温度进行还原焙烧，还原焙烧时间为30~60min。

上述的方法，优选的，所述还原性气氛为CO的气氛，且CO的质量百分含量为20~50%。

本发明的机理为：镍氧化物和铁氧化物在还原气氛下均可以被还原，即NiO→Ni，Fe_xO_y→Fe在一定条件下均能发生，且铁氧化物的还原遵循逐级还原原则，即Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe。通过添加一定量的含硫助剂，在适宜的碳热还原制度下，含硫助剂起到选择性还原作用，含硫助剂中的硫优先与铁氧化物还原中间产物中的FeO反应生成FeS，抑制氧化亚铁还原成金属铁，而镍氧化物被还原成金属镍，使红土镍矿中铁氧化物趋于硫化，镍氧化物趋于还原，实现还原焙烧过程中选择性还原红土镍矿中镍，从而提高还原产品镍铁中的镍含量。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提高红土镍矿碳热还原选择性的方法，在碳热还原过程中配加含硫助剂，通过含硫助剂的作用，在适宜的碳热还原制度下，使红土镍矿中镍氧化物还原成金属镍，而铁氧化物部分被还原成金属铁，其余部分与助剂中的硫结合转化为硫化亚铁。根据相似相溶的原则，金属铁优先与金属镍结合形成镍铁颗粒，充当镍的载体，为后续弱磁湿式分选创造有利条件。本发明实现了红土镍矿碳热还原过程中镍和铁的选择性还原/硫化，可大幅度提高还原产品镍铁中镍的品位，获得优质的镍铁产品，能够满足不锈钢冶炼原料要求；该方法具有原料适应性强、工艺流程简单、产品质量好、处理成本低、镍回收效果好等特点，为未来红土镍矿高效、低成本处理提供了新的方向。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

所用红土镍矿的主要化学成分如表1所示，将红土镍矿预先干燥破碎、磨矿至-3mm的红土镍矿粉，其中-1mm粒级占红土镍矿粉的质量百分数大于等于70%。

表1 红土镍矿的主要化学成分/%

                                                 

 对比例：

将红土镍矿粉造块干燥，在CO质量百分含量为50%的还原气氛中于1050℃温度下焙烧60min，还原产物冷却后经破碎、磨矿至90%小于74nm，磁选分离。经试验分析得到：还原产物中镍、铁金属化率分别为80.81%、66.23%。所得镍铁产品中镍、铁品位分别为2.83%、62.05%，镍、铁回收率分别为60.54%、64.35%。

实施例1：

将红土镍矿粉与一定质量的含硫助剂充分混匀，造块干燥，其中，含硫助剂中包含硫酸钠和硫化钠，且含硫助剂中总硫与红土镍矿中全铁的质量比为0.15；含硫助剂中硫酸钠和硫化钠的质量与含硫助剂的总质量之比为0.6。在CO质量百分含量为40%的还原气氛中于1050℃温度下焙烧60min，得到还原产物，还原产物冷却后经破碎、磨矿至90%小于74nm，磁选分离。经试验分析得到：还原产物中镍、铁硫化率分别为4.35%、20.42%，镍、铁金属化率分别为91.78%、70.69%。所得镍铁产品中镍、铁品位分别为10.39%、81.91%，镍、铁回收率分别为90.83%、68.84%。相比于对比例，本实施例中镍的金属化率、品位和回收率均大大提高。

实施例2：

将红土镍矿粉与一定质量的含硫助剂充分混匀，造块干燥，其中，含硫助剂中包含硫酸钠，且含硫助剂中总硫与红土镍矿中全铁的质量比为0.20；含硫助剂中硫酸钠的质量与含硫助剂的总质量之比为0.8。在CO质量百分含量为50%的还原气氛中于1050℃温度下焙烧60min，得到还原产物，还原产物冷却后经破碎、磨矿至90%小于0.074mm，磁选分离。经试验分析得到：还原产物中镍、铁硫化率分别为4.82%、25.23%，镍、铁金属化率分别为90.96%、66.85%。所得镍铁产品中镍、铁品位分别为11.27%、82.76%，镍、铁回收率分别为90.30%、65.57%。相比于对比例，本实施例中镍的金属化率、品位和回收率均大大提高。

实施例3：

将红土镍矿粉与一定质量的含硫助剂充分混匀，造块干燥，其中，含硫助剂中包含硫化钠，且含硫助剂中总硫与红土镍矿中全铁的质量比为0.23；硫化钠的质量与含硫助剂的总质量之比为1.0。在CO质量百分含量为50%的还原气氛中于1050℃温度下焙烧50min，得到还原产物，还原产物冷却后破碎、磨矿至90%小于74nm，采用湿式弱磁选方法分选。经试验分析得到：还原产物中镍、铁硫化率分别为5.02%、27.16%，镍、铁金属化率分别为92.14%、64.05%。所得镍铁产品中镍、铁品位分别为12.05%、81.46%，镍、铁回收率分别为91.72%和62.19%。相比于对比例，本实施例中镍的金属化率、品位和回收率均大大提高。

Claims (6)

1.一种提高红土镍矿碳热还原选择性的方法，其特征在于：在红土镍矿中配加含硫助剂，采用碳热还原-分选工艺制得镍铁产品。

2.根据权利要求1所述的提高红土镍矿碳热还原选择性的方法，其特征在于：所述含硫助剂包含硫酸钠、硫酸钙、硫化钠、硫磺和有机硫中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的提高红土镍矿碳热还原选择性的方法，其特征在于：所述含硫助剂中总硫与红土镍矿中全铁的质量比为0.15~0.25。

4.根据权利要求2所述的提高红土镍矿碳热还原选择性的方法，其特征在于：所述含硫助剂至少含有硫酸钠和/或硫化钠，且硫酸钠和/或硫化钠的质量与含硫助剂的总质量之比为0.6~1。

5.根据权利要求1所述的提高红土镍矿碳热还原选择性的方法，其特征在于：所述碳热还原-分选工艺中，红土镍矿在还原性气氛中以900~1050℃的温度进行还原焙烧，还原焙烧时间为30~60min。

6.根据权利要求5所述的提高红土镍矿碳热还原选择性的方法，其特征在于：所述还原性气氛为CO的气氛，且CO的质量百分含量为20~50%。