CN104831057B

CN104831057B - 从低品位红土镍矿富集镍精矿的方法

Info

Publication number: CN104831057B
Application number: CN201510307436.XA
Authority: CN
Inventors: 上官炬; 史鹏政; 杜文广; 杨松; 刘守军
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2015-06-08
Publication date: 2017-10-10
Anticipated expiration: 2035-06-08
Also published as: CN104831057A

Abstract

本发明提供一种具有强选择还原作用的利用气固还原反应从低品位红土镍矿富集镍精矿的方法。将预焙烧的红土镍矿与作为添加剂的硫代硫酸盐均匀混合，挤压成柱状颗粒；再放入固定床反应装置在惰性气体N₂气氛中加热升温，然后通入含CO还原气体的混合气体还原焙烧，还原焙烧后的矿粉进行磁选，磁选矿物干燥后为镍精矿，非磁性矿物为尾矿。本发明的添加剂是一种在红土镍矿气体还原焙烧过程中同时具有碱性、硫酸根、加热过程中产生硫磺三重性能的单一化合物，避免需要多种添加剂混合物而产生的不足，具有强的选择还原作用。

Description

从低品位红土镍矿富集镍精矿的方法

技术领域

本发明属于化工选矿和冶金化工科学技术领域，特别涉及一种利用气固还原反应从低品位红土镍矿富集镍精矿的方法。

背景技术

红土镍矿作为全球主要的镍资源，虽然品位较低，但随着全球镍需求量不断增加，特别是硫化镍矿型镍资源储量的急剧下降，已成为全球镍行业重点瞄准开发的镍资源。由于红土镍矿品位较低，且镍以硅酸盐类的形式存在，采用传统的物理选矿方法难以富集，因此选择化学方法来处理红土镍矿，达到镍矿的富集。目前化学处理方法有：加压酸浸渍法、还原焙烧氨浸法、还原熔炼镍铁法、还原焙烧磁选法等。其中还原焙烧磁选法具有过程简单、设备无腐蚀及废水少等优点，近几年来发展非常迅速。

还原焙烧磁选法依据还原剂类型不同主要分为固体还原剂和气体还原剂，如中国专利（CN 104032058 A、CN 101586187A、CN 104087753A）等采用固体煤直接还原红土镍矿，中国专利（CN 103409629 A、CN103509936 A）等采用气体还原剂直接还原红土镍矿。由于固体直接还原红土镍矿所需还原剂通常为煤炭，煤炭作为一种成分、结构复杂的化石原料，且又含有环境污染的前驱物，如硫、汞、挥发物等，在红土镍矿还原焙烧过程中，固体碳还原焙烧技术存在操作温度高、能耗高、投资高、污染严重、产品中存在一定量的固体炭等不足。气体直接还原红土镍矿所需的还原剂是可直接来自工业生产过程副产物，如焦炉煤气、气化煤气、冶炼高炉气、天然气等，气体还原剂是一种非常洁净的化工原料，在红土镍矿还原焙烧过程中，气体还原焙烧具有温度适宜、投资低、污染低、操作简单、还原剂原料来源广泛等。

通常红土镍矿和还原剂直接发生还原反应，其选择性还原效果不明显，在红土镍矿中添加添加剂来改性选择还原性是一种最有效的方法。中国专利（CN 103526026 A）发明的一种用于红土镍矿直接还原的添加剂公开了一种用于红土镍矿直接还原的添加剂，指出添加剂是由NCS添加剂、硫酸钠、碳酸钙、磷酸钠、苏打粉、硼砂组成。中国专利（CN103526046 A）发明的一种腐殖土型红土镍矿还原的添加剂，添加剂为NCS-2添加剂、草酸钠、硼酸钠、碳酸钙、硫酸钠。由上述可以看出，红土镍矿直接还原需要的添加剂为一混合物即为复合添加剂，复合添加剂的作用，许多人都进行了研究。文献（孙体昌等，红土镍矿选择性还原焙烧- 磁选制备镍铁产品的研究，中国矿业，2012，增刊）指出添加剂NCS和NCP混合物通过助熔作用产生选择还原镍、铁的影响。文献（李光辉，红土镍矿钠盐还原焙烧一磁选的机理，中国有色金属学报，2012，22（1））指出碱金属盐能催化金属氧化物的炭热还原，通过提高碳的反应活性，使金属氧化物的晶格点阵发生畸变以及使还原产物产生微孔、加速还原气体的内扩散。同时，碱金属氧化物可与SiO₂、A1₂O₃等酸性脉石成分发生反应，起到破坏矿石结构的作用。

不同红土镍矿直接还原装置对红土镍矿还原、运行成本、原料性质等要求是不同的。目前，红土镍矿还原装置主要有流化床（中国专利，CN 103421924 A）、竖炉（中国专利，CN 101603110 A）、回转炉（中国专利，CN 102094093 A）、隧道窑（中国专利，CN 103526046A）等。这些装置在固体炭还原红土镍矿中各具有特色。

目前红土镍矿选择还原方法主要集中在碳基直接还原焙烧，但对气体直接还原红土镍矿才给予重视，特别是气体直接还原焙烧红土镍矿添加剂急需创新。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有强选择还原作用的利用气固还原反应从低品位红土镍矿富集镍精矿的方法。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种利用气固还原反应从低品位红土镍矿富集镍精矿的方法，包括步骤：

（1）将红土镍矿破碎后烘干、磨细，再进行预焙烧；

（2）将预焙烧的红土镍矿与作为添加剂的硫代硫酸盐均匀混合，添加剂加入量为红土镍矿重量的5～25%，加水捏合，挤压成柱状颗粒，进行干燥；

（3）将干燥后柱状颗粒放入固定床反应装置在惰性气体N₂气氛中加热升温至800～1200℃，然后通入含体积分数20～80%CO还原气体的混合气体，该混合气体由CO和N₂组成，混合气体空速为1000h^-1，还原焙烧时间为0.5～2h，最后含CO还原气体的混合气体切换成惰性气体N₂，使其降温到常温；

（4）还原焙烧后的矿粉，经过破碎、细磨制浆后，进入磁选机进行磁选，磁选矿物干燥后为镍精矿，非磁性矿物为尾矿。

作为优选的方案，所述的硫代硫酸钠盐类化合物为硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）、或硫代硫酸钾（K₂S₂O₃）、或硫代硫酸钙（CaS₂O₃）、或硫代硫酸钡（BaS₂O₃）。硫代硫酸盐类在还原焙烧过程中能够分解成单质硫和亚硫酸盐，释放出的单质硫与红土镍矿中铁矿转变为赤铁矿起到抛铁的作用；同时，由于生成的赤铁矿和亚硫酸盐有较低的熔点，对红土镍矿中硅酸盐相发生的重结晶过程有促进作用，利于亚硫酸盐中的金属离子取代镁橄榄石中的镍离子，使得赋存在硅酸盐中难以分离的镍离子以氧化物和硫化物的形式得到释放，从而提高了镍的品位以及选择性回收率。

作为优选的方案，步骤（1）中，将红土镍矿用颚式破碎机破碎至4-6mm，然后置于烘箱在70-90℃烘干，烘干后的红土镍矿用棒磨机磨至细度≤0.15mm的红土镍矿占90％以上，置于马弗炉中预焙烧。红土镍矿的细度对有用矿物与脉石矿物分离至关重要，细度越小分离越高，但从技术、经济上比较选择此适宜的细度。

作为优选的方案，步骤（2）中，放入挤条机后挤压成型得到直径为3～5mm、长度为5～10mm柱状颗粒，柱状颗粒放入干燥箱中干燥。

作为优选的方案，步骤（4）中，进入磁选机后，在磁选强度为0.195T下进行磁选。由于还原后的红土镍矿是一种强磁性矿物，比磁化系数大于35×10^-6m³／kg，属易选矿物，可用约0.2T的弱磁场磁选机分选。

本发明具有以下有益效果：

（1）本发明的添加剂是一种在红土镍矿气体还原焙烧过程中同时具有碱性、硫酸根、加热过程中产生硫磺三重性能的单一化合物，避免需要多种添加剂混合物而产生的不足，具有强的选择还原作用。

（2）采用一氧化碳作为还原剂，可有效利用化工企业、冶炼企业等生产副产物如焦炉煤气、气化煤气、石油裂解气、天然气裂解气、合成施放气等作为原料气，一氧化碳与碳相比具有高的还原性能和洁净性，能够降低红土镍精矿还原焙烧温度，避免碳还原过程中对产物及环境的污染。

（3）采用固定床装置气固相选择还原具有操作简单、还原速率快、还原温度低、动力消耗低、设备磨损率低等特点。

（4）本发明技术工艺具有能耗低、投资成本低、环境友好、无污染等优点。

附图说明

图1是本发明工艺流程图。

具体实施方式

实施例1

低品位红土镍矿（TNi:～1.34 wt.%）用颚式破碎机破碎至4-6mm，然后置于烘箱于80℃烘干。烘干后的红土镍矿用棒磨机磨至细度为-0.15mm占90％以上，置于马弗炉中进行预焙烧。再将预焙烧的红土镍矿中分别独立加入红土镍矿重量20%的硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）、或硫代硫酸钾（K₂S₂O₃）、或硫代硫酸钙（CaS₂O₃）、或硫代硫酸钡（BaS₂O₃）添加剂，均匀混合后加适量水捏合，放入挤条机后挤压成型得到直径为3～5mm、长度为5～10mm柱状颗粒，柱状颗粒放入干燥箱中干燥，得到干燥成型红土镍矿。将干燥后成型红土镍矿放入固定床反应装置在惰性气体N₂气氛中加热升温至1200℃，然后通入含体积分数80%CO还原气体的混合气体，混合气体空速为1000h^-1，还原焙烧时间为2h，最后含CO还原气的混合气体切换为惰性气体N₂，使其降温到常温。还原焙烧后的矿，经过破碎、细磨制浆后，进入磁选机，在磁选强度为0.195T下进行磁选，磁选矿物干燥后得到镍含量分别为TNi:10.6 wt.%，TNi:10.8wt.%，TNi:10.2 wt.%，TNi:10.5 wt.%的精矿粉。

实施例2

低品位红土镍矿（TNi:～1.34 wt.%）用颚式破碎机破碎至4-6mm，然后置于烘箱于80℃烘干，烘干后的红土镍矿用棒磨机磨至细度为-0.15mm占90％以上，置于马弗炉中进行预焙烧，将预焙烧好的红土镍矿中分别加入红土镍矿重量5%、10%、15%、20%、25%的硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）添加剂，均匀混合后加适量水捏合，放入挤条机后挤压成型得到直径为3～5mm、长度为5～10mm柱状颗粒，柱状颗粒放入干燥箱中干燥，得到干燥成型红土镍矿。将干燥后成型红土镍矿放入固定床反应装置在惰性气体N₂气氛中加热升温至1200℃，然后通入含体积分数80%CO还原气体的混合气体，混合气体空速为1000h^-1，还原焙烧时间为2h，最后含CO还原气的混合气体切换为惰性气体N₂，使其降温到常温。还原焙烧后的矿，经过破碎、湿式细磨制浆后，进入磁选机，在磁选强度为0.195T下进行磁选，磁选矿物干燥后得到镍含量分别为TNi:8.0 wt.%，TNi:8.9 wt.%，TNi:9.5 wt.%，TNi:10.6 wt.%，TNi:10.8 wt.%的精矿粉。

实施例3

低品位红土镍矿（TNi:～1.34 wt.%）用颚式破碎机破碎至4-6mm，然后置于烘箱于80℃烘干，烘干后的红土镍矿用棒磨机磨至细度为-0.15mm占90％以上，置于马弗炉中进行预焙烧，将预焙烧好的红土镍矿中加入红土镍矿重量20%的硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）添加剂，均匀混合后加适量水捏合，放入挤条机后挤压成型得到直径为3～5mm、长度为5～10mm柱状颗粒，柱状颗粒放入干燥箱中干燥，得到干燥成型红土镍矿。将干燥后成型红土镍矿放入固定床反应装置在惰性气体N₂气氛中分别加热升温至给定温度800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃，然后通入含体积分数80%CO还原气体的混合气体，混合气体空速为1000h^-1，还原焙烧时间为2h，最后含CO还原气的混合气体切换为惰性气体N₂，使其降温到常温。还原焙烧后的矿，经过破碎、湿式细磨制浆后，进入磁选机，在磁选强度为0.195T下进行磁选，磁选矿物干燥后得到镍含量分别为TNi:6.0 wt.%，TNi:7.9 wt.%，TNi:8.5 wt.%，TNi:9.4 wt.%，TNi:10.6 wt.%的精矿粉。

实施例4

低品位红土镍矿（TNi:～1.34 wt.%）用颚式破碎机破碎至5mm左右，然后置于烘箱于90℃烘干，烘干后的红土镍矿用棒磨机磨至细度为-0.15mm占90％以上，置于马弗炉中进行预焙烧，将预焙烧好的红土镍矿中加入红土镍矿重量20%的硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）添加剂，均匀混合后加适量水捏合，放入挤条机后挤压成型得到直径为3～5mm、长度为5～10mm柱状颗粒，柱状颗粒放入干燥箱中干燥，得到干燥成型红土镍矿。将干燥后成型红土镍矿放入固定床反应装置在惰性气体N₂气氛中加热升温至1200℃，然后通入含体积分数80%CO还原气体的混合气体，混合气体空速为1000h^-1，还原焙烧时间分别为0.5h、1.0h、1.5h、2h，最后含CO还原气的混合气体切换为惰性气体N₂，使其降温到常温。还原焙烧后的矿，经过破碎、湿式细磨制浆后，进入磁选机，在磁选强度为0.195T下进行磁选，磁选矿物干燥后得到镍含量分别为TNi:6.9 wt.%，TNi:8.3 wt.%，TNi:10.7 wt.%，TNi:10.6 wt.%的精矿粉。

实施例5

低品位红土镍矿（TNi:～1.34 wt.%）用颚式破碎机破碎至5mm左右，然后置于烘箱于70℃烘干，烘干后的红土镍矿用棒磨机磨至细度为-0.15mm占90％以上，置于马弗炉中进行预焙烧，将预焙烧好的红土镍矿中加入红土镍矿重量20%的硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）添加剂，均匀混合后加适量水捏合，放入挤条机后挤压成型得到直径为3～5mm、长度为5～10mm柱状颗粒，柱状颗粒放入干燥箱中干燥，得到干燥成型红土镍矿。将干燥后成型红土镍矿放入固定床反应装置在惰性气体N₂气氛中加热升温至1200℃，然后通入含体积分数20%、40%、60%、80%CO还原气体的混合气体，混合气体空速为1000h^-1，还原焙烧时间分别为2h，最后含CO还原气的混合气体切换为惰性气体N₂，使其降温到常温。还原焙烧后的矿，经过破碎、湿式细磨制浆后，进入磁选机，在磁选强度为0.195T下进行磁选，磁选矿物干燥后得到镍含量分别为TNi:6.8 wt.%，TNi:8.6 wt.%，TNi:9.7 wt.%，TNi:10.6 wt.%的精矿粉。

对比例

低品位红土镍矿（TNi:～1.34 wt.%）用颚式破碎机破碎至5mm左右，然后置于烘箱于80℃烘干，烘干后的红土镍矿用棒磨机磨至细度为-0.15mm占90％以上，将磨细的红土镍矿中分别加入红土镍矿重量20%碳酸钠（Na₂CO₃）、或生物质灰、或硫酸钠（Na₂SO₄）、或硫化钠（Na₂S）、或硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）的添加剂，均匀混合后加适量水捏合，放入挤条机后挤压成型得到直径为3～5mm、长度为5～10mm柱状颗粒，柱状颗粒放入干燥箱中干燥，得到干燥成型红土镍矿。将干燥后成型红土镍矿放入固定床反应装置在惰性气体N₂气氛中加热升温至1200℃，然后通入含体积分数80%CO还原气体的混合气体，混合气体空速为1000h^-1，还原焙烧时间为2h，最后含CO还原气的混合气体切换为惰性气体N₂，使其降温到常温。还原焙烧后的矿，经过破碎、湿式细磨制浆后，进入磁选机，在磁选强度为0.195T下进行磁选，磁选矿物干燥后得到镍含量分别为TNi:7.4 wt.%，TNi:6.6 wt.%，TNi:8.2 wt.%，TNi:7.7 wt.%，TNi:10.6 wt.%的精矿粉。

Claims

1.一种利用气固还原反应从低品位红土镍矿富集镍精矿的方法，其特征在于包括步骤：

（1）将红土镍矿破碎后烘干、磨细，再进行预焙烧，即将红土镍矿用颚式破碎机破碎至4-6mm，然后置于烘箱在70-90℃烘干，烘干后的红土镍矿用棒磨机磨至细度≤0.15mm的红土镍矿占90％以上，置于马弗炉中预焙烧；

（2）将预焙烧的红土镍矿与作为添加剂的硫代硫酸盐均匀混合，添加剂加入量为红土镍矿重量的5～25%，加水捏合，放入挤条机后挤压成型得到直径为3～5mm、长度为5～10mm柱状颗粒，柱状颗粒放入干燥箱中干燥；

（3）将干燥后柱状颗粒放入固定床反应装置在惰性气体N₂气氛中加热升温至800～1200℃，然后通入含体积分数20～80%CO还原气体的混合气体，混合气体空速为1000h^-1，还原焙烧时间为0.5～2h，最后含CO还原气体的混合气体切换成惰性气体N₂，使其降温到常温；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的硫代硫酸钠盐类化合物为硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）、或硫代硫酸钾（K₂S₂O₃）、或硫代硫酸钙（CaS₂O₃）、或硫代硫酸钡（BaS₂O₃）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤（4）中，进入磁选机后，在磁选强度为0.195T下进行磁选。