CN104988302A

CN104988302A - 一种高效回收铁资源的镍渣处理方法

Info

Publication number: CN104988302A
Application number: CN201510342591.5A
Authority: CN
Inventors: 杜雪岩; 申莹莹; 马永波; 张龙; 王晓梅
Original assignee: Lanzhou University of Technology
Current assignee: Lanzhou University of Technology
Priority date: 2015-06-19
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2015-10-21

Abstract

本发明提供了一种高效回收铁资源的镍渣处理方法，熔融镍渣，保持温度，加入改质剂，保温，完全反应后，得到碱度为1.0～1.4的改质镍渣；底吹或液面以下顶吹空气或氧气，对改质镍渣进行弱氧化处理，得氧化后镍渣；以小于等于5℃/min的降温速率将氧化后镍渣的温度降至1200℃后，水淬冷却，完全凝固后，得固结镍渣；破碎球磨至粒度小于200目；磁选球磨后矿渣，回收磁性物质，完成镍渣的处理。该处理方法不仅能够从镍渣中回收铁资源，而且不会将镍渣中有害元素带入富铁相中，完全可以替代铁精矿使用。实现铁资源低能耗、低成本、安全易处理的回收，对促进镍渣的资源再利用、企业节能减排环及境保护均具有重要意义。

Description

一种高效回收铁资源的镍渣处理方法

技术领域

本发明属于冶金资源再利用技术领域，涉及一种从镍渣中回收铁的方法，特别涉及一种高效回收铁资源的镍渣处理方法。

背景技术

镍渣是冶炼金属镍过程中排放的工业废渣，生产1吨镍约排出6～16吨渣，仅甘肃省金川集团每年排放镍渣100余万吨，累计堆存量多达1000余万吨。镍渣处理是镍冶金过程的一个重要工序，它不仅关系到镍冶炼的顺畅，更涉及到排渣占地和环境污染等问题，是镍冶金发展循环经济的主要问题。

镍渣的化学成分随镍冶炼工艺和矿石来源的不同而有所差异，各主要成分的含量：SiO₂为30～50%、FeO为30～60%、MgO为1～15%、CaO为1.5～5%、Al₂O₃为2.5～6%，并含有少量的Cu、Ni、S等。依据镍渣成分，国内外镍渣的综合利用或减少排放的方法有很多种，主要是从冶炼炉排放为固体物以后再加以处理和利用，包括生产微晶玻璃、作为吸附材料用于去除和回收废水中的Cu²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺等重金属离子、湿法浸出或深度还原镍渣中有价金属等。据统计，镍渣中TFe含量平均可达40%以上，远高于我国铁矿石可采品味（TFe＞27%），若能对镍渣中的铁资源充分回收，则既可避免资源的浪费，又可增加企业的经济效益。

理论研究和生产实践表明，镍渣中的铁主要以弱磁性的铁橄榄石（2FeO·SiO₂）的形式存在。而铁橄榄石是复杂硅酸盐组成的共熔体，硅酸盐晶体是Si-O原子相互连接的复杂网状晶体，很难以磁选的方式对其中的铁进行富集。目前，从镍渣中的铁橄榄石提取铁资源通常采用还原法。

采用还原法提取铁资源，主要考虑将其烧结制块，直接入炉代替铁矿石或是采用碳质还原剂将其深度还原为铁，然后进行磨矿和磁选分离作业，一定程度上可以实现镍渣中铁资源与其他矿物的有效分离。Jian Pan等通过提高炉渣的碱度，采用碳还原法在镍渣中获得了75.26%的Fe、3.25%的Ni和1.2%的Cu，其中Ni和Cu的回收率分别达到了82.2%和80.0%，但铁的回收率只有42.17%。赵俊学等为了改善镍冶炼弃渣还原提铁条件，对火法冶炼镍渣型进行改型研究。倪文等针对金川镍弃渣的特点，采用深度还原—磁选工艺，对其进行铁资源回收的综合利用实验研究，获得了铁品位为89.84%，铁回收率达93.21%的铁精矿。

但是由于铁橄榄石相中铁氧化物被石英相所包裹，强度较高，结构致密，难以被还原性气体所穿透，导致还原性较差，必须在较高的温度下由固体C还原剂所还原，还原产物为Fe及SiO₂；由熔渣的离子理论可知，纯石英相粘度极高，会导致还原后的渣和铁难以分离；镍渣中所含的微量元素，如Cu、As等元素会被还原并带入铁中，在后期钢铁冶炼中无法去除而严重影响钢铁质量；依据金川公司镍渣处理实际情况可知，在还原提铁过程中会产生大量泡沫渣，造成熔渣飞溅；另外，还原和置换FeO的能耗高、不具经济可行性，尚未形成工业生产规模，致使大量镍渣堆砌在渣场。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效回收铁资源的镍渣处理方法，实现低成本、低能耗的从镍渣中提取铁资源，用于替代铁矿石使用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高效回收铁资源的镍渣处理方法，具体按以下步骤进行：

步骤1：对于能够及时处理的熔融态镍渣：将熔融态镍渣倒入加热炉中加热，控制温度为1300～1500℃，加入改质剂，保温，完全反应后，得到碱度为1.0～1.4的改质镍渣；

对于企业现场因设备和工艺原因不能及时处理的熔融态镍渣以及已经产生尚未处理的堆放在渣场的镍渣：冷却凝固镍渣，将冷却凝固后的镍渣加热重新熔化，控制温度为1300～1500℃，加入改质剂，保温，完全反应后，得到碱度为1.0～1.4的改质镍渣；

步骤2：在保持改质镍渣温度1300～1500℃的条件下，加热炉底吹或液面以下顶吹空气对改质镍渣进行弱氧化处理，得氧化后镍渣；

或者，在保持改质镍渣温度1300～1500℃的条件下，加热炉底吹或液面以下顶吹氧气对改质镍渣进行弱氧化处理，得氧化后镍渣；

步骤3：以小于等于5℃/min的降温速率将氧化后镍渣的温度降至1200℃后，水淬冷却，完全凝固后，得固结镍渣；

步骤4：破碎球磨固结镍渣至粒度小于200目；

步骤5：磁选球磨后矿渣，回收磁性物质，完成镍渣的处理。

本发明处理方法利用熔渣物理热，在高温熔融状态下，对熔渣进行改质及弱氧化处理，使熔渣中铁的赋存状态由铁橄榄石相转移至磁铁矿相，并使铁充分富集，经磁选分离后，获得高品位的磁铁矿相。这种处理方法不仅能够从镍渣中回收铁资源，使最终的磁选产物中铁含量达到55%以上，主要赋存于磁铁矿相，而且不会将镍渣中有害元素带入富铁相中，该磁选产物完全可以替代铁精矿使用。实现铁资源低能耗、低成本、安全易处理的回收，对促进镍渣的资源再利用、企业节能减排环及境保护均具有重要意义。

附图说明

图1是实施例1中将固结镍渣破碎球磨至粒度200目以下后的实物粉末图片。

图2是从图1所示粉末中磁选得到的磁选物质的图片。

图3是图2所示磁选物质的XRD图谱。

图4是实施例1制得的固结镍渣的背散射电子成像（BEI）显微图。

图5是实施例1制得的固结镍渣中铁元素的面扫描图。

图6是实施例1制得的固结镍渣中的线扫描位置图。

图7是图6中“线数据2”处的放大图。

图8是图7中显示的线扫描数据线上铁元素的线扫描图。

图9是图7中显示的线扫描数据线上钙元素的线扫描图。

图10是图7中显示的线扫描数据线上硅元素的线扫描图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

镍渣中的铁主要以弱磁性的铁橄榄石（2FeO·SiO₂）的形式存在，可通过碳质还原剂将其深度还原为铁。但由于铁橄榄石还原性较差；导致还原后的铁与渣难以分离；同时镍渣中的其它微量元素易被还原进入铁中而影响钢铁质量；而且还原过程中产生的CO有毒气体，导致泡沫渣生成，造成熔渣飞溅；还原能耗高、不具经济可行性，尚未形成工业生产规模，致使大量镍渣堆砌在渣场。因此，本发明提供了一种回收镍渣中铁资源的处理方法，能够获得高品位的作为铁矿石替代资源的磁铁矿相。该处理方法具体按以下步骤进行：

步骤1：镍渣的改质处理：

对于能够及时处理的熔融态镍渣：将熔融态镍渣倒入加热炉（电炉、感应炉等）中，对其进行加热，控制温度为1300～1500℃，防止熔渣因热损失而凝固，保证镍渣为熔融状态；加入石灰石或生石灰等碱性氧化物作为改质剂，保温，完全反应后，得到碱度（CaO/SiO₂）为1.0～1.4的改质镍渣；

对于企业现场因设备和工艺原因不能及时处理的熔融态镍渣以及已经产生尚未处理的堆放在渣场的镍渣：冷却使镍渣凝固，将冷却凝固后的镍渣加热重新熔化，控制温度为1300～1500℃，加入石灰石或生石灰等碱性氧化物作为改质剂，保温，完全反应后，得到碱度（CaO/SiO₂）为1.0～1.4的改质镍渣；

为使反应完全、熔渣成分均匀，可适当进行搅拌。

因为镍渣中的铁元素以铁橄榄石的形式存在，在熔融的镍渣中加入碱性氧化物作为改质剂，能够破坏铁橄榄石的网状结构。如向熔融镍渣中加入CaO，将熔融镍渣的碱度调整为1.0～1.4，在高温下增大CaO的溶解度，则可促使铁橄榄石释放出FeO。为使改质剂尽快熔化、溶解，改质剂的粒度需小于3mm。

步骤2：改质镍渣的弱氧化处理

加热炉底吹或液面以下顶吹空气对改质镍渣进行弱氧化处理，并保持改质镍渣的温度为1300～1500℃，通入空气的流量为120～200mL/min，弱氧化处理30min～60min，得氧化后镍渣；

或者，加热炉底吹或液面以下顶吹氧气对改质镍渣进行弱氧化处理，并保持改质镍渣的温度为1300～1500℃，通入的氧气流量为30～50mL/min，弱氧化处理30min～60min，得氧化后镍渣；

改质后，镍渣中游离出大量FeO，赋存在原渣铁橄榄石相中的FeO经氧化后转变为强磁性的Fe₃O₄，改质镍渣中磁铁矿相达到饱和浓度时，开始结晶析出并长大。氧化过程中若气体流量过大或氧化时间过长，会使生成的磁铁矿相继续氧化为弱磁性的赤铁矿相（a-Fe₂O₃），不利于磁选回收。

步骤3：冷却

以小于等于5℃/min的降温速率将氧化后镍渣的温度降至1200℃后，水淬冷却，完全凝固后，得固结镍渣；

将氧化后熔融镍渣在渣罐或除渣场渣坑内冷却。冷却过程中，形成的磁铁矿相晶粒长大。在1200℃以下，镍渣完全凝固，对冷却速度不做要求。而在1200℃以上的温度范围内，需要控制冷却速率，以便使磁铁矿晶粒在冷却过程中长大。这个过程中会因为熔渣散热而造成降温速率过快，可采用感应炉或电炉进行加热，进行温度补偿，使熔渣的降温速率保持在5℃/min以下。总之，在1200℃以上的温度范围内，冷却速度越小，越有利于磁铁矿相晶粒长大，磁铁矿相晶粒可达到100μm；有利于后期磁选，提高磁选产物中的铁含量。

步骤4：破粉碎

将固结镍渣在破碎球磨至粒度小于200目，以实现磁铁矿相和其他组分的分离；根据分离方法和条件不同，可在此粒度范围内调整。

步骤5：分离回收

因为生成强磁性的磁铁矿相，所以采用磁选的方法进行选矿处理，以实现磁铁矿相与其他组分的分离，完成镍渣的处理，分离后，磁性物质中铁含量在55%以上，主要赋存于磁铁矿相；回收的磁铁矿相（磁性物质）作为铁矿石替代资源。

下述实施例中采用的原料镍渣为闪速炉产生的熔融态镍渣，排渣温度1250～1350℃。该熔融态镍渣中的主要成分及含量： SiO₂为30～50%，FeO为30～60%，MgO为1～15%，CaO为1.5～5%，Al₂O₃为2.5～6%，并含有少量的Cu、Ni、S等。

实施例1

将闪速炉产生的温度为1250～1350℃的熔融态镍渣加入加热炉内，加热使熔融态镍渣温度为1400℃，加入生石灰，保温，完全反应后，得到碱度（CaO/SiO₂）为1.2的改质镍渣；在保持改质镍渣温度为1400℃的条件下，加热炉底吹流量为180mL/min的空气，对改质镍渣弱氧化处理60min，得氧化后镍渣；以5℃/min降温速率将氧化后镍渣的温度降至1200℃后，水淬冷却，完全凝固后，得固结镍渣；破碎球磨该固结镍渣至粒度为 200目以下，如图1所示；将球磨后的粉渣用磁场强度0.2T的磁选机进行分离，回收如图2所示的磁性物质，通过x射线衍射分析得到如图3所示的该磁选物质的XRD图谱，从图3中可看出该磁性物质的主要物相为Fe₃O₄，经x射线荧光分析可知该磁性物质中铁含量55%。

实施例1制得的固结镍渣的背散射电子成像显微图，如图4所示，图中显示，该固结镍渣中主要为灰色基体物质，从中析出白色片状物质。由图5中铁的面扫描以及图6、图7、图8、图9和图10中不同元素的线扫描可知，铁元素主要赋存于白色片状物质，而钙、硅元素主要存在于基体中。在图6中局部做线扫描，选取图6中“数据2”所示区域，该区域的放大图如图7所示，图7中的白色线为所做的线扫描数据线，图8为该线扫描数据线上铁元素的含量变化趋势图，图9为该线扫描数据线上钙元素的含量变化趋势图，图10为该线扫描数据线上硅元素的含量变化趋势图。

因此可认为，经本发明方法处理后，使镍渣中的铁元素主要赋存于磁铁矿相，形成所谓的富铁相，可以磁选回收。

实施例2

将企业现场因设备和工艺原因不能及时处理的熔融态镍渣，加热重新熔化，并使熔融镍渣的温度为1300℃，加入石灰石，保温，完全反应后，得到碱度（CaO/SiO₂）为1.0的改质镍渣；在保持改质镍渣温度为1300℃的条件下，液面以下顶吹流量为120mL/min的空气，对改质镍渣弱氧化处理30min，得氧化后镍渣；以4℃/min降温速率将氧化后镍渣的温度降至1200℃后，水淬冷却，完全凝固后，得固结镍渣；破碎球磨该固结镍渣至粒度为 200目以下，磁选分离球磨后的粉渣，回收磁性物质，完成镍渣的处理。

实施例3

将已经产生尚未处理的堆放在渣场的镍渣加热重新熔化，并使熔融镍渣的温度为1500℃，加入碳酸镁，保温，完全反应后，得到碱度为1.4的改质镍渣；在保持改质镍渣温度为1500℃的条件下，液面以下顶吹流量为200mL/min的空气，对改质镍渣弱氧化处理45min，得氧化后镍渣；以3℃/min的降温速率将氧化后镍渣的温度降至1200℃后，水淬冷却，完全凝固后，得固结镍渣；破碎球磨该固结镍渣至粒度为 200目以下，磁选分离球磨后的粉渣，回收磁性物质，完成镍渣的处理。

实施例4

将闪速炉产生的温度为1250～1350℃的熔融态镍渣加入加热炉内，加热使熔融态镍渣温度为1350℃，加入碳酸钠，保温，完全反应后，得到碱度为1.1的改质镍渣；在保持改质镍渣温度为1350℃的条件下，加热炉底吹流量为30mL/min的氧气，对改质镍渣弱氧化处理60min，得氧化后镍渣；以2℃/min的降温速率将氧化后镍渣的温度降至1200℃后，水淬冷却，完全凝固后，得固结镍渣；破碎球磨该固结镍渣至粒度为 200目以下，磁选分离球磨后的粉渣，回收磁性物质，完成镍渣的处理。

实施例5

将企业现场因设备和工艺原因不能及时处理的熔融态镍渣，加热重新熔化，并使熔融镍渣的温度为1450℃，加入氟化钙，保温，完全反应后，得到碱度为1.3的改质镍渣；在保持改质镍渣温度为1450℃的条件下，液面以下顶吹流量为50mL/min的氧气，对改质镍渣弱氧化处理30min，得氧化后镍渣；以1℃/min降温速率将氧化后镍渣的温度降至1200℃后，水淬冷却，完全凝固后，得固结镍渣；破碎球磨该固结镍渣至粒度为 200目以下，磁选分离球磨后的粉渣，回收磁性物质，完成镍渣的处理。

实施例6

将已经产生尚未处理的堆放在渣场的镍渣加热重新熔化，并使熔融镍渣的温度为1500℃，加入石灰石，保温，完全反应后，得到碱度为1.25的改质镍渣；在保持改质镍渣温度为1500℃的条件下，液面以下顶吹流量为40mL/min的氧气，对改质镍渣弱氧化处理45min，得氧化后镍渣；以0.5℃/min的降温速率将氧化后镍渣的温度降至1200℃后，水淬冷却，完全凝固后，得固结镍渣；破碎球磨该固结镍渣至粒度为 200目以下，磁选分离球磨后的粉渣，回收磁性物质，完成镍渣的处理。

Claims

1.一种高效回收铁资源的镍渣处理方法，其特征在于，该处理方法具体按以下步骤进行：

步骤4：破碎球磨固结镍渣至粒度小于200目；

步骤5：磁选球磨后矿渣，回收磁性物质，完成镍渣的处理。

2.根据权利要求1所述的高效回收铁资源的镍渣处理方法，其特征在于，所述步骤1中，改质剂的粒度小于3mm。

3.根据权利要求1或2所述的高效回收铁资源的镍渣处理方法，其特征在于，所述的改质剂为碱性氧化物。

4.根据权利要求1所述的高效回收铁资源的镍渣处理方法，其特征在于，所述步骤2中，通入空气的流量为120～200mL/min，弱氧化处理30min～60min。

5.根据权利要求1所述的高效回收铁资源的镍渣处理方法，其特征在于，所述步骤2中，通入氧气的流量为30～50mL/min，弱氧化处理30min～60min。