CN106148679A - 一种高铝型贫镍铁矿的利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高铝型贫镍铁矿的利用方法，适用于处理铝含量高、铁含量高、镍含量低的高铝型贫镍铁矿，采用直接还原—还原焙砂磁选—磁选物熔分—含镍铁水铸块—磁选尾渣深度处理的工艺处理该矿种，通过直接还原实现原料中镍和铁的还原，通过对直接还原焙砂的磁选，实现镍和铁与杂质元素的分离，通过对磁选物进行熔化进而渣铁分离实现含镍铁水的富集提纯，通过对磁选尾渣的深度处理制作铝质耐火材料，最终实现高铝型贫镍铁矿的资源综合利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿石冶炼方法，具体涉及一种高铝型贫镍铁矿的资源综合利用，属于冶金技术领域。
背景技术
世界上大多数已知或预期的镍矿储量都是红土型矿床，占全球镍资源的70％左右。红土镍矿矿床通常是分不同的层次存在于地表以下0～40m的范围，根据矿物的成分不同，可以分为褐铁矿层、过渡层和腐泥土层。
褐铁矿层主要矿物包括褐铁矿、针铁矿和铬铁矿，同时还伴生有蒙脱石、石英和锰氧化物等。矿物成分变化趋势为：下部以针铁矿为主，上部以赤铁矿为主，由上至下高岭石含量逐渐增加，石英含量逐渐减少；镍主要以晶格取代铁的形式存在，镍含量较低。
过度型和腐泥型红土矿层均属于硅酸盐型红土矿，前者为低镁型，后者为高镁型。过渡矿层位于褐铁矿层和腐泥矿层之间称为黏土带或绿脱石带，其特点是主要矿物以绿脱石为主，并伴生有二氧化硅，同时含有少量针铁矿；镍主要在绿脱石和硬锰矿中以不同氧化物的形式存在；矿石成分特点是从上至下SiO2含量不断降低，MgO含量稍微有所增加。而Ni、Fe、MgO和SiO2的总含量介于褐铁矿层和腐泥矿层之间。
腐泥矿层埋藏较深，正好在基岩之上，主要为叶蛇纹石及蒙脱石，同时也含有少量的二氧化硅和磁铁矿等；含镍矿物主要为表生的硅镁镍矿，而镍则主要以晶格取代镁的形式存在，矿石含镍量最高，是红土矿层中利用价值最高的矿层。
不同矿层的化学成分如表1所示。
表1 红土镍矿矿层主要化学成分分析表(质量百分数，％)
目前，红土镍矿的传统冶炼工艺主要分为火法工艺、湿法工艺和火法-湿法联合工艺。一般来讲，位于红土镍矿矿床下部的硅镁镍矿，含硅和镁较高，含铁量较低，这样的矿石适合采用火法冶金工艺来处理，湿法工艺可以处理低镍品位的红土镍矿，一般为红土镍矿的褐铁矿层和过渡层，该矿层的铁含量较高，硅镁含量较低。
硅镁型红土镍矿因其利用价值高，一直以来都成为资源开发的重点，火法(RKEF工艺)处理硅镁型红土镍矿经过几十年的发展也已成为成熟工艺。然而，在大量的红土矿资源中，硅镁型红土镍矿只占其中的一部分，剩余大部分主要是镍低、铁高、杂质含量相对较高的低品质含镍铁矿，如褐铁矿型红土矿，这些矿藏因为镍品位低、杂质含量高而难以利用，在开发红土镍矿矿床的过程中，通常被开采后即长期大量堆存，并未得到利用，所以迫切需要开发出经济有效的工艺方法来利用这些低品质的含镍铁矿，一方面缓解镍铁资源的紧张的供求关系，另一方面实现资源的综合利用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高铝型贫镍铁矿的利用方法。
本发明是这样实现的：
一种高铝型贫镍铁矿的利用方法，以铝含量高(Al2O3含量为8％～12％)、铁含量高(TFe含量为40％～50％)、镍含量低(Ni含量为0.6％～1.2％)的贫镍铁矿为原料，采用直接还原—磁选—熔分的工艺将镍和铁与其他杂质元素分离，得到一定镍含量的粗铁产品，同时，磁选尾渣中富含Al2O3，磁选尾渣与一定的结合剂和添加剂混合后可制备铝质耐火材料，至此，高铝型贫镍铁矿中的主要元素均得到了充分合理利用，达到了资源综合利用的目的。
更具体的方案是：
一种高铝型贫镍铁矿的利用方法，包括如下步骤：
(1)原料处理
将高铝型贫镍铁矿原矿在原料场晾晒至水分在15％，破碎至粒度≤5mm。
(2)配混料
将破碎后的高铝型贫镍铁矿粉、还原剂、粘接剂按照干基的质量比为100：(18～25)：(1～5)的比例进行配料，搅拌混匀，混合物料中碳和氧的摩尔比为1.0～1.2；
(3)混合料造块
将混合物料均匀给入压球机，控制压球机的压力为18～20MPa，将物料制作成长×宽×厚为35×30×25mm的椭球形球团，＜5mm的粉料返回压球机重新压制。
(4)矿煤混合球团还原焙烧
采用炉窑对步骤(3)中生产的矿煤混合球团进行还原焙烧，控制反应温度为1250℃～1350℃，物料在1250℃以上的高温段的停留时间为0.25～1.0h，控制反应气氛为还原性气氛，气氛中O2浓度≤2.0％，得到金属化球团；
(5)金属化球团磁选
还原焙烧得到的金属化球团在密闭并通入保护性气氛的条件下降温冷却，破碎至粒度＜150目，磁选，磁场强度100～200mT。磁选得到磁选物和尾渣；
(6)将添加剂1与磁选物混合后造块，添加剂1选取氧化钙作为助熔剂，氧化钙加入量为混合物料总重量的5％～10％，物料烘干后装入电炉进行熔化分离，在1550～1650℃的高温条件下物料熔化，渣铁分离，镍进入铁相形成镍含量2.0％左右的含镍铁水，硅、钙、镁、铝以及未被还原的铁氧化物等进入渣相，形成熔分渣。
(7)对含镍铁水进行铸块处理。
(8)对磁选尾渣进行深度处理，与添加剂2按质量比为2:1的比例混合，经粉碎、混炼、成型、干燥、烧成等过程制备高铝耐火砖。
更进一步的方案是：所述添加剂2为高铝矾土熟料。
更进一步的方案是：所述高铝型贫镍铁矿Al2O3含量为8％～12％、TFe含量为40％～50％、Ni含量为0.6％～1.2％。
更进一步的方案是：所述还原剂采用碳质还原剂。
更进一步的方案是：所述碳质还原剂为无烟煤或焦粉。
更进一步的方案是：所述粘结剂为膨润土。
还原剂的加入量以混合物料中的碳和氧的物质的量之比来控制，表示为C/O，控制混合物料中的C/O＝1.0～1.2，其中碳来自碳质还原剂中的固定碳含量，氧来自贫镍铁矿中的Fe2O3、FeO和NiO；粘结剂可采用普通无机粘结剂，如膨润土，加入量为混合料总量的1％～5％；；造块方式选择为高压压球机压球，高压压球机压力为10～25MPa。
矿煤混合球团直接还原的反应设备可以为回转窑、转底炉等冶金炉窑，直接还原得到金属化率(MFe/TFe)≥90％的金属化物料。
添加剂1的加入主要是起助熔作用，优选地，可采用石灰。
磁选尾渣可作为铝质耐火材料的原料使用，如磁选尾渣可与高铝矾土或类似的高铝质耐材原料搭配使用，经混炼、成型、干燥、烧成等工序制作高铝耐火砖。
本发明提出的高铝型贫镍铁矿的利用方法，虽然不能产出类似于硅镁型红土镍矿冶炼产生的镍含量≥20％的镍铁产品，但是本工艺生产的镍含量约为2％的含镍铁制品可作为原料与高镍含量的铁制品搭配使用，因此存在市场和利益空间，同时，该含镍铁制品为不锈钢、特种钢的冶炼提供了来源广泛的原料，是镍铁资源的有益补充；此外，大量低品位的含镍矿产资源得到了充分利用，其中绝大部分的的镍、铁和铝都得到了有效利用，提高了资源利用效率，社会和经济效益显著，推广应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
实施例1：
以某高铝型贫镍铁矿为原料，以无烟煤煤粉为还原剂、以膨润土为粘结剂、以活性石灰为添加剂1，对本发明进行举例说明。
110℃条件下烘干后的高铝型贫镍铁矿的主要成分及含量如表1所示。
表1 某高铝型贫镍铁矿的主要成分及含量/％
无烟煤煤粉的成分含量如表2所示。
表2 无烟煤煤粉的主要化学组成及含量/％
膨润土为粘结剂，成分如表3所示。
表3 膨润土主要成分及含量
添加剂选用活性石灰，其主要成分含量如表4所示。
表4 活性石灰的主要成分及含量/％
(1)原料处理
某高铝型贫镍铁矿原矿中含有20％左右的物理水，将原矿在原料场晾晒至水分降至15％左右，破碎至粒度≤5mm。
将无烟煤原煤烘干并磨细，粒度要求为≤200目的占到50％。
(2)配混料
将破碎后的高铝型贫镍铁矿粉、无烟煤煤粉、膨润土、活性石灰按照质量比(干基)为100:20:3的比例进行配料，搅拌混匀，混合物料中碳和氧的摩尔比为1.0。
(3)混合料造块
将混合物料均匀给入压球机，控制压球机的压力为18～20MPa，将物料制作成长×宽×厚为35×30×25mm的椭球形球团，＜5mm的粉料返回压球机重新压制。
(4)矿煤混合球团还原焙烧
采用回转窑对步骤(3)中生产的矿煤混合球团进行还原焙烧，控制反应温度为1250℃，物料在1250℃高温段的停留时间为50min，得到金属化率(MFe/TFe)为90.64％的金属化球团，金属化球团的主要成分及含量如表5所示。
表5 金属化球团磁选物的主要成分和含量/％
注：1、表中NiO含量为全镍含量，包括金属镍和氧化镍；
2、表中TFe为所有铁元素的总含量。
(5)金属化球团磁选
还原焙烧得到的金属化球团在密闭并通入保护性气氛的条件下降温冷却，破碎至粒度＜150目，磁选，磁场强度150mT。磁选得到磁选物和尾渣，磁选物和磁选尾渣的成分如表6、表7所示。保护性气体一般使用惰性气体，优选地，可采用物美价廉的工业氮气。
表6 金属化球团磁选物的主要成分和含量/％
表7 磁选尾渣的主要成分和含量/％
(6)将添加剂1与磁选物混合后造块，添加剂1选取氧化钙作为助熔剂，氧化钙加入量为混合物料总量的6％，物料烘干后装入电炉进行熔化分离，在1550～1650℃的高温条件下物料熔化，渣铁分离，镍进入铁相形成镍含量1.79％的含镍铁水，硅、钙、镁、铝以及未被还原的铁氧化物等进入渣相，形成熔分渣。
(7)对含镍铁水进行铸块处理。
(8)对磁选尾渣进行深度处理，与添加剂2按质量比为2:1的比例混合，经粉碎、混炼、成型、干燥、烧成等过程制备高铝耐火砖。添加剂2为富含铝的熟料，如高铝矾土熟料。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (6)
1.一种高铝型贫镍铁矿的利用方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)原料处理
将高铝型贫镍铁矿原矿在原料场晾晒至水分在15％，破碎至粒度≤5mm；
(2)配混料
将破碎后的高铝型贫镍铁矿粉、还原剂、粘接剂按照干基的质量比为100：(18～25)：(1～5)的比例进行配料，搅拌混匀，混合物料中碳和氧的摩尔比为1.0～1.2；
(3)混合料造块
将混合物料均匀给入压球机，控制压球机的压力为18～20MPa，将物料制作成长×宽×厚为35×30×25mm的椭球形球团，＜5mm的粉料返回压球机重新压制；
(4)矿煤混合球团还原焙烧
采用炉窑对步骤(3)中生产的矿煤混合球团进行还原焙烧，控制反应温度为1250℃～1350℃，物料在1250℃以上的高温段的停留时间为0.25～1.0h，控制反应气氛为还原性气氛，气氛中O2浓度≤2.0％，得到金属化球团；
(5)金属化球团磁选
还原焙烧得到的金属化球团在密闭并通入保护性气氛的条件下降温冷却，破碎至粒度＜150目，磁选，磁场强度100～200mT；磁选得到磁选物和尾渣；
(6)将添加剂1与磁选物混合后造块，添加剂1选取氧化钙作为助熔剂，氧化钙加入量为混合物料总重量的5％～10％，物料烘干后装入电炉进行熔化分离，在1550～1650℃的高温条件下物料熔化，渣铁分离，镍进入铁相形成镍含量2.0％左右的含镍铁水，硅、钙、镁、铝以及未被还原的铁氧化物等进入渣相，形成熔分渣；
(7)对含镍铁水进行铸块处理；
(8)对磁选尾渣进行深度处理，与添加剂2按质量比为2:1的比例混合，制备高铝耐火砖。
2.根据权利要求1所述高铝型贫镍铁矿的利用方法，其特征在于：所述添加剂2为高铝矾土熟料。
3.根据权利要求1所述高铝型贫镍铁矿的利用方法，其特征在于：所述高铝型贫镍铁矿Al2O3含量为8％～12％、TFe含量为40％～50％、Ni含量为0.6％～1.2％。
4.根据权利要求1所述高铝型贫镍铁矿的利用方法，其特征在于：所述还原剂采用碳质还原剂。
5.根据权利要求1所述高铝型贫镍铁矿的利用方法，其特征在于：所述碳质还原剂为无烟煤或焦粉。
6.根据权利要求1所述高铝型贫镍铁矿的利用方法，其特征在于：所述粘结剂为膨润土。
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