CN110983043B - 一种用中低品位红土镍矿制备高品位镍铁的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用中低品位红土镍矿制备高品位镍铁的方法，该方法包括：将破碎后的红土镍矿与还原剂混合均匀，混合物造块，然后在保护性气氛中充分自还原，得到自还原产物；自还原产物在弱氧化性气氛中选择性氧化得到氧化产物；氧化产物熔分后将金属与脉石分离，获得高品位镍铁合金。本方法制备出镍铁产品含镍品位高于30％，镍回收率高于93％，且本方法不添加其他含硫、含碱金属添加剂，避免了这类添加剂对镍铁产品的污染和对设备的腐蚀，此外本方法熔分温度低，能耗低，还实现了CO₂资源化利用。

Description

一种用中低品位红土镍矿制备高品位镍铁的方法

技术领域

本发明涉及镍铁的制备，具体地指一种用中低品位红土镍矿制备高品位镍铁的方法，属于冶金技术领域。

背景技术

镍具有较好的耐腐蚀，耐高温，防锈等性能，广泛应用于不锈钢和合金钢等钢铁制造领域。全球不锈钢产量的快速增长加速了原生镍资源的消费。原生镍资源主要来源于硫化镍矿和红土镍矿，硫化镍矿经过长期的开采而逐渐枯竭，红土镍矿成为原生镍资源的主要来源。全球红土镍矿的平均镍含量只有1.28％，伴生含有大量的硅镁酸盐以及铁氧化物，不仅增加了处理难度，而且铁氧化物的还原制约了镍铁产品的镍品位。

红土镍矿的选择性还原，由于镍、铁氧化物以“异质同构”的形式赋存在绿泥石和蛇纹石中，增加了还原处理的难度，选择性还原不利于镍资源的回收。

发明专利(CN 104498733 A 2015.04.08)公开了一种提高红土镍矿碳热还原选择性的方法，在红土镍矿中添加含硫助剂，采用碳热还原-分选工艺制得镍铁产品。在含硫助剂的作用下，部分铁氧化物与助剂中的硫结合转化为FeS，而镍氧化物还原成金属镍。但是FeS并没有进入脉石中，而是与金属铁形成Fe-FeS固溶体存在于金属颗粒中，磁选并不能将硫化亚铁和金属分离，所得产品中全铁含量并没有降低，反而硫含量偏高。

火法冶炼红土镍矿制备镍铁合金，为实现镍资源的高效回收，将镍氧化物充分还原，同时不可避免的将铁氧化物还原。对金属化红土镍矿进行选择性氧化处理，将铁氧化进入脉石中，从而实现铁、镍分离制备出高品位的镍铁合金。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提出一种用中低品位红土镍矿制备高品位镍铁的方法，该方法针对中低品位红土镍矿，采用固体碳自还原将红土镍矿中的铁、镍氧化物充分还原成金属铁和镍，再用CO₂或CO₂/CO混合气氛或CO₂/N₂混合气氛将自还原产物中的金属铁选择性氧化成氧化铁，而金属镍不被氧化。氧化铁与脉石相结合成渣相，最后通过高温熔分将渣相与金属分离，制备得到含镍品位高于30％的高品位镍铁。在实现镍高回收率的同时，实现了CO₂资源化利用。

实现本发明目的采用的技术方案是一种用中低品位红土镍矿制备高品位镍铁的方法，该方法包括：将破碎后的红土镍矿与还原剂混合均匀，混合物造粒，然后在保护性气氛中充分自还原，得到自还原产物；自还原产物在弱氧化性气氛中选择性氧化得到氧化产物；氧化产物熔分后将金属与脉石分离，获得高品位镍铁合金。

在上述技术方案中，所述还原剂为固体粉状碳质还原剂，还原剂中碳原子的摩尔数应高于红土镍矿中镍与铁氧化物中的氧原子的摩尔数之和。

在上述技术方案中，所述还原剂为煤粉和/或焦粉。

在上述技术方案中，混合物造粒后在保护性气氛中于800～1300℃下充分自还原，所述保护性气氛为惰性气氛和/或还原性气氛。

在上述技术方案中，所述惰性气氛为N₂和/或Ar，所述还原性气氛为CO和/或H₂。

在上述技术方案中，所述弱氧化性气氛为CO₂，或CO₂/CO混合气氛，或CO₂/N₂混合气氛中的一种，其中，CO₂/CO混合气氛中CO₂的体积百分数高于30％；所述氧化温度高于570℃。

在上述技术方案中，所述的高品位镍铁是将氧化产物在高温下熔融，使金属与脉石充分分离，获得含镍品位高于30％的镍铁。

相对于现有技术，本发明的技术方案带具有以下优点：本方法制备出镍铁产品含镍品位高于30％，镍回收率高于93％；本方法不添加其他含硫、含碱金属添加剂，避免了这类添加剂对镍铁产品的污染和对设备的腐蚀；本方法熔分温度低，能耗低；本方法实现了CO₂资源化利用。

附图说明

图1为本发明用中低品位红土镍矿制备高品位镍铁的方法的流程图。

图2为本发明金属镍、铁被CO₂氧化吉布斯自由能与温度的关系图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步的阐述说明，但本发明的保护范围并不仅限于以下具体实施例。

本实施例所用红土镍矿的化学成分如下表1所示，红土镍矿经过预先干燥—破碎至-3mm，得到红土镍矿粉。

表1

本发明采用上述红土镍矿粉制备镍铁的流程如图1所示，所用红土镍矿中Ni/(Fe+Ni)为7.96％，下面以具体的实施例进行详细说明。

实施例1

将上述红土镍矿烘干—破碎至-3mm，还原剂按内配碳比为1.1加入无烟煤粉(无烟煤粉粒度小于1mm)。原料经充分混匀后造粒，置于窑车上，并在其上铺撒烟煤粉，随后在隧道窑内温度为1100～1200℃下充分还原。自还原产物在CO₂/(CO+CO₂)为40％气氛下随炉氧化，二次氧化温度900～950℃，氧化时间60分钟。氧化后的产物通过矿热炉在1500～1550℃下熔分30分钟使渣金分离充分，获得镍铁。经过实验分析，镍铁产品中镍、铁含量分别为31.94％和65.76％，镍、铁回收率分别为94.3％和16.8％。

实施例2

将上述红土镍矿烘干—破碎至-3mm，还原剂按内配碳比为1.2加入焦粉(焦粉颗粒小于1mm)。原料经充分混匀后造粒，置于窑车上，并在其上铺撒烟煤粉，随后在隧道窑内温度为1100～1150℃下充分还原，自还原产物在CO₂/(N₂+CO₂)为70％气氛下随炉氧化，二次氧化温度1000～1050℃，氧化时间50分钟，氧化后的产物通过矿热炉在1550～1600℃下熔分30分钟使渣金充分分离，获得镍铁。经过实验分析，镍铁产品中镍、铁含量分别为35.3％和62.4％，镍、铁回收率分别为95.8％和16.1％。

实施例3

将上述红土镍矿烘干—破碎至-3mm，还原剂按内配碳比为1.2加入无烟煤粉和焦粉(无烟煤粉：焦粉＝1:1)，无烟煤粉和焦粉粒度均小于1mm。原料经充分混匀后造粒，置于窑车上，并在其上铺撒烟煤粉，随后在隧道窑内温度为1150～1200℃下充分还原，自还原产物在CO₂气氛下随炉氧化，二次氧化温度1050～1100℃，氧化时间60分钟，氧化后的产物通过矿热炉在1500～1550℃下熔分30分钟使渣金充分分离获得镍铁。经过实验分析，镍铁产品中镍、铁含量分别为37.2％和60.4％，镍、铁回收率分别为95.9％和13.47％。

本发明机理：红土镍矿按照内配碳比高于1:1加入还原剂，铁的氧化物和镍的氧化物在还原性气氛或惰性气氛中于800～1300℃下充分还原，金属化镍、铁固溶形成镍铁合金。自还原产物中金属镍铁微粒弥散分布在脉石中，比表面积很大。根据图2所示，金属镍在CO₂中氧化反应的标准吉布斯自由能为正，即镍不被CO₂氧化，因此镍铁CO₂或CO₂/CO混合气氛或CO₂/N₂混合气氛(CO₂/CO混合气氛中CO₂的体积百分数高于30％)中的氧化行为可以看作纯铁的氧化，铁在温度高于570℃时氧化生成FeO或Fe₃O₄。并且高温时FeO生成的吉布斯自由能低于Fe₃O₄生成的吉布斯自由能。因此，铁的氧化产物主要为FeO。红土镍矿的矿物组成主要为蛇纹石和绿泥石，经高温脱羟基后，矿相转变为镁橄榄石和石英。镍铁被CO₂氧化后，其氧化产物FeO与镁橄榄石反应，取代镁橄榄石中的Mg²⁺的晶格位置生成含铁镁橄榄石，或直接与石英反应生成铁橄榄石。铁橄榄石相的形成降低了渣相熔点，从而有利于降低渣相熔化温度。

Claims (6)

1.一种用中低品位红土镍矿制备高品位镍铁的方法，其特征在于，包括：将破碎后的红土镍矿与还原剂混合均匀，混合物造粒，然后在保护性气氛中充分自还原，得到自还原产物；再将自还原产物在弱氧化性气氛中选择性氧化得到氧化产物；最后将氧化产物熔分后将金属与脉石分离，获得高品位镍铁合金；所述弱氧化性气氛为CO₂，或CO₂/CO混合气氛，CO₂/CO混合气氛中CO₂的体积百分数高于30％，或CO₂/N₂混合气氛中的一种；所述选择性氧化的温度高于570℃。

2.根据权利要求1所述用中低品位红土镍矿制备高品位镍铁的方法，其特征在于：所述还原剂为固体粉状碳质还原剂，还原剂中碳原子的摩尔数应高于红土镍矿中镍与铁氧化物中的氧原子的摩尔数之和。

3.根据权利要求2所述用中低品位红土镍矿制备高品位镍铁的方法，其特征在于：所述还原剂为煤粉和/或焦粉。

4.根据权利要求3所述用中低品位红土镍矿制备高品位镍铁的方法，其特征在于：混合物造粒后在保护性气氛中于800～1300℃下充分自还原，所述保护性气氛为N₂、惰性气氛和/或还原性气氛。

5.根据权利要求4所述用中低品位红土镍矿制备高品位镍铁的方法，其特征在于：所述惰性气氛为Ar，所述还原性气氛为CO和/或H₂。

6.根据权利要求1-5任一所述用中低品位红土镍矿制备高品位镍铁的方法，其特征在于：所述的高品位镍铁是将氧化产物在1400～1650下℃熔融，使金属与脉石充分分离，获得含镍品位高于30％的镍铁。

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