本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，具體涉及一種利用直接還原-磁選處理紅土鎳礦的方法。

背景技術(shù)：

鎳具有抗腐蝕、抗氧化、耐高溫、強(qiáng)度高、延展性好等特點(diǎn)，廣泛用于不銹鋼、高溫合金鋼、燃料電池等關(guān)鍵材料和高新技術(shù)領(lǐng)域。近年來，隨著不銹鋼行業(yè)的快速發(fā)展，鎳的需求量快速增加。

世界鎳資源主要有硫化鎳礦和紅土鎳礦兩種，其中硫化鎳礦約占27.8%，氧化鎳礦（紅土鎳礦）約占72.2%。由于不能通過選礦富集、處理工藝復(fù)雜等原因，紅土鎳礦僅產(chǎn)出世界原生鎳總產(chǎn)量的42%。隨著可經(jīng)濟(jì)利用的硫化鎳礦資源的日益減少，全球鎳資源開發(fā)利用重心逐步向資源相對(duì)充裕的紅土鎳礦轉(zhuǎn)移。

目前，紅土鎳礦濕法冶煉工藝中比較成熟的冶煉方法包括還原焙燒-氨浸法（Caron）和高壓酸浸法（HPAL）。Caron法適合處理褐鐵礦或褐鐵礦與腐殖土的混合礦，但其流程長(zhǎng)、能耗高、金屬回收率低、且需要化學(xué)試劑；HPAL法只適合處理褐鐵礦，存在設(shè)備結(jié)垢和腐蝕的問題，設(shè)備維護(hù)成本高?；鸱ㄒ睙捁に囍斜容^成熟的工藝有回轉(zhuǎn)窯-電爐熔煉法（RK-EF）、回轉(zhuǎn)窯直接還原法（大江山法）、燒結(jié)-鼓風(fēng)爐熔煉法以及燒結(jié)-高爐還原熔煉法；RK-EF法適合處理硅鎂鎳礦，但能耗高，對(duì)入爐礦石的品位要求高；回轉(zhuǎn)窯直接還原法適合處理硅鎂鎳礦，被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)的處理紅土鎳礦的方法，但存在回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的難點(diǎn)；燒結(jié)-鼓風(fēng)爐熔煉法和燒結(jié)-高爐還原熔煉法環(huán)境污染嚴(yán)重。因此，必須尋求更經(jīng)濟(jì)的紅土鎳礦冶煉工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種新的利用直接還原-磁選處理紅土鎳礦的方法，利用該方法可在較低溫度下通過對(duì)鎳鐵氧化物的直接碳熱還原來有效富集低品位的紅土鎳礦中的鎳和鐵，得到鎳鐵產(chǎn)品；并且剩余的尾礦還可以用于生產(chǎn)建材及水泥等附加產(chǎn)品。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案，具體操作如下。

步驟（1）干燥及破碎：將紅土鎳礦進(jìn)行干燥處理，然后進(jìn)行破碎至小于1mm的粉料。

步驟（2）混料：將由步驟（1）得到的紅土鎳礦粉與還原劑、造渣劑及粘結(jié)劑進(jìn)行混勻配料；所述的還原劑添加量根據(jù)不同鎳礦成分變化，按碳氧原子比1.3:1-1.5:1進(jìn)行添加；造渣劑按礦粉重量的15%添加；粘結(jié)劑添加量則由不同礦物的粘結(jié)特性進(jìn)行選擇性配加，添加量按礦粉重量的3-5%添加。

步驟（3）壓塊（球）：將步驟（2）得到的混合料經(jīng)壓樣機(jī)進(jìn)行機(jī)械壓塊或者制成球型。

步驟（4）碳熱直接還原：將步驟（3）中壓制成型的礦料送入轉(zhuǎn)底爐（或隧道窯等）進(jìn)行碳熱還原鎳鐵反應(yīng)；還原溫度為1200℃-1250℃，恒溫時(shí)間為45min；所述的還原溫度可以根據(jù)紅土鎳礦中鎂鋁等成分含量來進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，若鎂鋁含量不大于20%時(shí)，還原溫度為1200℃，若鎂鋁含量大于20%時(shí)，還原溫度為1250℃。

步驟（5）磁選分離：將步驟（4）中還原后的產(chǎn)物進(jìn)行急速水冷，之后將反應(yīng)后產(chǎn)物進(jìn)行破碎至不大于0.074mm的顆粒后、經(jīng)過磁選機(jī)進(jìn)行磁選，以分離還原出來的鎳鐵合金。

步驟（6）廢渣利用：將步驟（5）磁選后剩余的廢渣經(jīng)過簡(jiǎn)單的本領(lǐng)域常規(guī)處理方式再處理后，可以用來生產(chǎn)工業(yè)水泥或其他建筑用材。

所述的還原劑為煤粉、活性炭或木炭等含有較高固定碳的物質(zhì)，優(yōu)選煤粉；所述的造渣劑為生石灰或螢石等鈣基造渣劑，優(yōu)選生石灰；所述的粘結(jié)劑為鈣基膨潤(rùn)土或鈣基膨潤(rùn)土與碳酸鈉的混合物，鈣基膨潤(rùn)土與碳酸鈉的重量比為5：1。

本發(fā)明的還原機(jī)理。

以煤粉中的碳作為還原劑還原紅土鎳礦時(shí)，發(fā)生的主要反應(yīng)可由如下反應(yīng)組合得到。

由以上反應(yīng)可以得到碳還原氧化鎳和鐵氧化物的還原反應(yīng)。

（1）氧化鎳的還原反應(yīng)。

（2）鐵氧化物的還原反應(yīng)。

經(jīng)計(jì)算可得，以煤粉中碳作為還原劑時(shí)，NiO的開始還原溫度為697 K，F(xiàn)e₂O₃、Fe₃O₄和FeO的開始還原溫度分別為555、987和995 K。

固體碳還原紅土鎳礦的反應(yīng)可視為間接還原反應(yīng)與碳的氣化反應(yīng)的組合結(jié)果。

當(dāng)體系中CO₂分壓超過碳?xì)饣磻?yīng)平衡時(shí)的分壓，CO₂將與固體碳發(fā)生氣化反應(yīng)，生成CO，生成的CO將繼續(xù)還原鎳、鐵氧化物，如此循環(huán)進(jìn)行，直到固體還原劑消耗殆盡，或者是鐵、鎳氧化物已全部被還原。

鐵氧化物的還原是逐級(jí)進(jìn)行的，當(dāng)T ＜843 K時(shí)，還原順序?yàn)镕e₂O₃-Fe₃O₄-Fe；當(dāng)T≥843 K時(shí)，還原順序?yàn)镕e₂O₃-Fe₃O₄-FeO-Fe；其中FeO被還原到Fe的階段，是還原過程的關(guān)鍵步驟，脫除的氧含量占Fe₂O₃ 總氧量的2/3。氧化鎳非常容易還原，理論上講NiO在任何溫度下都可以被CO還原成Ni。但是，紅土鎳礦中鐵及鎳的氧化物通常以復(fù)雜化合物的形式存在，其還原由復(fù)雜化合物的離解反應(yīng)和簡(jiǎn)單氧化物的還原反應(yīng)組成。由于比簡(jiǎn)單氧化物的還原多了一個(gè)復(fù)雜化合物的離解反應(yīng)，因而要困難，只能在較高的溫度下被還原，以硅酸鐵的還原為例，其還原反應(yīng)可由式(16)和(17)兩個(gè)反應(yīng)的組合得出。

式(17)和(18)發(fā)生的最低溫度分別為995和1042 K。可見，復(fù)雜化合物中的鐵氧化合物更難還原。

若通過向其中加入添加劑，可促使復(fù)雜化合物分解，提高主要金屬氧化物的活度，以降低其開始還原溫度。例如向Fe₂SiO₄中加入CaO，由于CaO能取代Fe₂SiO₄中的FeO，使其成為自由狀的FeO，從而使還原更易于進(jìn)行。

在加入CaO的情況下，F(xiàn)e₂SiO₄的開始還原溫度降為745 K。

因此，本發(fā)明方法在利用直接還原-磁選處理紅土鎳礦過程中，通過配加還原劑（含碳物質(zhì)）和造渣劑后可在比傳統(tǒng)方法相對(duì)較低的溫度下很好的發(fā)生還原反應(yīng)，使得鎳鐵可以與渣系得到分離，從而得到良好的鎳鐵富集產(chǎn)品。

本發(fā)明的有益效果。

本發(fā)明利用直接還原-磁選處理紅土鎳礦的方法，能夠有效富集低品位的紅土鎳礦中的鎳和鐵。該方法與常用的直接還原-磁選處理方法相比，此方法可在相對(duì)較低的溫度下還原出鎳鐵合金，利用磁選的方式將富集的鎳鐵選出，而最后剩余的殘?jiān)€作為新的原料制備水泥或建筑用磚等原材料，達(dá)到紅土鎳礦綜合利用的目的。

本發(fā)明對(duì)于本領(lǐng)域其他相關(guān)方法主要的優(yōu)勢(shì)及創(chuàng)新在于以下幾點(diǎn)：（1）本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，額外配加的相關(guān)輔助原料較少，并可處理多種復(fù)雜條件的紅土鎳礦；（2）由于本發(fā)明中主要采用鈣質(zhì)造渣劑與粘結(jié)劑，可有效降低還原多次中的還原溫度，使其還原溫度可控制在1200℃-1250℃，其還原溫度可比常規(guī)方法低50-100℃，從而有效降低能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本；（3）本發(fā)明方法工藝流程短，且可一次還原出較高純度的鎳鐵產(chǎn)物，反應(yīng)后的產(chǎn)物經(jīng)磁選可是其渣金得到良好的分離；（4）利用此方法進(jìn)行還原紅土鎳礦，經(jīng)磁選后，其鎳的回收率可達(dá)到85%-90%，鐵回收率在70%-75%左右，均高于同類水平；（5）由于在混料過程中添加的粘結(jié)劑與造渣劑內(nèi)含有CaO及相關(guān)含鈣成分，使得還原過程中所極易生成硅酸鈣、復(fù)合硅酸鈣、硅鋁酸鈣以及原礦中的硅酸鎂等礦物成分，使得反應(yīng)后的廢渣成分與生產(chǎn)建筑材料和水泥等產(chǎn)品的化學(xué)成分相近，故可將其用于制作建材或者水泥等附加產(chǎn)品，使得尾礦得到回收利用，達(dá)到合理解決和處理廢棄物的目的。

附圖說明

圖1本發(fā)明的處理紅土鎳礦的關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明；為更簡(jiǎn)明的表述本發(fā)明的技術(shù)實(shí)施方法，圖1提供了本發(fā)明的處理紅土鎳礦的關(guān)鍵環(huán)節(jié)技術(shù)流程示意圖。通過附圖及具體實(shí)施例可使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解并掌握本發(fā)明的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及實(shí)施方法，并可以通過本實(shí)施路線圖獲得其他相關(guān)技術(shù)實(shí)施路線圖。本發(fā)明的具體實(shí)施方式將結(jié)合附圖1詳細(xì)說明。

實(shí)施例1。

本實(shí)驗(yàn)選用一高鎂紅土鎳礦，其成分如表1所示，造渣劑和還原劑成分如表2和表3所示。

表1 紅土鎳礦的化學(xué)成分（wt/%）。

表2 還原劑化學(xué)成分（wt/%）。

表3 造渣劑化學(xué)成分（wt/%）。

首先，將紅土鎳礦通過干燥箱或烘干機(jī)進(jìn)行干燥處理后通過破碎機(jī)將試樣破碎至1mm以下；然后將其與還原劑（煤粉）和造渣劑（生石灰）、粘結(jié)劑（鈣基膨潤(rùn)土）進(jìn)行混合配料，其中還原劑按碳氧比1.4：1、造渣劑按礦粉重量的15%、粘結(jié)劑按礦粉重量的3%進(jìn)行混料配礦；最后將配完的混料進(jìn)行壓塊后進(jìn)行碳熱還原反應(yīng)。由于此紅土鎳礦為高鎂礦，故還原溫度需相對(duì)較高，因此在本實(shí)施例中的還原溫度設(shè)定為1250℃，還原時(shí)間為45min。反應(yīng)完成后，將反應(yīng)產(chǎn)物通過水冷的方式進(jìn)行快速冷卻后進(jìn)行破碎、磁選、渣金分離，從而得到鎳鐵產(chǎn)品，廢渣用于回收再利用。

將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)分析得出，其還原產(chǎn)物中鎳的金屬化率為87.59%，鐵的金屬化率為72.13%；而在得到的鎳鐵產(chǎn)品中，鎳的回收率為86.49%，鐵的回收率為70.84%。

實(shí)施例2。

本實(shí)驗(yàn)選用一低鎂紅土鎳礦，其成分如表4所示，造渣劑和還原劑成分如表2和3所示。

表4 紅土鎳礦的化學(xué)成分（wt/%）。

首先，將紅土鎳礦進(jìn)行干燥和破碎處理；之后將其與還原劑和造渣劑進(jìn)行混合配料，其中還原劑按碳氧比1.4：1、造渣劑按15%、粘結(jié)劑3%進(jìn)行混料配礦；最后將配完的混料進(jìn)行壓塊后進(jìn)行碳熱還原反應(yīng)。由于此紅土鎳礦為低鎂礦，故還原溫度需相對(duì)較低，因此在本實(shí)施例中的還原溫度為1200℃，還原時(shí)間為45min。反應(yīng)完成后，將反應(yīng)產(chǎn)物通過水冷的方式進(jìn)行快速冷卻后進(jìn)行破碎、磁選、渣金分離，從而得到鎳鐵產(chǎn)品，廢渣用于回收再利用。

將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)分析得出，其還原產(chǎn)物中鎳的金屬化率為89.24%，鐵的金屬化率為73.75%。而在得到的鎳鐵產(chǎn)品中，鎳的回收率為87.36%，鐵的回收率為72.42%。

實(shí)施例3。

本實(shí)施例為對(duì)比實(shí)施例，實(shí)驗(yàn)選用一高鎂紅土鎳礦，其成分如表1所示。其過程中只進(jìn)行添加還原劑而不再添加造渣劑和粘結(jié)劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其還原劑成分如表2所示。

首先，將紅土鎳礦進(jìn)行干燥和破碎處理；之后將其與還原劑按碳氧比1.4：1進(jìn)行混合配料；將配完的混料進(jìn)行壓塊后進(jìn)行碳熱還原反應(yīng)。最后將待反應(yīng)的料塊分別以1200℃、1250℃及1350℃進(jìn)行還原反應(yīng)，還原時(shí)間為45min。反應(yīng)完成后，將反應(yīng)產(chǎn)物通過水冷的方式進(jìn)行快速冷卻后進(jìn)行破碎、磁選、渣金分離，從而得到鎳鐵產(chǎn)品。

將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)分析得出，其1200℃還原產(chǎn)物中鎳的金屬化率為60.08%，鐵的金屬化率為46.52%。而在得到的鎳鐵產(chǎn)品中，鎳的回收率為45.42%，鐵的回收率為36.89%。

將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)分析得出，其1250℃還原產(chǎn)物中鎳的金屬化率為77.16%，鐵的金屬化率為50.44%。而在得到的鎳鐵產(chǎn)品中，鎳的回收率為61.21%，鐵的回收率為41.85%。

將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)分析得出，其1350℃還原產(chǎn)物中鎳的金屬化率為82.66%，鐵的金屬化率為63.23%。而在得到的鎳鐵產(chǎn)品中，鎳的回收率為78.56%，鐵的回收率為60.5%。

本發(fā)明描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形，本發(fā)明的的范圍有權(quán)利要求及其等同物限定。