紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法

2023-05-29 08:56:36

專利名稱：：紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法
技術領域：
：本發明涉及一種紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法。
背景技術：
：紅土鎳礦是由含鎳的巖石風化、浸淋、蝕變、富集而成的，是由鐵、鋁、矽、鎳等含水氧化物組成的疏鬆粘土狀礦石，現已探明的紅土鎳礦資源多分布在南、北回歸線一帶，如澳大利亞、巴布亞紐幾內亞、新喀裡多尼亞、印度尼西亞、菲律賓和古巴等地。紅土礦曾是早期鎳的主要資源，新喀裡多尼亞的富紅土礦的開發始於19世紀未，在20世紀初期薩德伯裡硫化礦的發現使人們把目光集中到硫化礦上。硫化礦作為鎳的主要資源的優勢至今不容質疑，然而世界上70%的陸基鎳資源的紅土礦僅佔世界鎳產量的40%。世界原生鎳的消費結構中，不鏽鋼佔到世界鎳消費量的63%，加上合金鋼(5%)及有色合金(16%)，冶金行業佔到鎳消費總量的84%。其中單是不鏽鋼行業消耗的鎳就佔鎳總消費量的60%以上，它是目前鎳市場增長的主要動力，未來五年世界不鏽鋼生產將維持5%的年增長率，對鎳的需求會相應增長。鎳的產量每年也以4%的速度增長，高於世界GDP平均增長率(見表1)。表l硫化鎳礦和氧化鎳礦生產鎳的比例變化tableseeoriginaldocumentpage3由於硫化鎳礦的日趨貧化，而紅土鎳礦資源豐富、建設周期短、工藝相對簡單，在當前鎳市場需求強勁的情況下，紅土鎳礦的開發利用成了熱門研究。紅土型鎳開發利用的主要優勢在於紅土型鎳礦資源豐富，全球約有4100萬噸金屬量，勘查成本低；可露天開採，採礦成本極低；選冶工藝己逐漸成熟；不鏽鋼生產的發展，對燒結氧化鎳、鎳鐵或通用鎳的需求增加，而這些鎳產品主要是由氧化鎳礦生產的；世界紅土型鎳資源主要分布於近赤道地區，大部分靠近海岸，便於外運。目前世界上鎳紅土礦的處理工藝歸納起來大致有三類火法工藝、溼法工藝和火溼法結合工藝。火法工藝還可以按其產出的產品不同分還原熔煉鎳鐵工藝和還原硫化熔煉鎳鋶工藝；溼法工藝可以按其浸出溶液的不同分為氨浸工藝和加壓酸浸工藝。火溼法結合工藝是指氧化鎳礦經還原焙燒後採用化學選礦方法提取鎳等的工藝。紅土鎳礦可分為2種類型，一種是褐鐵礦型，位於礦床的上部，鐵高、鎳低，矽、鎂較低，但鑽含量較高，這種礦石宜採用溼法冶金工藝處理，冶煉鎳鐵產生的爐渣用於鋼的生產。另一種為矽鎂鎳礦，位於礦床的下部，矽、鎂含量較高，鐵、鑽含量較低，但鎳含量較高，這種礦石宜採用火法冶金工藝處理，生產鎳鐵產生的爐渣可用作建築材料和生產化肥，而處於中間過渡的礦石可以採用火法冶金，也可以採用溼法冶金工藝。火法還原熔煉鎳鐵工藝處理氧化鎳礦生產鎳鐵鎳鐵年產量(按鎳計)在250kt左右，代表性生產廠家有法國鎳公司的新喀裡多尼亞多尼安博冶煉廠、哥倫比亞塞羅馬託莎冶煉廠、日本住友公司的八戶冶煉廠等。該工藝得到的產品中鎳質量分數為20%30%，鎳的回收率也可以達到9095%，適合處理各種類型的氧化鎳礦，對入爐爐料的粒度也沒有嚴格的要求，但主要缺點是能耗大。利用還原金屬(鎳、鐵)與其它脈石礦物性質的差異，發展出的火法-溼法結合工藝有還原焙燒一磁選工藝、還原焙燒一離析一氨浸工藝、還原焙燒—離析一浮選工藝、還原焙燒—磁重選工藝等。如日本冶金(NipponYakim)公司的大江山冶煉廠(OyamaSmelter)，主要工藝過程為原礦磨細與粉煤混合制團，團礦經乾燥和高溫還原焙燒，焙燒礦團再磨細，礦漿進行選礦(重選和磁選)分離得到鎳鐵合金產品(何煥華，中國有色冶金，2004年，第六期)。火法一溼法結合工藝的最大特點是生產成本低，能耗中的85%能源由煤提供，噸礦耗煤160180kg。而火法工藝電爐熔煉的能耗80%以上由電能提供，噸礦電耗560600kWh，兩者能耗成本差價很大，按照目前國內市場的價值計算，兩者價格相差34倍。火法一溼法結合工藝的成本也高度敏感於原料鎳的品位、動力費用(電費)、燃料和還原劑(重油、石腦油、柴油、天然氣、煤和焦炭)的費用(徐慶新.紅土礦的過去與未來[J].中國有色冶金，2005,(6):1-8.)，其關鍵在於還原焙燒工序，鎳、鐵的金屬化率不僅關係到鎳鐵合金的回收率與品位，而且焙燒過程溫度與時間直接影響到整個工藝的能耗與生產成本。對於大多數紅土型鎳礦，其中的鎳大部分和矽、鐵結合而成複雜的矽酸鎳和鐵酸鎳，難以解離與還原，為了較好的預還原富集金屬鎳，火法一溼法結合工藝的還原焙燒過程多添加離析劑(氯化劑)進行氯化離析，即指在礦石中加入一定量的碳質還原劑(煤或焦炭)和氯化劑(氯化鈉或氯化鈣)，在中性或弱還原性的氣氛中加熱，使有價金屬從礦石中氯化揮發，並同時在炭粒表面還原成為金屬顆粒的過程，以期產出品位較高的金屬精礦。但出採用氯化鈣作為離析劑，不僅需要較高的離析溫度(1000'C以上)，而且氯化劑用量(如NaCl需要7%~10%)、還原劑用量都需要很大，離析反應時間需要很長(3h以上)。如國內元江鎳礦為了獲得較好的選鎳指標，離析劑氯化物的用量就達到了25%以上(陳曉鳴，張宗華.元江矽酸鎳礦開發新技術半工業試驗研究[J].有色金屬(選礦部分)，2007，(3):25-28.)。離析劑氯化物用量加大，不僅增加了原料消耗，導致生產成本偏高，而且會引起環境的氯汙染。為了降低氯化物離析劑的用量，必須優先破壞難處理鎳一一矽酸鎳、鐵酸鎳的結構與晶型，增加鎳的反應活性。本發明為了破壞矽酸鹽、鐵酸鹽的結構，在離析劑中加入部分促進劑，如含鈉、含鈣(對環境無汙染)化合物，使之形成矽酸鈣等熱力學更穩定的物質，置換出氧化鎳，方便鎳的還原與富集；而高溫下鈉鹽易融解，造成局部"液相"，強化反應過程的傳質，另外，鈉離子的滲透力強，更加利於矽酸鎳、鐵酸鎳的結構與晶型的破壞。本發明在離析劑中加入還原鐵粉(磁選得到的產物)，能夠使就地還原的新生態鎳優先凝聚在其周圍，起到成核劑作用，利於鎳顆粒的形成與長大，並部分抑制鎳的再次氧化。另外，採用低價值的煤粉作還原劑時，易導致焙燒過程釋放出的含硫氣體難以處理而造成環境汙染，而本發明所添加的鈣基化合物，可以起到固硫作用。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種添加用量少、效果顯著，強化紅土鎳礦在還原焙燒過程中的金屬化效果，降低藥劑消耗成本的紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法。為了解決上述技術問題，本發明提供的紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法，將紅土鎳礦破磨到一200—100目佔其質量的7090%，在紅土鎳礦中添加氯化物作離析劑、鈉化合物作促進劑、還原鐵粉作成核劑和鈣類化合物作固硫劑，其特徵在於按紅土鎳礦的質量計，氯化物的添加用量為010%，鈉化合物的添加用量為110%，還原鐵粉的添加用量為03%，鈣類化合物的添加用量為110%。所述的氯化物的添加用量為05%。所述的氯化物為氯化鈣、氯化鈉、氯化鎂和氯化鋇中一種或幾種。所述的鈉化合物的添加用量為25%。所述的鈉化合物是碳酸鈉、氫氧化鈉或矽酸鈉。所述的還原鐵粉的添加用量為02%。所述的鈣類化合物的添加用量為37%。所述的鈣類化合物為碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣中的一種或幾種。採用上述技術方案的紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法，以少量氯化物為基質作離析劑，通過添加促進劑(含鈉化合物)、成核劑(還原鐵粉)、固硫劑(碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣等)等構成添加劑，能顯著改善添加劑在紅土鎳礦還原焙燒過程中的促進作用，提高鎳的還原程度與增大凝聚態還原鎳顆粒粒徑，增加後續磁選或氨浸等工序中鎳的回收率與品位，能顯著促進鎳的金屬化，提高鎳的回收率。添加劑的配方根據紅土鎳礦性質的差異，以及焙燒溫度與時間差異的不同而變化。本發明適合於添加到矽酸鎳所佔比例高的紅土鎳礦的還原焙燒過程，能較大幅度的降低氯化鈣等的用量，減輕氯對設備的腐蝕和環境汙染，顯著提高紅土鎳礦還原焙燒過程中的金屬化率和離析效果，從而達到了提高鎳回收率或品位的目的。綜上所述，本發明是一種添加用量少、效果顯著，強化紅土鎳礦在還原焙燒過程中的金屬化效果，降低藥劑消耗成本的紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法。具體實施例方式本發明由下列實施例進一步說明，但不受這些實施例的限制。實施例中所有份數和百分數除另有規定外均指質量。實施例1:紅土鎳礦含Ni1.38%、Fe32.1%、Mg12.7%。取紅土鎳礦100份破磨到—200目佔90%，加入6份粉煤和添加劑(配方與用量見表2所示)混磨後用球蛋成型機製成1015mm的球團，置於馬弗爐中在90(TC下還原焙燒2小時。得到的還原焙砂進行溼式球磨，礦槳濃度為40%，磨礦細度為一200目佔90%;礦漿在磁場強度為8000高斯的條件下磁選，得到的精礦含Ni4.89%、Fe79.8%，鎳的回收率為91.5%。表2實施例1的添加劑配方與用量tableseeoriginaldocumentpage6實施例2:低鐵高鎂型紅土鎳礦，化學成分含Ni1.95%、Fe15.9%、Mg17.8%。取紅土鎳礦100份破磨到_200目佔70%，加入5份焦煤和添加劑(配方與用量見表3所示)混磨後用球蛋成型機製成1015mm的球團，採用迴轉窯在1100。C下還原焙燒1.5小時。得到的還原焙砂進行溼式球磨，礦漿濃度為50%，磨礦細度為一200目佔80%;礦漿在磁場強度為9000高斯的條件下磁選，得到的精礦含Ni8.36%、Fe75.1%，鎳的回收率為95.2%。表3實施例2的添加劑配方與用量tableseeoriginaldocumentpage7實施例3:高鐵低鎂型紅土鎳礦，化學成分含Ni0.91%、Fe47.8%、Mg17.9%。取紅土鎳礦100份破磨到一100目佔90%,加入12份粉煤和組合離析劑(配方與用量見表4所示)混磨後用球蛋成型機製成1015mm的球團，採用迴轉窯在1250'C下還原焙燒0.5小時。得到的還原焙砂進行溼式球磨，礦漿濃度為50%，磨礦細度為一400目佔70%;礦漿在磁場強度為7000高斯的條件下磁選，得到的精礦含Ni4.78%、Fe81.9%，鎳的回收率為88.8%。表4實施例3的添加劑配方與用量tableseeoriginaldocumentpage7實施例4:紅土鎳礦含Ni1.38%、Fe32.1%、Mg12.7%。取紅土鎳礦100份破磨到一200目佔90%，加入8份粉煤和添加劑(配方與用量見表5所示)混磨後用球蛋成型機製成1015mm的球團，置於馬弗爐中在90(TC下還原焙燒2小時。得到的還原焙砂進行溼式球磨，礦漿濃度為40%，磨礦細度為—200目佔90%;礦漿在磁場強度為8000高斯的條件下磁選，得到的精礦含Ni4.89%、Fe79.8%，鎳的回收率為91.5%。表5實施例4的添加劑配方與用量tableseeoriginaldocumentpage7實施例5:低鐵高鎂型紅土鎳礦，化學成分含Ni1.95%、Fe15.9%、Mg17.8%。取紅土鎳礦100份破磨到一200目佔70%，加入10份焦煤和添加劑(配方與用量見表6所示)混磨後用球蛋成型機製成10~15mm的球團，採用迴轉窯在110(TC下還原焙燒1.5小時。得到的還原焙砂進行溼式球磨，礦漿濃度為50%，磨礦細度為一200目佔80%;礦漿在磁場強度為9000高斯的條件下磁選，得到的精礦含Ni8.36%、Fe75.1%，鎳的回收率為95.2%。表6實施例5的添加劑配方與用量tableseeoriginaldocumentpage8實施例6:高鐵低鎂型紅土鎳礦，化學成分含Ni0.91%、Fe47.8%、Mgl7.9%。取紅土鎳礦IOO份破磨到一IOO目佔90%，加入12份粉煤和組合離析劑(配方與用量見表7所示)混磨後用球蛋成型機製成1015mm的球團，採用迴轉窯在125(TC下還原焙燒0.5小時。得到的還原焙砂進行溼式球磨，礦漿濃度為50%，磨礦細度為—400目佔70%;礦漿在磁場強度為7000高斯的條件下磁選，得到的精礦含Ni4.78%、Fe81.9%，鎳的回收率為88.8%。表7實施例6的添加劑配方與用量tableseeoriginaldocumentpage8權利要求1、一種紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法，將紅土鎳礦破磨到—200～—100目佔其質量的70～90％，在紅土鎳礦中添加氯化物作離析劑、鈉化合物作促進劑、還原鐵粉作成核劑和鈣類化合物作固硫劑，其特徵在於按紅土鎳礦的質量計，氯化物的添加用量為0～10％，鈉化合物的添加用量為1～10％，還原鐵粉的添加用量為0～3％，鈣類化合物的添加用量為1～10％。2、根據權利要求1所述的紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法，其特徵在於所述的氯化物的添加用量為05%。3、根據權利要求1或2所述的紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法，其特徵在於所述的氯化物為氯化鈣、氯化鈉、氯化鎂和氯化鋇中一種或幾種。4、根據權利要求1所述的紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法，其特徵在於所述的鈉化合物的添加用量為25%。5、根據權利要求1或4所述的紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法，其特徵在於所述的鈉化合物是碳酸鈉、氫氧化鈉或矽酸鈉。6、根據權利要求1所述的紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法，其特徵在於所述的還原鐵粉的添加用量為02%。7、根據權利要求1所述的紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法，其特徵在於所述的鈣類化合物的添加用量為37%。8、根據權利要求1或7所述的紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法，其特徵在於所述的鈣類化合物為碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈣中的一種或幾種。全文摘要本發明公開了一種紅土鎳礦還原焙燒過程中添加添加劑的方法，將紅土鎳礦破磨到-200～-100目佔其質量的70～90％，在紅土鎳礦中添加氯化物作離析劑、鈉化合物作促進劑、還原鐵粉作成核劑和鈣類化合物作固硫劑，按紅土鎳礦的質量計，氯化物的添加用量為0～10％，鈉化合物的添加用量為1～10％，還原鐵粉的添加用量為0～3％，鈣類化合物的添加用量為1～10％。本發明適合於添加到矽酸鎳所佔比例高的紅土鎳礦的還原焙燒過程，能較大幅度的降低氯化鈣等的用量，減輕氯對設備的腐蝕和環境汙染，顯著提高紅土鎳礦還原焙燒過程中的金屬化率和離析效果，從而達到了提高鎳回收率或品位的目的。文檔編號C22B23/00GK101418378SQ20081014334公開日2009年4月29日申請日期2008年10月17日優先權日2008年10月17日發明者凌天鷹,葉紅齊,暉王,符劍剛申請人:中南大學