红土镍矿还原焙烧-磁选工艺实验研究

红土镍矿是镍的主要来源，镍矿以其自身优势被广泛应用于各生产行业，某冶炼厂在回转窑中采用还原焙烧-磁选工艺制备镍铁合金，被认为是目前较经济、效能高的处理红土镍矿的方法，但是该方法其还原焙烧温度仍高达1450~1500℃。为了降低能耗，本文采用气基CO还原，排除煤的种类及灰分对还原焙烧过程的影响。为还原焙烧-磁选工艺在降低能耗、成本及工艺的改进方面提供了一种新方法。

一、实验部分

1、原料与试剂

实验所用红土镍矿来自印度尼西亚。本文选用的添加剂均为分析纯，一氧化碳为还原气体，二氧化碳为配合气体，氮气为载气。

该红土镍矿中镍、铁品位仅为1.34%、25.38%；在原矿中以硅酸盐形式存在的Ni质量分数为1.11%，占全镍质量的82.83%，而以简单氧化镍形式存在的Ni质量分数为0.12%，占全镍质量的8.96%。可见，该矿样中绝大部分镍赋存于复杂硅酸盐物相中，属于典型的低品位硅镁型红土镍矿。原矿中主要矿物组成是利蛇纹石，针铁矿及少量的赤铁矿。

2、实验流程

将红土镍矿原矿烘干后磨细至粒径小于0.15mm占90%以上，然后与添加剂按一定质量比混合均匀，加适量蒸馏水捏合，挤条成型（ｄ＝3mm），置于烘箱中35℃干燥，制成Ф3mm×3mm柱状颗粒备用。

称取10g左右样品置于陶瓷管中央，其余部分填满瓷环（与样品接触处用石英棉填充），避免样品坍塌。之后置于箱式电阻炉（SＫ-8-13型）内，程序控制升温达到指定温度后，通入一定体积比的CO/混合气，气体流速控制为200ｍL/ｍin。反应结束后，通入氮气保护，冷却至室温，得到还原焙烧矿。将还原焙烧矿磨细后经湿式磁选机磁选分离，得到镍铁精矿。

二、还原条件的影响

固定还原产物磁选条件，磁场强度0.15T，磨矿时间1.5ｍin，ｗ（Na2S2O3）为20%，总气量为200ｍL/ｍin，考察不同还原温度、时间及还原气体积比对镍铁富集的影响。

1、还原温度对镍铁富集的影响

还原时间为60ｍin，还原气氛Ｖ（CO）/Ｖ（CO2）为8/2的条件下，考察还原温度对镍铁富集的影响。随着还原温度的升高，磁选精矿中镍品位从800℃时的2.58%上升到了1100℃的7.62%，铁的品位随着温度的升高变化不大；镍铁回收率均有下降，铁回收率下降幅度较大，在1100℃时镍铁回收率差达到大值，47.10%.可以看出，升高温度能够改善镍铁富集及分选的效果。

2、还原时间对镍铁富集的影响

还原温度为1100℃，还原气氛Ｖ（CO）/Ｖ（CO2）为8/2的条件下，考察还原时间对镍铁富集的影响。在还原时间达到60ｍin时，镍品位达到高值，为7.62%，镍回收率在60ｍin后其提升幅度很小；铁品位随着时间的延长几乎不变，但是其回收率却先减小后增大。原因可能是，随着还原时间的延长，铁的还原程度进一步增强，导致铁回收率的增加，使得镍铁合金中镍品位下降。这说明随着还原时间的延长，虽然镍铁的富集程度加大，但是却不利于镍品位的提高，因此选择更佳还原时间为60ｍin。

3、还原剂CO分压对镍铁富集的影响

还原温度为1100℃，还原时间为60ｍin的条件下，考察还原气氛Ｖ（CO）/Ｖ（CO2）分别为2/8，5/5，8/2时对镍铁富集的影响。

随着CO分压的增加，镍品位及回收率均逐渐升高，铁品位基本保持不变，但是铁回收率先增加后降低。镍氧化物的还原需要的CO分压很低，在第3相区即可达到，但是镍的富集需要借助金属铁来完成；因此CO分压必须达到相图的第1相区，才能完成镍的富集。更佳还原气氛Ｖ（CO）/Ｖ（CO2）为8/2。

三、磁选工艺参数的影响

固定还原温度1100℃，还原时间为60ｍin，Ｖ（CO）/Ｖ（CO2）为8/2，添加剂质量分数为20%，考察磁选条件对镍铁富集的影响。

1、磨矿细度对磁选精矿的影响

在磁选过程中，磨矿细度太大，会导致生成的镍铁颗粒与脉石成分难以分离，而进入尾矿；而磨矿细度太小，又会造成矿物过于泥化，导致磁性镍铁成分由于重量不足而被水带入尾矿中，都会造成镍的损失。固定磁场强度为0.15T，考察了制样机磨矿时间为0.5，1.0，1.5ｍin时，镍铁品位及回收率的变化。得出结论，磨矿时间在1.0ｍin时镍品位及回收率效果更佳，而且镍铁回收率差也大，能够达到镍铁选择性回收的目的。

2、磁场强度对磁选精矿的影响

磁场强度的大小对精矿与脉石分离影响很大。磁场强度太大，会使包裹有大量脉石的磁性产物吸附上来而进入精矿中，虽然能保证高回收率，但是会导致镍品位太低而达不到分选的目的；磁场强度太低，则会使有少量脉石夹杂的磁性产物因磁性稍弱而进入尾矿中，导致回收率下降。在磨矿时间为1.0ｍin的条件下，考察了磁场强度分别为0.10，0.15，0.20T时镍铁品位及回收率的变化。

随着磁场强度的增强，镍铁回收率均逐渐增加；铁品位变化不大；而镍品位先增加后减小，在磁场强度为0.15T时达到大。这说明磁场强度低导致回收率不足，磁场强度太高则会因其高回收率而降低镍品位。经综合考虑，选择更佳磁场强度为0.15T。

得出结论，在反应温度1100℃，反应时间60ｍin，还原气CO与体积比为8/2，ｗ（Na2S2O3）为20%，磨矿时间1.0ｍin，磁场强度0.15T时，精矿镍品位及回收率从初2.58%、41.66%增加到7.62%、64.83%；铁品位从初的41.66%增至42.67%，变化不大，但是铁回收率从69.67%急剧下降至17.73%。镍铁回收率差达到了47.10%，实现了对镍铁的富集以及分选。