潘建，田宏宇，朱德慶，崔瑜

　　中南大學資源加工與生物工程學院，湖南長沙410083
 

　　世界不銹鋼消費量的不斷增大，使人們對鎳的需求程度逐年加深[1,2]。隨著硫化鎳礦的可利用資源逐漸消耗殆盡，對于占全球鎳資源總量約為72%的紅土鎳礦的有效利用成為亟需解決的問題[3]。紅土鎳礦按照鎳鐵含量的差異，主要分為褐鐵礦型紅土鎳礦（高鐵低鎳）和腐殖土型紅土鎳礦（低鐵高鎳），其處理工藝主要分為火法和濕法工藝，具體的礦種對應(yīng)的處理工藝在操作可行性的基礎(chǔ)上，主要受其工藝的運行成本影響[4,5]。已探明世界紅土鎳礦鎳金屬儲量1.6億噸，主要分布在熱帶地區(qū)，且國外高品位紅土鎳礦資源已大部分被日本和歐美等公司控制。我國主要以進口菲律賓和印度尼西亞的紅土鎳礦為主，但其中的70％為含鎳低于1.6%的中低品位紅土鎳礦[6-8]。因此，中低品位紅土鎳礦的有效利用受到越來越多的關(guān)注，而世界范圍內(nèi)比較成熟的利用紅土鎳礦冶煉鎳鐵的工藝方法仍舊以火法冶煉為主。其中火法冶煉中利用較廣泛的是RKEF法和回轉(zhuǎn)窯直接還原法[9~12]。RKEF法的主要工藝是回轉(zhuǎn)窯焙燒-電爐熔煉，但是,利用RKEF法冶煉低品位紅土礦,回轉(zhuǎn)窯焙燒后產(chǎn)生的渣量大,在電爐熔煉階段,加熱礦渣會造成電耗大，鎳鐵產(chǎn)量低[5]。而通過回轉(zhuǎn)窯還原焙燒后進行磁選富集,將富集后的鎳鐵精礦按照一定的配比代替低品位紅土鎳礦送入回轉(zhuǎn)窯中進行預(yù)熱,然后熱裝加入電爐再還原后進行渣鐵分離，可以節(jié)能且高效的利用低品位紅土鎳礦，所以近幾年對直接還原-磁選工藝處理低品位紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵精礦的研究較多[13,14]。劉志國[15]等人以兩種紅土鎳礦為研究對象，兩種試樣所含主要礦物相同,載鎳礦相同,鎳在原礦中分布規(guī)律也相似,但由于Fe、Si和Mg含量的差異造成其選擇性還原焙燒-磁選結(jié)果有很大差異。焙燒過程中鐵、鎂、鈣等陽離子和硅氧離子形成不同硅酸鹽,影響了焙燒礦的熔融性和鎳的反應(yīng)活性.朱德慶[16]等人研究還原溫度、還原時間、復(fù)合添加劑用量和預(yù)熱溫度對鎳和鐵回收效果的影響，可以得到4.22wt.%鎳和69.75wt.%鐵品位的鎳精礦,鎳和鐵回收率分別為92.22%和85.73%，發(fā)現(xiàn)適宜的預(yù)熱制度有利于團塊中鎳、鐵的富集;復(fù)合添加劑促進了鎳鐵晶粒的聚集、長大，提高了鎳、鐵回收效果。蔣曼[17]等人以含Ni 1.49%、Fe 34.69%的紅土鎳礦為研究對象，采用煤基直接還原法選擇性還原鎳鐵礦物，研究并分析了焙燒過程中還原劑和添加劑種類及用量、焙燒溫度以及焙燒時間對鎳鐵選擇性還原的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)紅土鎳礦直接還原過程中鐵礦物大部分被還原成浮士體，僅有少部分鐵礦物被還原成金屬鐵，并與鎳礦物還原金屬鎳形成鐵紋石和鎳紋石，從而實現(xiàn)了紅土鎳礦中鎳鐵的選擇性還原，可以得到含鎳9.51%鎳鐵產(chǎn)品，鎳的回收率為84.04%，鐵回收率僅為54.49%。
 

　　眾多的研究表明，褐鐵礦型紅土鎳礦鐵鎳比高，原料成本相對較低，但還原后的精礦鎳品位低，而腐殖土型紅土鎳礦雖然鐵鎳比低，精礦鎳品位高，但原料成本也相對較高，且還原溫度要求也相對較高[18-20]。本研究以中低品位的褐鐵礦型和腐殖土型紅土鎳礦為原料進行配礦，在不降低精礦鎳品位和回收率的前提下，降低總原料成本和還原溫度，強化其選擇性直接還原。
 

　　1原料性能和研究方法
 

　　1.1原料性能
 

　　1.1.1 紅土鎳礦
 

　　試驗所用的兩種紅土鎳礦A與B均產(chǎn)自印度尼西亞，其化學成分和物相組成分析如表1和圖1所示。由表1和圖1知，紅土鎳礦A鐵含量較高(40.09 wt.%)，鎳含量較低(0.97wt.%)，硅鎂含量較低，主要礦物為針鐵礦，為典型的褐鐵礦型紅土鎳礦。試驗中進行配礦優(yōu)化的紅土鎳礦B鐵含量較低(23.16 wt.%)，鎳含量偏低(1.42wt.%)，硅鎂含量高，為腐殖土型或中間過渡型紅土鎳礦，主要礦物為高結(jié)晶水的鐵鎂硅酸鹽類礦物以及針鐵礦。將礦A和B樣品分別篩分為0.5mm-1mm、0.25mm-0.5mm、0.106mm-0.25mm、-0.106mm幾個粒級后制成光片進行物相分析，統(tǒng)計結(jié)果如圖2所示。針鐵礦與鐵鎂硅酸鹽礦物為兩種紅土鎳礦的主要物相。在礦A中針鐵礦含量大約在80%左右，硅酸鹽礦物在礦B中的含量約為60%。
 

 　　表1.紅土鎳礦的化學組成/ wt.%

　　Table 1 Chemical composition of laterite nickel ore/wt.%.