紅土鎳礦浸渣選鐵試驗(yàn)研究①

羅良飛， 李宗蔚， 鐘志剛， 蔣江波

（長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012）

鎳是我國(guó)戰(zhàn)略資源之一。 鎳礦主要有紅土鎳礦和硫化鎳礦兩種類型。 甘肅金昌是我國(guó)的“鎳都”，主要開采硫化鎳礦。 我國(guó)鎳資源儲(chǔ)量較少，紅土鎳礦更是少之又少。 紅土鎳礦主要分布在赤道附近一帶，如印度尼西亞、菲律賓、巴布亞新幾內(nèi)亞、新喀里多尼亞[1］。 我國(guó)企業(yè)在東南亞大規(guī)模開發(fā)紅土鎳礦資源，采用濕法高壓酸浸提鎳工藝，產(chǎn)排大量含鐵浸渣，每年排放量近億噸，渣中鐵含量達(dá)到30%～55%。 國(guó)內(nèi)對(duì)此類浸渣的綜合利用還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段[2-5］。 為了解決我國(guó)企業(yè)在海外紅土鎳礦開發(fā)中尾渣的堆存與安全環(huán)保問題，提升我國(guó)國(guó)際形象，對(duì)浸渣綜合利用勢(shì)在必行。 本文針對(duì)某紅土鎳礦浸渣進(jìn)行選鐵試驗(yàn)研究，旨在解決紅土鎳礦浸渣占地、安全環(huán)保與資源利用問題，為紅土鎳礦浸渣高效選鐵提供技術(shù)依據(jù)。

1 礦石性質(zhì)

某紅土鎳礦浸渣化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1，鐵和硫化學(xué)物相分析結(jié)果分別見表2 和表3。 肉眼下觀察，該浸渣為褐紅色粉類樣品，樣品中主要成分為鐵，其次為硅、鋁、鉻、硫，少量鎳、鈦、鎂、錳等元素。 有害雜質(zhì)磷含量較低，但硫含量較高，選冶過程中需密切注意硫的富集趨勢(shì)。 鐵主要以赤（褐）鐵礦形式產(chǎn)出，其次賦存在鐵礬和鉻鐵礦中。

表1 樣品主要化學(xué)成分分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

表2 樣品鐵化學(xué)物相分析結(jié)果

表3 樣品硫化學(xué)物相分析結(jié)果

樣品主要礦物組成見表4。 樣品中主要鐵礦物為赤（褐）鐵礦，偶見磁鐵礦零星分布；鉻礦物為鉻鐵尖晶石礦；脈石礦物主要是石英，此外有很少量的云母、輝石、滑石等。

表4 樣品主要礦物組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

赤（褐）鐵礦是回收鐵的主要目的礦物。 褐鐵礦多為隱晶質(zhì)～微晶質(zhì)，粒度十分微細(xì)，一般小于0.01 mm，僅個(gè)別粗者可達(dá)0.05～0.1 mm。 能譜微區(qū)成分分析結(jié)果表明，樣品中褐鐵礦化學(xué)成分極為復(fù)雜，除Fe2O3外，還普遍含有較高的Al2O3、SO3、Cr2O3、SiO2，平均Fe2O3含量為81.47%。 磁鐵礦多為較規(guī)則粒狀，粒徑一般0.03～0.08 mm，大部分以單體狀態(tài)產(chǎn)出，少量嵌布在微細(xì)粒褐鐵礦結(jié)塊構(gòu)成的集合體中。 鐵礬多為粒狀、不規(guī)則粒狀，粒度較為細(xì)小，一般小于0.01 mm，少量介于0.02～0.1 mm 之間，呈稀疏～零散浸染狀嵌布在微細(xì)粒褐鐵礦結(jié)塊構(gòu)成的集合體中。 能譜測(cè)定結(jié)果表明，除鐵和硫外，鐵礬中還含鋁17.72%。

浸出渣粒度組成及關(guān)鍵元素分布情況見表5。 由表5 可以看出，浸渣粒度極細(xì)，－0.01 mm 粒級(jí)占88.82%，該粒級(jí)中鐵和硫品位均最高，金屬分布率也分別達(dá)到93.83%和97.05%；鉻在＋0.01 mm 粒級(jí)品位較高，金屬量也主要分布在該粒級(jí)中，說(shuō)明浸渣中鉻礦物粒度比鐵礦物粒度粗。 粒度分析中硫含量偏低，是由于微溶硫酸鹽溶解了部分硫。

表5 樣品粒度組成及金屬分布情況

2 選礦試驗(yàn)研究

2.1 強(qiáng)磁選試驗(yàn)

浸渣鐵品位較高，采用實(shí)驗(yàn)室夾板強(qiáng)磁選裝置磁選回收鐵，考察預(yù)先富集拋尾的可行性，結(jié)果見表6。由表6 可以看出，強(qiáng)磁選工藝不能有效選鐵，精礦、尾礦和給礦品位相差不大。

表6 浸渣磁選試驗(yàn)結(jié)果

2.2 離心選礦試驗(yàn)

考察了離心選礦對(duì)細(xì)粒級(jí)鐵礦物的預(yù)富集拋尾分選效果，結(jié)果見表7。 由表7 可以看出，離心選礦預(yù)富集效果較差，精礦中鐵基本沒有富集。

表7 離心選礦機(jī)預(yù)分選試驗(yàn)結(jié)果

2.3 磁化焙燒-磁選試驗(yàn)

赤（褐）鐵礦在磁化焙燒過程中完成鐵礦物礦相重構(gòu)，弱磁性鐵礦物轉(zhuǎn)化為強(qiáng)磁性Fe3O4，屬氣固兩相反應(yīng)，其反應(yīng)方程為：

焙燒礦經(jīng)研磨-弱磁選可得到鐵精礦。

2.3.1 煤基還原-磁選試驗(yàn)

采用SX-12-10 型馬弗爐，還原劑煤用量15%，在焙燒溫度800 ℃、焙燒時(shí)間70 min、磁場(chǎng)強(qiáng)度0.2 T 條件下，考察了添加劑種類對(duì)浸出渣焙燒-磁選指標(biāo)的影響，結(jié)果見表8。 由表8 可以看出，空白焙燒試驗(yàn)焙燒礦磁選精礦TFe 品位最高62.77%、回收率94.04%，添加劑種類對(duì)精礦品位和硫含量影響不大。 精礦中硫含量較高，有必要采用其他措施降低鐵精礦中硫含量。

表8 添加劑種類對(duì)煤基還原-磁選指標(biāo)的影響

2.3.2 氣基還原-磁選試驗(yàn)

在焙燒時(shí)間40 min、磁場(chǎng)強(qiáng)度0.2 T 條件下，進(jìn)行了氣基還原-磁選試驗(yàn)，結(jié)果見表9。 由表9 可以看出，氣基還原效果較好，焙燒溫度800 ℃時(shí)可以獲得精礦TFe 品位68.77%、回收率95.15%的指標(biāo)，精礦中S 含量降至0.12%。

表9 氣基還原-磁選試驗(yàn)結(jié)果

2.3.3 直接還原-磁選試驗(yàn)

對(duì)浸渣進(jìn)行了直接還原-磁選探索試驗(yàn)，磁場(chǎng)強(qiáng)度0.2 T，結(jié)果見表10。 由表10 可以看出，浸渣直接還原后磁選，僅添加還原劑煤粉情況下，磁選精礦TFe 品位90.89%、回收率88.90%；添加助熔劑Na2CO3和還原劑煤粉條件下，磁選精礦TFe 品位86.72%、回收率97.83%。浸出渣選鐵效果較好，但精礦中雜質(zhì)硫含量偏高。

表10 直接還原-磁選試驗(yàn)結(jié)果

2.3.4 工藝對(duì)比分析

磁化焙燒-磁選是從紅土鎳礦浸渣高效回收鐵的有效方法。 煤基還原-弱磁選獲得了精礦TFe 品位62.77%、回收率94.04%的指標(biāo)；氣基還原-弱磁選獲得了精礦TFe 品位68.77%、回收率95.15%、精礦中雜質(zhì)硫含量0.12%的指標(biāo)，可達(dá)到鐵精礦質(zhì)量要求；直接還原-弱磁選可獲得精礦TFe 品位90.89%、回收率88.90%的指標(biāo)，但存在硫含量偏高的問題。

優(yōu)化氣基還原試驗(yàn)條件后，發(fā)現(xiàn)浸渣可以在800 ℃還原生成大部分金屬鐵，同時(shí)脫除硫，是一個(gè)礦相重構(gòu)同步脫硫的過程，既提高了品位，又降低了有害雜質(zhì)硫含量，且溫度較低（單獨(dú)脫硫需要1000 ℃，直接還原需要1200 ℃），具有良好的經(jīng)濟(jì)性。推薦采用氣基還原-弱磁選工藝回收該紅土鎳礦浸渣中鐵。

3 結(jié)論

1） 某紅土鎳礦浸渣TFe 品位51.38%，但有害雜質(zhì)硫含量2.01%。 鐵主要以赤（褐）鐵礦形式存在；硫主要以硫酸鹽形式存在。 浸渣粒度極細(xì)，鐵礦物磁性弱，強(qiáng)磁選和離心選礦預(yù)富集效果較差。

2） 磁化焙燒-磁選是從紅土鎳礦浸渣高效回收鐵的有效方法。 煤基還原-弱磁選獲得了精礦TFe 品位62.77%、回收率94.04%的指標(biāo)；氣基還原-弱磁選獲得了精礦TFe 品位68.77%、回收率95.15%、精礦中雜質(zhì)硫含量0.12%的指標(biāo)，可達(dá)到鐵精礦質(zhì)量要求；直接還原-弱磁選可獲得精礦TFe 品位90.89%、回收率88.90%的指標(biāo)，但存在硫含量偏高的問題。 氣基還原-磁選工藝可以在800 ℃還原生成大部分金屬鐵，同時(shí)脫除硫，是一個(gè)礦相重構(gòu)同步脫硫的過程，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。推薦采用氣基還原-弱磁選工藝回收該紅土鎳礦浸渣中鐵。