红土镍矿还原焙烧磁选的调查报告(3)

红土镍矿弱还原焙烧磁选项目研究报告
作者：王春轶
红土镍矿是含镁铁硅酸盐矿物的超基性岩经长期风化产生的，是由铁、铝、硅等含水氧化物组成的疏松的粘土状氧化矿石，由于氧化铁矿石呈红色，所以称为红土矿。

风化过程中镍自上层浸出，在下层沉淀，NiO取代了相应的硅酸盐和氧化铁矿物晶格中的MgO、FeO。

红土矿的化学和矿物学组成变化范围很大，特别是Fe／Ni和SiO2／MgO的重量比、化学和物理水含量。

矿石中镍元素和铁元素的分布具有一致性。

矿石中富铁的部分中往往镍含量也较高，其它部分相对较低。

这在理论上对此类矿石进行还原一磁选富集提供了可能性。

还原焙烧--磁选工艺的最大特点是生产成本低，能耗中能源由煤提供，每吨矿耗煤160~180Kg。

而火法工艺电炉熔炼的能耗80%以上由电能提供，每吨矿电耗560~600kWh，两者能耗成本差价很大，按照目前国内市场的燃料价值计算，两者价格相差3~4倍。

世界上工业化生产的只有日本冶金（Nippon Yakim)公司的大江山冶炼厂，其工厂的还原焙烧一磁选工艺流程为：原矿磨细后与粉煤混合制团，团矿经干燥后，高温进行还原焙烧，焙砂球磨后得到的矿浆进行选矿重选和磁选分离得到镍铁合金产品。

但是该工艺存在的问题仍较多，大江山冶炼厂虽经多次改进，工艺技术仍不够成熟，经过几十年的发展，其生产规模仍停留年产l万吨镍左右。

一、国内红土镍矿还原焙烧磁选研究现状
国内对红土镍矿还原焙烧磁选方面做过深入研究的有中南大学，东北大学，北京矿冶研究总院，北京科技大学，昆明贵金属研究所，四川大学等科研院所，还有贵研铂业股份有限公司，首钢有限公司，江西稀有稀土金属钨业集团有限公司等企业也做过相关的研究。

针对我公司红土镍矿弱还原焙烧磁选研究项目，我对国内中南大
学，东北大学，北京矿冶总院，长沙矿冶研究院等科研院所的研究方向及现状做了深入调查。

其中长沙矿冶研究院，北京矿冶总院和东北大学等针对我公司红土镍矿分别做了探索性试验。

1、中南大学在红土镍矿还原焙烧方向上做的研究
中南大学在红土镍矿氯化离析--磁选和红土镍矿预富集--还原熔炼制取低镍铁合金等方面做过深入的研究，下面对其研究方向及成果做简单介绍。

1.1氯化离析--磁选工艺的研究
氯化离析--磁选工艺是在中性或弱还原气氛条件下，矿石中的镍、钴和铁等金属氧化物都可以被氯化剂释放的氯化氢氯化生成对应的氯化物，然后其氯化物蒸气在炭粒表面被离析得到金属单质或合金，同时氯化剂得到再生，离析后的焙砂经过磁选而得到镍钴富集精矿。

磁选镍精矿产品指标为镍品位 6.47%，镍回收率86.75%，钴品位0.224%，钴回收率65.37%。

对国外某矿区的三种不同矿层的红土镍矿氯化离析一磁选实验结果表明：不同矿层的红土镍矿在氯化离析过程中消耗的药剂用量不太一致，但都能使精矿中镍富集8倍以上，钴富集6倍以上，且褐铁矿型的红土镍矿能使镍的收率达到90%以上，钴的收率接近70%。

该课题研究结果表明：采用氯化离析--磁选工艺可以选择性的富集镍钴并降低硅、镁的含量，显著降低了药剂的使用量和后续净化过程的处理量，这对我国储量丰富的红土镍矿资源以及全球其他红土镍矿矿区的开发利用具有重要意义。

缺点是由于离析时温度高，造成Co回收率低，加入氯化剂会造成后续处理困难。

1.2红土镍矿预富集--还原熔炼制取低镍铁合金的研究
该研究是采用预还原--湿式磁选--还原熔炼的新工艺从红土镍矿制取镍铁合金。

该项研究通过对氧化镍及氧化铁还原的热力学进行分析，并通过试验对最佳工艺条件进行探索。

研究表明镍和铁在矿石中大都是类质同象结构，预还原后的镍和铁大都是共晶形式存在，磁选后Ni和Fe均得到一定的富集。

通过对精矿的X射线衍射分析表明，精矿的主要成分是金属铁、金属镍及镁橄榄石等。

在最佳试验条件下，
镍铁精矿产率为83.40%、镍品位为2.30%、镍回收率为96.11%、铁品位为68.72%、铁回收率为83.07%。

2、北京矿冶研究院在红土镍矿还原焙烧方向上做的研究
北京矿冶研究院在红土矿直接制备镍铁颗粒，红土矿磁化焙烧——还原熔炼工艺等方面做过深入的研究。

红土矿直接制备镍铁颗粒项目属于国家863计划项目，与山东、山西进行了红土矿直接生产镍铁项目的研究，Ni的回收率达到88%以上。

北京矿冶研究总院以褐铁矿型红土镍矿为原料进行还原焙烧-磁选，镍的回收率达到90%以上，铁回收率70%，可以得到镍富集5倍的镍铁产品。

但是蛇纹石类（镁质矿）矿石的还原焙烧-磁选效果不是很理想。

3、东北大学在红土镍矿还原焙烧方向上做的研究
东北大学在红土镍矿的微波还原焙烧领域做过深入的研究，该研究主要是先将红土镍矿进行微波还原焙烧，然后在浸出时铁以针铁矿或赤铁矿的形式与浸出液分离。

此外他们还对褐铁矿型的红土镍矿还原焙烧磁选做过研究，对离析剂，硫化剂对红土镍矿还原焙烧过程的影响做了探索。

在对褐铁矿型红土镍矿进行还原焙烧中，镍的回收率可达90%以上。

在对硅镁镍矿试验过程中，由于硅镁镍矿中有50%--60%左右的镍在硅酸镁晶格中，还原焙烧过程中很难将这部分镍富集起来，所以镍的回收率很低，一般镍的富集程度在3—5倍左右，在铁全部磁选出来的时候，会有部分镁也进入精矿中，所以镍镁分离效果不理想。

并且用回转窑还原焙烧红土镍矿时，窑体结圈严重，所以红土镍矿还原焙烧磁选面临一些技术难题，很难进行产业化。

上述科研院所的研究方向主要是针对红土镍矿还原成镍铁的颗粒，并通过磁选富集镍铁颗粒生产镍铁的方法，属于火法冶金。

由于还原焙烧时所用温度很高，一般在1000—1300摄氏度左右，能耗相对较高，环境污染严重。

研究表明还原焙烧磁选处理红土镍矿时，褐铁矿型红土镍矿还原焙烧磁选镍的回收率很高，可以达到90%以上，而硅镁镍矿由于绝大多数的镍以类质同象状态存在于硅酸盐晶格中，在还原焙烧时，镍很难汇聚富集，所以镍的回收率很低。

二、我公司红土镍矿弱还原焙烧磁选试验情况
我公司提出的弱还原焙烧磁选富集镍的研究，与上述科研院所所做的研究稍有不同。

弱还原焙烧磁选的目的主要是考察将红土镍矿在低温下弱还原焙烧，将其中的铁还原成四氧化三铁并将镍捕集其中，采用磁选将富集镍的四氧化三铁分离出来，并利用湿法对磁选精矿进行浸出提取镍钴的方法，该法属于火法湿法结合工艺。

目前科研院所做的研究主要是还原焙烧磁选----熔炼镍铁的工艺，该工艺属于火法。

这两个工艺都是以“磁化焙烧----磁选”为前提的。

二者虽然都进行“磁化焙烧----磁选”，但是它们的工艺条件是不相同的。

对于火法(冶炼镍铁)来说，对焙烧温度的要求不严格，只要能使镍(钴)的富集和回收率都达到最佳经济值即可；对于火法湿法结合工艺来说，对焙烧温度的要求就特别严格(需要较低的焙烧温度)，如果焙烧温度过高，钴、镍被铁重结晶包裹，就会影响到后续作业，造成浸出率明显降低。

二者间的不同还在于所产出的最终产品不一样，火法只产出镍铁合金产品，市场上镍铁产品只以“镍+钴”折合镍金属的价格的90%计价。

而火法湿法结合工艺则能直接产出镍和钴的工业产品，镍钴单独计价。

在处理同量矿石的情况下，其产值会明显高于火法生产镍铁工艺。

北京矿冶总院的蒋训雄教授利用我公司提供的铁质矿与镁质矿分别做了还原焙烧磁选探索性试验。

在温度为800—900摄氏度条件下，铁质矿与镁质矿分别还原焙烧后，两种矿磁性均很弱，磁选管无法磁选富集。

在1100—1200摄氏度条件下，还原焙烧4小时后，镁质矿磁性弱，无法磁选；铁质矿磁性稍微强一些，但是磁选效果不佳，精矿率低，镍的回收率只有60%左右。

后期通过改变参数再次试验后，铁质矿的磁选精矿率40%左右，镍的捕捉率大于77%，铁的捕捉率大于75%；镁质矿磁选精矿率极低。

实验数据表明我公司提供的红土镍矿弱还原焙烧还原成四氧化三铁后，铁质矿与镁质矿的磁选精矿率均很低，镍的回收率极低。

在较高温度下还原成镍铁颗粒后磁选，铁质矿镍的回收率稍高，镁质矿镍的回收率依旧很低。

分析认为我公司的铁质矿并非真正意义的褐铁
矿型红土镍矿，里面夹杂大量硅镁镍矿粉体，这部分镍在还原焙烧过程中难以汇聚，所以镍的回收率难以提高。

三、结论
大量的研究表明，对于硅镁镍型红土镍矿，镍主要是和镁、铁以类质同象结构存在，镍夹在硅酸盐的晶格中。

在弱还原焙烧时，由于Mg—Si、O—Si不饱和键很多，还原过程中电子容易发生转移，所以晶格中的镍很容易被还原出来，但是镍被包裹在硅酸盐中，难以汇聚成颗粒或进入四氧化三铁中，这部分镍很难被富集起来，只有游离态的镍和本身就位于铁的化合物中的镍能够被磁选富集，所以镍的回收率很低。

若想将硅酸盐中的镍汇聚起来，必须在高温下将硅酸盐融化，而这样的条件下，能耗很高，还原后形成的是镍铁颗粒，经磁选后做镍铁合金更经济。

对于褐铁矿型红土镍矿来说镍容易富集在四氧化三铁中而被富集起来，但是由于铁含量很高，硅、镁、钙、铝总量占比较小，还原焙烧磁选后富集比较小，还原焙烧磁选没有实际意义。

基于以上原因，建议公司在红土镍矿弱还原焙烧项目上不做实质性研究，待科研院所将弱还原焙烧过程中镍颗粒汇聚难题攻关后再做打算。