某紅土鎳礦磁化焙燒-磁選預(yù)富集試驗(yàn)研究

羅穎初

（山西省冶金設(shè)計(jì)院， 山西 太原 030000）

鎳由于具有抗腐蝕性強(qiáng)、耐熱性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于不銹鋼、特殊合金鋼等的加工制造中，同時(shí)也是重要的電池制作原料[1]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鎳需求不斷增大。鎳資源主要有巖漿型硫化鎳礦和風(fēng)化型紅土鎳礦（主要為紅土鎳礦）兩種，其中紅土鎳礦中的鎳占鎳資源總量的70%[2]。硫化鎳礦容易加工利用，但其儲(chǔ)量較低，正日益消耗殆盡。目前，紅土鎳礦資源開采冶煉的比例已占世界鎳產(chǎn)量的40%以上，且產(chǎn)量仍在不斷增長[3]。紅土鎳礦資源根據(jù)礦物組成可分為褐鐵礦型和腐泥土型[4]。紅土鎳礦原礦品位都較低，特別是褐鐵礦型紅土鎳礦，其鎳品位（鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在0.5%～0.8%左右。一般當(dāng)?shù)V石中的鎳品位大于1%時(shí)，才能夠經(jīng)濟(jì)地冶煉利用。因此對(duì)于品位（鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)）低于1%的紅土鎳礦，需對(duì)其進(jìn)行選礦預(yù)富集處理，以提高鎳品味，利于進(jìn)入下一步的冶煉工序。本文研究利用磁化焙燒—弱磁選的工藝預(yù)富集褐鐵礦型紅土鎳礦，以期為褐鐵礦型紅土鎳礦的高效加工利用提供一定參考。

1 礦樣性質(zhì)

1.1 鎳礦性質(zhì)

對(duì)高鐵低鎳礦樣在90℃恒溫下烘干5 h后，進(jìn)行了化學(xué)多元素分析和X射線衍射分析，結(jié)果分別如表1和圖1所示。

從表1的分析結(jié)果可以看出，樣品中w（Fe）較高，達(dá)到 52%，w（Ni）則相對(duì)較低，為 0.85%，屬于典型褐鐵礦型紅土鎳礦。從XRD分析結(jié)果可以看出主要雜質(zhì)礦物為鎂橄欖石、方錳礦和鉻鐵礦。

表1 高鐵低鎳礦樣多元素分析結(jié)果 %

圖1 礦樣XRD衍射圖

1.2 還原劑

試驗(yàn)所用還原劑為褐煤，煤中固定碳為48.47%，揮發(fā)分43.08%，灰分為8.45%，實(shí)驗(yàn)前破碎至粒度小于2 mm。

2 試驗(yàn)方法

從原礦中縮分出一定量礦樣，混入一定比例的還原劑（-2 mm），充分混勻后倒入豎式管爐的特制不銹鋼罐中，上層鋪-8+3 mm褐煤隔絕氧化氣氛，在還原氣氛下焙燒礦物原料一定時(shí)間，焙燒溫度750～950℃，使其中的金屬氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛢r(jià)金屬氧化物或金屬，考察礦樣中磁性產(chǎn)物的變化。弱磁性鐵礦石磁化焙燒，使弱磁性赤鐵礦、褐鐵礦和針鐵礦等轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)磁性磁鐵礦或γ-赤鐵礦，經(jīng)磁選可獲得高品位鐵精礦。

針對(duì)紅土鎳礦的磁化焙燒試樣，由于強(qiáng)磁性產(chǎn)物多，磁選試驗(yàn)在Φ50 mm型戴維斯磁選管中進(jìn)行，每次用礦樣約20 g。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

在焙燒溫度為750℃、焙燒時(shí)間為50 min的條件下進(jìn)行了煤粉配比試驗(yàn)，煤粉配比分別為6%、9%、12%和15%。焙燒后進(jìn)行磁選的磨礦細(xì)度-0.038 mm約為60%，磁選的磁場強(qiáng)度為2.5 T，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。從圖2的結(jié)果可知，隨著粉煤配比的增大，磁選精礦的Fe、Ni品位存在微小的降低，但Ni回收率降低幅度明顯，這有可能是因?yàn)榕涿哼^量造成金屬過還原所引起的。綜合考慮磁選精礦的鐵和鎳品位及回收率，最佳粉煤配比為12%，此時(shí)精礦的Fe、Ni品位（Fe、Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別為61.18%和0.97%，回收率分別達(dá)到85.72%和83.82%。

圖2 煤粉配比的影響

在煤粉配比為12%，焙燒溫度為750℃，磨礦細(xì)度-0.038 mm約為60%，磁選磁場強(qiáng)度2.5 T的條件下進(jìn)行焙燒時(shí)間試驗(yàn)，焙燒時(shí)間分別為35 min、50 min、65min和80min，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。圖3的試驗(yàn)結(jié)果表明，隨焙燒時(shí)間的延長，磁選精礦的產(chǎn)率先增大后減小，這是因?yàn)殡S焙燒時(shí)間的延長，褐鐵礦先轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)磁性的γ-赤鐵礦或磁鐵礦，之后由于過還原而轉(zhuǎn)變?yōu)槿醮判缘难趸瘉嗚F。隨焙燒時(shí)間的延長，磁選精礦的Fe品位不斷提高，在50 min后Fe品位（Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)）均已大于60%，而Ni品位則差別不大，接近1%,鐵鎳回收率最大，因此焙燒時(shí)間最佳值為50min。

圖3 焙燒時(shí)間的影響

在煤粉配比為12%，焙燒溫度為750℃，焙燒時(shí)間為50 min，磁選磁場強(qiáng)度2.5 T的條件下進(jìn)行磨礦細(xì)度試驗(yàn)，磨礦時(shí)間分別為0.5 min、1 min、2 min、3 min和4 min,試驗(yàn)結(jié)果見圖4。從圖4的磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著磨礦產(chǎn)品中-0.038 mm粒級(jí)含量的增加，磁選精礦的產(chǎn)率逐步降低，精礦鐵和鎳的品位幾乎沒有變化。分析原因，隨著磨礦細(xì)度的不斷增加(磨礦細(xì)度降低，-0.038 mm含量增加)，磁選管對(duì)細(xì)粒級(jí)磁性礦物的捕捉能力下降，同時(shí)單體解離且品位較高的微細(xì)磁性顆粒進(jìn)入到磁選尾礦，導(dǎo)致尾礦鐵和鎳品位偏高。然而，當(dāng)磨礦細(xì)度較粗時(shí)，盡管磁選精礦中鐵和鎳的回收率較高，但精礦鐵品位略低（可能是解離度不夠的原因），確定磨礦細(xì)度-0.038 mm為34.29%。從提高磁選精礦的鐵和鎳品位角度出發(fā)，提高解離度是非常必要的，為了提高磁選精礦的鐵和鎳回收率，需要進(jìn)一步優(yōu)化分選的磁場強(qiáng)度。

圖4 磨礦細(xì)度的影響

在煤粉配比為12%，焙燒溫度為750℃，焙燒時(shí)間為50 min，磨礦細(xì)度-0.038 mm為34.29%的條件下進(jìn)行磁場強(qiáng)度試驗(yàn)，磁場強(qiáng)度分別為0.10 T、0.15 T、0.20 T、0.25 T和0.30 T，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。試驗(yàn)結(jié)果表明，在磨礦細(xì)度（-0.074 mm）為59.47%時(shí)，隨著磁場強(qiáng)度的增大，磁選精礦中鐵和鎳的回收率整體呈增大的趨勢(shì)，磁選精礦的Fe品位均在60%以上，Ni品位也在1%以上。綜合考慮，磁場強(qiáng)度為0.3 T時(shí)的分選指標(biāo)最好，磁選精礦Fe、Ni品位（Fe、Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別達(dá)到 60.71%和 1.03%，F(xiàn)e、Ni回收率分別為90.80%和91.13%，鎳鐵均得到了有效的回收。

4 結(jié)論

對(duì)褐鐵礦型紅土鎳礦樣，在焙燒溫度為750℃，焙燒時(shí)間為50min，配煤量為12%條件下進(jìn)行磁化焙燒，焙燒產(chǎn)物在磨礦細(xì)度-0.038 mm為34.29%，磁場強(qiáng)度為0.30 T的條件下進(jìn)行磁選分離，獲得的鐵精礦中鐵和鎳品位分別為60.71%和1.03%，鐵和鎳的回收率分別為91.13%和90.80%，達(dá)到了預(yù)富集的目的，表明磁化焙燒—磁選是富集回收褐鐵礦型紅土鎳礦中鐵和鎳的有效技術(shù)途徑。

圖5 磁場強(qiáng)度的影響

[1]王在謙，唐云，舒聰偉，等.難選褐鐵礦氯化離析焙燒-磁選研究[J].礦冶工程，2013（2）：81-83

[2]文堪，雷舒雅，王宇斌，等.鎂質(zhì)紅土鎳礦焙燒-磁選的因素影響規(guī)律[J].礦產(chǎn)保護(hù)利用，2017（4）：53-58.

[3]李艷軍，于海臣，王德全，等.紅土鎳礦資源現(xiàn)狀及加工工藝綜述[J].金屬礦山，2010（11）：5-9；15.

[4]智謙.堿度對(duì)腐泥土型紅土鎳礦燒結(jié)行為的影響[J].鋼鐵，2016（7）：9-14.