紅土型鎳鐵礦富集工藝的戰(zhàn)略意義

行英弟，胡國廉

（1.有色金屬礦產(chǎn)地質調查中心，北京 100012；2.北京中色金泰地質勘查科技有限公司，北京 100012）

0 引言

鎳鐵在我國是不銹鋼生產(chǎn)的鎳原料主要來源。我國紅土型鎳礦資源貧乏（劉明寶等，2011；付偉等，2011，2013），因此生產(chǎn)鎳鐵的原料主要從印尼和菲律賓進口（何燦等，2008；王瑞江等，2008；李雷等，2011；王慶文，2014；周京英等，2015；陳喜峰等，2017；江勝國等，2018）。印尼政府禁止原礦出口令發(fā)布以后，很多紅土礦山已經(jīng)停產(chǎn)，導致鎳礦價格大幅上升，進而影響了我國鎳鐵行業(yè)和不銹鋼行業(yè)的生產(chǎn)（魏小蘭，2014；彭萬坤等，2016）。一些鎳鐵廠因為礦源不足導致鎳價格很高，而鎳鐵礦山又因不景氣而停產(chǎn)或減產(chǎn)。我國大部分鎳鐵廠需要的是高鎳的礦石，而在紅土礦資源中高品位礦石所占比例很小（徐小鋒，2007；王瑞江等，2008）。紅土型鎳礦儲量的主體是低品位的紅土礦，目前鎳鐵生產(chǎn)技術處理這種低品位礦的成本很高（聶樹人，2001）。然而高品位礦的不斷開采利用必將使高品位紅土礦消耗殆盡。預測鎳的原料將會稀缺進而導致鎳價上升。

紅土型鎳鐵礦目前露天開采，廢棄礦坑和廢礦堆對環(huán)境影響較大。在鎳鐵廠，大量堆積的冶煉渣影響了鎳鐵廠的生產(chǎn)。這種狀況由于生產(chǎn)的擴大而不斷加深（許智迅和陳華超，2009）。因此，綜合利用低品位紅土礦資源成為發(fā)展方向。采用低能耗、低成本、低投資且環(huán)保的新工藝，最大限度地充分利用不同品位的礦，盡量恢復采空區(qū)的景觀，減少鎳鐵廠廢渣的排放（劉明寶等，2011）是當前迫切需要開展的工作。尤其是在國外原礦出口禁令情況下，解決上述問題刻不容緩。紅土鎳礦富集工藝的研究正是源于此，尤其是對低品位礦的富集顯得更有意義。印尼和菲律賓紅土礦區(qū)電力缺乏，礦業(yè)開發(fā)必須建設相應的電廠。因此，研發(fā)低能耗、低成本及低投資高品位鎳和鐵產(chǎn)品的工藝并盡快用于生產(chǎn)已經(jīng)是刻不容緩。

近年來，我們研發(fā)的催化還原燒結加磁選技術富集生產(chǎn)高品位鎳鐵精礦在試驗階段已經(jīng)取得很好的結果，前期工作成果為現(xiàn)場半工業(yè)試驗打下了良好基礎。本文詳細闡述了催化還原燒結加磁選技術在富集生產(chǎn)高品位鎳鐵精礦中具有的獨特優(yōu)點，該技術方法對開發(fā)利用紅土鎳礦資源切實可行，具有重要的理論指導意義。

1 當前世界普通燒結方法

當前世界傳統(tǒng)的燒結工藝是把紅土礦與煤和石灰混合，用不同的燒結方法（土燒，豎爐，環(huán)燒，帶燒，箱燒，隧道窯，回轉窯，轉底爐，車底爐等）焙燒，將燒結礦再送到熔煉爐（高爐，礦熱爐）熔煉生產(chǎn)不同品位的鎳鐵（劉明寶等，2011）。燒結方法根據(jù)溫度不同，可將吸附水和結晶水除掉。而部分鎳和鐵被不同程度還原。燒結礦中的鎳經(jīng)過磁選得到的磁性精礦，鎳和鐵有一定程度的富集。本文利用不同礦石以及現(xiàn)有鎳鐵廠生產(chǎn)的燒結礦進行了實驗，結果如表1所示。

表1 普通還原燒結磁選結果

可以看出，雖然普通還原燒結可以提高鎳的含量，磁選精礦中鎳品位可以得到一定富集，但只能提高1～2.3倍。

2 燒結新方法的工藝流程及主要優(yōu)點

2.1 催化燒結還原-磁選工藝的基本流程

新的燒結方法為催化還原燒結，其基本流程見圖1。該方法技術成熟，而且由于不含投資較大的冶煉廠，省去了冶煉部分的同等規(guī)模鎳鐵廠的投資，投資少、投產(chǎn)時間短，對于在國外投資很有利。磁選和破碎部分需要增加的投資很小。所需要的燒結溫度為1300 ℃，國內很多設備可滿足要求。

圖1 低品位紅土礦鎳鐵富集基本流程

2.2 催化燒結還原-磁選與普通還原燒結的主要區(qū)別

與普通還原燒結不同，催化還原燒結是通過加入一些催化劑，將不同存在形式的鎳在高溫下改變其成分和結構后變成具一定磁性的新物質，使其可以用一定強度的磁場進行磁選與大量的脈石礦物分開。從而從磁性精礦中得到鎳和鐵品位的富集。富集度高的精礦產(chǎn)率低，而富集度低的產(chǎn)率高（表2）。可以看出催化還原燒結加磁選得到的精礦中鎳的品位在不熔煉情況下就可以達到或接近不同鎳鐵（低鎳鐵，中鎳鐵和高鎳鐵）中鎳的含量。富集率一般達到3 以上，也遠比普通燒結磁選精礦的鎳的富集度高。特別需要說明的是該工藝可以將占紅土鎳礦儲量70%～80%以上的低品位紅土礦提高到富礦的水平，基本上都可以達到印尼政府出口產(chǎn)品鎳含量大于4%的要求，這有助于解決我國鎳鐵行業(yè)對高品位紅土礦的原料需求。

表2 催化還原燒結磁選鎳和鐵富集情況統(tǒng)計表

2.3 用精礦熔煉鎳鐵含量的試驗與計算

對一些鎳鐵廠生產(chǎn)的精礦進行了1500 ℃的熔煉實驗，根據(jù)精礦中鎳和鐵的含量進行了鎳鐵含量的理論計算（表3）。

表3 精礦實際熔煉與理論計算金屬中鎳和鐵含量對比

采用精礦含量可以大致計算熔煉后鎳鐵中鎳和鐵的含量。由此推斷，如果對采用催化燒結還原-磁選工藝從低品位紅土礦生產(chǎn)的精礦進行熔煉，將可以得到含量更高的鎳鐵（表4）。

表4 礦石及其精礦實際熔煉與理論計算金屬中鎳鐵含量對比

2.4 精礦熔煉的主要優(yōu)點

2.4.1 降低成本

采用催化燒結-磁選得到的精礦可以排除燒結礦中50%以上脈石礦物，因此精礦重量比燒結礦大大減少，而且其成分大部分已經(jīng)是金屬相。即便是需要把精礦再熔煉成全金屬的鎳鐵以進一步降低雜質成分，加入到熔煉爐的物料數(shù)量比用燒結礦直接入爐要大幅減少（30%～60%）。因此，熔煉時間，還原用煤耗和熔煉的能耗也要大幅減少。這有利于在缺電或電費高的印尼和菲律賓地區(qū)使用。另外，精礦品位已經(jīng)達到印尼政府出口標準，同時，由于精礦數(shù)量僅為原礦的10%～30%，如果把精礦運回國，海運費和內陸運費也可以大幅減少，僅這一項就可以使生產(chǎn)鎳鐵成本至少減少10%。

2.4.2 增加經(jīng)濟效益

根據(jù)試驗結果，計算了幾種不同品位礦富集的經(jīng)濟效益初步分析（表5）：

表5 幾種不同品位礦富集經(jīng)濟效益初步分析

（1）催化還原磁選對于燒結成本的增加不是很高（約占燒結總成本的19%～20%）。

（2）鎳和鐵的品位均得到了提高。

（3）在低于目前鎳鐵價格且再打20%折扣情況下，原來沒有市場的大量低品位礦可以富集到被國內鎳鐵廠接受的高品位原料，利潤可觀，進而解決了高品位礦源缺乏的問題。

3 討論

3.1 采用新工藝可影響對資源的需求

從年產(chǎn)100萬t鎳鐵項目采用原礦和催化還原磁選精礦為原料的平衡計算結果如表6所示：用精礦為原料和用原礦為原料可以生產(chǎn)出基本相同金屬量的產(chǎn)品，而且所需要礦石量可以減少，對資源需求也因此更為合理。

表6 年產(chǎn)100萬t鎳鐵項目采用原礦和催化還原磁選精礦為原料的平衡計算

3.2 新工藝對環(huán)保的貢獻

運用本文工藝的燒結廠可建設在礦山附近，大量的尾礦可以送到采空區(qū)作為回填復墾的材料，治理和改善因露天開采而破壞的自然景觀。同時運回國內鎳鐵廠的材料含的脈石礦物大幅減少，冶煉廢渣排放量也會大幅減少。

3.3 新工藝對海外投資的意義

目前，中國在海外特別是東南亞國家投資紅土型鎳礦項目較多（王瑞江等，2008；許智迅和陳華超，2009；陳喜峰等，2017），已經(jīng)開始以及正準備在印度尼西亞和菲律賓建立冶煉廠和工業(yè)園項目，上述項目大都需要建設冶煉廠(高爐或礦熱爐)以及相當規(guī)模的電廠，投資較大、建設周期長。經(jīng)驗已經(jīng)證明在國外建設全套鎳鐵廠的時間比國內要長很多，使一些項目不能很快投產(chǎn)見效。如果采用催化還原磁選工藝建設一套燒結廠、生產(chǎn)的精礦運回國，對于電的要求大為降低，投資小，建設期短，投產(chǎn)見效快，風險也可以降低。

尤其是在印尼政府宣布原礦出口禁令后，許多印尼鎳礦山因為不能出口而停產(chǎn)。菲律賓方面目前雖然沒有原礦出口禁令，但是多數(shù)紅土礦區(qū)只能生產(chǎn)低品位的礦，高品位礦儲量和產(chǎn)量都很低。如果這種催化還原燒結-磁選工藝能夠應用于這兩個國家，高品位礦的供應將會大大改善。

4 結論

（1）催化還原燒結加磁選技術富集效益巨大，不但鎳鐵含量更高，而且熔煉用煤耗和熔煉的能耗大大減少，海運費以及以后的內陸運費也可以大幅減少。

（2）催化還原燒結加磁選技術可大幅提高鎳鐵的品位，大量低品位礦也可以富集到能夠利用的高品位原料，利潤可觀，進而解決了高品位礦源缺乏的問題。

（3）催化還原加磁選技術生產(chǎn)的精礦廠投資小，建設周期短，投產(chǎn)見效快，也可以降低風險。

（4）新工藝的燒結廠建設在礦山附近，尾礦可以作為回填復墾的材料，以改善因露天開采而破壞的自然景觀。并且含的脈石礦物大大減少，冶煉礦渣的排放量也會大幅減少。

（5）催化還原燒結加磁選技術在印尼和菲律賓紅土礦區(qū)應用具有十分現(xiàn)實的意義，可使高品位礦的供應大為改善。