紅土鎳礦燒結實驗研究

周永平　馬輝　王洪順　王瑞玲　席海莉

(安陽鋼鐵股份有限公司)

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紅土鎳礦燒結實驗研究

周永平馬輝王洪順王瑞玲席海莉

(安陽鋼鐵股份有限公司)

紅土鎳礦成分變化大，含水高，燒損大，燒結性能差成為燒結生產難點。從堿度、配料結構、熔劑等方面研究了對紅土鎳礦燒結性能的影響。結果表明：堿度逐步從0.7提高到1.2時，燒結礦的強度指標呈下降趨勢，但下降趨勢不明顯，成品率呈下降趨勢，而還原度上升明顯；在配料中配加南非粉可較大改善燒結性能。

紅土鎳礦鎳鐵生產干燥燒結

0　前言

我國是一個鎳資源相對貧乏的國家，相當大部分依賴進口。傳統的從硫化鎳礦中提取鎳金屬已有近百年歷史，工藝成熟，但經多年開采，地球上硫化鎳礦資源日漸枯竭，而已探明陸地上的鎳礦資源儲量約8000 萬t，其中硫化鎳礦僅占20%，紅土鎳礦約占75%，而硅酸鎳礦占5%[1]，因此用氧化鎳礦(俗稱：紅土鎳礦)提取鎳金屬正逐步成為世界提取鎳金屬的主流。目前，國內冶煉鎳鐵生產主要方式有兩種，高鎳生鐵由礦熱爐生產，低鎳生鐵用小型高爐生產，高爐生產鎳鐵技術已由100 m3高爐發展至600 m3高爐[2]，鋼鐵研究總院也已進行了高爐冶煉鎳鐵的相關研究，預計下一步將發展至1000 m3高爐冶煉[3]。隨著印尼、菲律賓等紅土鎳礦主要出口國家對高品位紅土鎳礦采取限制出口的執行，必然影響高鎳生鐵的生產成本。通過合理的燒結工藝，不斷優化配料結構，減少結晶水含量，同時促進粒度均勻、成分穩定，可有效改善燒結礦質量。由于采用高爐冶煉含鎳生鐵所使用的原料為燒結礦加少量熔劑的方式，因此，紅土鎳礦生產的燒結礦性能成為高爐順行和降低成本的關鍵，研究高爐冶煉低鎳生鐵具有十分重要意義。

1　原料處理

紅土鎳礦是含鎳的巖石經長期風化淋濾變質而形成的，是由鐵、鋁、硅等含水氧化物組成的疏松的黏土狀礦石。紅土鎳礦屬非結晶型礦種。不同鎳礦類型，成分波動范圍為：Ni：0.87%～3.85%，Fe：6%～50%，MgO：1.5%～32%，Si02：5%～58%，Al2O3:1%～15%，P:0.0004%～0.0002%，S:0.001%～0.08%。

紅土鎳礦的特點是含水較高，尤其是來自印尼和菲律賓的鎳礦，一般含水在30%～40%左右，必須進行脫水處理，否則無法混勻、配碳及熔劑添加；試驗室采取熱返礦與紅土鎳礦混合脫水，再利用石灰消化來吸收部分紅土鎳礦的水分。

2　成礦機理

燒結礦采取低堿度，堿度控制為0.6～1.2，低堿度燒結礦的成礦機理完全不同于高堿度燒結礦，該燒結礦的粘結相主要是硅酸鹽和橄欖石等，而高堿度燒結礦的粘結相主要是強度高、還原性好的鐵酸鈣系，而紅土鎳礦燒結低堿度燒結礦含有較高的MgO和Al2O3，在燒結上又不同于常規低堿度燒結礦, 呂學偉等人認為紅土燒結礦中，輝石(MgFeSiO)以液相的形式起到主要的固結作用，含鎳鎂方鐵礦(Mg(Ni)FeO)通過固相重結晶起到粘結效果。

3　實驗

本實驗在低堿度條件下進行燒結實驗，主要研究不同堿度、不同原料結構條件下酸性燒結礦指標(如利用系數、轉鼓指數、成品率、固體能耗、粒度組成等)變化以及還原性能變化趨勢，研究燒結工藝參數變化對紅土鎳礦燒結礦指標的影響。通過燒結杯實驗，尋找紅土鎳礦燒結適宜的工藝條件、堿度變化范圍以及合理的原料結構，為工業生產含鎳燒結礦提供技術指導。

3.1實驗設備工藝參數

混合機型號：Φ600×1200混料時間：4.5 min

燒結杯型號：Φ200×600料層厚度：600 mm

點火負壓：-6000 Pa正常燒結負壓：-9000 Pa

點火時間：1 min保溫時間：1.5 min

點火溫度：(1000±50)℃

落下高度：3×2 m

3.2原料成分

實驗所用原料的化學成分見表1。

表1　實驗所用原料成分 　/%

3.3實驗方案

本實驗使用的鐵礦粉主要以紅土鎳礦為主，分為兩種：紅土鎳礦1和紅土鎳礦2。考慮到高爐冶煉實驗堿度分別為:0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1及1.2，故制定配料方案如下，見表2。

根據公司冶煉含鎳2%及4%的鐵水要求，制定以下兩種含鎳燒結礦配料方案：2%含鎳鐵水所用含鎳燒結礦采取單一紅土鎳礦與普通礦粉兩種配礦燒結；考慮到加入普通礦會影響鐵水中的鎳含量，故4%的含鎳鐵水采取單一紅土鎳礦配礦燒結。

表2　實驗配料方案 　/%

備注：S1～S6為變堿度方案，S7～S12為變結構方案，S13～S15為變熔劑方案。

3.4實驗結果

實驗結果見表3。

3.5實驗結果及分析

3.5.1堿度變化對性能的影響

實驗結果表明：堿度變化對燒結礦指標(尤其轉鼓指數、成品率)影響較大。總體來講，隨著堿度逐步從0.7提高到1.2時，燒結礦的強度指標呈下降趨勢，但下降趨勢不明顯，成品率呈下降趨勢，固體能耗隨成品率的降低升高。但堿度變化對還原度的影響顯著，隨著堿度的升高，還原度呈上升趨勢。主要原因是在堿度較低情況下，燒結礦主要黏結相礦物為鐵橄欖石(2FeO·SiO2)和輝石(Mg，Fe)SiO3，具有較好的機械強度，表現在燒結礦轉鼓指數方面較高。由于鐵橄欖石

表3　燒結礦指標

不易被還原，因此，燒結礦堿度較低時的還原性能較差。

圖1堿度對轉鼓的影響

圖2堿度對利用系數、還原度、成品率的影響

3.5.2原料結構變化對性能的影響

在堿度相同條件下，原料結構的變化對燒結礦指標的影響也比較顯著。為考察原料結構變化對燒結礦指標的影響，在不同堿度下配加了20%的南非粉礦，S7～S12結果表明：轉鼓指數提高了3～4個百分點，成品率也有所上升，返礦下降了4～5個百分點；幾乎是所有指標均有較大幅度的改善，這主要是由于紅土鎳礦粘度大、水分高、吸水性強等特點，造成其制粒成球性能差、堆密度小、點火效果差、燒結負壓高，造成混合料燒結困難，各項指標差，而加入南非礦后，南非礦的特點是比重大、水分低、粘度低、吸水性差，這些特征可以克服紅土鎳礦自身的缺陷，因此，加入適當的南非礦有利于改善紅土鎳礦的燒結性能，改善燒結礦指標。

3.5.3熔劑結構變化對性能的影響

當堿度R=1.0時，采用石灰石粉代替部分或全部生石灰調節燒結礦堿度，利用系數有小幅降低，轉鼓指數、成品率小幅降低，但還原度有一定提高，這可能與石灰石在燒結過程中釋放出CO2，使得燒結礦氣孔率升高；當堿度R=0.8時，同樣采用石灰石粉調節燒結礦堿度，其燒結礦指標變化與R=1.0時是一致的。

4　結論

(1)不論是采用高爐還是礦熱爐處理紅土鎳礦，都需進行脫水、燒結造塊處理，以達到降低冶煉能耗及擴大生產規模的目的，所以進行紅土鎳礦的燒結實驗探索十分必要。

(2)隨著堿度的上升燒結礦的強度有所下降但幅度不大，而還原度隨著堿度升高則增幅較大，故在滿足燒結礦強度的前提下，應提高燒結礦的還原性，建議燒結礦堿度控制在1.0±0.1，以減少在冶煉過程中的能耗。

(3)燒結熔劑方面，由于生石灰與石灰石調節燒結礦堿度時，燒結礦指標變化不大，但生石灰價格較石灰石要高許多，故在選擇燒結熔劑時應采用石灰石；對難以燒結的高鎳低鐵紅土鎳礦可考慮適當配加部分燒結性能較好的礦粉的方法改善燒結性能，提高燒結礦的主要技術指標。

[1]潘云從，施維一，蔣繼穆，等．重有色金屬冶煉設計手冊(銅鎳卷)[M]．北京：冶金工業出版社，1996：694-700．

[2] 潘料庭，楊靜，許嚴邦．紅土鎳礦燒結配加添加劑的工業試驗[J]．燒結球團, 2013, 38(2):25-27.

[3] 郭培民，趙沛，龐建明．高爐冶煉紅土礦生產鎳鐵合金關鍵技術分析與發展方向[J]．有色金屬(冶煉部分),2011(5):3-5.

[4] 呂學偉，白晨光，張立峰，邱貴寶，等．印度尼西亞紅土鎳礦脫水一燒結機理[J]．鋼鐵, 2008, 43(12):14-16.

STUDY ON SINTERING EXPERIMENT OF LATERITE NICKEL ORE

Zhou YongpingMa HuiWang HongshunWang RuilingXi Haili

(Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd)

The composition change of laterite nickel ore is large, water cut is high, the loss is big, sintering performance is poor. These become a difficult point in sintering production.The sintering performance of laterite nickel ore is studied from the basicity, the structure of the ingredients, flux, etc. The results showed that alkalinity gradually increased from 0.7 to 1.2, the sinter strength index is on the decline, but the decline is not obvious, the yield is on the decline, the reduction degree rise significantly; sintering performance can be improved by adding South Africa powder in ingredients.

nickel lateriteferronickel productiondryingsintering

聯系人：周永平，高級工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司技術中心;2016—2—14