某紅土鎳礦磁化焙燒-磁選預富集試驗研究

羅穎初

（山西省冶金設計院， 山西 太原 030000）

鎳由于具有抗腐蝕性強、耐熱性好等優點，廣泛用于不銹鋼、特殊合金鋼等的加工制造中，同時也是重要的電池制作原料[1]。隨著社會經濟的發展，鎳需求不斷增大。鎳資源主要有巖漿型硫化鎳礦和風化型紅土鎳礦（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量的40%以上，且產量仍在不斷增長[3]。紅土鎳礦資源根據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（鎳質量分數）在0.5%～0.8%左右。一般當礦石中的鎳品位大于1%時，才能夠經濟地冶煉利用。因此對于品位（鎳質量分數）低于1%的紅土鎳礦，需對其進行選礦預富集處理，以提高鎳品味，利于進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

1.1 鎳礦性質

對高鐵低鎳礦樣在90℃恒溫下烘干5 h后，進行了化學多元素分析和X射線衍射分析，結果分別如表1和圖1所示。

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

表1 高鐵低鎳礦樣多元素分析結果 %

圖1 礦樣XRD衍射圖

1.2 還原劑

試驗所用還原劑為褐煤，煤中固定碳為48.47%，揮發分43.08%，灰分為8.45%，實驗前破碎至粒度小于2 mm。

2 試驗方法

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間，焙燒溫度750～950℃，使其中的金屬氧化物轉變為低價金屬氧化物或金屬，考察礦樣中磁性產物的變化。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變為強磁性磁鐵礦或γ-赤鐵礦，經磁選可獲得高品位鐵精礦。

針對紅土鎳礦的磁化焙燒試樣，由于強磁性產物多，磁選試驗在Φ50 mm型戴維斯磁選管中進行，每次用礦樣約20 g。

3 試驗結果與討論

在焙燒溫度為750℃、焙燒時間為50 min的條件下進行了煤粉配比試驗，煤粉配比分別為6%、9%、12%和15%。焙燒后進行磁選的磨礦細度-0.038 mm約為60%，磁選的磁場強度為2.5 T，試驗結果如圖2所示。從圖2的結果可知，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，這有可能是因為配煤過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%，此時精礦的Fe、Ni品位（Fe、Ni質量分數）分別為61.18%和0.97%，回收率分別達到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℃，磨礦細度-0.038 mm約為60%，磁選磁場強度2.5 T的條件下進行焙燒時間試驗，焙燒時間分別為35 min、50 min、65min和80min，試驗結果見圖3。圖3的試驗結果表明，隨焙燒時間的延長，磁選精礦的產率先增大后減小，這是因為隨焙燒時間的延長，褐鐵礦先轉變為強磁性的γ-赤鐵礦或磁鐵礦，之后由于過還原而轉變為弱磁性的氧化亞鐵。隨焙燒時間的延長，磁選精礦的Fe品位不斷提高，在50 min后Fe品位（Fe質量分數）均已大于60%，而Ni品位則差別不大，接近1%,鐵鎳回收率最大，因此焙燒時間最佳值為50min。

圖3 焙燒時間的影響

在煤粉配比為12%，焙燒溫度為750℃，焙燒時間為50 min，磁選磁場強度2.5 T的條件下進行磨礦細度試驗，磨礦時間分別為0.5 min、1 min、2 min、3 min和4 min,試驗結果見圖4。從圖4的磨礦細度試驗結果可知，隨著磨礦產品中-0.038 mm粒級含量的增加，磁選精礦的產率逐步降低，精礦鐵和鎳的品位幾乎沒有變化。分析原因，隨著磨礦細度的不斷增加(磨礦細度降低，-0.038 mm含量增加)，磁選管對細粒級磁性礦物的捕捉能力下降，同時單體解離且品位較高的微細磁性顆粒進入到磁選尾礦，導致尾礦鐵和鎳品位偏高。然而，當磨礦細度較粗時，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），確定磨礦細度-0.038 mm為34.29%。從提高磁選精礦的鐵和鎳品位角度出發，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，需要進一步優化分選的磁場強度。

圖4 磨礦細度的影響

在煤粉配比為12%，焙燒溫度為750℃，焙燒時間為50 min，磨礦細度-0.038 mm為34.29%的條件下進行磁場強度試驗，磁場強度分別為0.10 T、0.15 T、0.20 T、0.25 T和0.30 T，試驗結果見圖5。試驗結果表明，在磨礦細度（-0.074 mm）為59.47%時，隨著磁場強度的增大，磁選精礦中鐵和鎳的回收率整體呈增大的趨勢，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，磁場強度為0.3 T時的分選指標最好，磁選精礦Fe、Ni品位（Fe、Ni質量分數）分別達到 60.71%和 1.03%，Fe、Ni回收率分別為90.80%和91.13%，鎳鐵均得到了有效的回收。

4 結論

對褐鐵礦型紅土鎳礦樣，在焙燒溫度為750℃，焙燒時間為50min，配煤量為12%條件下進行磁化焙燒，焙燒產物在磨礦細度-0.038 mm為34.29%，磁場強度為0.30 T的條件下進行磁選分離，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%，達到了預富集的目的，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途徑。

圖5 磁場強度的影響

[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.鎂質紅土鎳礦焙燒-磁選的因素影響規律[J].礦產保護利用，2017（4）：53-58.

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

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