紅土鎳礦浸渣選鐵試驗研究①

羅良飛， 李宗蔚， 鐘志剛， 蔣江波

（長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012）

鎳是我國戰略資源之一。 鎳礦主要有紅土鎳礦和硫化鎳礦兩種類型。 甘肅金昌是我國的“鎳都”，主要開采硫化鎳礦。 我國鎳資源儲量較少，紅土鎳礦更是少之又少。 紅土鎳礦主要分布在赤道附近一帶，如印度尼西亞、菲律賓、巴布亞新幾內亞、新喀里多尼亞[1］。 我國企業在東南亞大規模開發紅土鎳礦資源，采用濕法高壓酸浸提鎳工藝，產排大量含鐵浸渣，每年排放量近億噸，渣中鐵含量達到30%～55%。 國內對此類浸渣的綜合利用還處于實驗室研究階段[2-5］。 為了解決我國企業在海外紅土鎳礦開發中尾渣的堆存與安全環保問題，提升我國國際形象，對浸渣綜合利用勢在必行。 本文針對某紅土鎳礦浸渣進行選鐵試驗研究，旨在解決紅土鎳礦浸渣占地、安全環保與資源利用問題，為紅土鎳礦浸渣高效選鐵提供技術依據。

1 礦石性質

某紅土鎳礦浸渣化學多元素分析結果見表1，鐵和硫化學物相分析結果分別見表2 和表3。 肉眼下觀察，該浸渣為褐紅色粉類樣品，樣品中主要成分為鐵，其次為硅、鋁、鉻、硫，少量鎳、鈦、鎂、錳等元素。 有害雜質磷含量較低，但硫含量較高，選冶過程中需密切注意硫的富集趨勢。 鐵主要以赤（褐）鐵礦形式產出，其次賦存在鐵礬和鉻鐵礦中。

表1 樣品主要化學成分分析結果（質量分數）%

表2 樣品鐵化學物相分析結果

表3 樣品硫化學物相分析結果

樣品主要礦物組成見表4。 樣品中主要鐵礦物為赤（褐）鐵礦，偶見磁鐵礦零星分布；鉻礦物為鉻鐵尖晶石礦；脈石礦物主要是石英，此外有很少量的云母、輝石、滑石等。

表4 樣品主要礦物組成（質量分數）%

赤（褐）鐵礦是回收鐵的主要目的礦物。 褐鐵礦多為隱晶質～微晶質，粒度十分微細，一般小于0.01 mm，僅個別粗者可達0.05～0.1 mm。 能譜微區成分分析結果表明，樣品中褐鐵礦化學成分極為復雜，除Fe2O3外，還普遍含有較高的Al2O3、SO3、Cr2O3、SiO2，平均Fe2O3含量為81.47%。 磁鐵礦多為較規則粒狀，粒徑一般0.03～0.08 mm，大部分以單體狀態產出，少量嵌布在微細粒褐鐵礦結塊構成的集合體中。 鐵礬多為粒狀、不規則粒狀，粒度較為細小，一般小于0.01 mm，少量介于0.02～0.1 mm 之間，呈稀疏～零散浸染狀嵌布在微細粒褐鐵礦結塊構成的集合體中。 能譜測定結果表明，除鐵和硫外，鐵礬中還含鋁17.72%。

浸出渣粒度組成及關鍵元素分布情況見表5。 由表5 可以看出，浸渣粒度極細，－0.01 mm 粒級占88.82%，該粒級中鐵和硫品位均最高，金屬分布率也分別達到93.83%和97.05%；鉻在＋0.01 mm 粒級品位較高，金屬量也主要分布在該粒級中，說明浸渣中鉻礦物粒度比鐵礦物粒度粗。 粒度分析中硫含量偏低，是由于微溶硫酸鹽溶解了部分硫。

表5 樣品粒度組成及金屬分布情況

2 選礦試驗研究

2.1 強磁選試驗

浸渣鐵品位較高，采用實驗室夾板強磁選裝置磁選回收鐵，考察預先富集拋尾的可行性，結果見表6。由表6 可以看出，強磁選工藝不能有效選鐵，精礦、尾礦和給礦品位相差不大。

表6 浸渣磁選試驗結果

2.2 離心選礦試驗

考察了離心選礦對細粒級鐵礦物的預富集拋尾分選效果，結果見表7。 由表7 可以看出，離心選礦預富集效果較差，精礦中鐵基本沒有富集。

表7 離心選礦機預分選試驗結果

2.3 磁化焙燒-磁選試驗

赤（褐）鐵礦在磁化焙燒過程中完成鐵礦物礦相重構，弱磁性鐵礦物轉化為強磁性Fe3O4，屬氣固兩相反應，其反應方程為：

焙燒礦經研磨-弱磁選可得到鐵精礦。

2.3.1 煤基還原-磁選試驗

采用SX-12-10 型馬弗爐，還原劑煤用量15%，在焙燒溫度800 ℃、焙燒時間70 min、磁場強度0.2 T 條件下，考察了添加劑種類對浸出渣焙燒-磁選指標的影響，結果見表8。 由表8 可以看出，空白焙燒試驗焙燒礦磁選精礦TFe 品位最高62.77%、回收率94.04%，添加劑種類對精礦品位和硫含量影響不大。 精礦中硫含量較高，有必要采用其他措施降低鐵精礦中硫含量。

表8 添加劑種類對煤基還原-磁選指標的影響

2.3.2 氣基還原-磁選試驗

在焙燒時間40 min、磁場強度0.2 T 條件下，進行了氣基還原-磁選試驗，結果見表9。 由表9 可以看出，氣基還原效果較好，焙燒溫度800 ℃時可以獲得精礦TFe 品位68.77%、回收率95.15%的指標，精礦中S 含量降至0.12%。

表9 氣基還原-磁選試驗結果

2.3.3 直接還原-磁選試驗

對浸渣進行了直接還原-磁選探索試驗，磁場強度0.2 T，結果見表10。 由表10 可以看出，浸渣直接還原后磁選，僅添加還原劑煤粉情況下，磁選精礦TFe 品位90.89%、回收率88.90%；添加助熔劑Na2CO3和還原劑煤粉條件下，磁選精礦TFe 品位86.72%、回收率97.83%。浸出渣選鐵效果較好，但精礦中雜質硫含量偏高。

表10 直接還原-磁選試驗結果

2.3.4 工藝對比分析

磁化焙燒-磁選是從紅土鎳礦浸渣高效回收鐵的有效方法。 煤基還原-弱磁選獲得了精礦TFe 品位62.77%、回收率94.04%的指標；氣基還原-弱磁選獲得了精礦TFe 品位68.77%、回收率95.15%、精礦中雜質硫含量0.12%的指標，可達到鐵精礦質量要求；直接還原-弱磁選可獲得精礦TFe 品位90.89%、回收率88.90%的指標，但存在硫含量偏高的問題。

優化氣基還原試驗條件后，發現浸渣可以在800 ℃還原生成大部分金屬鐵，同時脫除硫，是一個礦相重構同步脫硫的過程，既提高了品位，又降低了有害雜質硫含量，且溫度較低（單獨脫硫需要1000 ℃，直接還原需要1200 ℃），具有良好的經濟性。推薦采用氣基還原-弱磁選工藝回收該紅土鎳礦浸渣中鐵。

3 結論

1） 某紅土鎳礦浸渣TFe 品位51.38%，但有害雜質硫含量2.01%。 鐵主要以赤（褐）鐵礦形式存在；硫主要以硫酸鹽形式存在。 浸渣粒度極細，鐵礦物磁性弱，強磁選和離心選礦預富集效果較差。

2） 磁化焙燒-磁選是從紅土鎳礦浸渣高效回收鐵的有效方法。 煤基還原-弱磁選獲得了精礦TFe 品位62.77%、回收率94.04%的指標；氣基還原-弱磁選獲得了精礦TFe 品位68.77%、回收率95.15%、精礦中雜質硫含量0.12%的指標，可達到鐵精礦質量要求；直接還原-弱磁選可獲得精礦TFe 品位90.89%、回收率88.90%的指標，但存在硫含量偏高的問題。 氣基還原-磁選工藝可以在800 ℃還原生成大部分金屬鐵，同時脫除硫，是一個礦相重構同步脫硫的過程，具有良好的經濟性。推薦采用氣基還原-弱磁選工藝回收該紅土鎳礦浸渣中鐵。