紅土鎳礦制取鎳鐵合金原料的新工藝及機理研究.pdf

1、鎳是一種重要的戰(zhàn)略金屬材料,具有抗腐蝕、抗氧化、耐高溫、強度高、延展性好等特點,在現(xiàn)代工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。鎳主要消費于不銹鋼生產(chǎn),不銹鋼用鎳約占全球鎳消費總量的66％。2009年,我國不銹鋼表觀消費量822萬噸,不銹鋼粗鋼產(chǎn)量達(dá)到880萬噸,居世界首位。2007～2009年間,我國不銹鋼年產(chǎn)量遞增10.55％,表觀消費量遞增14.77％。不銹鋼工業(yè)的迅速發(fā)展驅(qū)動鎳的需求也強勁增加。紅土鎳礦占有世界陸基鎳資源的72％,然而其生產(chǎn)的鎳只占

2、有世界鎳產(chǎn)量的42％,因此,從長遠(yuǎn)來看,紅土鎳礦將是未來鎳供應(yīng)的主要來源。利用紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵,為快速發(fā)展的不銹鋼工業(yè)提供廉價的鎳源,是利用紅土鎳礦資源的有效途徑。鎳原料的成本占奧氏體不銹鋼生產(chǎn)成本的70％,因此使用低成本鎳鐵原料,將大幅度降低不銹鋼生產(chǎn)成本,保障不銹鋼工業(yè)的快速發(fā)展。本文利用X－射線衍射分析、X－射線熒光光譜分析、光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡等分析測試手段,在紅土鎳礦物化性能分析、熱力學(xué)以及添加劑強化還原－磁選的作用機理研究的

3、基礎(chǔ)上,開發(fā)了以中低鎳品位的紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵合金的新工藝,所得鎳鐵可作為不銹鋼冶煉原料。得到了以下主要結(jié)論：
　　 (1)熱力學(xué)研究表明：NiO比Fe3O4、FeO更易還原,且NiO能與Fe2O3發(fā)生固相反應(yīng),生成了更容易還原的NiFe2O4,促進(jìn)鐵氧化物的還原。T-4比T-2更易與MgSiO3和Mg2SiO4反應(yīng),但二者的硅酸鹽產(chǎn)物生成順序一致,都為:Na2Si2O5＞Na2SiO3＞Na2Mg2Si2O7＞Na4Mg2Si3

4、O10＞Na2MgSiO4＞Na4SiO4＞Na2Mg2Si6O15。低熔點化合物Na2Si2O5(熔點874℃)、Na2SiO3(熔點1089℃)、Na2Mg2Si2O7或Na4Mg2Si3O10的生成,為紅土鎳礦還原過程的傳質(zhì)提供了有利條件。
　　 (2)紅土鎳礦采用直接還原－磁選工藝在復(fù)合添加劑(20％T-2,3％T-3,7.5％T-4)作用下,可以得到有效的處理。最佳工藝條件為：還原溫度1100℃,還原時間60min,磨

5、礦細(xì)度92.6％小于0.043mm,磁場強度1kGs。最佳工藝條件下所得鎳鐵中的鎳、鐵品位分別為7.49％、80.47％；鎳、鐵回收率分別可達(dá)到82.7％、62.8％。鎳鐵中P含量非常低,為0.004％,但S含量偏高,為0.49％,可在AOD煉鋼過程中脫除。
　　 (3)還原產(chǎn)物物相及顯微結(jié)構(gòu)分析表明：還原溫度的上升以及還原時間的延長都可以增強還原產(chǎn)物XRD中的Fe-Ni峰,而添加T-2、T-3、T－4并沒有增強Fe-Ni峰。T

6、-2在還原氣氛下生成FeS和S,FeS的生成減弱了還原產(chǎn)物中的Fe-Ni峰,有利于鐵、鎳分離,而單質(zhì)S在還原過程中可以降低鎳鐵合金晶粒的表面張力和熔點,促進(jìn)鎳鐵合金晶粒的聚集、長大,強化磁選分離效果。T-4在1100℃條件下能與Mg2SiO4反應(yīng),還原賦存于鎂橄欖石中的鐵、鎳,而T－2、T-3在此溫度條件下不能與Mg2SiO4發(fā)生反應(yīng)。復(fù)合添加劑作用下紅土鎳礦經(jīng)直接還原,鐵晶粒聚集長大,鐵、鎳幾乎呈現(xiàn)相同的分布區(qū)域,表明鎳以鐵為載體得到

7、了有效地富集,而部分S也存在于鐵分布區(qū)域,導(dǎo)致鎳鐵產(chǎn)品S含量較高；鎳、鐵分布區(qū)域與鎂、硅、鈉分布區(qū)域界限分明,有利于后續(xù)的磁選分離。
　　 (4)直接還原新工藝原料適應(yīng)性研究表明：新工藝適合處理各種類型的紅土鎳礦,原料的鎳品位越高,則鎳鐵中鎳品位越高；原料中Fe/Ni比例越高,則鎳回收率越高,不同類型的紅土鎳礦需要優(yōu)化特定的添加劑配比,從而保證鎳回收率。添加金屬鐵粉、褐鐵礦型紅土鎳礦和T-5等高含鐵原料后,鎳回收率都得到了提高,