钙质添加剂对硅镁镍矿真空碳热还原-磁选影响的研究

发布时间：2020-05-26 06:05

【摘要】：镍作为重要的金属资源被广泛应用于现代生活中。本论文研究的含镍原料为来自于云南元江的硅镁镍矿,基于硅镁镍矿的综合回收利用,提出了真空碳热还原提取金属镁并磁选富集镍铁的工艺,并研究了钙质添加剂CaO和CaF_2对还原过程的影响。当CaO作添加剂时,热力学计算结果表明:硅酸镍和硅酸铁的反应起始温度在50Pa的真空条件下分别降低了123℃、251℃、429℃、221℃、336℃、469℃,而极难还原的硅酸镁在50Pa的真空条件下的反应起始温度分别为1045℃、1142℃。热力学反应方程式以及XRD分析结果表明,CaO会与原料中的硅结合形成硅酸钙,有效促进镁的脱除,并使得还原剩余物中的硅与FeNi分离,使得还原剩余物物相为FeNi,磁选后的扫描电镜分析结果表明,当添加22.64%CaO时(Ca/Si的摩尔比为1:1),磁选后硅与FeNi明显发生分离,在硅富集区,硅含量达到97.33%,在FeNi富集区FeNi的含量达到93.07%,有效提高磁性物质中的Fe-Ni含量;同时在1450℃进行真空碳热还原-磁选后,铁和镍的回收率分别达到84.33%和97.00%,铁和镍的富集比分别达到最大的6.32和6.72倍。当CaF_2作添加剂时,热力学计算结果表明硅酸镍和硅酸铁可能发生的反应起始温度在50Pa的真空条件下分别降低了252℃、487℃、335℃、395℃、371℃、411℃、478℃,而常压下极难反应的硅酸镁在50Pa的真空条件下的反应起始温度分别为1125℃、1143℃。实验现象、TG-DSC和热力学分析表明:真空碳热还原过程中,在1042℃和1127℃时产生了NiF_2、FeF_2低熔点共熔体,使得物料发生熔化,将反应从固固反应转变为液液反应,加速了材料的传热和传质,使Fe-Ni颗粒聚集并长大至20mm,且MgF_2在实验过程中也会产生,进一步促进物料的熔化。随着温度和CaF_2用量的增加,硅以SiO和SiF_4的形式挥发,导致硅的回收率急剧下降;物料中的镁橄榄石和氧化铝形成的镁铝尖晶石也造成了碳和原料的分层,阻碍了镁的还原,最大脱除率仅达到64.12%。NiF_2、FeF_2及MgF_2低熔点共熔体的生成,说明CaF_2参与了真空碳热还原反应,也起到了破坏矿石中硅酸盐结构的作用。在1450℃添加3%CaF_2时,真空碳热还原-磁选过程中铁和镍的回收率分别达到82.97%和98.21%,铁和镍的富集比分别达到3.18倍和9.35倍。
【图文】：

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昆明理工大学硕士学位论文6图1.1回转窑干燥预还原-电炉还原熔炼工艺流程图Figure1.1Theflowsheetofdryingpre-reductionbyrotarykiln-electricfurnaceofsmelting(2)烧结-鼓风炉还原硫化熔炼法[34-36]该法的原理是现在氧化镍矿中加入适量的CaO、SiO2，烧结成块然后配入一定量的硫化剂，如黄铁矿、石膏，因为黄铁矿做硫化剂存在大量缺点如产生SO2烟气，目前硫化剂首选石膏（CaSO4·2H2O），再用焦炭作为还原剂和燃料，投入鼓风炉熔炼生产低镍锍（85%左右）。由于镍回收率低，适用于处理含镍大于1%的红土镍矿。随着红土镍矿的大量进口，国内采用鼓风炉硫化熔炼生产低冰镍的冶炼厂也有数家，但使用此法的厂家鼓风炉较小，如广东河源市金宇有色金属有限公司建有一座8m2的鼓风炉。辽宁朝阳附近建有几十台2.5m2的鼓风炉，由于环保治理措施不到位，管理粗放，污染比较严重。在内蒙古自治区武川县建有一座6m2的鼓风炉，年处理红土镍矿8万t和回转窑干燥预还原电炉还原熔炼工艺相比较，鼓风炉硫化熔炼具有工艺简单、投资低、操作简便、用电量低等优点。如果当地资源充沛，是一个经济可行的选择。但是由于近几年国家大力致力于整顿高污染的企业，为实现经济的发展转型，使得使用该种冶炼方法的企业越来越少，，以后会逐渐被淘汰。其工艺流程图见图1.2。

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第一章绪论7图1.2红土镍矿还原硫化生产镍铁工艺流程图Figure1.2Theflowsheetofproductionofferronickelbyreductionsmeltingofsulfide(3)还原焙烧-磁选工艺JungahKim[37]等人研究了低品位红土镍矿通过煅烧后磁选富集镍，此种方法类似于对低品位红土镍矿做选矿处理，其方法时把红土镍矿先在常压下500℃煅烧1小时，然后再把红土镍矿稀释为质量分数为20%的浆液，施加0.5T的场强进行磁选，可以把红土镍矿中的镍品位从1.5%提高到2.9%，镍回收率达到48%。李光辉[38]等人红土镍矿还原焙烧-磁选制取镍铁合金原料的工艺，实验所用的添加剂为碳酸钠和硫酸钠，实验条件为常压1100℃下还原1小时，在磁场强度为0.1T的条件下进行磁选，最后得到的磁性物质中镍、铁的含量为7.5%和80.5%，镍、铁的回收率分别达到82.7%和62.8%。智谦[39]对溶剂性红土镍矿的还原焙烧-弱磁选效果进行了研究，在实验当中所用的改变红土镍矿碱度的添加剂为氧化钙，实验结果表明，在自然碱度下，1400℃下常压还原1小时后，磁选后镍、铁的品位仅有3.8%和72.9%，镍铁的回收率仅达到17.8%和39.8%，在碱度为1时，1300℃下常压还原1小时，磁选后镍、铁的品位达到8.7%和83.8%，镍铁的回收率仅达到85.6%和62.8%。此外，东北大学的徐冬和翟玉春[40]等人研究了碳热还原-磁选工艺以富集红土镍矿中的金属镍，其使用条件和结果表明，在常压1320℃下还原2个小时，还原
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TF815

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