低品位红土镍矿压团及干燥试验研究_刘晓文.pdf

2023 年第 3 期总第 302 期铁合金FEOALLOYS2023No3Tot302DOI:1016122/jcnkiissn1001-1943202303004作者简介刘晓文男，1993 年 8 月出生，2017 年毕业于中南大学矿物加工工程专业，助理工程师。现从事红土镍矿冶炼技术及固废渣资源综合利用方面工作。E-mail:707529885 qqcom。通讯作者郭正启男，1988 年 3 月出生，中南大学副教授、博士生导师。主要从事铁矿造块、复杂铁矿综合利用及氢冶金方面研究。E-mail:guozqcsu csueducn。收稿日期2023-03-08低品位红土镍矿压团及干燥试验研究刘晓文1郭正启2潘建2朱德庆2黄学忠2吴腾蛟2马雯卓2杨聪聪2(1 广西北港新材料有限公司广西北海536017)(2 中南大学资源加工与生物工程学院湖南长沙410083)摘要以红土镍矿为研究对象，研究了水分、黏结剂、碱度和内配煤对生团块性能的影响，以及干燥温度、料层高度、空气流速和黏结剂对干团块性能的影响。研究表明，适宜的压团、干燥制度为:采用 145%水分、2%水玻璃、04碱度、16%无烟煤的条件下制备生团块，进而在干燥温度 300、料层高度 180 mm、空气流速 08 m/s 的条件下进行抽风干燥，所得干团块的抗压强度、落下强度分别为 21643 N/个、7756%。将工业消石灰代替石灰石来调节碱度能够明显改善团块的性能。关键词红土镍矿压团干燥中图分类号TF624文献标识码B文章编号1001-1943(2023)03-0019-08STUDY ON BIQUETTING AND DYING TESTS OFLOWGADE LATEITE NICKEL OELIU Xiaowen1，GUO Zhengqi2，PAN Jian2，ZHU Deqing2，HUANG Xuezhong2，WU Tengjiao2，MA Wenzhuo2，YANG Congcong2(1 Guangxi Beigang New Materials Co，Ltd，Beihai 536017，China)(2 School of esource Processing and Bioengineering，Central South University，Changsha 410083，China)AbstractLaterite nickel ore was used as the research object，the effects of moisture，binder，basicity and reductanton the properties of green briquette，and the effects of drying temperature，bed depth，air flow rate and binder on theproperties of dried briquette were studied The research shows that the appropriate briquetting and drying parametersare:the green briquettes prepared under the conditions of 145%moisture，2%sodium silicate，04 basicity and 16%anthracite are dried under the conditions of drying temperature of 300，bed depth of 180 mm and air flow rate of 08m/s The cold compressive strength and shatter strength of the dried briquette are 21643 N/P and 7756%，respec-tively That using industrial slaked lime instead of limestone to adjust the basicity can significantly improve the proper-ties of briquettesKeywordslaterite nickel ore，briquetting，drying前言据国家统计局于 2023 年 2 月 28 日发布的数据显示，2022 年我国粗钢产量达到 101 7959 万 t，全球占比为 5630%，是世界第一粗钢生产大国1。镍因具备良好的韧性和延展性，且耐高温、耐腐蚀、化学稳定性强，被广泛应用于军工制造和民用工业的众多领域。我国是世界上最大的原生镍消费国，不锈钢产业在我国原生镍消费结构中占比约为74%24。全球陆基镍金属储量约为 9 400 万 t，而我国镍金属储量仅为 42204 万 t，主要分布于甘肃、青海和云南三省57。随着硫化镍矿日趋贫乏以及红土镍矿技术的进步，全球镍生产商的重点正逐渐从硫化镍矿向红土镍矿转移。按照红土镍矿矿床的剖面结构，从上到下可分为褐铁矿型、过渡型和腐殖土型三类红土镍矿。我国红土镍矿资源量少且品位较低，在不锈钢工业迅猛发展的环境下，红土镍矿资源无法满足市场需求，对外依存度超过90%，且其中主要为中低品位矿石(Ni16%)811。为保证我国镍资源安全和不锈钢工业稳定可持续发展，高效利用中低品位红土镍矿势在必行。目前处理红土镍矿的方法可分为火法、湿法和火湿结合法三大类。一般来说，褐铁矿型红土镍矿多采用湿法处理工艺生产金属镍，腐殖土型红土镍矿宜采用火法处理工艺生产镍锍或镍铁，过渡型红土镍矿采用湿法或火法处理工艺皆可1216。火法工艺比较成熟，具有流程短、原料范围广、生产规模大等优势，且火法工艺处理红土镍矿制备镍铁更适于不锈钢生产，是当前红土镍矿的主流生产工艺4，17。在火法工艺预处理过程中，回转窑直接还原磁选法和预还原电炉法工艺主要采用压团法18，因此红土镍矿团块性能对后续工艺有着重要影响。邹小平19 等人将镍钴富集物干燥至含水10%后进行压团，控制压团物料水分 10%12%时，团块抗压强度大于 490 N/个。朱德庆20 等人考察了黏结剂种类和用量、混合料水分及成型压力对含锌尘泥生团块和干团块性能的影响，发现成型压力为 20 MPa、黏结剂添加量为 33%及混合料水分为14%时，相比于采用传统有机黏结剂，添加复合黏结剂的生团块干燥性能、热稳定性大幅度提高，粉化率低至 210%。迄今为止，在针对红土镍矿压团及干燥方面的研究，还没有相关的文献报道。本文考察了水分、黏结剂、碱度和内配煤对红土镍矿生团块性能的影响，并对生团块进行动态抽风干燥试验，研究了干燥温度、料层高度、空气流速、黏结剂等工艺参数对红土镍矿干团块性能的影响，并采取措施对团块性能进行强化，本研究制备的性能优良的团块可用于后续火法工艺处理红土镍矿。1试验原料与方法11试验原料试验所用红土镍矿来自菲律宾，含水量高达35%。红土镍矿及其他原料的主要化学成分如表1、表 2 所示，试验用还原煤工业分析(样品均为空气干燥基)结果如表 3 所示。表 1红土镍矿的主要化学成分Tab1Chemical compositions of laterite nickel ore成分TFeTNiCaOSiO2MgOAl2O3CoCrMn含量/%4809098019397134632013227145成分K2ONa2OPbZnAsCPSLOI*含量/%0004 60040001100260007 6019032015125LOI*:loss on ignition(烧失量)表 2其他原料的主要化学成分Tab2Chemical compositions of other raw materials原料种类化学成分/%FetotalFe2O3SiO2Al2O3CaOMgOPSLOI烟煤灰分1958330996129881590001114无烟煤灰分414476937534710820348036F 黏结剂791286513400850420110000 33724石灰石011065005516130300340004 74287工业消石灰0141420236567032006500843023白云石05607502333522294428由 表 1 可 知，红 土 镍 矿 原 矿 铁 品 位 高 达4809%，镍品位仅 098%，烧损为 1250%，是一种高铁低镍的褐铁矿型红土镍矿。02铁合金2023 年表 3还原煤的工业分析Tab3Proximate analysis of reductants工业分析MadAadVadFCad烟煤/%129844930415212无烟煤/%20310556548088由表 2、表 3 可知，烟煤灰分的主要成分是SiO2、CaO 和 Fe2O3，无烟煤灰分量大于烟煤，其主要成分是 SiO2和 Al2O3。试验选用有机黏结剂玉米淀粉(CS)、无机黏结剂水玻璃(WG)作为黏结剂和复合黏结剂 F 黏结剂(FB)。水玻璃的模数为 355，水分 495%，密度 1418 kg/m3;F 黏结剂所含无机成分主要是 SiO2和 Al2O3。试验选用石灰石、消石灰和白云石三种熔剂，用于调节后续冶炼过程所需的碱度和 MgO/SiO2比。由表 2 可知，石灰石与消石灰的 CaO 含量分别为 5161%和 6567%，白云石 CaO 含量为 335%，MgO 含量达到 2229%。将红土镍矿湿矿干燥至约含 10%水分，用对辊破碎机破碎至5 mm 备用，烟煤原煤采用颚式破碎机破碎至5 mm 以下。原料的最终粒度组成如表 4所示。表 4原料的粒度组成Tab4Size distribution of raw materials原料名称粒度(mm)/%535130510074050074 合计红土镍矿04443957 2222 2987390100烟煤01519 4753 2707 101101100无烟煤1291470 4205 1767 2016413100石灰石04264156 1990 3006422100白云石0006323 3414263100由表 4 可知，破碎后的红土镍矿3 mm 粒级占比为 9556%;两种还原煤的3 mm 粒级占比均在85%左右;消石灰是一种粉状熔剂，粒度很细，石灰石的粒度分布较均衡，白云石粒度较细。红土镍矿的 XD 分析结果如图 1 所示。由图 1 可知，红土镍矿的主要矿物组成是针铁矿和假象赤铁矿，其次是少量磁铁矿，脉石矿物以绿脱石和斜绿泥石等复杂铝硅酸盐氧化物为主。12试验方法本研究主要流程是:配料、混匀、压团、干燥。121压团试验将红土镍矿湿矿干燥至约含 10%水分后，用对辊破碎机碎至粒度为5 mm 备用。压团试验将红图 1红土镍矿的 X 射线衍射分析Fig1The Xray diffraction of laterite nickel ore土镍矿、还原煤、黏结剂、熔剂和水按一定比例混合均匀，用对辊压团机(辊径 25 cm、辊宽 6 cm)压制成扁圆形团块，团块投影圆直径25 mm，面心间距 10 mm。压团所用压力为 50 kN/cm，皮带转速为 102 r/min。122干燥试验红土镍矿生团块的干燥试验在规格为 200 mm500 mm 链篦机上进行。在一定条件下对红土镍矿生团块进行抽风干燥。试验采取严格操作，点火后，要求料层上部温度在 34 min 内升到目标温度;料层下部废气温度达到 100 之后，继续保温 2 min。干燥结束后，取干团块检测其落下强度、抗压强度。123预还原试验干团块预还原试验在 SK1213Q 型竖式电阻炉内进行，加热室尺寸为 70 mm1 000 mm。每次称取 250 g 干团块，装入规格为65 mm100 mm 不锈钢吊罐，外配 3%无烟煤(粒度 35 mm)保护还原气氛。干团块在