楊 超

（寶鋼德盛不銹鋼有限公司，福建 福州350601）

金屬鎳具有良好的磁性和可塑性，同時(shí)又具有很好的抗腐蝕性和延展性，廣泛應(yīng)用于化工、冶金、石油、機(jī)械制造、航空航天等領(lǐng)域［1－3］。目前，我國(guó)以低品位紅土鎳礦為原料冶煉鎳鐵的主要方法有紅土鎳礦燒結(jié)礦-高爐／礦熱爐法、回轉(zhuǎn)窯預(yù)熱預(yù)還原-礦熱爐法、回轉(zhuǎn)窯粒鐵法、隧道窯和轉(zhuǎn)底爐法［5－10］等。回轉(zhuǎn)窯還原焙燒-磁選工藝生產(chǎn)鎳鐵技術(shù)能從紅土鎳礦中有效回收鐵和鎳元素［11－12］，許多科研工作者在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了模擬研究，但實(shí)際生產(chǎn)中回轉(zhuǎn)窯物料之間的交互作用以及氣體和溫度場(chǎng)的變化很難通過實(shí)驗(yàn)室模擬得到。為此，本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，以低品位紅土鎳礦和煤粉等為原料，采用選擇性還原-磁選工藝制備鎳鐵合金，探索了焙燒時(shí)間、研磨時(shí)間（原礦粒度）和磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)該工藝的影響。

1 試驗(yàn)原料及方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)所用低品位紅土鎳礦主要化學(xué)成分如表1所示。該紅土鎳礦鎳品位1.92%（＜2.0%），屬于低品位紅土鎳礦。并且該紅土鎳礦鎂、硅含量較高，屬于腐泥土型紅土鎳礦。

表1 紅土鎳礦主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)流程如圖1所示。紅土鎳礦經(jīng)破碎、磨礦至－145μm，然后與還原煤以及熔劑按一定比例（質(zhì)量比）混勻，在對(duì)輥式壓球機(jī)中進(jìn)行冷壓造塊，物料進(jìn)入存在一定斜度的回轉(zhuǎn)窯窯體內(nèi)，逐漸由窯尾向窯頭運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)窯窯內(nèi)按溫度從低到高分別為預(yù)還原帶、還原帶、鐵鎳顆粒聚集長(zhǎng)大帶。從回轉(zhuǎn)窯排出的還原物料通過水淬、破碎、粉破，力求不破碎已聚合成顆粒的鎳鐵顆粒，以減少破碎、磨細(xì)工序的能耗和減輕磁選分離的難度。將經(jīng)回轉(zhuǎn)窯直接還原后的紅土鎳礦進(jìn)行研磨，使用2-MZ型制樣機(jī)進(jìn)行還原后破碎，然后采用濕式鼓形弱磁型磁選機(jī)（XCRS74-Φ400×240）進(jìn)行還原后磁選分離試驗(yàn)研究，通過改變勵(lì)磁電流（1.0～3.5 A）來(lái)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度（50～250 mT）。磁選后得到的磁性產(chǎn)物主要為鎳鐵合金粉末顆粒。

圖1 回轉(zhuǎn)窯選擇性還原?磁選工藝流程

2 結(jié)果與分析

2.1 還原溫度對(duì)金屬化率的影響

不同還原溫度下紅土鎳礦還原產(chǎn)物主要化學(xué)成分以及金屬化率如表2所示。由表2可知，還原溫度升高，還原焙燒后球團(tuán)中鎳含量和鐵含量均增加，金屬化率快速增加；當(dāng)還原溫度大于1 150℃后，升高還原溫度可以緩慢增加金屬化率，促進(jìn)鎳鐵顆粒進(jìn)一步聚集和長(zhǎng)大。

表2 回轉(zhuǎn)窯還原溫度對(duì)紅土鎳礦還原產(chǎn)物的影響

2.2 磨礦條件對(duì)鎳鐵回收率的影響

對(duì)紅土鎳礦還原產(chǎn)物分別進(jìn)行粗磨（磨礦時(shí)間1 min）或細(xì)磨（磨礦時(shí)間3 min），還原溫度1000～1300℃時(shí)，不同磨礦條件下所得磨礦產(chǎn)品經(jīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度50 mT磁選后所得磁性產(chǎn)品指標(biāo)如表3所示。

表3 磨礦條件對(duì)鎳鐵回收率的影響

結(jié)果表明，還原溫度1 000～1 150℃時(shí)，磨礦條件對(duì)鎳鐵品位和回收率影響較大，低溫條件下，鎳和鐵氧化物未能充分還原，且粒度較大的磁性物中夾雜大量的非磁性產(chǎn)物，導(dǎo)致了鎳鐵品位和回收率較低。當(dāng)還原溫度超過1 150℃時(shí)，粒度對(duì)鎳品位影響較小；隨著還原溫度從1 000℃增加到1 300℃，粒度對(duì)鐵品位和鎳回收率影響較小。為盡可能提高鎳和鐵回收率，選取細(xì)磨方式進(jìn)行磨礦。

2.3 還原溫度及磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)鎳鐵回收率的影響

細(xì)磨條件下，還原溫度及磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)鎳鐵回收率的影響如圖2～3所示。從圖2可以看出，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，磁性物中鎳回收率呈快速增加趨勢(shì)，鎳品位呈緩慢下降趨勢(shì)；隨著還原溫度升高，磁性物中鎳回收率和鎳品位均快速增加，并分別于1 100℃和1 150℃后趨于平緩。從圖3可以看出，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，磁性物中鐵回收率呈快速增加趨勢(shì)，鐵品位呈緩慢下降趨勢(shì)；隨著還原溫度升高，鐵回收率和品位均快速增加，并在1 150℃后趨于平緩。

還原溫度從1 000℃增加到1 100℃時(shí)，紅土鎳礦碳熱還原占主地位，此階段受磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響較大，鎳回收率達(dá)到最大值98.44%。當(dāng)還原溫度達(dá)到1 150℃時(shí)，鎳鐵顆粒處于不斷聚集和長(zhǎng)大階段，紅土鎳礦還原弱化，在此階段鐵回收率達(dá)到轉(zhuǎn)折點(diǎn)89.32%，其后變化平緩。因此還原溫度1 100～1 150℃、磁場(chǎng)強(qiáng)度150 mT能實(shí)現(xiàn)鎳鐵的有效回收利用。

圖2 回轉(zhuǎn)窯還原溫度對(duì)鎳回收率及品位的影響

圖3 回轉(zhuǎn)窯還原溫度對(duì)鐵回收率及品位的影響

2.4 鎳鐵合金顆粒微觀形貌

還原溫度1 150℃、細(xì)磨條件下，研究了還原后紅土鎳礦的微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果見圖4?？梢婃囪F顆粒明顯大于脈石相顆粒。還原后的鎳鐵固溶體中鎳和鐵以合金狀態(tài)存在。鎳鐵顆粒聚集成球形并且少量硅酸鹽相嵌入鐵鎳鐵合金顆粒中。較小的磁性鎳鐵顆?？赡鼙粖A帶并包裹在非磁性物質(zhì)中，從而導(dǎo)致鎳和鐵回收率降低。因此，通過細(xì)磨和增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度，可在磁性產(chǎn)品中回收部分嵌在硅酸鹽相中的鎳鐵顆粒，實(shí)現(xiàn)低品位鎳紅土礦中鐵和鎳的有效回收和利用。

圖4 還原焙燒后紅土鎳礦微觀形貌

還原溫度1 150℃、細(xì)磨、磁場(chǎng)強(qiáng)度150 mT條件下所得鎳鐵合金化學(xué)成分分析結(jié)果見表4?？梢娖渲墟嚭繌?.92%增加到7.26%，TFe含量從21.70%增加到85.15%，鎳、鐵回收率分別達(dá)到了96.06%和89.23%，實(shí)現(xiàn)了低品位紅土鎳礦鐵、鎳高效回收利用，并且其中碳、磷和硫含量均在合理范圍內(nèi)。

表4 磁性產(chǎn)物中鎳鐵合金化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

3 結(jié) 論

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，進(jìn)行了回轉(zhuǎn)窯選擇性還原-磁選制備鎳鐵合金的試驗(yàn)研究，在回轉(zhuǎn)窯還原溫度1 150℃、磁場(chǎng)強(qiáng)度150 mT、細(xì)磨條件下，還原產(chǎn)物金屬化率為72.21%，鎳鐵合金中鎳含量從原礦中的1.92%提高到了7.26%，TFe含量從原礦中的21.70%提高到了85.15%，鎳、鐵回收率分別達(dá)到96.06%和89.23%，實(shí)現(xiàn)了低品位紅土鎳礦的鐵、鎳高效回收利用。