简介概要

还原剂对低品位红土镍矿选择性还原过程的影响

来源期刊：稀有金属2018年第9期

论文作者：王晓平孙体昌李召春陈超寇珏

文章页码：970 - 977

关键词：低品位红土镍矿;选择性还原;还原剂;反应性;

摘要：选取3种还原剂研究它们对某低品位红土镍矿选择性还原过程的影响。结果显示,在相同还原剂用量下,选择性还原效果顺序是褐煤>烟煤>焦粉;在相同固定碳量（褐煤6%和焦粉3%）时,褐煤6%作还原剂时,选择性还原效果更好。通过X射线衍射（XRD）,扫描电镜和能谱仪（SEM-EDS）和还原剂反应性等分析可知,保证弱还原气氛非常重要,保证低用量的还原剂对镍的选择性还原有利;在弱还原气氛、固定碳量一致时,应选择灰分成分含硅少、钙铁多的还原剂对选择性还原有利,但由于还原剂本身用量低,因此还原剂带入的灰分对整个焙烧体系而言起到的作用不大;选择反应性好的还原剂亦非常重要,反应性好的还原剂在反应初期发生剧烈的气化反应,利于易还原的镍氧化物的还原。确定选用褐煤作还原剂、用量6%,此时得到了镍品位3. 99%、镍回收率92. 79%的镍铁产品。

网络首发时间: 2018-07-19 13:34

稀有金属 2018,42(09),970-977 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.xy18060016

还原剂对低品位红土镍矿选择性还原过程的影响

王晓平孙体昌李召春陈超寇珏

北京科技大学土木与资源工程学院金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室

摘要：

选取3种还原剂研究它们对某低品位红土镍矿选择性还原过程的影响。结果显示, 在相同还原剂用量下, 选择性还原效果顺序是褐煤>烟煤>焦粉;在相同固定碳量 (褐煤6%和焦粉3%) 时, 褐煤6%作还原剂时, 选择性还原效果更好。通过X射线衍射 (XRD) , 扫描电镜和能谱仪 (SEM-EDS) 和还原剂反应性等分析可知, 保证弱还原气氛非常重要, 保证低用量的还原剂对镍的选择性还原有利;在弱还原气氛、固定碳量一致时, 应选择灰分成分含硅少、钙铁多的还原剂对选择性还原有利, 但由于还原剂本身用量低, 因此还原剂带入的灰分对整个焙烧体系而言起到的作用不大;选择反应性好的还原剂亦非常重要, 反应性好的还原剂在反应初期发生剧烈的气化反应, 利于易还原的镍氧化物的还原。确定选用褐煤作还原剂、用量6%, 此时得到了镍品位3. 99%、镍回收率92. 79%的镍铁产品。

关键词：

低品位红土镍矿;选择性还原;还原剂;反应性;

中图分类号： TF815

作者简介：王晓平 (1990-) , 女, 山东聊城人, 博士, 研究方向:红土镍矿选择性还原的研究;E-mail:1205768751@qq.com;;*孙体昌, 教授;电话:010-62333603;E-mail:suntc@ces.ustb.edu.cn;

收稿日期：2018-06-09

基金：国家自然科学基金项目 (51474018, 51674018) 资助;

Selective Reduction Process of Low-Grade Laterite Nickel Ore with Reductants

Wang Xiaoping Sun Tichang Li Zhaochun Chen Chao Kou Jue

Key Laboratory of Ministry of Education for Efficient Mining and Safety of Metal Mines, College of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing

Abstract：

Three types of reductants were selected to research their influence on selective reduction process of a low-grade lateritenickel ore. The results showed that under the same reductants dosage, the selective reduction effect sequence was lignite > bituminite >coke. And, at the same fixed carbon amount (6% of lignite or 3% of coke) , when 6% of lignite was used as a reductant, the selective reducing effect was better. Through X-ray diffraction (XRD) , scanning electron microscope-energy dispersive spectroscope (SEMEDS) , and the reactivity of the reductants, it was important to guarantee weak reducing atmosphere namely low dosage of the reductant dosage for the selective reduction process. In the weak reducing atmosphere and at the same fixed carbon amount, selecting the reductant whose ash was low silicon-containing and high calcium-containing andiron-containing was beneficial to selective reduction. While due to that the dosage of reductant was low, the small amount of ash brought from the reductants only had a little effect on the whole roasting system. In addition, a type of a reductant with high reactivity was conductive to selective reduction, as it could be subjected to violent gasification reaction at the initial stage of the reaction and the reduction of the easily-reduced nickel oxide was facilitated. With lignite as the reductant and at its dosage of 6%, a ferronickel product with nickel grade of 3. 99% and nickel recovery rate of 92. 79% was obtained.

Keyword：

low-grade laterite nickel ore; selective reduction; reductant; reactivity;

Received： 2018-06-09

当前红土镍矿开发利用工艺, 火法能耗高, 湿法流程复杂, 同时对红土镍矿的适用情况都有局限性, 均不适于处理低品位红土镍矿^[1,2]。因此, 许多学者研究了具有广泛适用性的红土镍矿还原焙烧-磁选工艺^[3,4,5,6]。针对红土镍矿的还原焙烧-磁选工艺, 有一些学者专门研究了还原剂对还原焙烧阶段的影响。李淑菲和曹志成等研究得到还原剂用量有合适的范围, 超过一定范围会生成部分大量镍含量低的铁纹石, 造成镍铁产品的镍品位降低;用量过高, 还会导致焙烧矿中残留碳, 会阻碍镍铁颗粒的聚集长大, 金属相和渣相难分离, 造成镍铁产品中镍、铁的回收率都降低^[7,8,9,10]。Pickles和Elliott^[11]在选择性还原-磁选工艺中, 对比研究了CO和固体碳分别作还原剂时对某褐铁矿型红土镍矿选择性还原的影响。结果显示, 当固体碳作还原剂时的镍品位偏低, 但即便固体碳加入量是CO加入量的二分之一, 仍然可以在较宽的温度范围内获得较高的镍回收率。说明固体碳可以提供较强的还原气氛, 会导致相对多的铁氧化物还原至金属铁, 从而造成镍品位较低。及亚娜等^[12,13]研究了还原剂种类会影响红土镍矿的还原焙烧效果, 发现使用弱还原性的煤作还原剂时利于选择性还原的实现;还发现不仅还原剂中的固定碳会影响还原焙烧过程, 灰分也会影响还原焙烧效果, 但是未说明其机制。徐东等^[14]研究了还原剂粒度对红土镍矿还原的影响, 研究发现, 还原剂粒度过小, 会导致焙烧球团过硬, 不利于后续破碎磁选;还原剂粒度过大, 则会造成混合物粘度小, 不易造球。但是, 已有的研究普遍是初步探索, 普遍是从工艺效果方面进行描述和解释, 还没有进行系统深入的分析。

在红土镍矿的还原焙烧-磁选工艺中, 尤其是红土镍矿的选择性还原, 还原气氛的控制是重中之重, 因为需要通过控制还原气氛实现选择性还原。使用不同的还原剂, 还原气氛必然有差异。因此, 本文以某低品位红土镍矿为研究对象, 系统研究了不同种类还原剂对其选择性还原过程的影响及作用机制。

1实验

1.1原料

本文选取了差别较大的还原剂, 分别为褐煤、烟煤和焦粉。3种还原剂的空干基工业分析和灰分成分结果见表1和2, 文中各种成分含量及用量均为质量分数。从表1可知, 褐煤的挥发分最高、固定碳含量最低, 分别为41.32%和40.82%;焦粉的灰分含量最高, 为14.06%, 挥发分含量最低, 为1.75%。从表2可知, 褐煤和烟煤的灰分成分主要是CaO和Fe₂O₃, 其含量分别达到了21.29%和22.92%。焦粉的灰分成分主要是SiO₂, 高达40.20%。

表1 还原剂的空干基工业分析含量Table 1 Composition of three reductants (%, mass fraction) 下载原图

表1 还原剂的空干基工业分析含量Table 1 Composition of three reductants (%, mass fraction)

表2 还原剂的灰分成分含量Table 2 Ash composition of three reductants (%, mass fraction) 下载原图

表2 还原剂的灰分成分含量Table 2 Ash composition of three reductants (%, mass fraction)

研究所用红土镍矿镍品位仅1.29%, 全铁品位34.93%。其他主要成分及含量分别为SiO₂20.30%, MgO 11.00%, Al₂O₃5.74%。S含量较低, 为0.195%。经过X射线衍射 (XRD) 分析, 所用低品位红土镍矿中主要矿物为叶蛇纹石、针铁矿、利蛇纹石以及石英, 没有发现独立镍矿物的峰。可知, 为过渡型的低品位红土镍矿。

1.2方法

低品位红土镍矿的选择性还原-磁选过程详情如下:将40 g低品位红土镍矿配加还原剂充分混匀, 装入石墨坩埚中。为保证还原气氛, 对坩埚加盖密封。研究过程统一使用新的国产石墨坩埚, 石墨坩埚具有优良的化学稳定性, 且内壁光滑, 有致密的成型材料。在还原过程石墨坩埚中的固定碳参与的布多尔反应微弱, 而且红土镍矿与还原剂的混合物料只接触石墨坩埚的内壁, 因此石墨坩埚对还原的影响可以忽略不计。后将装有混合物料的坩埚置入达到设定温度的马弗炉中, 进行选择性还原。焙烧至设定的时间后取出坩埚, 在空气中自然冷却, 得到“焙烧矿”。对冷却至室温的焙烧矿进行磨矿-磁选, 将焙烧矿破碎至-2 mm, 然后经磨矿磁选得到磁性产品, 即为目标产品“镍铁产品”。磨矿采用棒磨机, 磁选采用磁选管。由于不同焙烧条件下所得焙烧矿的可磨性不同, 在本文中磨矿阶段采用的是磨矿时间而非磨矿细度, 磨矿时间15 min。磁选的磁场强度为144 k A·m^-1。磁选得到磁性产品为镍铁产品, 对镍铁产品分析镍品位、铁品位, 再根据其产率计算镍回收率和铁回收率, 见式 (1) 和 (2) 。最终以镍铁产品中镍品位、镍回收率和镍铁回收率之差Δε (Ni-Fe) (见式 (3) ) 为最终的评价指标。

式中, α_L-Ni, α_L-Fe:低品位红土镍矿的镍品位和铁品位;β_Ni, β_Fe:镍铁产品的镍品位和铁品位;ε_Ni, ε_Fe:镍铁产品的镍回收率和铁回收率;Δε (Ni-Fe) 为镍铁产品的镍铁回收率之差。

为进行机制研究, 对每一个条件同时焙烧两个样品。冷却后, 一个焙烧矿进行磨矿-磁选, 另一个焙烧矿1/2制成粉样和1/2制成光片, 进行必要的检测, 主要包括XRD和扫描电镜-能谱仪 (SEM-EDS) 等, 根据不同的检测目的采用不同的检测手段。

2结果与讨论

2.1还原剂对选择性还原-磁选效果的影响

首先研究了还原剂种类及用量对试样选择性还原-磁选的影响。在还原温度1200℃、还原时间50 min, 焙烧得到焙烧矿;焙烧矿经湿磨后磁选, 磨矿浓度为60%、磨矿时间为15 min, 磁场强度为144 k A·m^-1的相同条件下, 考察了褐煤、烟煤和焦粉3种还原剂不同用量下对试样选择性还原的影响, 得到图1。

由图1可知, 随还原剂用量增加镍铁产品的不同指标的变化规律基本一致。镍品位均为逐步降低, 镍回收率都是先升高后降低。有研究指出, 增加煤用量会阻碍金属相的迁移和凝聚^[10], 还原出的镍铁颗粒和脉石矿物粘连夹杂, 导致后续磨矿磁选镍铁颗粒与脉石矿物的单体解离不够, 连生体进入镍铁产品中, 造成镍品位降低;同时, 微细镍铁颗粒难以回收, 随脉石矿物进入非磁性产品, 导致镍回收率降低。

对于不同种类的还原剂, 随着还原剂用量增加, Δε值均逐步降低, 这表明, 不同还原剂时, 增加还原剂用量对选择性还原都是不利的。出现该现象的原因是随着还原剂用量增加, 还原气氛增强, 铁矿物还原至金属铁的量增加, 不利于镍的选择性还原。随还原剂用量增加镍铁产品的不同指标的变化规律基本一致, 但是用不同种类的还原剂时, 选择性还原效果有明显的差异。这体现在, 还原剂用量相同、不同种类还原剂时的Δε值存在较大的差异。当还原剂用量均为3%时, 褐煤所得镍铁产品的Δε高达44.71%, 用烟煤时的Δε为36.02%, 而用焦粉时的Δε仅为23.88%。增加还原剂用量, 3种还原剂的Δε值都呈下降趋势。而且, 焦粉作还原剂时, 其用量增至15%时Δε降至负值。当还原剂用量增加到15%时, 用褐煤时Δε为7.38%, 用烟煤时Δε为1.26%, 用焦粉时的Δε值只有-4.98%, 选择性还原效果很差。因此, 当不添加任何添加剂、相同还原剂用量时, Δε的大小顺序都是, 褐煤>烟煤>焦粉。这表明相同还原剂用量下, 褐煤做还原剂时的选择性最好, 烟煤次之, 焦粉最差。增加还原剂用量和利用含碳量高的还原剂不利于镍选择性还原的实现。换句话说, “固定碳用量”可能是主要的影响因素之一, 因为更多的固定碳导致更多的铁矿物还原至金属态。

图1 还原剂种类及用量对镍铁产品指标的影响Fig.1 Effect of reductant types on selective reduction of sample ore

(a) Nickel grade; (b) Nickel Recovery; (c) Differences in nickel and iron recovery

另外, 值得注意的是, 褐煤用量6%和焦粉用量3%时选择性还原效果的比较, 二者的Δε值分别是38.00%和23.88%。这说明用褐煤作还原剂、用量6%时比焦粉作还原剂、用量3%的选择性还原效果更好。但是此时, 褐煤用量6%和焦粉用量3%时的固定碳量是基本一致的 (如表1可知, 褐煤固碳含量为40.82%, 焦粉固碳含量为81.90%) 。另外, 褐煤的挥发分含量高达41.32%, 但焦粉的挥发分含量仅为1.75%。挥发性成分通常是CH₄, H₂和CO^[15], 也提供还原气氛。因此, 6%褐煤提供的还原气氛高于3%焦粉所提供的还原气氛。但还原剂为6%褐煤的选择性较好。还有, 褐煤用量12%和焦粉用量6%时选择性还原效果的比较, 二者的Δε值分别是15.96%和7.92%, 前者条件下选择性还原效果好。这表明还原剂对选择性还原的影响, 不仅源自自身固定碳含量, 还与还原剂自身的性质有着很大关系。

综上可知, 加入的还原剂的“固定碳量”和还原剂自身性质可能都是还原剂影响选择性还原效果的主要因素。后续将通过XRD, SEM-EDS和还原剂反应性等分析测试手段进行还原剂的机制研究。当褐煤做还原剂时选择性还原效果最好, 为保证镍的回收率, 最终确定选用褐煤作还原剂、用量6%, 此时得到了镍品位3.99%、镍回收率92.79%和镍铁回收率之差38.00%的镍铁产品。

2.2还原剂对焙烧矿矿物组成的影响

由图1可知, 还原剂种类和用量对试样选择性还原都有显著影响。为了研究出现这些现象的根本原因, 首先对不同还原剂及用量下的焙烧矿进行了XRD分析, 研究不同还原剂及用量对焙烧矿矿物组成的影响, 结果见图2。

从图2可知, 随着3种还原剂用量增加, 铁纹石 (A) 和石英 (F) 衍射峰都增强, 橄榄石 (C, Fe_xMg_2-xSi O₄) 和尖晶石 (D) 的衍射峰都减弱, 且x值逐渐减小。这说明随着还原剂用量增加, 还原气氛增强, 脉石相“橄榄石和尖晶石”中结合的FeO还原至金属铁, 这部分金属铁与金属镍形成镍含量低的镍铁合金相, 影响了选择性还原效果, 导致镍品位下降。其中, 橄榄石释放出FeO的同时还释放出Si O₂, 使得石英 (SiO₂) 的峰均随着还原剂用量增加而增强。

对比分析图2 (a~c) 可知, 相同还原剂用量下, 焦粉作还原剂时铁纹石的衍射峰最强, 烟煤次之, 褐煤最弱;橄榄石 (C) 和尖晶石 (D) 的衍射峰强弱顺序是褐煤>烟煤>焦粉。当褐煤和烟煤作还原剂、用量3%时, 还有少量富氏体存在, 褐煤作还原剂时富氏体的峰相对强。这些都说明相同还原剂用量、褐煤作还原剂时, 还原至金属态的铁最少, 因此, 褐煤作还原剂时选择性还原效果最好。对比褐煤作还原剂、用量6%和焦粉作还原剂、用量3%时焙烧矿的矿物组成可知, 前者所得焙烧矿中, 铁纹石的峰明显低于后者铁纹石的峰, 脉石相“橄榄石和尖晶石”的峰高于后者“橄榄石和尖晶石”的峰。这解释了前者条件下选择性还原效果较好的现象。

图2 不同还原剂及用量下焙烧矿的矿物组成Fig.2 XRD patterns of roasted ores as a function of different reductants

(a) Lignite; (b) Bituminite; (c) Coke A-Kamacite;B-Taenite;C-Olivine;D-Spinel;E-Wustite;F-Quartz;G-Sillimanite

2.3还原剂种类及用量对焙烧矿微观结构的影响

为了更好地揭示还原剂对选择性还原的作用机制, 还以褐煤和焦粉为代表研究了还原剂种类及用量对焙烧矿微观结构的影响, 如图3所示。

亮白色颗粒的物相是镍铁合金相。明显地, 相同还原剂用量下, 褐煤作还原剂图 (图3 (a~e) ) 时, 亮白色的镍铁颗粒数量较少, 在所示区域内, 亮白色区域的面积明显小于焦粉作还原剂 (图3 (a'~e') ) 时的亮白色区域面积。这与图2所示XRD图谱的规律一致, 说明大量铁还原进入到镍铁合金相中, 也解释了褐煤较焦粉作还原剂时选择性还原效果更好的现象。从焙烧矿中颗粒之间的连接情况来看, 显著地, 褐煤作还原剂时焙烧矿的熔融程度高于焦粉作还原剂时焙烧矿的熔融程度。而且, 随褐煤用量增至15%时, 仍然保持着一定的熔融;但是焦粉作还原剂时, 只有在3%时有一定的熔融。结合图2所示不同还原剂种类及用量时焙烧矿的矿物组成来分析, 可知, 这是由于褐煤作还原剂时生成的橄榄石中, 为铁含量相对高的铁镁橄榄石, 而且褐煤用量3%时, 有富氏体存在。这都是褐煤作还原剂时液相量相对多的原因, 因此, 褐煤作还原剂时, 熔融程度也相对强。

图3 不同褐煤和焦粉用量时焙烧矿微观结构的对比Fig.3 Comparison of microstructure of roasted ores obtained at lignite dosage of 3%, 6%, 9%, 12%, 15% (a~e) or at coke dosage of 3%, 6%, 9%, 12%, 15% (a'~e')

对于不同还原剂时, 镍铁颗粒粒径均随用量增加先增大后减小。镍铁颗粒长大对后续磁选分离有利, 这解释了镍回收率随还原剂用量增加先提高后降低的现象。但是, 形成的镍铁颗粒粒径都比较小, 普遍在0~20μm, 即便进行二段磨矿-精选, 也不能大幅的提高镍品位。这体现了通过添加剂促进镍铁颗粒生长的必要性, 这部分内容已经进行了相关研究^[6], 此处不做介绍。

2.4还原剂灰分对选择性还原的影响

图1结果表明, 褐煤6%与焦粉3%条件下比较选择性还原效果, 褐煤12%与焦粉6%条件下比较选择性还原效果, 均为前者优于后者。但是, 褐煤6% (或12%) 和焦粉3% (或6%) 时提供的固定碳量基本一致。由于褐煤中含有较高含量的挥发分, 因此, 褐煤用量6% (或12%) 比焦粉3% (或6%) 能够提供的还原气氛更充足。但是, 前者的选择性还原效果较好, 这可能由灰分成分的差异引起的。

褐煤灰分含量5.79%, 焦粉灰分含量14.06%。褐煤的灰分中CaO含量高达21.29%, Fe₂O₃高达22.92%, CaO为常见的碱土金属氧化物成分。然而, 焦粉灰分中以Si O₂为主, 含量高达40.20%。刘志国研究发现焙烧体系中SiO₂可能结合焙烧体系的Ni O, FeO, 使得Ni O和FeO进入到硅酸盐相, 影响镍的还原和回收, 而CaO则能够改善硅酸盐矿物中镍氧化物的还原^[16]。褐煤加入后还带入的Fe₂O₃则增加了焙烧最初铁氧化物的量。在还原气氛不足、还原温度为1200℃ (>570℃) 的条件下, 氧化铁逐级转变过程中的FeO→Fe可能无法实现。当未还原完全的FeO结合焙烧体系中的Si O₂, 可能会生成低熔点的硅酸铁FeO·x SiO₂。硅酸铁FeO·x SiO₂为低熔点矿物。这在一定程度上可以解释褐煤6%较焦粉3%能够提供更强还原气氛, 但是前者条件下选择性还原效果更好的现象。

这些分析表明, 还原剂灰分成分对选择性还原有一定影响。但是, 当褐煤用量6%时, 带入的灰分仅占试样1的0.3474% (=6%×0.0579) ;焦粉用量3%时, 带入的灰分仅占试样1的0.4218% (=3%×0.1406) 。对整个焙烧体系而言, 仅以褐煤6%和焦粉3%带入灰分的这一微小差异, 不足以完全解释褐煤6%和焦粉3%两个还原剂条件下出现的较为明显的选择性还原效果差异现象。因此, 下一步就得从还原剂自身特性出发, 更深一步的揭示还原剂对选择性性还原效果的影响机制。

2.5还原剂反应性对选择性还原的影响

还原剂的反应性是还原剂的一项重要特性。图1所示为不同还原剂种类作用下选择性还原效果的差异。通过分析已知, 还原剂种类对选择性还原的作用机制必然受到还原剂自身特性的影响。因此, 为了更深一步地揭示还原剂对选择性还原效果的影响机制, 有必要测定还原剂的反应性, 从而确定还原剂反应性对选择性还原的作用机制。

反应性可以可以用煤在一定温度下与CO₂相互作用反应能力表示。在我国, 常通过测定煤焦在CO₂气氛中的失重率来评价还原剂的反应性^[15]。本文利用HCT-2热重分析仪, 进行了褐煤、烟煤和焦粉3种还原剂与CO₂的气化反应性研究。煤焦的制备是在真空气氛炉中进行的, 干馏过程如下:将还原剂置入方形刚玉坩埚中, 尽量摊薄, 后密封;抽真空后, 以10℃·min^-1的升温速率随炉升温至900℃, 再保温60 min, 制备的煤焦在封闭的气氛炉内自然冷却, 然后取样气化反应。气化反应结果如图4所示。从图4可知, 它们的反应性顺序为褐煤>烟煤>焦粉。3种还原剂中褐煤的失重率最高, 超过960℃则基本不再改变。烟煤的失重率低于褐煤, 超过1000℃基本不再改变。而焦粉在1000℃以下失重率很低。

图4 3种还原剂与CO2的反应性研究Fig.4 Reactivity of three reductants with CO2

联系图1和4可知, 结果, 可知相同还原剂用量下, 还原剂的选择性还原效果顺序与还原剂的反应性顺序相一致, 均为褐煤>烟煤>焦粉。结合镍和铁氧化物还原的热力学数据, 推断出相同还原剂用量、不同还原剂时选择性还原效果出现显著差异的机制可能为:褐煤的反应性最好, 在还原反应初期, 受传热影响, 坩埚内混合物料有一个升温过程;结合图1中所显示的, 褐煤在较低的温度下就能够发生剧烈的气化反应, 在反应初期的较低温度下, 褐煤作还原剂时, 易于还原的镍先被还原;在反应后期, 温度升温过程完成, 褐煤中的固定碳也基本消耗完全, 能够提供的还原气氛急剧变弱, 在一定程度上控制了铁的还原, 从而表现出较好的选择性。焦粉作还原剂时, 如图4所示, 它与CO₂的气化反应速度最慢, 反应初期能够提供的还原气氛较弱, 经过升温过程到升温完成, 提供的还原气氛增强, 镍和铁也都还原出来。而烟煤的反应活性介于褐煤和焦粉之间, 选择性亦介于二者之间。综上可知, 还原剂用量相同时, 不同还原剂下选择性还原效果的顺序与它们的反应性顺利一致, 都是褐煤>烟煤>焦粉。

当褐煤6%和焦粉3%的条件下, 还原剂特性不会改变, 褐煤的反应性明显优于焦粉反应性。加入的6%褐煤, 在反应初期即发生剧烈的气化反应, 这对易于还原的镍先还原出来有利。因此, 前者条件下表现出较好的选择性还原效果。

3结论

1.在低品位红土镍矿的选择性还原过程, 选择反应性好的、挥发分含量高的、灰分成分硅含量低的还原剂, 且在还原剂低用量时, 有一定的选择性还原效果, 但是经磁选所得镍铁产品镍品位不高。而且, 生成的镍铁颗粒的粒径都比较小, 普遍在0~20μm, 即便进行二段磨矿-精选, 也不能大幅的提高镍品位。这说明了使用添加剂的必要性。确定选用褐煤作还原剂、用量6%, 此时得到了镍品位3.99%、镍回收率92.79%和镍铁回收率之差38.00%的镍铁产品。

2.保证弱还原气氛非常重要, 保证低用量的还原剂对镍的选择性还原有利。但并不是还原剂用量越低越好, 因为, 还原剂用量过低, 不能保证适量的铁矿物还原至金属铁, 也就不能保证后续通过磁选实现镍的有效富集回收。

3.在弱还原气氛、固定碳量一致时, 应选择灰分成分含硅少、钙铁多的还原剂对选择性还原有利。但是由于还原剂用量小, 带入的灰分对于整个焙烧体系而言量很少, 因此起到的作用不大。

4.在弱还原气氛条件下, 选择反应性好的还原剂亦非常重要。反应性好的还原剂在反应初期即发生剧烈的气化反应, 利于易还原的镍氧化物的还原。