硫代硫酸钠在红土镍矿还原焙烧-磁选工艺中的作用
史鹏政a,杜文广b,杨 颂b,刘守军a,上官炬b
【摘 要】摘 要:以硫代硫酸钠作为添加剂，用于红土镍矿还原焙烧-磁选工艺。研究发现,该添加剂兼具碱金属盐及硫化剂的作用。在焙烧过程中，硫代硫酸钠中的碱金属离子将硅酸盐相中的镍离子置换出来;硫代硫酸钠中的S在还原阶段与铁氧化物高温下生成Fe-Ni-S相,并以液态的形式实现对镍铁的富集,而没有磁性的FeS在后续的磁选分离中得以抛除,又实现对镍的分选。对还原焙烧及磁选工艺条件进行了考察,结果表明:还原温度为1 100 ℃,还原时间60 min,还原气CO与CO2体积比为8/2,添加剂质量分数20%,磁场强度0.15 T,磨矿时间1.0 min时,精矿镍品位及回收率分别从最初的2.58%、41.66%增加至7.62%、64.83%,而镍铁回收率差可达47.10%,达到了镍的富集及分选的目的。 【期刊名称】太原理工大学学报 【年(卷),期】2016(047)002 【总页数】6
【关键词】关键词:红土镍矿;硫代硫酸钠;还原焙烧;分选
镍是一种重要的有色金属原料,因其化学性质稳定、延展性好、机械强度高等特点,广泛应用于化工、冶金、石油、电池电镀、机械制造、航天等领域。其中，冶金行业里不锈钢中镍的使用量占全球镍资源消耗的65%[1]。由于品位高、选别容易的硫化镍矿资源日趋减少,对品位低、储量丰富的红土镍矿的开发利用显得尤为重要,已成为世界性的课题[2]。
为了应对国际镍价的高涨,在不锈钢制造工艺中利用低成本的镍铁合金取代镍板及精炼镍已经成为一种趋势[3]。日本大江山冶炼厂首先在回转窑中采用还原焙
烧-磁选工艺制备镍铁合金[4],被认为是目前最经济、高效的处理红土镍矿的方法,但是该方法其还原焙烧温度仍高达1 450～1 500℃。为了降低能耗,研究者们发现选择适宜的添加剂可以达到降低还原焙烧温度、提高镍铁富集程度的效果。对国内外红土镍矿还原焙烧工艺中添加剂的使用现状进行研究后发现,添加剂按其作用划分可以归为两类。一类是碱金属盐添加剂。李光辉等[5]发现,Na2CO3、Na2SO4在还原焙烧过程中对镍铁富集具有促进作用;蒋曼等[6]发现,CaCO3、CaSO4在还原焙烧过程中对镍选择性还原效果较差;李波等[7]在低品位红土镍矿气-固还原和固-固还原过程中使用CaO做助熔剂;卢杰等[8]将添加剂Na2SO4用于红土镍矿还原焙烧,发现Na2SO4在降低还原焙烧温度的同时能达到较好的选别指标。另一类是硫化剂。VALIX et al[9]研究表明,添加剂S的存在能够明显改善镍的选择性回收效果;HARRIS et al[10]研究发现，Ni能够被选择性硫化形成Fe-Ni-S,并在1 050～1 100 ℃之间通过熔融流动聚集。 基于以上思路,选取Na2S2O3作为添加剂。该添加剂兼具碱金属盐及硫化剂的作用,能够在降低还原焙烧温度、富集镍铁的基础上,提高镍选择性回收的效果;并采用气基CO还原,排除煤的种类及灰分对还原焙烧过程的影响。该添加剂的应用为还原焙烧-磁选工艺在降低能耗、成本及工艺的改进方面提供了一种新方法。
1 实验部分
1.1 原料与试剂
实验所用红土镍矿来自印度尼西亚。本文选用的添加剂均为分析纯,一氧化碳为还原气体,二氧化碳为配合气体,氮气为载气。
采用化学分析方法对原矿的镍物相进行检测。结果表明，该红土镍矿中镍、铁
品位仅为1.34%、25.38%；在原矿中以硅酸盐形式存在的Ni质量分数为1.11%,占全镍质量的82.83%,而以简单氧化镍形式存在的Ni质量分数为0.12%,占全镍质量的8.96%。可见，该矿样中绝大部分镍赋存于复杂硅酸盐物相中,属于典型的低品位硅镁型红土镍矿[11]。对原矿的主要矿物组成采用X射线衍射仪测定，见图1。从图中可以看出，原矿中主要矿物组成是利蛇纹石,针铁矿及少量的赤铁矿。 1.2 实验流程
将红土镍矿原矿烘干后磨细至粒径小于0.15 mm占90%以上,然后与添加剂按一定质量比混合均匀,加适量蒸馏水捏合,挤条成型(d=3 mm),置于烘箱中35 ℃干燥,制成?3 mm×3 mm柱状颗粒备用。
称取10 g左右样品置于陶瓷管中央,其余部分填满瓷环(与样品接触处用石英棉填充)，避免样品坍塌。之后置于箱式电阻炉(SK-8-13型)内,程序控制升温达到指定温度后,通入一定体积比的CO/CO2混合气,气体流速控制为200 mL/min。反应结束后,通入氮气保护，冷却至室温,得到还原焙烧矿。将还原焙烧矿磨细后经湿式磁选机磁选分离,得到镍铁精矿。
2 结果与讨论
2.1 添加剂的作用 2.1.1 不同添加剂的影响
固定还原产物磁选条件,在还原温度为1 100 ℃,还原时间60 min,V(CO)/V(CO2)为8/2,总气速200 mL/min,添加剂质量分数为20%的条件下,选用不同添加剂进行还原焙烧实验,考察其对镍品位及回收率的影响,结果见图2。所选用的添加剂有：碳酸钠(Na2CO3)，生物质灰，硫化钠(Na2S)，硫
硫代硫酸钠在红土镍矿还原焙烧-磁选工艺中的作用
