鎳金屬具有良好的機械強度和延展性、耐高溫、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、在空氣中不氧化等特征，是一種十分重要的有色金屬原料，被用來制造不銹鋼、高鎳合金鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。近年來，隨著不銹鋼生產(chǎn)規(guī)模的快速擴張，鎳資源的需求也日益擴大，同時，國外含鎳資源日益控制出口，造成鎳資源量日趨緊張。研究開發(fā)和利用國內(nèi)一些品質(zhì)較差的含鎳資源，對于降低不銹鋼生產(chǎn)成本具有重要意義。
鎳金屬的回收工藝多為濕法（浸出）和火法（直接還原等），加工成本高，經(jīng)濟性差。而采用焙燒磁選一反浮選工藝可生產(chǎn)含鎳鐵精礦產(chǎn)品，通過機械選礦法即可同時回收鐵和鎳，含鎳鐵精礦通過燒結(jié)冶煉含鎳鐵水，供不銹鋼生產(chǎn)使用。
西北某地鎳鐵礦是一個以鎳為主伴生鐵、鈷、鉻等有益元素的大型多金屬新型礦床。分為鐵質(zhì)鎳礦、硅質(zhì)鎳礦和鎂質(zhì)鎳礦三種類型，其中鐵礦中鎳含量最高，達(dá)到0.5%以上。本研究利用選礦方法，通過焙燒磁選一反浮選工藝回收鐵質(zhì)鎳礦（文中稱為鎳鐵礦石）中鎳和鐵，得到鐵、鎳金屬同時富集的效果，生產(chǎn)出用于不銹鋼生產(chǎn)的含鎳鐵精礦，為鎳鐵礦石的綜合利用提供理論參考，
1 礦石性質(zhì)
采取三個礦體的礦樣，其所代表的礦石儲量占礦區(qū)總儲量的90%以上，按儲量比配成綜合樣，以下稱為試驗原礦。
1.1 原礦多元素化學(xué)分析
首先對礦樣進(jìn)行多元素分析，分析結(jié)果見表 1。
由表 1可見，礦石鐵品位在38%左右，按鐵礦石標(biāo)準(zhǔn)看，屬于貧鐵礦石，需選礦富集。從鎳品位看，含量達(dá)到1.10%，達(dá)到了回收利用標(biāo)準(zhǔn)。從礦石中單樣分析結(jié)果看，鎳含量與鐵品位呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，鐵品位越高鎳含量越低。可見，鐵、鎳兩種元素均為本礦石中的主要回收利用成分。選礦試驗也將主要針對這兩種元素的礦物進(jìn)行回收研究。
礦樣中伴生的其它有用成分還有鉆、鉻等，含量也相對較高。鉆有一定的回收價值，鉻對不銹鋼來說屬于有益成分，在選礦中無需刻意脫除。
1.2 礦物組成分析
對礦樣進(jìn)行礦物組成分析，發(fā)現(xiàn)礦樣中有用鐵礦物為褐鐵礦、赤鐵礦和少量磁鐵礦、磁赤鐵礦。脈石礦物以石英、碧玉、蛋白石為主，黏土礦物次之。試樣中未見鎳的獨立礦物。礦物組成及含量見表 2。
褐鐵礦呈大小不一形狀不定的塊狀、松散土狀、蜂窩狀構(gòu)造，呈微晶、隱晶、凝膠狀、細(xì)脈狀嵌布于赤鐵礦、磁鐵礦、石英、蛋白石等礦物周邊、顆粒間和裂隙中，疏松不易磨光。其中多包裹有粒度小于10μm的石英、碧玉等脈石顆粒。其集合體嵌布粒度最大1 000μm以上，小的小于10 μm，一般在40 - 70μm。赤鐵礦呈塊狀、條帶狀構(gòu)造，半自形、它形粒狀、細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)分布于脈石、磁鐵礦、褐鐵礦中及周邊。嵌布粒度不均勻，部分集合體粒度較粗，裂隙發(fā)育，大的可達(dá)l 000μm以上，小的也有100μm，大多分布在200 - 300μm。
2 流程選擇
該礦石中鐵礦物以弱磁性的赤、褐鐵礦為主，磁性較強的磁鐵礦和磁赤鐵礦含量較少。若想回收這部分弱磁性鐵礦物目前只能通過焙燒一磁選工藝或者強磁選別。焙燒一磁選工藝是將礦石中的赤、褐鐵礦等弱磁性鐵礦物在一定溫度和還原氣氛條件下轉(zhuǎn)變?yōu)閺姶判缘V物，然后通過弱磁選別進(jìn)行回收的一種生產(chǎn)工藝。該工藝在酒鋼選燒廠塊礦豎爐作業(yè)區(qū)已有數(shù)十年的生產(chǎn)歷史，但也存在能耗高、操作較為復(fù)雜等缺點。而近幾年國內(nèi)出現(xiàn)了新型高效的強磁選機，如立環(huán)脈動高梯度強磁選機等，具有投資小、占地面積小等優(yōu)點，對此類礦石的回收有一定的積極意義。本文進(jìn)行了焙燒一磁選和強磁選工藝兩種流程的對比試驗，尋找處理該礦石的合理方案。
3 焙燒磁選試驗
根據(jù)礦石性質(zhì)，首先選擇進(jìn)行了還原焙燒一磁選試驗。礦石的還原焙燒在工業(yè)生產(chǎn)豎爐中進(jìn)行，還原劑為高爐煤氣。焙燒礦的多元素化學(xué)分析結(jié)果見表 3。
與表 1中原礦數(shù)據(jù)對比，礦石焙燒后成分有一定幅度的變化，變化最大的是鐵和硅，兩者都較大幅度的升高，變化的主要原因是焙燒去除了燒失成分所致。其它成分變化相對較小。
3.1 焙燒礦磨礦細(xì)度試驗
磨礦細(xì)度是影響選別指標(biāo)的最主要因素，使鐵礦物得到充分解離是獲得較好選別指標(biāo)的保證。為此，在磁場強度125 mT 條件下，對原礦進(jìn)行了磨礦細(xì)度磁選管試驗，結(jié)果見圖1。
由圖l可見，隨磨礦細(xì)度變細(xì)，精礦鐵品位逐步提高，精礦回收率呈下降趨勢，尾礦鐵品位升高。精礦中鎳品位隨磨礦細(xì)度的變化不大。-74μm 67%以上時，精礦中鐵品位變化幅度減小或變化不明顯。 糯此磨礦細(xì)度即為適宜的磨礦細(xì)度，為了減小磨礦細(xì)度波動 帶來的影響，選擇-74μm占70%左右的磨礦細(xì)度進(jìn)行其他條件試驗。
從鎳品位看，礦樣中的鎳也在鐵精礦中得到富集，且隨鐵品位的升高而升高，在精礦中的回收率高89%以上。表明本礦石中鐵、鎳可以同時回收。
3.2 磁場強度條件試驗
為了探索磁場強度對精礦有價元素指標(biāo)的影響規(guī)律，利用磁選管進(jìn)行了磁場強度條件試驗，以確定磁選機最佳磁場強度，試驗結(jié)果見圖2。
由圖2可見，隨磁場強度升高，精礦鐵品位呈下降趨勢，鐵回收率升高。磁場強度過高和過低對鎳品位和回收率都不利。從指標(biāo)看，磁場強度在100-150 mT較為適宜。
3.3 焙燒礦弱磁選試驗
根據(jù)以上試驗結(jié)果，在-74μm 70%、場強130mT的條件下進(jìn)行單一弱磁選試驗，試驗結(jié)果見表 4。
從表 4可見，采用焙燒磁選工藝，可獲得精礦鐵品位48.59%、鎳品位1.38%、鐵回收率89.59%、鎳回收率88.35%的選別指標(biāo)，鐵品位、鎳品位均有較大幅度的提高。
4 弱磁精礦精選試驗
對上述試驗中精礦的化學(xué)分析表明，焙燒磁選精礦中Si02含量偏高，達(dá)到 20.73%。不滿足冶煉要求。為了進(jìn)一步降低Si02含量，提高精礦品質(zhì)，我們進(jìn)行了反浮選提質(zhì)降雜精選試驗。浮選所用捕收劑為陽離子胺類捕收劑，抑制劑為工業(yè)淀粉，不加其它藥劑，試驗用水為自來水。
4.1 捕收劑用量試驗
首先對捕收劑的用量條件進(jìn)行了試驗，流程為一次粗選、一次精選，試驗結(jié)果見圖3。
從圖3可見，浮選工藝可有效降低雜質(zhì)Si02含量，隨捕收劑用量增加，精礦中Si02含量明顯降低，精礦鐵品位、鎳品位進(jìn)一步提高，精礦質(zhì)量得到改善。綜合考慮回收率指標(biāo)，捕收劑用量選擇為150g/t為宜。
4.2 弱磁精礦再磨細(xì)度試驗
對磁選精礦進(jìn)行再磨，以進(jìn)一步提高鐵礦物解離度，從而為浮選分離脈石礦物創(chuàng)造有利條件。捕收劑用量150 g/t，在不同的再磨細(xì)度下進(jìn)行浮選試驗，試驗結(jié)果見圖4。
從圖4可見，隨再磨細(xì)度變細(xì)，精礦鐵品位、鎳品位進(jìn)一步提高，雜質(zhì)Si02含量下降，- 50”m <188. 5%時，Si0_含量由給礦中的18. 90%降低到11%以下，且磨礦細(xì)度再增加時，指標(biāo)變化不明顯。因此，確定再磨的磨礦細(xì)度為-50 Pm 88%。
4.3 反浮選閉路試驗
由于浮選工藝降硅效果明顯，為了提供較全面的浮選指標(biāo)，又進(jìn)行了浮選閉路流程試驗。為同時兼顧品位和回收率，流程中增加了精選和掃選，確定試驗流程為一次粗選、一次精選、三次掃選。試驗條件：捕收劑用量粗選132 g/t，精選44 g/t，抑制劑用量600 g/t，試驗結(jié)果見表 5。
4.4 全流程試驗結(jié)果
從原礦開始計算，流程圖見圖5，最終試驗指標(biāo)見表 6。
5 強磁選試驗
針對原礦中主要鐵礦物為弱磁性的褐鐵礦、赤鐵礦，進(jìn)行了強磁選對比試驗。試驗采用高梯度強磁選機進(jìn)行。影響強磁選指標(biāo)的因素較多，本次試驗中僅對兩種主要因素磨礦細(xì)度和磁場強度進(jìn)行選擇試驗，最終的試驗結(jié)果見表7。
與焙燒磁選指標(biāo)相比，強磁選工藝的選別指標(biāo)較差，精礦品位和回收率低，精礦鐵品位僅為41%左右，鎳品位也較低，為1.24%。經(jīng)分析，綜合精礦中含有11.2%左右的燒減量，通過燒結(jié)去除燒減后，精礦鐵、鎳品位可分別提高到46.45%、1.40%，與焙燒磁選指標(biāo)相比，鎳品位相近，而鐵品位依然偏低 2-3個百分點。同時，強磁選精礦的鐵和鎳的回收率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于焙燒磁選，這對資源的充分利用極為不利。
6 產(chǎn)品分析
對焙燒磁選和浮選兩種精礦分別進(jìn)行多元素化學(xué)分析，以了解相關(guān)成分（對冶煉有害成分和伴生成分）的含量。分析結(jié)果見表 8。
從表 8中分析數(shù)據(jù)看，影響精礦品位的主要成分是Si02，焙燒礦精礦中Sioz含量高達(dá)19%左右。從對材質(zhì)和高爐有害的主要元素S、P、K20、Na20含量看，均符合高爐對鐵精礦的要求。
伴生有用成分主要為鉆、鉻，在精礦中都有所富集，由于精礦產(chǎn)率高，其回收率也較高。
7 結(jié)論
1)本試驗鎳鐵礦中主要鐵礦物為褐鐵礦，其次為赤鐵礦。大量試驗數(shù)據(jù)表明，本礦石在選礦中鐵、鎳元素可同時富集到同一精礦產(chǎn)品中，因此可采用選鐵工藝來同時回收鐵礦物和鎳礦物。
2)采用焙燒磁選工藝，磨礦細(xì)度-74 pxn占 [72. 8%，經(jīng)過兩段磁選，可獲得精礦鐵品位 48.59%、鎳品位1.38%、鐵回收率89.59%、鎳回收率88.35%的選別指標(biāo)。精礦中雜質(zhì)Si02含量還很高，達(dá)到20%左右，該產(chǎn)品用于冶煉在經(jīng)濟上不合理。
3)采用反浮選降硅工藝對焙燒磁選精礦進(jìn)行再磨再選，可有效降低雜質(zhì)Sioz含量。當(dāng)磨礦至-50μm 87%時，經(jīng)過一次粗選、三次掃選，精礦鐵品位可提高到54.08%、鎳品位提高到 1.58%，Sio2含量降低到12.51%。
4)采用強磁選工藝不能有效選別礦石中的鐵礦物，各項指標(biāo)遠(yuǎn)低于焙燒礦
5)從技術(shù)角度看，該礦石能夠生產(chǎn)出含鎳1.38%以上的鐵精礦供冶煉用，得到含鎳鐵水，鎳含量達(dá)3%左右，可供不銹鋼用，經(jīng)濟效益遠(yuǎn)大于單一選鐵或單一回收鎳，經(jīng)濟價值較好。
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