红土镍矿烧结实验研究

周永平　马辉　王洪顺　王瑞玲　席海莉

(安阳钢铁股份有限公司)



红土镍矿烧结实验研究

周永平马辉王洪顺王瑞玲席海莉

(安阳钢铁股份有限公司)

红土镍矿成分变化大，含水高，烧损大，烧结性能差成为烧结生产难点。从碱度、配料结构、熔剂等方面研究了对红土镍矿烧结性能的影响。结果表明：碱度逐步从0.7提高到1.2时，烧结矿的强度指标呈下降趋势，但下降趋势不明显，成品率呈下降趋势，而还原度上升明显；在配料中配加南非粉可较大改善烧结性能。

红土镍矿镍铁生产干燥烧结

0　前言

我国是一个镍资源相对贫乏的国家，相当大部分依赖进口。传统的从硫化镍矿中提取镍金属已有近百年历史，工艺成熟，但经多年开采，地球上硫化镍矿资源日渐枯竭，而已探明陆地上的镍矿资源储量约8000 万t，其中硫化镍矿仅占20%，红土镍矿约占75%，而硅酸镍矿占5%[1]，因此用氧化镍矿(俗称：红土镍矿)提取镍金属正逐步成为世界提取镍金属的主流。目前，国内冶炼镍铁生产主要方式有两种，高镍生铁由矿热炉生产，低镍生铁用小型高炉生产，高炉生产镍铁技术已由100 m3高炉发展至600 m3高炉[2]，钢铁研究总院也已进行了高炉冶炼镍铁的相关研究，预计下一步将发展至1000 m3高炉冶炼[3]。随着印尼、菲律宾等红土镍矿主要出口国家对高品位红土镍矿采取限制出口的执行，必然影响高镍生铁的生产成本。通过合理的烧结工艺，不断优化配料结构，减少结晶水含量，同时促进粒度均匀、成分稳定，可有效改善烧结矿质量。由于采用高炉冶炼含镍生铁所使用的原料为烧结矿加少量熔剂的方式，因此，红土镍矿生产的烧结矿性能成为高炉顺行和降低成本的关键，研究高炉冶炼低镍生铁具有十分重要意义。

1　原料处理

红土镍矿是含镍的岩石经长期风化淋滤变质而形成的，是由铁、铝、硅等含水氧化物组成的疏松的黏土状矿石。红土镍矿属非结晶型矿种。不同镍矿类型，成分波动范围为：Ni：0.87%～3.85%，Fe：6%～50%，MgO：1.5%～32%，Si02：5%～58%，Al2O3:1%～15%，P:0.0004%～0.0002%，S:0.001%～0.08%。

红土镍矿的特点是含水较高，尤其是来自印尼和菲律宾的镍矿，一般含水在30%～40%左右，必须进行脱水处理，否则无法混匀、配碳及熔剂添加；试验室采取热返矿与红土镍矿混合脱水，再利用石灰消化来吸收部分红土镍矿的水分。

2　成矿机理

烧结矿采取低碱度，碱度控制为0.6～1.2，低碱度烧结矿的成矿机理完全不同于高碱度烧结矿，该烧结矿的粘结相主要是硅酸盐和橄榄石等，而高碱度烧结矿的粘结相主要是强度高、还原性好的铁酸钙系，而红土镍矿烧结低碱度烧结矿含有较高的MgO和Al2O3，在烧结上又不同于常规低碱度烧结矿, 吕学伟等人认为红土烧结矿中，辉石(MgFeSiO)以液相的形式起到主要的固结作用，含镍镁方铁矿(Mg(Ni)FeO)通过固相重结晶起到粘结效果。

3　实验

本实验在低碱度条件下进行烧结实验，主要研究不同碱度、不同原料结构条件下酸性烧结矿指标(如利用系数、转鼓指数、成品率、固体能耗、粒度组成等)变化以及还原性能变化趋势，研究烧结工艺参数变化对红土镍矿烧结矿指标的影响。通过烧结杯实验，寻找红土镍矿烧结适宜的工艺条件、碱度变化范围以及合理的原料结构，为工业生产含镍烧结矿提供技术指导。

3.1实验设备工艺参数

混合机型号：Φ600×1200混料时间：4.5 min

烧结杯型号：Φ200×600料层厚度：600 mm

点火负压：-6000 Pa正常烧结负压：-9000 Pa

点火时间：1 min保温时间：1.5 min

点火温度：(1000±50)℃

落下高度：3×2 m

3.2原料成分

实验所用原料的化学成分见表1。

表1　实验所用原料成分 　/%

3.3实验方案

本实验使用的铁矿粉主要以红土镍矿为主，分为两种：红土镍矿1和红土镍矿2。考虑到高炉冶炼实验碱度分别为:0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1及1.2，故制定配料方案如下，见表2。

根据公司冶炼含镍2%及4%的铁水要求，制定以下两种含镍烧结矿配料方案：2%含镍铁水所用含镍烧结矿采取单一红土镍矿与普通矿粉两种配矿烧结；考虑到加入普通矿会影响铁水中的镍含量，故4%的含镍铁水采取单一红土镍矿配矿烧结。

表2　实验配料方案 　/%

备注：S1～S6为变碱度方案，S7～S12为变结构方案，S13～S15为变熔剂方案。

3.4实验结果

实验结果见表3。

3.5实验结果及分析

3.5.1碱度变化对性能的影响

实验结果表明：碱度变化对烧结矿指标(尤其转鼓指数、成品率)影响较大。总体来讲，随着碱度逐步从0.7提高到1.2时，烧结矿的强度指标呈下降趋势，但下降趋势不明显，成品率呈下降趋势，固体能耗随成品率的降低升高。但碱度变化对还原度的影响显著，随着碱度的升高，还原度呈上升趋势。主要原因是在碱度较低情况下，烧结矿主要黏结相矿物为铁橄榄石(2FeO·SiO2)和辉石(Mg，Fe)SiO3，具有较好的机械强度，表现在烧结矿转鼓指数方面较高。由于铁橄榄石

表3　烧结矿指标

不易被还原，因此，烧结矿碱度较低时的还原性能较差。

图1碱度对转鼓的影响

图2碱度对利用系数、还原度、成品率的影响

3.5.2原料结构变化对性能的影响

在碱度相同条件下，原料结构的变化对烧结矿指标的影响也比较显著。为考察原料结构变化对烧结矿指标的影响，在不同碱度下配加了20%的南非粉矿，S7～S12结果表明：转鼓指数提高了3～4个百分点，成品率也有所上升，返矿下降了4～5个百分点；几乎是所有指标均有较大幅度的改善，这主要是由于红土镍矿粘度大、水分高、吸水性强等特点，造成其制粒成球性能差、堆密度小、点火效果差、烧结负压高，造成混合料烧结困难，各项指标差，而加入南非矿后，南非矿的特点是比重大、水分低、粘度低、吸水性差，这些特征可以克服红土镍矿自身的缺陷，因此，加入适当的南非矿有利于改善红土镍矿的烧结性能，改善烧结矿指标。

3.5.3熔剂结构变化对性能的影响

当碱度R=1.0时，采用石灰石粉代替部分或全部生石灰调节烧结矿碱度，利用系数有小幅降低，转鼓指数、成品率小幅降低，但还原度有一定提高，这可能与石灰石在烧结过程中释放出CO2，使得烧结矿气孔率升高；当碱度R=0.8时，同样采用石灰石粉调节烧结矿碱度，其烧结矿指标变化与R=1.0时是一致的。

4　结论

(1)不论是采用高炉还是矿热炉处理红土镍矿，都需进行脱水、烧结造块处理，以达到降低冶炼能耗及扩大生产规模的目的，所以进行红土镍矿的烧结实验探索十分必要。

(2)随着碱度的上升烧结矿的强度有所下降但幅度不大，而还原度随着碱度升高则增幅较大，故在满足烧结矿强度的前提下，应提高烧结矿的还原性，建议烧结矿碱度控制在1.0±0.1，以减少在冶炼过程中的能耗。

(3)烧结熔剂方面，由于生石灰与石灰石调节烧结矿碱度时，烧结矿指标变化不大，但生石灰价格较石灰石要高许多，故在选择烧结熔剂时应采用石灰石；对难以烧结的高镍低铁红土镍矿可考虑适当配加部分烧结性能较好的矿粉的方法改善烧结性能，提高烧结矿的主要技术指标。

[1]潘云从，施维一，蒋继穆，等．重有色金属冶炼设计手册(铜镍卷)[M]．北京：冶金工业出版社，1996：694-700．

[2] 潘料庭，杨静，许严邦．红土镍矿烧结配加添加剂的工业试验[J]．烧结球团, 2013, 38(2):25-27.

[3] 郭培民，赵沛，庞建明．高炉冶炼红土矿生产镍铁合金关键技术分析与发展方向[J]．有色金属(冶炼部分),2011(5):3-5.

[4] 吕学伟，白晨光，张立峰，邱贵宝，等．印度尼西亚红土镍矿脱水一烧结机理[J]．钢铁, 2008, 43(12):14-16.

STUDY ON SINTERING EXPERIMENT OF LATERITE NICKEL ORE

Zhou YongpingMa HuiWang HongshunWang RuilingXi Haili

(Anyang Iron and Steel Stock Co.,Ltd)

The composition change of laterite nickel ore is large, water cut is high, the loss is big, sintering performance is poor. These become a difficult point in sintering production.The sintering performance of laterite nickel ore is studied from the basicity, the structure of the ingredients, flux, etc. The results showed that alkalinity gradually increased from 0.7 to 1.2, the sinter strength index is on the decline, but the decline is not obvious, the yield is on the decline, the reduction degree rise significantly; sintering performance can be improved by adding South Africa powder in ingredients.

nickel lateriteferronickel productiondryingsintering

联系人：周永平，高级工程师，河南.安阳(455004)，安阳钢铁股份有限公司技术中心;2016—2—14