褐铁矿型红土镍矿烧结行为研究及工艺优化

摘要

2006年以后,随着经济的迅速发展,我国成为了不锈钢第一大消费国。镍作为不锈钢生产的重要原料,其消费量也随之急剧增长。世界陆基镍资源分为硫化镍矿和红土镍矿,随着硫化镍矿资源的逐渐枯竭,红土镍矿的开发和利用逐渐得到更多关注。目前,世界上应用最广泛的红土镍矿冶炼工艺是回转窑预还原-电炉熔炼工艺(RKEF)。如果采用低品位红土镍矿则会大大增加RKEF工艺的冶炼成本,降低了经济效益。近年来,国内部分企业提出应用烧结-高炉工艺冶炼低镍高铁红土镍矿(即褐铁矿型红土镍矿)的思路得到一定应用与推广。但是国内缺乏对该工艺流程的基础性研究,实际生产缺乏理论指导。因此,对褐铁矿型红土镍矿烧结行为的研究显得很有必要。由于褐铁矿型红土镍矿结晶水含量高,造成了烧结过程透气性差,能耗高,成品率低。只有通过增加配碳量来增加成品率,因此造成了烧结矿中FeO含量严重过高,还原性极差的问题。
　　本研究主要内容包括：①褐铁矿型红土镍矿主要物相为针铁矿(FeO(OH))和一水硬铝石(Al(OH)3)且含有少量的NiFe2O4,铁含量高达46.04％,镍含量为1.2％;干燥后的红土镍矿结晶水含量高达10.87％,羟基含量为3.71％。②一混和二混加水比例的增加使得制粒所得混合料颗粒粒径逐渐减小,混合料料层透气性指数随着一混和二混加水比例的增加先升高后降低,一混与二混加水量比为4:6时达到最大值,混合料分形维数的变化趋势与料层透气性相反;在14~20％范围内,外配水量的增加使得制粒效果逐渐得到改善;但是由于在外配水量为20％时所得混合料烧结时出现严重过湿现象,因此认为最佳外配水量为18％;随着二混制粒时间的增加,制粒效果先改善后恶化,在二混制粒时间为6min中时制粒效果最好。③烧结矿中 FeO的含量随着配碳量增加呈增加趋势;烧结矿主要物相为镁铁尖晶石、镍铁尖晶石或者四氧化三铁等尖晶石相和浮士体相(FeO),在碱度为1.0~1.3时,主要粘结相为铁橄榄石(Fe2SiO4)、MgCaSiO4,碱度为1.5~2.1时,主要粘结相为铁橄榄石(Fe2SiO4)、MgCaSiO4复合铁酸钙(SFCA)。④随着配碳量从6％增加到12％时,烧结矿的成品率从63.29％增加到81.44％,之后,随着配碳量继续增加到16％,烧结矿成品率降低至78.8％;随着配碳量从6％增加到12％,烧结矿的落下强度从60.18％增加到85.40％,之后随着配碳量继续增加而降低;随着配碳量从6％增加到12％,烧结矿的转鼓强度也从53.55％逐渐增加至73.33％,之后随着配碳量增加而降低;抗磨指数的变化趋势与成品率相反;烧结矿在配碳量6％~16％范围内均有很好的还原粉化性能,配碳量越低烧结所得烧结矿抵抗低温还原粉化的能力越强;配碳量9~12％能够获得性能较好的烧结矿。⑤理论计算可知,随着温度的升高,烧结矿液相量逐渐增加,当碱度增加到1.9后烧结矿液相开始产生温度有所提高。此外,在温度达到1300℃以后,随着碱度的增加烧结过程中所产生的液相量逐渐增加。随着碱度的增加烧结矿中FeO含量则呈现逐渐降低的趋势;在碱度为1.0~1.2时,烧结矿的主要矿相是次生磁铁矿相和橄榄石相,橄榄石相分布于次生磁铁矿相周边;在碱度为1.3~1.5时,烧结矿中磁铁矿大致保持原来的结晶外形和边缘,橄榄石相填充于磁铁矿相晶体内;在碱度为1.7~2.1时,烧结矿中的磁铁矿相、橄榄石相以及铁酸钙相的晶粒不规则,相互之间有嵌入现象。碱度增大到1.7后烧结矿中出现大孔薄壁组织,该种组织损于烧结矿的强度。⑥随着碱度从1.0增加到1.3,成品率从73.8％逐渐增加到80.23％,之后,随着碱度增加至1.7成品率基本无变化,碱度继续增大成品率反而迅速降低;落下强度随碱度的变化规律与成品率随着碱度的变化规律相似,但是,落下强度在碱度为1.3时,达到最高,为84.63％;随着碱度从1.0增加到1.2,转鼓强度的值从57.78％迅速增长至69.73％,碱度继续增加,烧结矿转鼓强度反而降低;抗磨指数随着碱度增加大致呈现先降低后升高的趋势,碱度为1.5时出现最小值。烧结矿的还原度指数随着碱度增加逐渐增高;还原速率指数随着碱度变化也呈现逐渐增快的趋势;混合料碱度为1.3~1.7时烧结所得烧结矿各项综合指标最好。