本文選題：氧化鎳礦　切入點(diǎn)：非熔融金屬化還原　出處：《昆明理工大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：鎳是一種重要的戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備金屬,主要用于生產(chǎn)不銹鋼。2015年我國(guó)鎳表觀消費(fèi)量達(dá)96萬(wàn)噸,對(duì)外依存度超過(guò)80%。我國(guó)本土鎳礦資源主要為高堿性脈石型低品位硫化鎳礦和氧化鎳礦;統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示我國(guó)企業(yè)掌控的海外鎳資源80%以上為氧化鎳礦。開(kāi)發(fā)適合處理我國(guó)特色貧鎳氧化礦及海外鎳礦資源新技術(shù)對(duì)緩解我國(guó)巨大的鎳需求意義重大。鑒于此,本論文發(fā)明了煤基非熔融金屬化還原—球磨—磁選鎳鐵新技術(shù)。通過(guò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析,為實(shí)現(xiàn)氧化鎳礦資源低成本、高值、綜合利用提供可靠理論、數(shù)據(jù)支撐。論文在國(guó)家自然科學(xué)基金資助下開(kāi)展了如下工作:.(1)借助 XRD、OM、SEM/EDS、EMPA、TG-DSC、ICP-AES、人工重砂和必要的化學(xué)物相分析方法,系統(tǒng)研究了氧化鎳礦工藝礦物學(xué),確定了氧化鎳礦主要組成礦物及目標(biāo)元素賦存狀態(tài)。云南元江鎂質(zhì)氧化鎳礦主要組成礦物為蛇紋石,其次是鐵氧化物;鎳、鐵為目標(biāo)元素;概況中,約87%的鎳以類(lèi)質(zhì)同相或吸附方式賦存于蛇紋石為主的硅酸鹽礦物,且呈均勻分布,無(wú)法通過(guò)篩析分離富集;鐵則主要分布在鐵氧化物。菲律賓某代表性褐鐵型氧化鎳礦主要組成礦物為鐵氧化物/氫氧化物,其次是粘土和脈石礦物;鎳、鈷和鐵為目標(biāo)元素;概況中,超過(guò)90%的鎳和鐵及50%的鈷集中于鐵氧化物,其余鈷則分布于硬錳礦和脈石集合體。化學(xué)組分與組成礦物粒級(jí)密切相關(guān),通過(guò)篩析可實(shí)現(xiàn)鐵、鎳和鈷的分別富集,但富集程度不高。(2)從熱力學(xué)基礎(chǔ)和元江氧化鎳礦的結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)及還原特性入手分析了氧化鎳礦煤基非熔融態(tài)金屬化還原的可行性,并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了元江氧化鎳礦金屬化還原及磁選分離/富集鎳、鐵。分析表明控制溫度750～1250 ℃,可實(shí)現(xiàn)氧化鎳礦非熔融態(tài)金屬化還原。確定的最優(yōu)工藝參數(shù)為:1200 ℃,60 min,煤量8%,促進(jìn)劑CaF_2量7%,磨礦時(shí)間8min(D97=34.32 μm)和磁場(chǎng)強(qiáng)度150mT,產(chǎn)出了鎳、鐵品位5.7%、70.8%的磁選精礦,鎳、鐵回收率分別為93.8%、84.8%。然而,不加促進(jìn)劑金屬化還原產(chǎn)出的精礦鎳、鐵品位僅為2.6%和62.6%,鎳、鐵回收率低至14.2%和32.5%,表明CaF_2對(duì)鎳、鐵組元金屬化還原促進(jìn)作用顯著。XRD分析顯示精礦主要物相為鎳鐵合金,其次為鎂橄欖石;尾礦主要物相為鎂橄欖石。SEM/EDS分析表明加入CaF_2后鎳遷移較徹底,集中分布于新生鎳鐵合金相,少量鎳鐵合金零星嵌布于硅酸鹽基底,造成鎳、鐵損失。(3)以氯化還原焙燒為切入點(diǎn),通過(guò)熱力學(xué)分析并結(jié)合光學(xué)顯微鏡觀察探討了鎳鐵合金生長(zhǎng)基底,明確了金屬化還原過(guò)程應(yīng)是CO經(jīng)礦物間微細(xì)孔道擴(kuò)散到鎳、鐵化合物表面發(fā)生還原反應(yīng),并非類(lèi)似氯化離析形成揮發(fā)性鎳、鐵化合物吸附到碳顆粒表面發(fā)生還原。對(duì)不同條件下還原產(chǎn)物形貌進(jìn)行了系統(tǒng)研究后發(fā)現(xiàn),無(wú)CaF_2作用,部分鎳、鐵組元發(fā)生原位還原,合金顆粒大都在2μm,升高溫度有利于金屬態(tài)鎳、鐵向外遷移,但遷移、聚合程度不高;加入CaF_2后,鎳金屬化程度提高,新生鎳鐵合金沿硅酸鹽礦物邊緣產(chǎn)出并首尾相連成帶狀,長(zhǎng)度超過(guò)100 μm,且與硅酸鹽礦相界面分明,有利于磁選分離。(4)研究了 CaF_2加入前后鎳、鐵負(fù)載礦物不同反應(yīng)條件下礦相轉(zhuǎn)化行為及CaF_2與礦物的相互作用,確定了煤基非熔融態(tài)金屬化還原過(guò)程促進(jìn)劑CaF_2的作用機(jī)理。結(jié)果顯示,CaF_2誘發(fā)了含鎳蛇紋石[(Mgx,Niy)3Si203(OH)4]化學(xué)鍵斷裂,降低了鎳氧化物解離溫度;促使鐵氧化物和處于不穩(wěn)定態(tài)的鎳氧化物[NiO]向硅酸鹽礦物裂隙和邊緣遷移;抑制會(huì)導(dǎo)致鎳呈惰性的鎳硅酸鎂相(MgNiSi206)生成;促進(jìn)充分接觸的鎳、鐵氧化物反應(yīng)生成更易還原的鐵鎳尖晶石(NiFe204),完成鎳、鐵組元金屬化還原前的有效聚集;促使無(wú)定形態(tài)鎂橄欖石(Mg2Si04)提前產(chǎn)生并和Si02結(jié)合成結(jié)構(gòu)較疏散的頑輝石(MgSi03);促進(jìn)接觸不好的鎳、鐵氧化物自身還原為金屬態(tài)并相互捕集/聚合成較大合金顆粒。通過(guò)氧化鎳礦結(jié)晶水、鐵鎳比及Si02含量等礦物組分調(diào)控和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)證實(shí)了 CaF_2作用下鎂質(zhì)氧化鎳礦非熔融金屬化還原機(jī)理的推論。反應(yīng)過(guò)程符合AE0.5模型,受擴(kuò)散控制,表觀活化能為309.16kJ.mol-1。(5)在內(nèi)徑Φ=0.45 m,長(zhǎng)度L=7.5m的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)完成了半工業(yè)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了工藝穩(wěn)定性和工業(yè)可推廣性。結(jié)果表明當(dāng)窯尾壓力控制在0.02～0.04MPa,鎳、鐵回收率達(dá)91.3%和73.8%,磁選精礦鎳、鐵品位為7.4%和69.6%。半工業(yè)連續(xù)實(shí)驗(yàn)持續(xù)進(jìn)行40天,共處理氧化鎳礦18.5噸,總返塵率約8%,未出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈現(xiàn)象。初步計(jì)算還原工序電耗僅為52.5 kW.h/t-礦。
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【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TF815;TF55

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1 宗樹(shù)森;對(duì)貧氧化鎳礦冶金的幾點(diǎn)意見(jiàn)[J];福州大學(xué)學(xué)報(bào);1962年02期

2 趙，

本文編號(hào)：1560155