红土镍矿选择性还原焙烧过程中的相变转化

D0I:10.13374/j.issn1001053x.2013.01.008 第35卷第1期 北京科技大学学报 Vol.35 No.1 2013年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan,2013 红土镍矿选择性还原焙烧过程中的相变转化 蒋曼，孙体昌，刘志国，张士元，刘娜，寇珏，曹允业 北京科技人学金属山高效开采及安全教育部重点实验室，北京100083 通信作若，E-nail:suntcoces.ustb.(du.cm 摘要针对传统选刊矿方法难以回收低品位红土镍中有价金属镍的问题，采用选择性还原焙烧法研究了不同焙烧温 度以及不同焙烧时间条件下红土镍矿(Ni品位为1.49以)中发生的微观结构变化以及相变转化.通过X射线衍射、扫描 电镜及X射线能谱分析等测试手段分析表明，在不同焙烧温度及不同时间条件下经选择性还原后的红土镍矿中，镍氧 化物逐渐被还原成镍铁合金相，铁氧化物主要转变成浮氏体相，硅酸盐主要以橄榄石形式存在.最后通过还原焙烧磁选 试验证实，还原剂为烟煤，添加剂为NCS,两者用量分别为原矿质量的2%和7%，在1200℃条件下焙烧50mi,磁选 分离得到镍铁产品中镍品位为9.78%，镍的回收率为92.0%，镍铁回收率差为62.51%.实现了红土镍矿中镍铁的选择 性还原 关键词镍矿处理；矿物还原：矿物焙烧：磁选分离；相变 分类号TD95:TF644 Phase transformation of nickel laterite ores in the selective reduction roasting process JIANG Man.SUN Ti-chang.LIU Zhi-guo.ZHANG Shi-yuan.LIU Na.KOU Jue.CAO Yun-ye Key Laboratory of the Ministry of Education of C'hina for High-efficient Mining and Safety of Metal Mines,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China Correspouding author.E-mail:suntcaces.ustb.edu.cn ABSTRACT Since it is difficult to extract nickel from laterite ores with low nickel grade by traditional beneficiating methods,the microstructure and phase transforination of a nickel laterite ore with the nickel grade of 1.49%were investigated by using a selective reduction roasting method at different roasting temperatures and time.X-ray diffraction (XRD),scanning electron microscopy (SEM)and energy dispersive spectrometry (EDS)results show that after selective reduction roasting at different roasting temperatures and time.nickel-ferrous minerals in the nickel laterite ore are reduced to ferronickel gradually.while ferrous minerals are mainly transformed to wustite.Silicate minerals exist in the formation of olivine in the roasted ore.Reduction roasting and magnetic separation experiments illustrate that when the nickel laterite ore with the addition of 7%NCS as the additive and 2%soft coal as the rednctant roasts for 50 min at 1200 C.the ferronickel product obtained from magnetic separation has the nickel grade of 9.78%with the nickel recovery of 92.06%.and the recovery difference of nickel and iron is 62.51%.The experimental result indicates that nickel-ferrous and ferrous minerals were reduced selectivelv. KEY WORDS nickel ore troatment:ore reduction:ore roasting;magnetic separation:phase transitions 地壳中镍资源70%属于红土型镍矿床，30%属矿岩体经风化、淋滤和沉积后形成的地表风化壳矿 于岩浆型铜镍硫化物矿床，但目前60以以上的床，矿石自然类型以褐铁矿型和腐岩型为主，工业 镍产量来源于硫化镍矿.随着世界可供开发的硫类型为硅酸镍矿石，镍元素主要以硅酸盐矿物形式 化镍资源短缺，全球镍行业将资源开发的重点逐赋存，因此采用传统选矿工艺难以回收红土镍矿中 步转向红土镍矿资源，红士镍矿资源为硫化镍的镍资源，这严重制约了红土镍矿的有效利用巴，由 收稿日期：201205-02

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 红土镍矿选择性还原焙烧过程 中的相变转化 蒋 曼, 孙体 昌 , 刘志国, 张士元, 刘 娜 , 寇 妞, 曹允业 北京科技人学金属初 山高效开采及安个教育部重点实验室, 北京 」 通 信作 者 , 一 、,川 回 。、 、、 。 , 摘 要 针对传统选矿方法难 以回收低品位红土镍矿中有价金属镍 的问题, 采用选择性还原焙烧法研究了不同焙烧温 度 以及 不 同焙烧 时 间条 件下红 土镍矿 品位 为 叮 中 发生 的微观 结构 变化 以及相 变转化 通 过 射线 衍射 、扫描 电镜及 射线能谱分析等测试手段分析表明, 在不同焙烧温度及不同时间条件下经选择性还原后的红土镍矿中, 镍氧 化物逐渐被还原成镍铁合金相 , 铁氧化物主要转变成浮氏体相, 硅酸盐主要 以橄榄石形式存在 最后通过还原焙烧磁选 试验 证实 , 还 原剂 为烟 煤 , 添加 剂为 , 两者 用量 分别为 原矿 质量 的 和 , 在 ℃条件 下焙烧 , 磁 选 分离 得到 镍铁 产 品中镍 品位 为 男, 镍 的 回收 率为 蛇 洲 , 镍铁 回 收率差 为 实现 了红土 镍矿 中镍 铁的选 择 性还 原 关键 词 镍 矿处 理 矿物 还原 矿物焙 烧 磁选 分离 相 变 分类号 肌 召 八一 梦 该一卿 。 艺 八 一脚 姗 , 九 。, 召八 一圳 , 、 、 , , , 〔' 只、 谈红 , 入 扮 入 , 。 , , , 艺 、飞, 一 一 以 一, 一刀 〔 一, 士 一 一 、 、, , 一〕 、一、 , 、 〔 一 洲 朋 一〕 一叮 份 , 、 人 , 、 〔· 。 ℃ 邵 〕 一 、 ℃ 、 , 、 · 、 , 、 况 一 ℃ , 、 ,一 、 、 。 。叩 , 、品 一 , ·, 、 , 、 川 、 , 一 、 一` 一 一 介 一 , 一 ℃〔 。 ℃ 地 壳 中镍 资源 属 于 红土 型 镍矿 床 , 怀属 于岩浆型铜镍硫化物矿床 , 但 目前 以上 的 镍 产 量 来 源 于 硫 化 镍 矿 随着 世 界 可 供 开 发 的 硫 化 镍 资源 短 缺 , 全球 镍 行 业 将 资 源 开 发 的 重 点逐 步转 向红土镍矿 资源 红土镍矿资源为硫 化镍 矿岩体经风化 、淋滤和沉积后形成的地表风化壳矿 床 , 矿石 自然类型以褐铁矿型和腐岩型为主, 工业 类型为硅酸镍矿石 , 镍元素主要 以硅酸盐矿物形式 赋存, 因此采用传统选矿工艺难以回收红土镍矿中 的镍资源, 这严重制约了红土镍矿的有效利用冈由 收稿 日期 一 一 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2013.01.008

28 北京科技大学学报 第35卷 于红土镍矿的成分复杂、矿石性质多变迥异，目前 计价，且镍铁中铁不计入价格的定价方式，因此采 研究表明，采用火法治金工艺处理红土镍矿制取镍 用选择性还原红土镍矿中含镍矿物，而控制铁矿物 铁产品是最有效方法，但火法冶金过程中的相变转 的还原，可提高镍铁产品中镍富集比，实现镍产品 化影响着镍铁产品的富集回收，因此研究相变转化 的最大经济效益.针对镍铁选择性还原焙烧过程中 对综合回收红土镍矿中镍、铁资源具有重要的指导 的相变转化研究较少，制约了红土镍回收镍工艺 意义 技术的发展，特别是低镍高铁红土镍矿资源的回收 针对以上问题，近年来国内外学者对褐铁矿型 利用 和腐岩型含镍红土矿提镍工艺进行了深入研究.李 在文献17中以Ni品位1.49%，Fe品位34.69% 新海等3！研究了红土镍矿氯化离析过程中相转变 对镍回收的影响规律，得出氯化离析过程中含铁矿 的红土镍矿为研究对象考察了不同煤种类及添加 剂的选择性还原红土镍矿回收高镍品位镍铁产品 物被还原转化成浮氏体相，并与熔融的硅酸镁反应 的试验研究，以烟煤为还原剂，NCS为添加剂， 生成富铁橄榄石相，破坏了硅酸镁晶格，从而提 在1200℃下焙烧磁选得到镍铁产品中Ni品位 高了硅酸镁中镍的活性；但该工艺存在环境污染问 题，并未得到工业应用.Vaix等4-列采用硫化焙 为9.51%，Ni回收率为84.04%，镍铁回收率差为 54.49%，,实现了镍的选择性还原.研究发现添加剂 烧浸出工艺处理红土镍矿，研究了添加硫化剂在 NCS及焙烧温度对红土镍矿中镍的选择性还原有 还原焙烧过程红士镍矿的相变转化，结果表明焙烧 关键的影响，但文献仅进行了提镍工艺研究，并未 过程中蛇纹石脱羟基熔融为非晶态的硅酸镁，然后 重结晶为铁镁橄榄石：此研究结果对后续湿法浸出 对焙烧过程中的矿物相变进行详细的研究.因此， 本文对不同焙烧温度及时间条件下选择性还原焙烧 工艺提镍有指导意义.Rhamdhani等6-刊研究了低 过程中镍铁矿物的相变转化进行了研究，后续采用 温焙烧浸出工艺回收镍过程中红土镍矿的结构变 磁选分离验证相变转化对选择性还原影响的效果 化、相变以及焙烧过程中的反应热力学；该工艺流 程复杂，对环境污染大，仅能实验室完成.吕学伟 1试样性质及研究方法 等8：和Huag等9，分析了红土镍矿在脱羟基反应 试样为含Ni品位1.49%、Fe品位34.69%的低 过程中的相变转化，发现焙烧过程中红土镍矿熔融 镍高铁红土镍矿，由于试样水分较高，因此在制备 烧结，且黏接相主要是辉石(MgFeSi2.Os)和镁方铁 矿(Mg(Ni)Fe2O4):而Wang等1o则认为铁镁橄榄 试样前需要先把试样烘干后再进行破碎、筛分以及 石(Mg,Fe)2SiO4和铁镁尖晶石(MgFe2O4)为主要 缩分.化学物相分析表明，镍在氧化物、硫化物和 黏结物相.Chang等l2)得出1000℃恒温微波加热 硅酸盐矿物中的质量分数分别为3.22%、0.81%和 95.97%,可见镍主要分布在硅酸盐中 过程中红土镍矿中针铁矿逐渐还原转化成赤铁矿、 磁铁矿和浮氏体相，并随还原气氛增强出现镍铁合 试样的X射线衍射分析图见图1.分析结果表 金相.Zhu等2采用选择性还原焙烧处理低品位红 明，试样中含镍矿物主要为镍纤蛇纹石，含铁的矿 土镍矿，分析了焙烧过程中红土镍矿的相转变，结 物主要为针铁矿和赤铁矿，另外硅酸盐矿物主要为 果表明含镍矿物主要被还原成y-Fe-Ni富集在金属 利蛇纹石和纤蛇纹石 相中，而蛇纹石与添加剂反应转化成橄榄石相，但 红土镍矿选择性还原焙烧温度试验步骤如下： 磁选所得镍铁产品中N品位偏低仅为6.0%，回收 称取40g试样，还原剂和添加剂NCS的质量分别 率92.1%.及亚娜等3-16采用选择性还原焙烧-磁 占原矿质量的2%和7%，将三者混匀倒入石墨坩埚 选工艺制取镍铁产品，研究了不同还原剂对某低镍 中，密封后置于箱式电阻炉(KSY-12-16型)中，进 低铁(Ni品位为1.78%，Fe品位为18%)红土镍矿 行恒温焙烧50mi.依次设置五组焙烧温度对照实 选择性还原焙烧过程中相变转化的影响，结果表明 验，分别为1050、1100、1150、1200和1250℃.焙 焙烧过程中蛇纹石相转化为富铁橄榄石相，镍、铁 烧时间实验步骤同上，在1200℃条件下设置四组 矿物先以镍纹石形式存在，但随着还原气氛增加， 焙烧时间对照实验，依次为5、10、30和50mim 逐渐变为铁含量高的铁纹石相，导致选择性还原效 X射线衍射分析(XRD)和电子显微镜观察试 果变差.从以上文献研究得出，火法提镍工艺是目 样制备过程如下：取不同焙烧条件下的焙烧矿，一 前红土镍矿处理工艺的研究热点，但以上研究中的 半在振动磨样机上制取粉末样品进行X射线衍射 红土镍矿试样均为镍品位相对较高而铁品位较低 分析，研究不同矿物相变转化过程；另一半制取磨 另外，当前镍铁产品实行镍品位大于2%时以镍点 片并喷碳，用扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS)观

北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 于红土镍矿的成分复杂 、矿石性质多变迥异 , 目前 研究表 明, 采用火法冶金工艺处理红土镍矿制取镍 铁产品是最有效方法, 但火法冶金过程 中的相变转 化影响着镍铁产品的富集回收 , 因此研究相变转化 对综合回收红土镍矿中镍 、铁资源具有重要的指导 意义 针对 以上 问题 , 近年来国内外学者对褐铁矿型 和腐岩型含镍红土矿提镍工艺进行 了深入研究 李 新海等 研 究了红土镍矿 氯化离析过程 中相转变 对镍回收的影响规律, 得出氯化离析过程中含铁矿 物被还原转化成浮氏体相, 并与熔融 的硅酸镁反应 生成 富铁橄 榄石相 , 破坏 了硅 酸镁晶格 , 从而提 高 了硅酸镁中镍 的活性 但该工艺存在环境污染 问 题 , 并未得到工业应用 等 一 采用硫化焙 烧一浸 出工艺处理红土镍矿 , 研究 了添加硫化剂在 还原焙烧过程红土镍矿的相变转化 , 结果表明焙烧 过程中蛇纹石脱轻基熔融为非晶态的硅酸镁 , 然后 重结晶为铁镁橄榄石 此研究结果对后续湿法浸出 工艺提镍有指导意义 等 一 研究了低 温焙烧一浸 出工艺回收镍过程中红土镍矿 的结构变 化 、相变 以及焙烧过程中的反应热力学 该工艺流 程复杂, 对环境污染大, 仅能实验室完成 吕学伟 等 和 等叫 分析了红土镍矿在脱轻基反应 过程中的相变转化, 发现焙烧过程 中红土镍矿熔 融 烧结, 且豁接相主要是辉石 。 和镁方铁 矿 而 等 '。则认为铁镁橄榄 石 , 和铁镁尖 晶石 为主要 乳结物相 等 川 得出 ℃恒温微波加热 过程中红土镍矿中针铁矿逐渐还原转化成赤铁矿 、 磁铁矿和浮氏体相 , 并随还原气氛增强出现镍铁合 金相 等 ` 采用选择性还原焙烧处理低 品位红 土镍矿 , 分析了焙烧过程 中红土镍矿 的相转变, 结 果表 明含镍矿物主要被还原成 乍 一 富集在金属 相中, 而蛇纹石与添加剂反应转化成橄榄石相, 但 磁选所得镍铁产 品中 品位偏低仅为 , 回收 率 及亚娜等 `“一`“ 采用选择性还原焙烧 一磁 选工艺制取镍铁产品, 研究 了不同还原剂对某低镍 低铁 品位为 , 品位 为 红土镍矿 选择性还原焙烧过程中相变转化的影响, 结果表 明 焙烧过程 中蛇纹石相转化为富铁橄榄石相 , 镍 、铁 矿物先 以镍纹石形式存在 , 但随着还原气氛增加 , 逐渐变为铁含量高的铁纹石相 , 导致选择性还原效 果变差 从以上文献研究得出, 火法提镍工艺是 目 前红土镍矿处理工艺的研究热点 , 但以上研究中的 红土镍矿试样均为镍 品位相对较高而铁 品位较低 另外, 当前镍铁产品实行镍品位大于 时 以镍点 计价, 且镍铁中铁不计入价格的定价方式, 因此采 用选择性还原红土镍矿 中含镍矿物 , 而控制铁矿物 的还原 , 可提高镍铁产品中镍富集比, 实现镍产品 的最大经济效益 针对镍铁选择性还原焙烧过程中 的相变转化研究较少 , 制约了红土镍矿回收镍工艺 技术的发展 , 特别是低镍高铁红土镍矿资源 的回收 利用 在文献 中以 品位 , 品位 的红土镍矿 为研 究对象考察 了不 同煤种类及添加 剂 的选择 性还原红土镍矿 回收高镍品位 镍铁产品 的试验研究 , 以烟 煤为还 原剂 , 为添加剂 , 在 ℃下焙烧 磁选得到镍铁产 品中 品位 为 , 回收率为 , 镍铁回收率差为 , , 实现 了镍的选择性还原 研 究发现添加剂 及焙烧温度对 红土镍矿 中镍 的选择性还原有 关键的影 响, 但文献仅进 行了提镍工 艺研究, 并未 对焙烧过程 中的矿物相变进 行详细的研 究 因此 , 本文对不同焙烧温度及时间条件下选择性还原焙烧 过程中镍铁矿物的相变转化进行了研究, 后续采用 磁选分离验证相变转化对选择性还原影响的效果 试样性质及研究方法 试样为含 品位 、 品位 的低 镍 高铁红土镍矿 由于试样水分较高, 因此在制备 试样前需要先把试样烘干后再进行破碎 、筛分以及 缩分 化学物相分析表明, 镍在氧化物 、 硫化物和 硅酸盐矿物 中的质量分数分别 为 咒 、 和 , 可见镍主要分布在硅酸盐中 试样的 射线衍射分析图见图 分析结果表 明, 试样中含镍矿物主要为镍纤蛇纹石, 含铁的矿 物主要为针铁矿和赤铁矿 , 另外硅酸盐矿物主要为 利蛇纹石和纤蛇纹石 红土镍矿选择性还原焙烧温度试验步骤如下 称取 试样 , 还原剂和添加剂 的质量分别 占原矿质量的 和 , 将三者混匀倒入石墨柑祸 中, 密封后置于箱式 电阻炉 一 一 型 中, 进 行恒温焙烧 依次设置五组焙烧温度对照实 验 , 分 别 为 、 、 、一 和 焙 烧时间实验步骤同上 , 在 ℃条件下设置四组 焙烧时间对照实验, 依次为 、 、 和 , 射线衍射分析 和电子显微镜观察试 样制备过程如下 取不 同焙烧条件下的焙烧矿 , 一 半在振动磨样机上制取粉末样品进行 射线衍射 分析 , 研究不同矿物相变转化过程 另一半制取磨 片并喷碳 , 用扫描 电镜 及能谱分析 观

第1期 蒋曼等：红土镍矿选择性还原焙烧过程中的相变转化 ,29· 察其微观结构及成分变化.X射线衍射分析在北京 为证明相变分析的结果，采用磁选分离试验验 科技大学材料分析测试中心的日本理学Rigaku-RA 证选择性还原效果.即将还原完成后的焙烧矿细碎 高功率旋转阳极X射线衍射仪(12kW)上完成，辐 至粒度为2mm左右，在辊式磨机(RK/BN三辊 射源为CuK,(入=0.15418nm),步宽为0.02°.扫 多筒型)中磨至粒度小于43m的颗粒质量分数占 描范围10°~90°，扫描速度5°min-1,电压40kV,96%,再经磁选管(CXG-99型)磁选分离，得到磁 电流150mA,常温下进行.扫描电子显微镜及能谱 性产品称为镍铁产品，非磁性产品称为尾矿，选择 分析采用德国卡尔蔡司EVO18扫描电子显微镜及 性还原效果以镍铁产品中Ni品位、Ni回收率以及 Bruke XFlash Detector5OI0能谱分析仪. 镍铁回收率之差（△）三者为评价指标， H K M BI MB KM M QBOK M GF M/G. 1250°C QHH/G F H K H 1200°C MG BI BP QHH/G F K H KM M/G 1150°C B人BP HH/GF H HI H M 1100°C M/G BBP HH/G F 2 MBVR/Q/K MB卫 人HH 1050°0 CA-eT叶ODH/ADIY D.一BDB4BrD 试样 10 20 30 40 50 60 70 0 20/ A一镍纤蛇纹石(Ni(Si4O1o)(OH)44H2O:B,铁镍和矿广(NiFe2Oa:C-利蛇纹石(Mg3(Si2Os)(OH)a片D-针铁矿(FeO(OH): F铁纹石(FeN片G-镍纹石(FeN:H-浮氏体(FeO);Q一单硫铁矿(FeS:M-铁镁橄揽石(Mg,Fe)2SiO4):K-霞石： P尖晶石；1一磁赤铁矿 图1不同焙烧温度下焙烧矿及原矿试样X射线衍射谱 Fig.1 XRD patterns of the ore sample and roasted ore at different roasting temperatures 2结果与讨论 相对较低.当温度升高至1150℃，铁纹石和浮氏 21焙烧温度对红土镍矿焙烧过程中相变转化 体的衍射峰逐渐加强，此时显示的主要矿物为铁纹 的影响 石、镍纹石、浮氏体和铁镁橄榄石.焙烧温度继续 21.1不同焙烧温度下焙烧矿X射线衍射分析 升高至1200℃和1250℃时焙烧矿的X射线衍射 不同焙烧温度下焙烧50mim后的焙烧矿及原 谱无明显变化，不再有新相生成，但铁纹石的特征 矿试样的X射线衍射谱如图1所示.从图1可知， 峰强度有所增强.因此，考虑到高温能耗大，确定 随着焙烧温度的升高，焙烧矿中矿物衍射峰发生明 11501200℃范围为最佳焙烧温度.另外，从以上分 显变化，蛇纹石衍射峰完全消失，焙烧矿中出现了 析可得出，弱还原气氛下铁矿物还原至金属铁阶段 浮氏体、铁镁橄榄石、铁镁尖晶石、霞石以及单硫 受到抑制，即大部分铁氧化物未还原为金属铁，而 铁矿等新矿物的特征衍射峰.从1050℃开始，试样 是还原为弱磁性的浮氏体、铁镁尖晶石和铁镍矿等 中蛇纹石特征峰完全消失，即蛇纹石发生变化，由 矿物，同时添加剂NCS分解出的单质S与金属铁 层状结构转化为架状结构的橄榄石，而含铁矿物则 反应生成非磁性的单硫铁矿，因此可通过磁选法将 被还原成浮氏体、铁镁尖晶石和铁镍矿.1100℃时 镍铁合金与非磁性矿物分离. 焙烧矿的X射线衍射谱中逐渐显示出微弱的铁纹 2.1.2不同焙烧温度下焙烧矿旷的形貌特征 石和镍纹石的特征峰，表明红土镍刊矿还原过程中生 为证实红土镍矿在还原焙烧过程中发生了相 成了两种形式的镍铁合金：一种是镍纹石(G),其 变转变及观察其微观结构变化，利用扫描电镜观察 镍含量相对较高；另一种是铁纹石(F),其镍含量 原矿旷试样及不同焙烧温度1050、1100、1150和1200

30 北京科技大学学报 第35卷 ℃焙烧50min条件下焙烧矿的形貌特征如图2所 硫铁矿(S),部分镍铁小颗粒分散在脉石矿物中， 示.从图2可以看出，焙烧前红土镍矿颗粒不规则， 但与脉石矿物有明显界限，这一嵌布特征有利于镍 而经焙烧后微观结构发生明显变化，随着焙烧温度 铁合金与脉石矿物的分离 的升高，焙烧矿烧结现象愈明显，由1050℃松散状 2.2焙烧时间对红土镍矿焙烧过程中相变转化 态逐渐至1200℃熔融烧结，且金属相逐渐向焙烧 的影响 矿边缘扩散并富集形成金属壳. 2.21焙烧不同时间后焙烧矿X射线衍射分析 1200℃条件下焙烧不同时间后焙烧矿及原矿 为进一步分析焙烧矿中产生的相变转化及新 试样的X射线衍射谱如4所示.从图4可知：焙 物相成分，对1100℃下的焙烧矿进行能谱分析，结 烧5ni时，焙烧矿中出现了绿镍矿、铁镍矿、磁 果见图3.图3(a)所示的扫描电镜像为图2(c)中 铁矿、铁镁橄榄石以及浮氏体的特征衍射峰：当焙 方框部位的局部放大图，能谱分析图3(b)~()分别 烧l0mim时，磁铁矿和绿镍矿的衍射特征峰消失， 对应于图3(a)中点A~E.由能谱分析结果可知：图 浮氏体的特征峰加强，并出现了铁镁尖晶石和单硫 3(a)中浅黑色(A)区域主要元素是Si、Ig、Fo和 铁矿的特征峰：焙烧进行30i时.出现了铁纹 O,为铁镁橄榄石；浅灰色(B)区域主要元素是F 石和镍纹石的衍射峰：继续延长焙烧时间，不再有 和O,为新生成的浮氏体：深黑色(C)区域主要元 新相生成，但铁纹石的衍射峰强度有所增强，而浮 素是Si、Na、Al和O,为新生成的霞石矿物：亮白 氏体的特征峰则相对变弱.分析其原因是随着焙烧 色(D)区域主要元素是e和Ni,对应为镍铁合金： 时间的延长，还原气氛逐渐增强，相对较难还原的 其周围的浅白色(E)区域为单硫铁矿(FS),各物相 铁氧化物也逐渐被还原进入镍铁合金中，使浮氏体 间有明显界限.由于新生成的浮氏体晶粒具有较强 还原至铁纹石阶段的还原程度加强，镍含量相应降 的迁移能力14，在较高温度下发生再结晶，大部分 低，因此需控制焙烧时间即控制还原气氛抑制铁矿 互连成片，并与充填在其颗粒之间的橄榄石紧密镶物成金属体，使大部分铁氧化物还原为弱磁性的浮 嵌，如图2(c)所示.另外，新生产的镍铁合金相随 氏体、铁镁尖晶石和铁镍矿等矿物，从而实现镍，铁 着温度的升高，逐渐向边缘富集形成的镍铁合金壳 矿物选择性还原.确定最佳焙烧时间范围为)50 表面覆盖有添加剂分解出的S与铁矿广物反应形成的 200m (a) (b) (c) m (d) (e) 图2原矿试样及不同温度焙烧后的焙烧矿微观形貌.(a)20℃：(b)1050℃：(c)1100℃：(d)1150℃；(e)1200℃ Fig.2 Microstructures of the ore sample and the roasted ore at different roasting temperatures:(a)20C:(b)1050 C:(c)1100 ℃：(d)1150℃；(e)1200℃

北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 ℃焙烧 条件 下焙烧矿的形貌特征如图 所 示 从图 可以看出, 焙烧前红土镍矿颗粒不规则, 而经焙烧后微观结构发生 明显变化, 随着焙烧温度 的升高 , 焙烧矿烧结现象愈明显, 由 ℃松散状 态逐渐至 ℃熔融烧 结, 且金属相逐渐 向焙烧 矿边缘扩散并富集形成金属壳 为进一步 分析焙烧矿 中产生 的相变转化及新 物相成分 , 对 ℃下的焙烧矿进行能谱分析, 结 果见图 图 的 所示的扫描 电镜像为图 中 方框 部位的局部放大图, 能谱分析 图 卜 分别 对应 于图 中点 由能谱分析结果可知 图 司 中浅黑色 区域主要元素是 、人址 、 和 , 为铁镁橄榄石 浅灰色 区域主要元素是 和 。, 为新生成 的浮氏体 深黑色 区域 主要元 素是 、 、川 和 , 为新生成的霞石矿物 亮 白 色 区域主要元素是 和 , 对应为镍铁合金 其周 围的浅 白色 区域为单硫铁矿 , , 各物相 间有明显界 限 由于新生成 的浮氏体 晶粒具有较强 的迁移能力 “, 在较高温度下发生再结晶, 大部分 互连成片, 并与充填在其颗粒之间的橄榄石紧密镶 嵌, 如图 所示 另外 , 新生产的镍铁合金相随 着温度的升 高, 逐渐 向边缘富集形成的镍铁合金壳 表面覆盖有添加剂分解 出的 与铁矿物反应形成的 硫铁矿 肠匀, 部分镍铁小颗粒分散在脉石矿物中 但与脉石矿物有明显界限, 这 嵌布特 征有利于镍 铁合金 与脉石矿物的分离 焙烧时间对红土镍矿焙烧过程 中相变转化 的影响 ` 焙烧 不同时间后焙烧矿 射线衍射分析 犯 ℃条件 下焙烧不同时间后焙烧矿及 原矿 试样的 射线衍射谱如 要所示 从图 可知 焙 烧 川 时, 焙烧矿中出现了绿镍矿 、铁镍矿 、磁 铁矿 、铁镁橄榄石以及浮 氏体的特 征衍射峰 当焙 烧 , 时, 磁铁矿和绿镍矿 的衍射特 征峰消失, 浮氏体的特征峰加强, 并出现 了铁镁尖晶石和单硫 铁矿的特征峰 焙烧进行 加 , 寸 出现 了铁纹 石和镍纹石的衍射峰 继续延 长焙烧时 ' 不再有 新相生成 但铁纹石的衍射峰 强度有所增强 而浮 氏体的特征峰则相对变弱 分析其原囚是随着焙烧 时间的延 长, 还原 毛氛逐渐增 强, 相对较难还原的 铁氧化物也逐渐被还原进 入镍铁合金中, 使浮氏体 还原至铁纹石阶段 的还原程度加强, 镍含量相应降 低 , 因此 需控制焙烧时间即控制还原气氛抑制铁矿 物成金属体, 使大部分铁氧 化物还原为弱磁性的浮 氏体 、铁镁尖晶石和铁镍矿等祖、`物 从而实现镍 、铁 矿物选择性还原 确定最佳焙烧时问范围为 阴 图 原矿一试样及不同温度焙烧后的焙烧矿微观形貌、 扭 ℃ , 川, ℃ 动 阴 ℃ ℃ ℃ 入 、, 、 , 。 、。 , 、、, 。、、士。〔 , 、、 、 ` 王、 , 〔飞、 〔、, , 、一。· 、 、, 、·、 一 , 几 ℃ `一 ℃二 〔

第1期 蒋曼等：红土镍矿选择性还原焙烧过程中的相变转化 31· 2 2.5 2.0 2.00 1.5 Fe 1.0 e 0 0.5 Mg 0.0 0.0 10m 6 8 10 2 8 10 能量/keV 能量/keV (a) (b) (c) Fe 3.0 2.0 5.0 1.6 Ni 4.0 Ni 题2.0 1.2 2.0 1.0 0.4 1.0Fe 0.0 0.0A 2 6 10 0.0旺4 10 4 68 10 能量/keV 能量/keV 能量/keV (d) (e) ) 图31100℃条件下焙烧矿旷微观形貌(a)及相应点的能谱分析图(b~f) Fig.3 SEM image of the roasted ore at 1100 C(a)and EDS spectra of corresponding spots (b-f) H 50 min M 及即M QH H/G E H H/P H /t /A/ 49及人迎MQHH 10 min R/B R/BR/BM/HR/B/X R/B R/B/X MR 人 R 5 min A/D 试样 8 DA DD 10 20 30 40 50 60 70 90 20/() A一镍纤蛇纹石(Ni4(Si4O1o)(OH)44H2O):B一铁镍刊(NiFe2O4):C一利蛇纹石(Mg3(Si2Os)(OH)a):D一针铁矿(FeO(OH): F一铁纹石(FeNi:G一镍纹石(FeN):H一浮氏体(FeO):K-霞石(Na1.4sA1.45Sio.56Oa:M一铁镁橄石(Mg,Fe)2SiOa: I一磁赤铁产；P一铁镁尖晶石(MgFe2O):Q一单硫铁矿(FeS):R一磁铁矿广；X一绿镍矿(NiO) 图4原矿试样及培烧不同时间后焙烧矿的X射线衍射谱 Fig.4 XRD patterns of the ore sample and the roasted ore for different roasting time