综合利用含镍蛇纹石矿的方法

综合利用含镍蛇纹石矿的方法
【专利摘要】本发明涉及综合利用含镍蛇纹石矿的方法，属于镁、镍冶金领域。本发明方法包括如下步骤：a、按重量份取含镍蛇纹石80～110份，碳酸钠2～3份，C质还原剂4～25份，混匀，造球得到球团矿；b、a步骤所得球团矿于700～950℃焙烧1～3h；c、冷却、破碎，磁选，得到镍精矿；d、镍精矿与C质还原剂混合，电炉冶炼，得到镍铁和含硅酸镁的矿物熔渣；e、将含硅酸镁的矿物熔渣加入真空反应器中，同时加入助剂、还原剂，并控制真空反应器的真空度为1000～1200Pa，温度为1300～1600℃至不再有镁蒸气生成；f、收集镁蒸气、冷凝，得到结晶镁。
【专利说明】综合利用含镍蛇纹石矿的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及综合利用含镍蛇纹石矿的方法，属于镁、镍冶金领域。
【背景技术】
[0002]镁是一种轻质金属，其用途广泛，镁、铝合金可作航空、航天材料。镁主要存在于菱镁矿(碳酸镁)MgCO3.白云石(碳酸镁钙)CaMg(CO3)2.光卤石(水合氯化镁钾)KCl .MgCl2.Η20、蛇纹石(硅酸镁)中。工业上常利用电解熔融氯化镁或在电炉中用硅铁等使其还原而制得金属镁，前者叫做熔盐电解法，后者叫做硅热还原法。但是氯化镁的制备需要酸浸矿石，而酸浸工艺流程长、工艺技术不稳定、设备防腐要求高、产生的大量酸性废渣得不到有效处理，造成环境污染严重，且生产成本高、经济效益较低等诸多问题，因此，有逐渐淘汰酸浸法的趋势。
[0003]镍是一种银白色金属，它具有良好的机械强度和延展性，难熔耐高温，并具有很高的化学稳定性，在空气中不氧化等特征，因此是一种十分重要的有色金属原料，被用来制造不锈钢、高镍合金钢和合金结构钢，广泛用于飞机、雷达、导弹、坦克、舰艇、宇宙飞船、原子反应堆等各种军工制造业。在民用工业中，镍常制成结构钢、耐酸钢、耐热钢等大量用于各种机械制造业。镍还可作陶瓷颜料和防腐镀层，镍钴合金是一种永磁材料，广泛用于电子遥控、原子能工业和超声工艺等领域，在化学工业中，镍常用作氢化催化剂。近年来，在彩色电视机、磁带录音机和其他通讯器材等方面镍的用量也正在迅速增加。总之，由于镍具有优良性能，已成为发展现代航空工业、国防工业和建立人类高水平物质文化生活的现代化体系不可缺少的金属。
[0004]目前，已知的镍矿石有50多种，主要以硫化矿形式和氧化矿形式存在。而还原镍矿的方法也有很多，如:Tetsuya Watanabe等“日本大江山厂用直接还原娃镁镍矿法生产镍铁”，《有色冶炼》1989.3公开了一种镍矿石还原方法，该方法采用硅镁镍矿、无烟煤、焦粉、低磷煤和石灰石等混合后压团，然后经熔炼、选矿，得到镍铁，通过30多年不断改进工艺条件，其镍回收率达到了 95%。但是，该文并未公开一些具体的工艺和工艺参数，而且该方法仅仅适用于闻品位(2%左右)的镇矿石冶炼。[0005]申请号为200910084574.0，发明名称为“用蛇纹石矿物真空碳热还原制备金属镁及副产品的方法”，其以含镍蛇纹石为原料，按照蛇纹石中的硅酸镁被完全还原所需碳的理论量的I~2倍配入碳质还原剂，并添加催化剂(所用催化剂为氟化盐)，混合均匀得到混合原料，将混合原料压制成球状或块状的球团并进行干燥。将干燥后的球团料装入真空炉中，炉内真空度控制在10~500Pa，升温至500~700°C，保温20~60min以脱去结晶水并使物料焦结；保持炉内真空度，升温至1200~1500°C，恒温30~60min还原硅酸镁及金属铁、镍的氧化物。还原出的镁蒸气在镁冷凝器上冷凝为结晶镁，炉渣中的金属铁和金属镍通过磁选回收，经过磁选的炉渣经过脱碳提纯后成为工业碳化硅。该方法通过加入氟化盐破坏蛇纹石的结构，从而实现了低品位(镍品位小于1%)含镍蛇纹石的镍富集，但是该方法仅仅能够将镍品位从0.2%左右富集到1.96%左右，另外，其催化剂采用含氟产品，不利于操作人员的身体健康。该方法在一定程度上解决了蛇纹石中的镍、镁冶炼问题，其镁回收率为95-96%，所得镁的纯度约为91%，但是其还是存在一些不足，如:该方法所需真空度较高，设备需求以及能耗较高，且该方法所得的镁的纯度较低，难以满足高品质镁的需求。

【发明内容】

[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种综合利用含镍蛇纹石矿的方法。
[0007]本发明综合利用含镍蛇纹石矿的方法包括如下步骤:
[0008]a、按重量份取含镍蛇纹石80-110份，碳酸钠2-3份，C质还原剂4-25份，混匀，造球得到球团矿；其中，所述的含镍蛇纹石中的镍品位为0.2-0.9% ；
[0009]b、a步骤所得球团矿于700-950°C焙烧I-3h ;
[0010]C、冷却、破碎，于磁场强度8000-12000高斯下磁选，得到镍精矿；所得镍精矿中的镍以氧化镍形式存在；
[0011]d、镍精矿与C质还原剂混合，电炉冶炼，得到镍铁和含硅酸镁的矿物熔渣；
[0012]e、将含硅酸镁的矿物熔渣加入真空反应器中，同时加入助剂、还原剂，并控制真空反应器的真空度为1000-1200Pa，温度为1300-1600°C至不再有镁蒸气生成；
[0013]其中，所述的含硅酸镁的矿物熔渣中的镁品位以MgO计为22-26% ;所述的还原剂为硅或硅铁，硅或硅铁的用量为硅酸镁中的镁完全还原的理论用量的1.4-1.7倍；
[0014]所述的助剂为氧化钙或碳酸钠，助剂的加入量为按重量计使反应体系中的(Ca0+Mg0+Na20) /SiO2=0.7 -1.2 ;
[0015]f、收集镁蒸气、冷凝(一般情况下，用市售的镁冷凝器于200-600°C冷凝即可)，得到结晶镁。
[0016]其中，本发明方法，a步骤中的碳酸钠作为添加剂使用。本发明方法通过采用碳酸钠作为添加剂，不仅可以减少或避免环境污染，更为重要的是其可以提高镍精矿的镍品位。进一步的，如果碳酸钠添加量过少，则难以达到上述效果，而如果碳酸钠添加量过多，则会影响镍的回收率，经过本发明发明人的大量实验研究发现，80-110重量份的含镍蛇纹石，添加碳酸钠2-3份较为合适。
[0017]进一步的，作为优选的技术方案，上述a步骤中优选按重量份取含镍蛇纹石100份，碳酸钠2.5份，C质还原剂15份。
[0018]其中，上述的含镍蛇纹石可以为常见的低品位镍蛇纹石，优选适用镍品位为
0.4-0.8%的含镍蛇纹石。本发明方法尤其适用于SiO2和MgO含量较高的含镍蛇纹石，t匕如，主要成分的重量含量如下的镍蛇纹石:Si0242-46%，Mg030-36%，Fe20312-17%,Al2032 -5%，Ni0.4 -0.8%, CaO0.5 -1.0%。
[0019]其中，上述a、d步骤中所述的C质还原剂可以为常规的碳质还原剂，如:为石油焦、半焦、低灰分烟煤、木炭或焦炭。
[0020]其中，本发明方法的d步骤中，可以采用常规的方法进行电炉冶炼，还原温度一般为1500-1700°C，其C质还原剂的加入量为略大于理论用量即可。
[0021]其中，从生产成本角度考虑，e步骤所述助剂优选为氧化钙。为了提高镁回收率，所述助剂优选为碳酸钠。
[0022]更进一步的，作为优选的技术方案，上述方法中，e步骤中助剂的加入量为按重量计使反应体系中的(Ca0+Mg0+Na20) /SiO2=0.8-1.0。
[0023]本发明的发明人经过大量实验研究发现，通过添加碳酸钠或氧化钙为助剂，特别是添加碳酸钠为助剂，可以使硅酸镁中的镁在较低温度和较低真空度要求下实现镁的还原，降低了燃料能耗，由于在还降低了真空度要求，因此设备的需求、损耗和能耗明显下降，进一步降低了生产成本，另外，本发明方法还提高了产品镁的纯度，满足了高品质镁的需求。
[0024]本发明方法可以将镍矿石由较低品位富集成高品位的镍精矿，且该方法完全适合于镁含量较高的含镍蛇纹石的镍富集，本发明方法可以将镍矿石的镍品位由0.2-0.9%富集到3%以上，镍回收率可以达到94%以上，满足了低品位镍矿石的开采、冶炼要求，另外，本发明方法采用的添加剂环保、无毒，有利于操作人员的身体健康。本发明方法相比现有技术，其能耗更低，降低了生产成本，环境污染小，符合节能减排的需要，且所得结晶镁的纯度更高。本发明方法为含镁矿物的冶炼提供了一种新的方法，具有广阔的应用前景。
【具体实施方式】
[0025]本发明综合利用含镍蛇纹石矿的方法包括如下步骤:
[0026]a、按重量份取含镍蛇纹石80-110份，碳酸钠2-3份，C质还原剂4-25份，混匀，造球得到球团矿；其中，所述的含镍蛇纹石中的镍品位为0.2-0.9% ；
[0027]b、a步骤所得球团矿于700-950°C焙烧I-3h ;
[0028]C、冷却、破碎，于磁场强度8000-12000高斯下磁选，得到镍精矿；所得镍精矿中的镍以氧化镍形式存在；
[0029]d、镍精矿与C质还原剂混合，电炉冶炼，得到镍铁和含硅酸镁的矿物熔渣；
[0030]e、将含硅酸镁的矿物熔渣加入真空反应器中，同时加入助剂、还原剂，并控制真空反应器的真空度为1000-1200Pa，温度为1300-1600°C至不再有镁蒸气生成；
[0031]其中，所述的含硅酸镁的矿物熔渣中的镁品位以MgO计为22-26% ;所述的还原剂为硅或硅铁，硅或硅铁的用量为硅酸镁中的镁完全还原的理论用量的1.4-1.7倍；
[0032]所述的助剂为氧化钙或碳酸钠，助剂的加入量为按重量计使反应体系中的(Ca0+Mg0+Na20) /SiO2=0.7 -1.2 ;
[0033]f、收集镁蒸气、冷凝(一般情况下，用市售的镁冷凝器于200-600°C冷凝即可)，得到结晶镁。
[0034]其中，本发明方法，a步骤中的碳酸钠作为添加剂使用。本发明方法通过采用碳酸钠作为添加剂，不仅可以减少或避免环境污染，更为重要的是其可以提高镍精矿的镍品位。进一步的，如果碳酸钠添加量过少，则难以达到上述效果，而如果碳酸钠添加量过多，则会影响镍的回收率，经过本发明发明人的大量实验研究发现，80-110重量份的含镍蛇纹石，添加碳酸钠2-3份较为合适。
[0035]进一步的，作为优选的技术方案，上述a步骤中优选按重量份取含镍蛇纹石100份，碳酸钠2.5份，C质还原剂15份。
[0036]其中，上述的含镍蛇纹石可以为常见的低品位镍蛇纹石，优选适用镍品位为
0.4-0.8%的含镍蛇纹石。本发明方法尤其适用于SiO2和MgO含量较高的含镍蛇纹石，t匕如，主要成分的重量含量如下的镍蛇纹石:Si0242-46%，Mg030-36%，Fe20312-17%,Al2032 -5%，Ni0.4 -0.8%, CaO0.5 -1.0%。
[0037]其中，上述a、d步骤中所述的C质还原剂可以为常规的碳质还原剂，如:为石油焦、半焦、低灰分烟煤、木炭或焦炭。
[0038]其中，本发明方法的d步骤中，可以采用常规的方法进行电炉冶炼，还原温度一般为1500-1700°C，其C质还原剂的加入量为略大于理论用量即可。
[0039]其中，从生产成本角度考虑，e步骤所述助剂优选为氧化钙。为了提高镁回收率，所述助剂优选为碳酸钠。
[0040]更进一步的，作为优选的技术方案，上述方法中，e步骤中助剂的加入量为按重量计使反应体系中的(Ca0+Mg0+Na20) /SiO2=0.8-1.0。
[0041]下面结合实施例对本发明的【具体实施方式】做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
[0042]实施例1采用本发明方法综合利用含镍蛇纹石矿
[0043]取含镍蛇纹石80kg,添加剂碳酸钠2kg,焦炭6kg,混勻,造球得到球团矿；所得球团矿于700°C焙烧3h ;冷却、破碎，于磁场强度8000高斯下磁选，得到镍精矿。其中，所用的含镍蛇纹石为红土镍矿石，其主要成分的含量为:Si0242%，Mg035%, Fe2O315%, Al2034%,Ni0.2%，CaO0.5%。经测定，所得镍精矿中的镍以氧化镍形式存在，所得镍精矿中的镍品位为
1.8%，铁品位(以Fe2O3计)为20%，镍回收率为90%。
[0044]镍精矿与焦炭混合，电炉冶炼，得到镍铁和含硅酸镁的矿物熔渣；经检测，所得含硅酸镁的矿物熔渣中的镁品位以MgO计为25%。
[0045]将含硅酸镁的矿物熔渣加入真空反应器中，同时加入助剂碳酸钠、还原剂硅。助剂的加入量为按重量计使反应体系中的(Ca0+Mg0+Na20) /SiO2=0.8 ;硅的用量为硅酸镁中的镁完全还原的理论用量的1.4倍。然后控制真空反应器的真空度为lOOOPa，温度为1600°C至不再有镁蒸气生成；收集镁蒸气、冷凝，得到结晶镁。
[0046]经测定，所得结晶镁的纯度为98.2wt%,镁回收率为95.5%。
[0047]实施例2采用本发明方法综合利用含镍蛇纹石矿
[0048]取含镍蛇纹石110kg,添加剂碳酸钠3kg,焦炭25kg,混勻，造球得到球团矿；所得球团矿于950°C焙烧Ih ;冷却、破碎，于磁场强度12000高斯下磁选，得到镍精矿。其中，所用的含镍蛇纹石中的主要成分的含量为:Si0246%，Mg032%, Fe2O312%, Al2032%，Ni0.4%，CaOl.0%。经测定，所得镍精矿中的镍以氧化镍形式存在，所得镍精矿中的镍品位为2.0%，铁品位(以Fe2O3计)为21%，镍回收率为92%。
[0049]镍精矿与焦炭混合，电炉冶炼，得到镍铁和含硅酸镁的矿物熔渣；经检测，所得含硅酸镁的矿物熔渣中的镁品位以MgO计为23%。
[0050]将含硅酸镁的矿物熔渣加入真空反应器中，同时加入助剂氧化钙、还原剂硅铁。助剂的加入量为按重量计使反应体系中的(Ca0+Mg0+Na20) /SiO2=L O ;硅铁的用量为硅酸镁中的镁完全还原的理论用量的1.7倍。然后控制真空反应器的真空度为1200Pa，温度为1300°C至不再有镁蒸气生成；收集镁蒸气、冷凝，得到结晶镁。
[0051]经测定，所得结晶镁的纯度为95wt%，镁回收率为96.1%。
[0052]实施例3采用本发明方法综合利用含镍蛇纹石矿
[0053]取含镍蛇纹石95kg,添加剂碳酸钠2.5kg,石油焦IOkg,混勻,造球得到球团矿；所得球团矿于800°C焙烧2h ;冷却、破碎，于磁场强度10000高斯下磁选，得到镍精矿。其中，所用的含镍蛇纹石中的主要成分的含量为:Si0245%，Mg030%, Fe2O317%, Al2035%，Ni0.9%，CaO0.5%。经测定，所得镍精矿中的镍以氧化镍形式存在，所得镍精矿中的镍品位为3.0%，铁品位(以Fe2O3计)为19%，镍回收率为94%。
[0054]镍精矿与焦炭混合，电炉冶炼，得到镍铁和含硅酸镁的矿物熔渣；经检测，所得含硅酸镁的矿物熔渣中的镁品位以MgO计为22%。
[0055]将含硅酸镁的矿物熔渣加入真空反应器中，同时加入助剂碳酸钠、还原剂硅。助剂的加入量为按重量计使反应体系中的(Ca0+Mg0+Na20)/SiO2=L I ;硅的用量为硅酸镁中的镁完全还原的理论用量的1.5倍。然后控制真空反应器的真空度为llOOPa，温度为1400°C至不再有镁蒸气生成；收集镁蒸气、冷凝，得到结晶镁。
[0056]经测定，所得结晶镁的纯度为98.5wt%,镁回收率为96%。
[0057]实施例4采用本发明方法综合利用含镍蛇纹石矿
[0058]取含镍蛇纹石100kg,添加剂碳酸钠2.8kg,焦炭20kg,混勻，造球得到球团矿；所得球团矿于800°C焙烧2.5h ;冷却、破碎，于磁场强度11000高斯下磁选，得到镍精矿。其中，所用的含镍蛇纹石中的主要成分的含量为:Si0244%，Mg033%, Fe2O317%, Al2032%，Ni0.8%，CaO0.8%。经测定，所得镍精矿中的镍以氧化镍形式存在，所得镍精矿中的镍品位为2.3%，铁品位(以Fe2O3计)为25%，镍回收率为92%。
[0059]镍精矿与焦炭混合，电炉冶炼，得到镍铁和含硅酸镁的矿物熔渣；经检测，所得含硅酸镁的矿物熔渣中的镁品位以MgO计为23.5%。
[0060]将含硅酸镁的矿物熔渣加入真空反应器中，同时加入助剂碳酸钠、还原剂硅铁。助剂的加入量为按重量计使反应体系中的(Ca0+Mg0+Na20) /SiO2=0.9 ;硅铁的用量为硅酸镁中的镁完全还原的理论用量的1.6倍。然后控制真空反应器的真空度为1150Pa，温度为1500°C至不再有镁蒸气生成；收集镁蒸气、冷凝，得到结晶镁。
[0061]经测定，所得结晶镁的纯度为99wt%，镁回收率为95%。
[0062]实施例5采用本发明方法综合利用含镍蛇纹石矿
[0063]取含镍蛇纹石100kg,添加剂碳酸钠2.5kg,焦炭16kg,混勻，造球得到球团矿；所得球团矿于850°C焙烧2h ;冷却、破碎，于磁场强度9000高斯下磁选，得到镍精矿。其中，所用的含镍蛇纹石中的主要成分的含量为:Si0245%，Mg035%, Fe2O315%, Al2033%，Ni0.8%，CaO0.6%。经测定，所得镍精矿中的镍以氧化镍形式存在，所得镍精矿中的镍品位为2.8%，铁品位(以Fe2O3计)为20%，镍回收率为91%。
[0064]镍精矿与焦炭混合，电炉冶炼，得到镍铁和含硅酸镁的矿物熔渣；经检测，所得含硅酸镁的矿物熔渣中的镁品位以MgO计为24.6%。
[0065]将含硅酸镁的矿物熔渣加入真空反应器中，同时加入助剂氧化钙、还原剂硅铁。助剂的加入量为按重量计使反应体系中的(Ca0+Mg0+Na20) /SiO2=L O ;硅铁的用量为硅酸镁中的镁完全还原的理论用量的1.5倍。然后控制真空反应器的真空度为1200Pa，温度为1500°C至不再有镁蒸气生成；收集镁蒸气、冷凝，得到结晶镁。
[0066]经测定，所得结晶镁的纯度为95.6wt%,镁回收率为96%。
[0067]试验例1采用氯化钠作为添加剂
[0068]取镍矿石80kg,添加剂氯化钠2kg,焦炭6kg,混勻，造球得到球团矿；所得球团矿于700°C焙烧3h ;冷却、破碎，于磁场强度8000高斯下磁选，得到镍精矿。其中，所用的镍矿石的主要成分的含量与实施例1相同。
[0069]经测定，所得镍精矿中的镍品位为1.0%，铁品位(以Fe2O3计)为19%，镍回收率为83%。
[0070]试验例2采用氟化钠作为添加剂
[0071]取镍矿石80kg,添加剂氟化钠2kg,焦炭6kg,混勻，造球得到球团矿；所得球团矿于700°C焙烧3h ;冷却、破碎，于磁场强度8000高斯下磁选，得到镍精矿。其中，所用的镍矿石的主要成分的含量与实施例1相同。
[0072]经测定，所得镍精矿中的镍品位为1.5%，铁品位(以Fe2O3计)为20%，镍回收率为86%。从上述实施例可以看出，采用本发明方法可以将镍矿石由较低品位富集成高品位的镍精矿。从实施例1以及试验例1、2还可以看出，同等工艺条件下，本发明实施例1的镍回收率和所得镍品位明显最好。`
【权利要求】
1.综合利用含镍蛇纹石矿的方法，其特征在于包括如下步骤: a、按重量份取含镍蛇纹石80-110份，碳酸钠2-3份，C质还原剂4-25份，混匀，造球得到球团矿；其中，所述的含镍蛇纹石中的镍品位为0.2-0.9% ； b、a步骤所得球团矿于700-950°C焙烧I-3h; C、冷却、破碎，于磁场强度8000-12000高斯下磁选，得到镍精矿； d、镍精矿与C质还原剂混合，电炉冶炼，得到镍铁和含硅酸镁的矿物熔渣； e、将含硅酸镁的矿物熔渣加入真空反应器中，同时加入助剂、还原剂，并控制真空反应器的真空度为1000-1200Pa，温度为1300-1600°C至不再有镁蒸气生成； 其中，所述的含硅酸镁的矿物熔渣中的镁品位以MgO计为22-26% ;所述的还原剂为硅或硅铁，硅或硅铁的用量为硅酸镁中的镁完全还原的理论用量的1.4-1.7倍； 所述的助剂为氧化钙或碳酸钠，助剂的加入量为按重量计使反应体系中的(Ca0+Mg0+Na20) /SiO2=0.7 -1.2 ; f、收集镁蒸气、冷凝，得到结晶镁。
2.根据权利要求1所述的综合利用含镍蛇纹石矿的方法，其特征在于:a步骤中按重量份取含镍蛇纹石100份，碳酸钠2.5份，C质还原剂15份。
3.根据权利要求要求I或2所述的综合利用含镍蛇纹石矿的方法，其特征在于:a步骤中所述的含镍蛇纹石中的镍品位为0.4-0.8%。
4.根据权利要求要求3所述的综合利用含镍蛇纹石矿的方法，其特征在于:所述的含镍蛇纹石，其主要成分的重量含量为Si0242-46%，Mg030-36%，Fe20312-17%, Al2032-.5%, Ni0.4 -0.8%, CaO0.5 -1.0%。
5.根据权利要求要求I所述的综合利用含镍蛇纹石矿的方法，其特征在于:所述的a、d步骤中所述的C质还原剂为石油焦、半焦、低灰分烟煤、木炭或焦炭。
6.根据权利要求要求I所述的综合利用含镍蛇纹石矿的方法，其特征在于:e步骤中所述的助剂为碳酸钠。
7.根据权利要求要求I-6任一项所述的综合利用含镍蛇纹石矿的方法，其特征在于:e步骤中所述的助剂的加入量为按重量计使反应体系中的(Ca0+Mg0+Na20)/Si02=0.8-.1.0。
【文档编号】C22B26/22GK103451450SQ201310441619
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】丁泓兵, 汪玉涛 申请人:会理瑞志镍镁矿业有限责任公司