本发明涉及冶金领域，具体涉及一种利用直接还原-磁选处理红土镍矿的方法。
背景技术：
镍具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高、延展性好等特点，广泛用于不锈钢、高温合金钢、燃料电池等关键材料和高新技术领域。近年来，随着不锈钢行业的快速发展，镍的需求量快速增加。
世界镍资源主要有硫化镍矿和红土镍矿两种，其中硫化镍矿约占27.8%，氧化镍矿（红土镍矿）约占72.2%。由于不能通过选矿富集、处理工艺复杂等原因，红土镍矿仅产出世界原生镍总产量的42%。随着可经济利用的硫化镍矿资源的日益减少，全球镍资源开发利用重心逐步向资源相对充裕的红土镍矿转移。
目前，红土镍矿湿法冶炼工艺中比较成熟的冶炼方法包括还原焙烧-氨浸法（Caron）和高压酸浸法（HPAL）。Caron法适合处理褐铁矿或褐铁矿与腐殖土的混合矿，但其流程长、能耗高、金属回收率低、且需要化学试剂；HPAL法只适合处理褐铁矿，存在设备结垢和腐蚀的问题，设备维护成本高。火法冶炼工艺中比较成熟的工艺有回转窑-电炉熔炼法（RK-EF）、回转窑直接还原法（大江山法）、烧结-鼓风炉熔炼法以及烧结-高炉还原熔炼法；RK-EF法适合处理硅镁镍矿，但能耗高，对入炉矿石的品位要求高；回转窑直接还原法适合处理硅镁镍矿，被认为是最经济的处理红土镍矿的方法，但存在回转窑结圈的难点；烧结-鼓风炉熔炼法和烧结-高炉还原熔炼法环境污染严重。因此，必须寻求更经济的红土镍矿冶炼工艺。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供了一种新的利用直接还原-磁选处理红土镍矿的方法，利用该方法可在较低温度下通过对镍铁氧化物的直接碳热还原来有效富集低品位的红土镍矿中的镍和铁，得到镍铁产品；并且剩余的尾矿还可以用于生产建材及水泥等附加产品。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案，具体操作如下。
步骤（1）干燥及破碎：将红土镍矿进行干燥处理，然后进行破碎至小于1mm的粉料。
步骤（2）混料：将由步骤（1）得到的红土镍矿粉与还原剂、造渣剂及粘结剂进行混匀配料；所述的还原剂添加量根据不同镍矿成分变化，按碳氧原子比1.3:1-1.5:1进行添加；造渣剂按矿粉重量的15%添加；粘结剂添加量则由不同矿物的粘结特性进行选择性配加，添加量按矿粉重量的3-5%添加。
步骤（3）压块（球）：将步骤（2）得到的混合料经压样机进行机械压块或者制成球型。
步骤（4）碳热直接还原：将步骤（3）中压制成型的矿料送入转底炉（或隧道窑等）进行碳热还原镍铁反应；还原温度为1200℃-1250℃，恒温时间为45min；所述的还原温度可以根据红土镍矿中镁铝等成分含量来进行相应调整，若镁铝含量不大于20%时，还原温度为1200℃，若镁铝含量大于20%时，还原温度为1250℃。
步骤（5）磁选分离：将步骤（4）中还原后的产物进行急速水冷，之后将反应后产物进行破碎至不大于0.074mm的颗粒后、经过磁选机进行磁选，以分离还原出来的镍铁合金。
步骤（6）废渣利用：将步骤（5）磁选后剩余的废渣经过简单的本领域常规处理方式再处理后，可以用来生产工业水泥或其他建筑用材。
所述的还原剂为煤粉、活性炭或木炭等含有较高固定碳的物质，优选煤粉；所述的造渣剂为生石灰或萤石等钙基造渣剂，优选生石灰；所述的粘结剂为钙基膨润土或钙基膨润土与碳酸钠的混合物，钙基膨润土与碳酸钠的重量比为5：1。
本发明的还原机理。
以煤粉中的碳作为还原剂还原红土镍矿时，发生的主要反应可由如下反应组合得到。
由以上反应可以得到碳还原氧化镍和铁氧化物的还原反应。
（1）氧化镍的还原反应。
（2）铁氧化物的还原反应。
经计算可得，以煤粉中碳作为还原剂时，NiO的开始还原温度为697 K，Fe2O3、Fe3O4和FeO的开始还原温度分别为555、987和995 K。
固体碳还原红土镍矿的反应可视为间接还原反应与碳的气化反应的组合结果。
当体系中CO2分压超过碳气化反应平衡时的分压，CO2将与固体碳发生气化反应，生成CO，生成的CO将继续还原镍、铁氧化物，如此循环进行，直到固体还原剂消耗殆尽，或者是铁、镍氧化物已全部被还原。
铁氧化物的还原是逐级进行的，当T ＜843 K时，还原顺序为Fe2O3-Fe3O4-Fe；当T≥843 K时，还原顺序为Fe2O3-Fe3O4-FeO-Fe；其中FeO被还原到Fe的阶段，是还原过程的关键步骤，脱除的氧含量占Fe2O3 总氧量的2/3。氧化镍非常容易还原，理论上讲NiO在任何温度下都可以被CO还原成Ni。但是，红土镍矿中铁及镍的氧化物通常以复杂化合物的形式存在，其还原由复杂化合物的离解反应和简单氧化物的还原反应组成。由于比简单氧化物的还原多了一个复杂化合物的离解反应，因而要困难，只能在较高的温度下被还原，以硅酸铁的还原为例，其还原反应可由式(16)和(17)两个反应的组合得出。
式(17)和(18)发生的最低温度分别为995和1042 K。可见，复杂化合物中的铁氧化合物更难还原。
若通过向其中加入添加剂，可促使复杂化合物分解，提高主要金属氧化物的活度，以降低其开始还原温度。例如向Fe2SiO4中加入CaO，由于CaO能取代Fe2SiO4中的FeO，使其成为自由状的FeO，从而使还原更易于进行。
在加入CaO的情况下，Fe2SiO4的开始还原温度降为745 K。
因此，本发明方法在利用直接还原-磁选处理红土镍矿过程中，通过配加还原剂（含碳物质）和造渣剂后可在比传统方法相对较低的温度下很好的发生还原反应，使得镍铁可以与渣系得到分离，从而得到良好的镍铁富集产品。
本发明的有益效果。
本发明利用直接还原-磁选处理红土镍矿的方法，能够有效富集低品位的红土镍矿中的镍和铁。该方法与常用的直接还原-磁选处理方法相比，此方法可在相对较低的温度下还原出镍铁合金，利用磁选的方式将富集的镍铁选出，而最后剩余的残渣还作为新的原料制备水泥或建筑用砖等原材料，达到红土镍矿综合利用的目的。
本发明对于本领域其他相关方法主要的优势及创新在于以下几点：（1）本发明方法操作简单，实用性强，额外配加的相关辅助原料较少，并可处理多种复杂条件的红土镍矿；（2）由于本发明中主要采用钙质造渣剂与粘结剂，可有效降低还原多次中的还原温度，使其还原温度可控制在1200℃-1250℃，其还原温度可比常规方法低50-100℃，从而有效降低能耗，节约生产成本；（3）本发明方法工艺流程短，且可一次还原出较高纯度的镍铁产物，反应后的产物经磁选可是其渣金得到良好的分离；（4）利用此方法进行还原红土镍矿，经磁选后，其镍的回收率可达到85%-90%，铁回收率在70%-75%左右，均高于同类水平；（5）由于在混料过程中添加的粘结剂与造渣剂内含有CaO及相关含钙成分，使得还原过程中所极易生成硅酸钙、复合硅酸钙、硅铝酸钙以及原矿中的硅酸镁等矿物成分，使得反应后的废渣成分与生产建筑材料和水泥等产品的化学成分相近，故可将其用于制作建材或者水泥等附加产品，使得尾矿得到回收利用，达到合理解决和处理废弃物的目的。
附图说明
图1本发明的处理红土镍矿的关键环节技术流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明；为更简明的表述本发明的技术实施方法，图1提供了本发明的处理红土镍矿的关键环节技术流程示意图。通过附图及具体实施例可使本领域的普通技术人员理解并掌握本发明的关键环节及实施方法，并可以通过本实施路线图获得其他相关技术实施路线图。本发明的具体实施方式将结合附图1详细说明。
实施例1。
本实验选用一高镁红土镍矿，其成分如表1所示，造渣剂和还原剂成分如表2和表3所示。
表1 红土镍矿的化学成分（wt/%）。
表2 还原剂化学成分（wt/%）。
表3 造渣剂化学成分（wt/%）。
首先，将红土镍矿通过干燥箱或烘干机进行干燥处理后通过破碎机将试样破碎至1mm以下；然后将其与还原剂（煤粉）和造渣剂（生石灰）、粘结剂（钙基膨润土）进行混合配料，其中还原剂按碳氧比1.4：1、造渣剂按矿粉重量的15%、粘结剂按矿粉重量的3%进行混料配矿；最后将配完的混料进行压块后进行碳热还原反应。由于此红土镍矿为高镁矿，故还原温度需相对较高，因此在本实施例中的还原温度设定为1250℃，还原时间为45min。反应完成后，将反应产物通过水冷的方式进行快速冷却后进行破碎、磁选、渣金分离，从而得到镍铁产品，废渣用于回收再利用。
将实验结果进行检测分析得出，其还原产物中镍的金属化率为87.59%，铁的金属化率为72.13%；而在得到的镍铁产品中，镍的回收率为86.49%，铁的回收率为70.84%。
实施例2。
本实验选用一低镁红土镍矿，其成分如表4所示，造渣剂和还原剂成分如表2和3所示。
表4 红土镍矿的化学成分（wt/%）。
首先，将红土镍矿进行干燥和破碎处理；之后将其与还原剂和造渣剂进行混合配料，其中还原剂按碳氧比1.4：1、造渣剂按15%、粘结剂3%进行混料配矿；最后将配完的混料进行压块后进行碳热还原反应。由于此红土镍矿为低镁矿，故还原温度需相对较低，因此在本实施例中的还原温度为1200℃，还原时间为45min。反应完成后，将反应产物通过水冷的方式进行快速冷却后进行破碎、磁选、渣金分离，从而得到镍铁产品，废渣用于回收再利用。
将实验结果进行检测分析得出，其还原产物中镍的金属化率为89.24%，铁的金属化率为73.75%。而在得到的镍铁产品中，镍的回收率为87.36%，铁的回收率为72.42%。
实施例3。
本实施例为对比实施例，实验选用一高镁红土镍矿，其成分如表1所示。其过程中只进行添加还原剂而不再添加造渣剂和粘结剂进行实验，其还原剂成分如表2所示。
首先，将红土镍矿进行干燥和破碎处理；之后将其与还原剂按碳氧比1.4：1进行混合配料；将配完的混料进行压块后进行碳热还原反应。最后将待反应的料块分别以1200℃、1250℃及1350℃进行还原反应，还原时间为45min。反应完成后，将反应产物通过水冷的方式进行快速冷却后进行破碎、磁选、渣金分离，从而得到镍铁产品。
将实验结果进行检测分析得出，其1200℃还原产物中镍的金属化率为60.08%，铁的金属化率为46.52%。而在得到的镍铁产品中，镍的回收率为45.42%，铁的回收率为36.89%。
将实验结果进行检测分析得出，其1250℃还原产物中镍的金属化率为77.16%，铁的金属化率为50.44%。而在得到的镍铁产品中，镍的回收率为61.21%，铁的回收率为41.85%。
将实验结果进行检测分析得出，其1350℃还原产物中镍的金属化率为82.66%，铁的金属化率为63.23%。而在得到的镍铁产品中，镍的回收率为78.56%，铁的回收率为60.5%。
本发明描述了本发明的具体实施例，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的的范围有权利要求及其等同物限定。