一种富铁镍渣熔体析晶形貌调控的方法

本发明属于铁资源回收以及磁铁矿晶形调控，涉及一种富铁镍渣熔体析晶形貌调控方法。

背景技术：

1、现阶段，镍冶金企业每年会排放大量的镍渣，截至目前镍渣累计堆存量已超过5000万吨，这些镍渣当前无法进行有效资源化处理，只能堆存在渣场中，大量的镍渣不仅占用土地，而且严重污染环境，对绿色生态化建设形成巨大威胁；此外，镍渣中含有丰富的铁资源，铁含量可达40％左右，远高于开采铁矿石的平均品位(29％)，如果能将渣中的铁资源进行高效回收提取再利用，不仅能消纳大量堆存的镍废渣，还将创造巨大的经济价值，这必将对区域经济和镍冶金企业的可持续发展产生积极影响。

2、理论研究和生产实践表明，镍渣中的铁主要以弱磁性的铁橄榄石(2feo·sio2)的形式存在。铁橄榄石是复杂硅酸盐组成的共熔体，是si-o原子相互连接的复杂网状晶体，采用传统矿物加工方法很难实现si-fe的有效分离，因而也难以实现渣中有价金属资源的再利用。现阶段采用镍渣熔融氧化处理工艺，将镍渣进行高温熔融后直接降温处理，虽然能实现镍渣中铁资源的回收，但是还存在以下问题：现有的回收方法，未对镍渣中析出的磁铁矿晶体形貌进行调控处理，析出的磁铁矿晶体颗粒细小，平均粒径<30μm，很难获得较大颗粒的磁铁矿晶体；且多以细碎的枝晶形貌为主，磁铁矿与硅酸盐基体镶嵌交错的复杂结构不利于后继氧化渣中的硅-铁分离，也会影响镍渣中铁元素的回收效率，导致铁回收效率在75％～80％之间，难以进一步提升，回收效率低，经济性较差；同时，现有的方法不能对析晶形貌和尺寸进行量化的控制，限制了氧化镍渣中铁资源的多样化、高值化再利用途径。

技术实现思路

1、针对现有磁铁矿析晶形貌和尺寸不可控的技术问题，本发明提供一种富铁镍渣熔体析晶形貌调控方法，对富铁镍渣熔体中的磁铁矿析晶生长进行干预和控制，得到不同形貌，不同尺寸的磁铁矿晶体，提高镍渣中铁的回收效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种富铁镍渣熔体析晶形貌调控方法，包括以下步骤：

4、1)富铁镍渣改质

5、向碎破后的富铁镍渣中加入cao，混合均匀得到改质镍渣，并压片；

6、2)改质镍渣熔融氧化

7、压片后的改质镍渣，在空气气氛下进行熔融反应得到镍渣熔体；

8、3)形貌调控

9、熔融反应结束后，以5℃/min的速率开始匀速降温，同时向镍渣熔体中通入空气并进行匀速搅拌，温度继续下降会析出磁铁矿晶体，并停止通气搅拌，静置保温析晶60min～120min，直至磁铁矿晶体全部析出，降温析晶过程中通过通气流量、搅拌速度以及温度的控制，对磁铁矿晶体的形貌进行调控；

10、当通气量控制在100ml/min～220ml/min，搅拌速度控制在30r/min～90r/min，温度控制在1450℃～1425℃时，得到的磁铁矿晶体形貌为骸骨状；

11、当通气量控制在100ml/min～220ml/min，搅拌速度控制在30r/min～90r/min，温度控制在1400℃～1350℃时，得到的磁铁矿晶体的形貌为颗粒状；

12、析晶完成后，以5℃/min的速率降至室温，得到含有相应形貌磁铁矿晶体的氧化镍渣。

13、进一步的，所述步骤1)中，富铁镍渣中的成分含量为：feo 30％～60％、sio2 30％～50％、mgo 1％～15％、cao 1.5％～5％和al2o3 2.5％～6％。

14、进一步的，所述步骤1)中，改质镍渣中的三元碱度为0.6。

15、进一步的，所述步骤2)中，熔融的条件为，温度为1550℃～1600℃，升温速率为5℃/min，时间30min～60min。

16、进一步的，所述步骤3)中，形貌为骸骨状的磁铁矿晶体，晶粒平均尺寸为40μm。

17、进一步的，所述步骤3)中，形貌为颗粒状的磁铁矿晶体，晶粒平均尺寸为40μm～70μm。

18、进一步的，所述步骤3)中，形貌为颗粒状的磁铁矿晶体，在析晶过程中，温度每降低25℃，晶粒平均尺寸减小15μm。

19、进一步的，还包括步骤4)，将步骤3)的氧化镍渣经破碎、磁选，得到相应形貌的磁铁矿晶体。

20、进一步的，所述磁选的磁场强度为100mt～300mt。

21、本发明的有益效果是：

22、1、本发明采用高温熔融氧化-降温通气搅拌-保温静置析晶的析晶调控工艺手段，改变熔体中磁铁矿晶体析出和生长的环境，对磁铁矿析晶生长进行干预和控制，可有效对其最终形貌、粒径大小进行调控，得到不同形貌和不同粒径尺寸的磁铁矿晶体，使得氧化镍渣中铁资源的再利用途径有了更多选择性和可能性。

23、2、本发明通过高温熔融氧化使富铁镍渣高温矿相重构，而形成磁铁矿(fe3o4)，更重要的是采用降温通气搅拌-等温析晶生长的方法，对高温熔渣中析出的磁铁矿晶体进行有效析晶形貌控制，从而析出骸骨状、枝晶状、颗粒状等不同形貌的磁铁矿晶体，实现形貌的可控性。

24、3、本发明采用的调控方法，在等温析晶过程中，在1450℃～1425℃等温析晶生长温度下，镍渣熔体中析出的磁体矿晶体呈现出较粗大的骸骨状形貌，晶粒平均尺寸约40μm；在1400℃～1350℃的温度范围内，得到的磁铁矿晶体呈颗粒状形貌，晶粒平均尺寸40μm～70μm，等温析晶温度每降低25℃，熔体中析出磁铁矿晶体平均粒径减小15μm，能实现对磁铁矿晶体粒径尺寸的有效调控。

25、4、本发明在调控过程中，对通气流量、搅拌速度等进行调控，在实现形貌和尺寸可控性的同时，还能实现析晶形貌统一、晶粒尺寸均匀的效果。

26、5、本发明的调控方法，镍渣熔体中析出磁铁矿晶体颗粒的平均尺寸在40μm～70μm之间，析晶呈颗粒状且颗粒尺寸显著增大可有利于后续铁硅磨选分离，具体的，能显著提高氧化镍渣中铁资源的回收效率，最高将镍渣中铁回收率提高至87％以上，相比原有技术铁回收率提升9％以上，有效增强了镍渣综合利用回收工艺的效率和经济性。

技术特征：

1.一种富铁镍渣熔体析晶形貌调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的富铁镍渣熔体析晶形貌调控方法，其特征在于，所述步骤1)中，富铁镍渣中的成分含量为：feo 30％～60％、sio2 30％～50％、mgo 1％～15％、cao1.5％～5％和al2o3 2.5％～6％。

3.根据权利要求2所述的富铁镍渣熔体析晶形貌调控方法，其特征在于，所述步骤1)中，改质镍渣中的三元碱度为0.6。

4.根据权利要求3所述的富铁镍渣熔体析晶形貌调控方法，其特征在于，所述步骤2)中，熔融的条件为，温度为1550℃～1600℃，升温速率为5℃/min，时间30min～60min。

5.根据权利要求4所述的富铁镍渣熔体析晶形貌调控方法，其特征在于，所述步骤3)中，形貌为骸骨状的磁铁矿晶体，晶粒平均尺寸为40μm。

6.根据权利要求4所述的富铁镍渣熔体析晶形貌调控方法，其特征在于，所述步骤3)中，形貌为颗粒状的磁铁矿晶体，晶粒平均尺寸为40μm～70μm。

7.根据权利要求6所述的富铁镍渣熔体析晶形貌调控方法，其特征在于，所述步骤3)中，形貌为颗粒状的磁铁矿晶体，在析晶过程中，温度每降低25℃，晶粒平均尺寸减小15μm。

8.根据权利要求1所述的富铁镍渣熔体析晶形貌调控方法，其特征在于，还包括步骤4)，将步骤3)的氧化镍渣经破碎、磁选，得到相应形貌的磁铁矿晶体。

9.根据权利要求8所述的富铁镍渣熔体析晶形貌调控方法，其特征在于，所述磁选的磁场强度为100mt～300mt。

技术总结
本发明属于铁资源回收以及磁铁矿晶形调控技术领域，涉及一种富铁镍渣熔体析晶形貌调控方法，包括以下步骤：1)富铁镍渣改质；2)改质镍渣熔融氧化，得到镍渣熔体；3)形貌调控，在等温析晶过程中，通过通气流量、搅拌速度以及温度的控制，对磁铁矿晶体的形貌、大小进行调控；4)氧化镍渣经破碎、磁选，得到相应形貌的磁铁矿晶体。本发明能对富铁镍渣熔体中的磁铁矿析晶生长进行干预和控制，得到不同形貌，不同尺寸的磁铁矿晶体，提高镍渣中铁的回收效率。

技术研发人员：李彬,杜雪岩,申莹莹,王晟,冯琼
受保护的技术使用者：兰州理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13