摘要：本文分析和總結(jié)了紅土鎳礦冶煉爐渣回收利用的半工業(yè)試驗(yàn)、工業(yè)試驗(yàn)及工業(yè)生產(chǎn)的探索研究及應(yīng)用。闡述了一種適宜紅土鎳礦冶煉爐渣回收利用的有效方法,為有色及黑色金屬冶煉爐渣回收利用的研究提供一些參考。
　　關(guān)鍵詞：鎳 紅土鎳礦 水萃 水萃爐渣 冶煉爐渣 磁選 浮選 硅酸鹽水泥
　　 　　YANG Yongliang,GAO Suoshan,GAO Zhankui
　　 　　Abstract:Summary:This paper analyzes and summarizes the laterite nickel ore smelting slag recycling semi-industrial testing, industrial testing and industrial production, exploration and research and application. Describes a suitable laterite smelting slag recycling and effective method for non-ferrous and ferrous metal smelting slag recycling research to provide some reference.
　　Keywords:nickel ; laterite ?nickel ore; water extract; water extraction slag; slag; magnetic separation; flotation; Portland cement
　　 　　概述
　　在自然界中，鎳主要以硫化鎳礦（30%）和氧化鎳礦（70%）存在。由于鎳元素親氧及親硫性的差異，在熔融巖漿中，當(dāng)有硫元素存在時(shí)，鎳能優(yōu)先形成硫化礦物，并富集形成硫化礦床；而氧化鎳礦是含鎂鐵硅酸鹽礦物的超基性鹽經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化形成的礦石，在風(fēng)化過(guò)程中鎳自上層浸出而后在下層沉淀，NiO取代了相應(yīng)硅酸鹽氧化鐵礦晶格中的MgO和FeO。如何利用紅土鎳礦資源是當(dāng)下各研究機(jī)構(gòu)及鎳行業(yè)企業(yè)需要考慮和面對(duì)的，而目前國(guó)內(nèi)外紅土鎳礦利用主要以火法工藝、濕法工藝及火濕結(jié)合工藝。隨著火法冶煉技術(shù)的不斷提高及除塵技術(shù)及工藝的不斷完善，近年來(lái)紅土鎳礦采用火法工藝?yán)玫钠髽I(yè)不斷增加，但由于火法工藝在生產(chǎn)過(guò)程中，冰鎳項(xiàng)及渣項(xiàng)層難以準(zhǔn)確把握，難免導(dǎo)致?tīng)t渣中流入部分冰鎳熔融體，再者爐渣長(zhǎng)期堆放形成的淋溶現(xiàn)象將嚴(yán)重污染周邊環(huán)境。針對(duì)紅土鎳礦資源的現(xiàn)實(shí)利用情況，本文闡述了采用磁―浮聯(lián)合工藝處理紅土鎳礦冶煉爐渣的方法及過(guò)程（已投入工業(yè)化生產(chǎn)，并獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益），展望了紅土鎳礦冶煉爐渣綜合循環(huán)利用的研究方法及思路，
　　1、冶煉爐渣的現(xiàn)狀說(shuō)明
　　北鑫、東鑫、利鑫及鑫源四個(gè)冶煉廠是昊天集團(tuán)下屬企業(yè)，加工處理從菲律賓和印度尼西亞購(gòu)買的紅土礦。經(jīng)過(guò)近4年的生產(chǎn)建設(shè)及完善，爐型規(guī)格由原有的1m2改為2m2、2.8m2、9m2、18.4m2等，爐性結(jié)構(gòu)及除塵收咽系統(tǒng)也都做了相應(yīng)改進(jìn)，并獲得了良好的冶煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。按2.8m2爐床規(guī)格統(tǒng)計(jì)共有鼓風(fēng)爐約120臺(tái)，滿負(fù)荷生產(chǎn)日產(chǎn)冶煉爐渣約4957噸（根據(jù)技術(shù)水平、鎳市場(chǎng)及供求關(guān)系綜合考慮，現(xiàn)鑫源和利鑫技改為鎳鐵冶煉，但無(wú)論加工任何產(chǎn)品，冶煉爐渣的日產(chǎn)量大約是相當(dāng)?shù)模绱艘?guī)模的紅土礦冶煉在當(dāng)今國(guó)內(nèi)外同行業(yè)中都是令人驚嘆的。但其所產(chǎn)出的爐渣僅堆存問(wèn)題就牽制的企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。為此，如何將紅土礦冶煉爐渣變廢為寶、綜合利用將是公司長(zhǎng)期而艱巨的一個(gè)系統(tǒng)工程，也正是我饌寫(xiě)本論文的意義所在。
　　2、建設(shè)選礦系統(tǒng)的意義
　　根據(jù)公司長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略，紅土礦冶煉板塊和選礦板塊是相輔相承、互為補(bǔ)充密的。選礦如何依托冶煉，對(duì)紅土礦冶煉廢棄爐渣資源進(jìn)行利用和優(yōu)化配置，對(duì)冶煉工藝進(jìn)行有效補(bǔ)充，形成具有特色優(yōu)勢(shì)的冶煉、選礦循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，將對(duì)公司快速發(fā)展起到積極的作用。
　　使?fàn)t渣中有價(jià)單質(zhì)、礦物及化合物分離和再次富集，充分回收利用廢棄資源，增加公司新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，增強(qiáng)公司市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力；浮選精礦產(chǎn)品可作為冶煉返爐渣原料，既可提高入爐原料鎳品位，穩(wěn)定入爐原料成分，還能降低冶煉原料成本； 緩解爐渣堆放難題，進(jìn)一步改善冶煉廠周邊環(huán)境；為硅酸鹽水泥工業(yè)生產(chǎn)準(zhǔn)備合格組分和粒級(jí)的原料。
　　3、建設(shè)選礦系統(tǒng)的依據(jù)
　　3.1 紅土礦冶煉爐渣成分分析
　　冶煉造渣是根據(jù)“熱力學(xué)原理”、“動(dòng)力學(xué)原理”及“物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)原理”反應(yīng)的過(guò)程。經(jīng)對(duì)紅土礦和冶煉爐渣物相分析，公司采購(gòu)紅土礦成分為αNi=1.35～1.90%、αFe=12～15%、αSiO2=30～42%、αMgO=20～25%、水分18～25%；爐渣成分為αNi=0.15～0.30%、αFeO=10～15%、αMgO=18～20%，αSiO2=35～45%，αCaO=10～18% ,αAl2O3=1～3%及其它，圖1表示爐渣成分與爐渣含鎳關(guān)系曲線，圖2表示爐渣含鎳與冰鎳含鎳關(guān)系曲線。
　　圖1 爐渣成分與冰鎳含鎳關(guān)系曲線
　　圖2 渣含鎳與冰鎳含鎳關(guān)系曲線
　　3.2 選礦工藝流程方案試驗(yàn)探索
　　紅土礦冶煉爐渣分析表明，該爐渣含SiO2、MgO、CaO較高，F(xiàn)eO次之，Al2O3較少，含鎳0.15～0.30%。考慮到爐渣成分組成復(fù)雜，影響因素較多，為充分探索或摸索爐渣回收利用可能性，分析爐渣能否回收利用的內(nèi)在因素。因此，試驗(yàn)方案確定與常規(guī)選礦試驗(yàn)有所不同，即不僅考慮選擇合理的試驗(yàn)工藝流程（浮選及磁―浮聯(lián)合工藝）；還將從爐渣試樣上就加以控制分析（同一批次試樣分兩批進(jìn)行試驗(yàn)，即爐渣水萃樣和爐渣未水萃樣）。試驗(yàn)樣從利鑫冶煉廠爐渣料場(chǎng)選取，采用汽運(yùn)方式運(yùn)至北鑫公司小選廠（即規(guī)模為50噸/日金礦選礦廠），共采取爐渣試樣2645噸。
　　3.2.1 試樣磨礦細(xì)度試驗(yàn)
　　磨礦是選礦流程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，磨礦細(xì)度是否適宜直接影響到選礦指標(biāo)的好壞。由于紅土礦冶煉爐渣是在約1450℃熔煉過(guò)程中造渣形成的，其組成成分復(fù)雜，含鎳礦物的嵌布粒度較細(xì)，而且含鎳礦物之間以及它們與脈石礦物或渣相共熔體之間的關(guān)系緊密，因此，磨礦粒度對(duì)爐渣中含鎳礦物或單質(zhì)的回收及品位的提高有很大影響。
　　3.2.1.1 試樣篩分分析（如表1）。
　　3.2.1.2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)
　　采用CMC作為抑制劑，BX作為捕收劑，BK206作為起泡劑進(jìn)行了磨礦細(xì)度試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4。
　　圖3 水萃樣磨礦細(xì)度選礦實(shí)驗(yàn)結(jié)果關(guān)系曲線
　　圖4 原渣樣磨礦細(xì)度選礦試驗(yàn)結(jié)果關(guān)系曲線
　　3.2.1.3 試樣磨礦細(xì)度分析
　　經(jīng)過(guò)對(duì)冶煉爐渣水萃試樣和原渣試樣的粒級(jí)篩分分析，水萃試樣和原渣試樣中含鎳礦物主要集中在-0.104～+0.04粒級(jí)之間，該粒級(jí)區(qū)間的鎳品位均高于試樣渣鎳品位，且兩種試樣含鎳礦物分布差別不大，該粒級(jí)范圍所含鎳礦物采用常規(guī)選礦方法提取條件是具備的、可行的。圖3和圖4磨礦試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著磨礦細(xì)度的增加鎳品位逐漸增加，但過(guò)細(xì)均對(duì)鎳回收率有影響，因此，水萃樣磨礦細(xì)度以-74um占78%為宜，原渣樣磨礦細(xì)度以-74um占75%為宜。
　　3.2.2 試樣渣選礦試驗(yàn)
　　紅土礦冶煉爐渣是在高溫下經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程而形成的，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、含鎳礦物或含鎳共熔體構(gòu)造變化較大，渣型及成分受外界的影響因素較多；另外，造渣過(guò)程其實(shí)就是冰鎳共熔體和爐渣共熔體形成的過(guò)程，兩共熔體在爐缸中融合并分離是一個(gè)動(dòng)態(tài)連續(xù)的過(guò)程，其液相分離層在兩液相分離過(guò)程中或分離放渣、放冰鎳瞬間性質(zhì)及穩(wěn)定性均會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致放渣時(shí)難以避免會(huì)有一定量的冰鎳包裹在爐渣中，爐渣在冷卻過(guò)程中其成分及性質(zhì)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，尤其是包裹在其間的塊狀或粒狀冰鎳較為明顯，不僅緊密地包裹在爐渣固相中，還與爐渣固相形成一層較薄的冰鎳包裹層。結(jié)合上述試樣性質(zhì)及特點(diǎn)制定出以下四套工藝流程方案展開(kāi)試驗(yàn)研究。