TW201700735A - 藉由磁性分離以熱升級含金屬之褐鐵礦型或腐泥岩礦型礦石之方法及使用磁性濃縮物作為種晶之用途 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種熱升級含金屬之礦石之方法，其包括以下步驟：(1)混合：(i)礦石、(ii)相對於該礦石，自4重量%且高達15重量%之還原劑、(iii)含硫劑、(iv)含金屬之種晶劑及視情況(v)低溫黏合劑，以產生摻合物；(2)黏聚及乾燥(若需要)在步驟1中所形成之該摻合物，以產生黏聚物；(3)在還原氣氛(氧分壓Log10(pO2)=-12至Log10(pO2)=-15)下且在950℃至1150℃之間之溫度下煅燒在步驟2中所形成之該等黏聚物，以產生在該等黏聚物內生長並濃縮為金屬粒子之液體金屬相；(4)在還原或惰性氣氛中將在步驟3後之該等黏聚物冷卻至環境溫度；(5)將在步驟4中所產生之煅料壓碎並研磨至適於金屬粒子之磁性分離之大小，通常由等於或低於25μm之p80代表；及(6)藉由已知之磁性分離技術(包含但不限於濕式或乾式之磁性分離)、脫水及乾燥進行金屬粒子之磁性濃縮。
本發明亦係關於藉由該方法所產生之磁性濃縮物且係關於該磁
性濃縮物用以產生鐵鎳或高度金屬化之含鎳冰銅用於生產不銹鋼之用途。
Description
本發明係關於熱升級含金屬之礦石、特定地含鎳之紅土型礦石、更特定地褐鐵礦型或具有低或高之鐵對二氧化矽比率之褐鐵礦型/腐泥岩礦型礦石之摻合物之方法。
本發明亦係關於藉由該方法產生之磁性濃縮物及磁性濃縮物之用途。
目前處理含鎳之紅土型礦石係藉由高溫冶金或濕法冶金方法來實施。在兩種情形下，需要處理整個礦石，此乃因紅土型礦石不適於藉由物理方法進行濃縮。
高溫冶金主要處理腐泥岩礦型(低鐵對鎳比率)且濕法冶金主要處理褐鐵礦型(高鐵對鎳比率)。
褐鐵礦係由水合鐵(III)氧化物-氫氧化物之混合物以可變組成所組成之鐵礦石。一般式經常寫為FeO(OH)．nH2O，但此並非完全精確的，此乃因氧化物對氫氧化物之比率可極廣泛地變化。褐鐵礦係兩種主要鐵礦石中之一者，另一者係赤鐵礦。
腐泥岩礦係化學風化之岩石。腐泥岩礦形成於土壤剖面之下部區且代表岩床表面之深層風化。在大部分露頭中，其顏色來自於鐵化合物。
高溫冶金係由礦物質及冶金礦石及濃縮物之熱處理組成以使材料中發生物理及化學轉變以使能夠回收有用金屬。高溫冶金方法一般分組為以下類別中之一或多者：乾燥/煅燒/焙燒/冶煉/轉化/精煉。
濕法冶金係以自金屬礦石中獲得金屬之方法而眾所周知。其係在提取冶金領域內涉及使用水溶液化學用於自礦石、濃縮物及再循環或殘餘材料回收金屬之技術。濕法冶金之補充係高溫冶金。濕法冶金通常分成三個普通方面：瀝濾；溶液濃縮及純化；及金屬回收。
美國專利第5,178,666號教示熱升級方法，其中將含鎳之褐鐵礦或褐鐵礦/腐泥岩礦摻合物與需要量之固體碳還原劑及含硫濃縮劑一起製粒。此專利未教示使用金屬種晶粒子以增強磁性濃縮物之回收及分級且其強烈取決於維持小心控制之還原氣氛。
本發明之新方法允許熱升級及高溫冶金處理含金屬之礦石、特定地含鎳之紅土型礦石、更特定地褐鐵礦型或具有低或高鐵對二氧化矽比率之褐鐵礦型/腐泥岩礦型礦石之摻合物，以產生含有適於磁性分離之濃縮金屬粒子之煅料。
此新方法潛在地在礦石處理期間藉由顯著減少欲處理材料之總體積使總費用減少，並產生有用金屬產物。
儘管先前已嘗試開發高溫或低溫熱升級技術以處理含金屬之礦石，但沒有此等方法之任何成功的商業實現。
本發明在兩個主要態樣中不同於已知方法：第一態樣涉及使用金屬或金屬濃縮物種晶以增強或促進金屬粒子濃縮及生長。第二態樣係此新方法在熱處理期間不需要嚴格之氣氛控制以達成成功之金屬濃縮。
此藉由在熱處理之前使用與礦石摻合之適當量及類型之還原劑來實現。
本發明係關於熱升級含金屬之礦石之方法，其包括以下步驟：(1)混合：(i)礦石、(ii)相對於該礦石，自4重量%且高達15重量%之還原劑、(iii)含硫劑、(iv)含金屬之種晶劑及視情況(v)低溫黏合劑，以產生摻合物；(2)黏聚及乾燥(若需要)在步驟1中所形成之摻合物以產生黏聚物；(3)在還原氣氛(氧分壓Log10(pO2)=-12至Log10(pO2)=-15)下且在950℃至1150℃之間之溫度下煅燒在步驟2中所形成之黏聚物，以產生在該等黏聚物內生長並濃縮為金屬粒子之液體金屬相；(4)在還原或惰性氣氛中將在步驟3後之黏聚物冷卻至環境溫度；(5)將步驟4中所產生之煅料壓碎及研磨至適於金屬粒子之磁性分離(p80<=25μm)之大小；及(6)藉由已知之磁性分離技術(包含但不限於藉由濕式或乾式之磁性分離)、脫水及乾燥進行金屬粒子之磁性濃縮。
可用於本發明方法中之礦石包含具有褐鐵礦及腐泥岩礦二者性質之鎳紅土型礦。
在本發明範圍內之金屬包含鎳及鐵。
使用含有鎳之紅土型礦石係本發明之較佳實例。
含有鎳之紅土型礦石較佳係褐鐵礦型或具有低或高鐵對二氧化
矽比率之褐鐵礦型/腐泥岩礦型礦石之摻合物。
本發明之方法可適用於任何含鎳之褐鐵礦型、腐泥岩礦型或紅土型型之褐鐵礦型/腐泥岩礦型摻合物之礦石，該等亦可含有少量其他金屬，例如(但不限於)呈其元素或氧化物形式之鈷或鉻。
另外，本發明可適用於紅土型礦石連同含鎳硫化物之共處理，該等可含有可藉由任何技術或經濟之已知方法去除之任何種類之雜質。
礦石可藉由已知之礦物質處理方法製備成適當大小(212μm以下)及水分(10質量%至20質量%)此預處理可涉及(但可不限於)：壓碎、篩選、去泥、浮選作為選剔二氧化矽製程之一部分以產生具有高於2.0g/g之Fe/SiO2比率之礦石摻合物。
添加適宜量之還原劑以在熱處理期間提供必要之還原條件。適宜量之還原劑在黏聚物內產生局部還原氣氛，此使得本發明在煅燒期間較少依賴於小心的氣氛控制。
用於本發明之還原劑可係(但不限於)固體碳或液體烴型。
含硫劑可以相對於礦石重量自1wt%且高達5wt%之等效所含S之量來添加。
含硫劑可係(但不限於)元素硫、含鎳硫化物濃縮物、含鐵濃縮物或硫化物礦物質之摻合物。
在熱處理期間需要含硫劑來促進有用金屬粒子之生長。
含金屬之種晶劑可以相對於礦石重量少至0.1wt%且高達2wt%之量來添加，該種晶劑係呈(但不限於)鐵鎳粒子、鐵鎳濃縮物、金屬鎳、鎳粉末及金屬鐵粉末之形式。
當低溫黏合劑存在時，其可以相對於礦石質量自0wt.%且高達5wt.%之量來添加，以幫助總摻合物之黏聚處理並在處置及處理期間提供充分強度。
可選之低溫黏合劑可係(但不限於)有機黏合劑及矽酸鹽黏合劑。
可實施步驟(2)之黏聚及乾燥以為材料處置提供充分強度。
黏聚係必要的以產生局部還原條件。僅在水分遠高於25質量%時需要乾燥。黏聚物之水分含量必須在15質量%至25質量%之範圍內。將在步驟(3)煅燒之黏聚物可經乾燥或係濕的。
將經乾燥或濕之黏聚物與還原氣氛(等效於-12至-15之Log10(pO2))接觸來煅燒至少1小時至最大3小時，以達足夠高以產生在黏聚物內生長及濃縮為金屬粒子之液體金屬相、但不能高至足以產生黏聚物之黏著之溫度。通常，達成此目的之溫度係在950℃至1150℃之範圍內。較低溫度將不會造成必需之還原度且較高溫度將造成黏著及積沉問題。
冷卻步驟(步驟4)係用以防止金屬粒子或部分還原之有用金屬之再氧化。冷卻速率足以防止氧化亞鐵之歧化作用形成足夠量之對有用金屬粒子之磁性分離有害之磁鐵礦。
在步驟4之後，使經冷卻黏聚物(在步驟4中產生之煅料)經受壓碎及研磨之礦物質處理(步驟5)至適於金屬粒子之磁性分離之大小，通常其中代表性p80等於或小於25μm。
然後藉由已知之磁性分離技術(包含但不限於藉由濕式或乾式之磁性分離)、脫水及乾燥來製備步驟5之產物以產生有用金屬之磁性濃縮物。
步驟(6)之產物係磁性濃縮物，將來自其之一小部分再循環作為在步驟1中所提及之種晶材料。
藉由本發明方法產生之磁性濃縮物通常由5wt%至15wt%之Ni及具有以質量計在1/1且高達10/1範圍內之不同Fe/Ni比率組成且金屬粒子大小在20μm以上範圍內，其可用於進一步產生鐵鎳或高度金屬化之含鎳冰銅用於生產不銹鋼。
本發明之新方法提供獨以下獨特特徵：- 礦石之低溫熱升級，此產生高等級、高回收率之含金屬濃縮物；- 與傳統高溫冶金或濕法冶金方法製程礦石相比，藉由顯著減少在處理步驟中欲處理材料之體積減少操作費用；- 使用含金屬之種晶劑以增強並促進適於磁性濃縮之有用金屬之生長；- 在黏聚物中鎳與鐵二者所需要之還原度係藉由在黏聚物內藉助適宜量及類型之還原劑產生局部還原氣氛來控制，此使得該方法較少依賴於在煅燒及熱處理期間之小心氣氛控制。
應瞭解，所建議本發明之修改及變化形式可由熟習此項技術者鑑別並建議以藉由其技術處理除鎳以外或來自除紅土型以外之礦石的金屬。應考慮到此等修改及變化形式視為本發明範圍之一部分。
藉由以下實例說明本發明：
為展示用於紅土型礦石之新熱升級方法及使用金屬種晶粒子之影響，使用不同之紅土型礦石、含S劑及種晶材料來實施小型試驗。
製備大約1.2kg之團粒批料並分為欲在溫度剖面、反應時間及氣氛之各種條件下測試之代表性等分試樣。藉由將煅料研磨以降至p80為25μm來製備用於磁性分離之煅燒糰粒且藉由向攪拌浮選槽相繼施加500、600及800高斯(Gauss)來磁性濃縮以產生三種磁性濃縮物及尾料(tail)。正常地，分別分析該三種磁性濃縮物，但在此處報告複合結果。
在以下表中，基於質量報告所有組成及回收率。
用於此等實驗之各種原料之化學分析係列示於下文：褐鐵礦A：1.15%Ni、38.4%Fe、15.9%SiO2、2.7%MgO、
5.4%Al2O3、8.1%Cr2O3
褐鐵礦B：1.59%Ni、48.5%Fe、8.1%SiO2、1.6%MgO、4.31%Al2O3、1.8%Cr2O3
硫化物A：10.01%Ni、25.2%Fe、32.6%S、13.7%Si、5.1%Mg、1.7%Cu、0.3%Co
濃縮物A：17.3%Ni、45.4%Fe、15.3%CaO、6.3%SiO2、5.1%MgO、1.3%S、1.5%Al2O3
濃縮物B：17.8%Ni、55.9%Fe、7.2%CaO、7.9%SiO2、5.7%MgO、0.8%S、0.5%Al2O3
煤A：68.3%總C、41%固定C、2.1%S、5.7%灰分
表1展示使用鐵鎳種晶之效應。在此情形中，將糰粒在600℃下預熱1h且然後在還原氣氛(CO/CO2體積比率控制在2/1)下在1000℃下煅燒1h。鐵鎳濃縮物對應於自鐵鎳礦渣精煉製程獲得之磁性濃縮物。在此情形中，S源係「硫化物A」且還原劑係「煤A」，該等分別以69g及60g之量添加。
表2展示使用來自在實驗期間生成之濃縮物的再循環磁性濃縮物作為種晶劑之效應。
下表顯示還原劑添加對兩種情形之磁性濃縮物品質之影響。第一情形(標記為「ii」之測試)係在完全控制之還原氣氛下實施，而第二情形(標記為「v」之測試)係藉由逐漸增加溫度及氣體之還原電位(自氧化至完全還原)模擬實際生產窯之溫度及氣氛變化來實施。在實例3中，S源對應於「硫化物A」且種晶劑係「濃縮物A」，二者分別以69g及1g之量添加。
如自上表3所看出，還原劑至糰粒摻合物之過度添加在最終磁性濃縮物中產生Ni等級之不期望降低。此係由於對濃縮物具有稀釋效應之來自礦石之過度Fe還原。另外，儘管窯溫度及氣氛剖面條件(「v」)較恆定之完全還原氣氛(「ii」)更不利，但此等結果展示該方法在典型窯條件下足夠穩健的實施，而不需如在美國專利第5,178,666號中所需小心地控制還原氣氛。
表4中給出金屬種晶組成之效應。在此情形中，用於每一測驗之S源(「硫化物A」)及還原劑(「煤A」)量分別係69g及60g。
Claims (19)
- 一種熱升級含金屬之礦石之方法，其包括以下步驟：(1)混合：(i)礦石、(ii)相對於該礦石，自4重量%且高達15重量%之還原劑、(iii)含硫劑、(iv)含金屬之種晶劑及視情況(v)低溫黏合劑，以產生摻合物；(2)黏聚及乾燥(若需要)在步驟1中所形成之該摻合物，以產生黏聚物；(3)在還原氣氛(氧分壓Log10(pO2)=-12至Log10(pO2)=-15)下且在950℃至1150℃之間之溫度下煅燒在步驟2中所形成之該等黏聚物，以產生在該等黏聚物內生長並濃縮為金屬粒子之液體金屬相；(4)在還原或惰性氣氛中將在步驟3後之該等黏聚物冷卻至環境溫度；(5)將在步驟4中產生之煅料壓碎並研磨至適於金屬粒子之磁性分離之大小(p80 25μm)；及(6)藉由已知之磁性分離技術(包含但不限於濕式或乾式之磁性分離)、脫水及乾燥進行金屬粒子之磁性濃縮。
- 如請求項1之方法，其中該礦石包含具有褐鐵礦型及腐泥岩礦型二者性質之鎳紅土型礦。
- 如請求項1之方法，其中該金屬包含鎳及鐵。
- 如請求項1之方法，其中該含金屬之礦石係含鎳之紅土型礦石。
- 如請求項4之方法，其中該等含鎳之紅土型礦石係褐鐵礦型或具有低或高鐵對二氧化矽比率之褐鐵礦型/腐泥岩礦型礦石之摻合物。
- 如請求項4之方法，其適用於紅土型礦石連同含鎳硫化物之共處 理，該等可含有可藉由任何已知方法去除之任何種類之雜質。
- 如請求項1之方法，其中包含藉由已知礦物質處理方式預處理該礦石以將該礦石製備成適當大小(低於212μm)及濕度(10質量%至20質量%)。
- 如請求項7之方法，其中此預處理可涉及但可不限於：壓碎、篩選、去泥、浮選作為選剔二氧化矽製程之一部分以產生具有高於2.0g/g之Fe/SiO2比率之礦石摻合物。
- 如請求項1之方法，其中該還原劑係固體碳或液體烴型。
- 如請求項1之方法，其中該含硫劑係相對於礦石重量以自1wt%且高達5wt%之等效含S量來添加。
- 如請求項1之方法，其中該含硫劑係元素硫、含鎳硫化物濃縮物、含鐵濃縮物或硫化物礦物質之摻合物。
- 如請求項1之方法，其中該含金屬之種晶劑係相對於礦石重量以少至0.1wt%且高達2wt%之量來添加。
- 如請求項1之方法，其中該含金屬之種晶劑係鐵鎳粒子、鐵鎳濃縮物、金屬鎳、鎳粉末及金屬鐵粉末。
- 如請求項1之方法，其中該低溫黏合劑係相對於礦石質量以自0wt.%且高達5wt.%之量來添加。
- 如請求項1之方法，其中該低溫黏合劑係有機黏合劑及矽酸鹽黏合劑。
- 如請求項1之方法，其中步驟(3)之黏聚物經乾燥或係濕的。
- 如請求項16之方法，其中該等經乾燥或濕之黏聚物與還原氣氛(等效於-12至-15之Log10(pO2))接觸來煅燒至少1小時至最大3小時，以達在950℃至1150℃範圍內之溫度。
- 一種磁性濃縮物，其特徵在於係藉由如請求項1之方法產生，其由5wt%至15wt%之Ni及具有以質量計在1/1且高達10/1之範圍內 之不同Fe/Ni比率組成且金屬粒子大小在20μm以上範圍內。
- 一種藉由如請求項1之方法產生之磁性濃縮物之用途，其用於產生鐵鎳或高度金屬化之含鎳冰銅用於生產不銹鋼。
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