基于紅土鎳礦的鎳鐵和不銹鋼冶煉工藝裝備技術(shù)

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1、2016全國有色金屬采選冶實用技術(shù)與裝備大會基于紅土鎳礦的鎳鐵、不銹鋼冶煉工藝裝備技術(shù)周建男中國·長沙2016.4.20-22目錄1、紅土鎳礦礦床形成過程及特征2、冶煉鎳鐵的工藝裝備3、冶煉奧氏體不銹鋼工藝裝備1、紅土鎳礦礦床形成過程?紅土鎳礦即氧化鎳礦，是堿性火山巖風(fēng)化殘積礦石，它含有大量的鎂、鐵和少量的鎳。母巖多為超基性巖體，例如橄欖巖（含鎳0.2%）。橄欖巖主要同富鎂礦物，如蛇紋石、橄欖石和輝石共生，這三種礦物晶格中的鎂可被鎳取代，即鎳以類質(zhì)同象形式存在。原因是鎳的原子半徑（0.69埃）與鎂的原子半徑（0.66埃）大體相等。一般來講，風(fēng)化作用可把富鎂

2、礦物的鎳富集20～30倍,并且在局部地段形成紅土型鎳礦體。1、紅土鎳礦礦床形成過程1、紅土鎳礦礦床形成過程世界紅土鎳礦礦床分布及鎳儲量圖1、紅土鎳礦礦床形成過程1.1紅土鎳礦類型根據(jù)風(fēng)化階段，紅土鎳礦主要可分為兩大類：1）硅酸鹽類，通常儲藏于紅土鎳礦床的較深層。其鎳含在含水Mg-Fe硅酸鹽的晶格中，最常用的存在形式是硅鎂鎳礦，如蛇紋石Mg[SiO](OH)中的可被頂替，64108則成硅鎂鎳礦（Ni，Mg）SiO(OH)；641082）含鎳褐鐵礦，通常儲藏于紅土鎳礦床的表層。其中主要含有含水針鐵礦FeO(OH)·nHO，高度分散的氧化鎳（NiO）和三氧2化二

3、鐵即嵌在其中，即為（Fe,Ni）O(OH)·nHO。含鎳褐鐵礦2（Fe,Ni）O(OH)·nHO中，氧化鎳主要是與鐵的氧化物組成固2溶體存在。因紅土鎳礦中的鎳常以類質(zhì)同象分散在脈石礦物中并呈化學(xué)浸染狀態(tài)，且粒度很細，故不能采用已知的物理選礦方法選礦。1、紅土鎳礦礦床形成過程1.2形成紅土鎳礦應(yīng)具備的條件自然界各類巖石中，以超基性巖-橄欖巖含鎳最高，但也只有0.2%左右，不具工業(yè)意義。要形成具有經(jīng)濟價值的鎳礦，必須經(jīng)天然的富集作用，提高品位。紅土鎳礦床是特殊地質(zhì)基礎(chǔ)和特定地表環(huán)境共同耦合作用的產(chǎn)物。1、紅土鎳礦礦床形成過程1）富鎂超基性巖并出露是形成紅土鎳礦

4、的物源基礎(chǔ)。（地盾、島弧）2）氣候因素是紅土化作用的表生營力，它促成鎳元素從母礦中活化釋放。赤道附近熱帶氣候，溫度大致在30℃以上，年降雨量需500～2540mm。氣溫越高、濕度越大，化學(xué)反應(yīng)越強烈，有利于巖石風(fēng)化淋濾。3）旱、濕季明顯。旱季地下水位下降，濕季上升。由于地下水的上下循環(huán)，促使巖石分解、交替。1、紅土鎳礦礦床形成過程4）靠近海岸地區(qū)，由于海水蒸發(fā)，使降雨中的氯化鈉含量增高，例如南美近海地區(qū)降雨中的氯化鈉含量每年可達90公斤l公畝。這可提高鎳的溶解度，有利于鎳的次生富集。5）地形地貌影響鎳礦體堆積空間。在地貌上低山平臺、山脊、山前丘陵等地貌利于

5、礦體堆積，反之高山和溝谷地貌由于強烈剝蝕不利于礦體堆積。6）地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育為鎳元素活化-淋濾-沉淀提供了良好的通道和空間場所。1、紅土鎳礦礦床形成過程印度尼西亞、菲律賓紅土鎳礦分布圖1、紅土鎳礦礦床形成過程1.3紅土型鎳礦垂向分帶（巖石學(xué)垂向分帶）通過探礦發(fā)現(xiàn)，紅土型鎳礦床的風(fēng)化殼剖面均有帶狀發(fā)育特點。雖然各礦床不盡相同，但可以看出Ni、Fe、SiO、MgO、Cr、AlO從基巖經(jīng)弱風(fēng)223化、強風(fēng)化、最后變成紅土一路走來,其中各元素的含量變化規(guī)律。超基性巖體頂部的紅土風(fēng)化殼剖面存在三個明顯的分化帶：即從上到下依次為紅土帶、腐巖帶和基巖帶。1、紅土鎳礦礦床形成

6、過程左圖是典型硅酸鹽型紅土礦床剖面圖H-紅土帶；F-腐巖帶；J-基巖帶；H1-腐殖土層；H2-紅色褐鐵礦層；H3-黃色褐鐵礦層；F1-黃色粘土層；F2-灰綠色硅鎂鎳礦層；J-基巖1、紅土鎳礦礦床形成過程1.4、礦化剖面巖石元素的分布礦物中Ni、Fe、Al、SiO、Mg0元素為主要組分，2Ti、Cr、Mn、Co、Cu和Ca等元素屬微量組分。根據(jù)印尼中蘇拉威西省摩落灣利縣鎳礦紅土風(fēng)化殼及基巖主要化學(xué)成分，可看出礦化剖面元素地球化學(xué)分異非常顯著，各元素在剖面上下分布有如下規(guī)律：A1、Fe、Cr等元素，其含量值呈上高下低；SiO、2Mg0兩元素，其含量值呈上低下高

7、；Ca、Ni、Mn、Co等元素，其含量值呈中下部高，而頂部和底部均低。同時，Ni與Al、Fe、Cr、Mn、Co等元素在腐巖下部至地面紅土帶呈負相關(guān)、而與Si0、Mg0正相關(guān)。Co2與Mn正相關(guān)。1、紅土鎳礦礦床形成過程1.5礦床形成過程紅土型鎳礦是超基性巖體風(fēng)化—淋濾—沉淀的產(chǎn)物，是紅土化過程的產(chǎn)物。即出露的基巖經(jīng)地質(zhì)作用變成腐巖，腐巖再經(jīng)進一步作用變成紅土，最終形成了一個從上到下依次為紅土帶→腐巖帶→基巖帶紅土風(fēng)化殼礦化剖面的礦床，這是一個極其漫長的過程。其產(chǎn)出規(guī)模、分布范圍、品位高低和礦床類型與母巖類型、氣候條件、地形地貌和構(gòu)造條件具有密切關(guān)聯(lián)。對照紅

8、土風(fēng)化殼礦化剖面基巖帶→腐巖帶→紅土帶風(fēng)化程度的遞增現(xiàn)象，成礦的過