Фазовый состав и термические свойства окисленной никелевой руды Сахаринского месторождения

Методами рентгенографии, оптической микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа определены составы и распределение элементов в основных минеральных составляющих окисленной никелевой руды Сахаринского месторождения: гетите, гематите, серпентине, тальке и хлорите. Основная доля никеля сосредоточена в оксидах железа, где его содержание достигает 2,4 %, в то время как в силикатах магния — не превышает 0,4 %. Методами термоанализа, совмещенного с масс-спектрометрическим анализом газов, и последующей рентгенографии продуктов установлены последовательность и температурные интервалы превращений при нагреве руды в инертной и восстановительной средах. Обоснованы температурные режимы обжига руды для восстановления никеля и железа из их минералов. Температурные режимы нагрева образцов приняты близкими к условиям, реализованным в промышленных агрегатах (электропечи), где скорость нагрева шихты колеблется в пределах 5—15 град/мин, вплоть до температур плавления (1450 °С) ферроникеля и шлака. Сведения по вещественному составу, термическим свойствам и формам нахождения металлов в руде предложено использовать при выборе режимов и технологий их пиро- или гидрометаллургической переработки. Восстановление никеля и железа из оксидов в среде СО происходит при температурах выше 800 °С, в то время как серпентины остаются устойчивыми вплоть до 1200 °С. Применение кокса в качестве восстановителя позволяет восстанавливать железо и никель из серпентинов при температуре выше 1250 °С. Полученные данные использованы для обоснования режимов работы обжиговых и электрических печей при выплавке ферроникеля из окисленных руд. При обжиге образующиеся частицы ферроникеля будут содержать 2—4 % Ni. Завершение восстановительных процессов в электропечи обеспечит извлечение металлов из силикатов магния, что позволит незначительно повысить содержание никеля в ферроникеле.

1. Резник И.Д., Ермаков Г.Л., Шнеерсон Я.М. Никель. Т. 1. М.: Наука и технологии, 2001.

2. Никитин К.К., Глазковский А.А. Никеленосные коры выветривания ультрабазитов и методы их изучения. М.: Недра, 1970.

3. Селиванов Е.Н., Сергеева С.В., Удоева Л.Ю, Панкратов А.А. Распределение никеля по фазовым составляющим окисленной никелевой руды Серовского месторождения. Обогащение руд. 2011. No. 5. С. 46—50.

4. Вершинин А.С., Витковская И.В., Эдельштейн И.И., Ва-реня ГД. Технологическая минералогия гипергенных никелевых руд. Л.: Наука, 1988.

5. Talovina I.V, Lazarenkov V.G., Ryzhkova S.O., Ugol’kov V.L., Vorontsova N.I. Garnierite in nickel deposits of the Urals. Lithol. Miner. Resources. 2008. Vol. 43. P. 588—595. DOI: 10.1134/S0024490208060060.

6. Powder diffraction file (PDF), produced by the International Centre for Diffraction Data, Newtown Square, PA.

7. Лазарева С.В, Селиванов Е.Н., Удоева Л.Ю, Гуляева РИ. Термические свойства высокомагнезиальной никелевой руды Серовского месторождения. В сб.: Современные металлические материалы и технологии: Тр. междунар. науч-техн. конф. (г. Санкт-Петербург, 24—26 июня 2009 г.). СПб: Изд-во Политехнического ун-та, 2009. С. 177—182.

8. Elliott R., Pickles C.A., Forster J. Thermodynamic of the reduction roasting of nickeliferous laterite ore. J. Miner. Mater. Charact. Eng. 2016. Vol. 4. P. 320—346. DOI: 10.4236/jmmce.2016.46028.

9. Pickles C.A., Forster J., Elliott R. Thermodynamic analysis of the carbothermic reduction roasting of a nickeliferous limonitic laterite ore. Miner. Eng. 2014. Vol. 65. P. 33—40. DOI: 10.1016/j.mineng.2014.05.006.

10. Selivanov E.N., Lazareva S.V, Udoeva L.Y, Gulyaeva R.I. Structure and thermal transformations of hydrated magnesium silicates. Defect Diffus. Forum. 2011. Vol. 312—315. P. 708—712. DOI: 10.4028/www.scientific.net/DDF.312-315.708.

11. Rhamdhani M.A., Hayes P.C., Jak E. Nickel laterite. Part 1. Microstructure and phase characterisations during reduction roasting and leaching. Miner. Process. Extract. Metall. 2009. Vol. 118 (3). P. 129—145. DOI: 10.1179/174328509X431391.

12. Хорошавин А.Г. Форстерит. М.: Теплотехника, 2004.

13. Иванова В.П., Касатов Б.К., Красавина Т.Н. Термический анализ минералов и горных пород. Л.: Недра, 1974.

14. Bunjaku A., Kekkonen M., Taskinen P., Holappa L. Thermal behavior of hydrous nickel-magnesium silicates when heating up to 750 °C. Miner. Process. Extract. Metall. 2011. Vol. 120 (3). P. 139-146. DOI: 10.1179/1743285511Y.0000000011.

15. Чернобровин В.П., Пашкеев И.Ю, Михайлов Г.Г, Лыка-сов А.А., Сенин А.В., Толканов О.А. Теоретические основы процессов производства углеродистого феррохрома из уральских руд. Челябинск: ЮУрГУ, 2004.

16. Zevgolis E., Zografidis C., Halikia I. The reducibility of the Greek nickeliferous laterites: A review. Miner. Process. Extract. Metall. 2010. Vol. 119 (1). P. 9-17. DOI: 10.1179/174328509X431472.

17. Tsuji H. Behavior of reduction and growth of metal in smelting of saprolite Ni-ore in rotary kiln for production of ferro-nickel alloy. ISIJInt. 2012. Vol. 52 (6). P. 10001009. DOI: 10.2355/isijinternational.52.1000.

18. Bo Li, Hua Wang, Yonggang Wei. The reduction of nickel from low-grade nickel laterite ore using a solid-state deoxidization method. Miner. Eng. 2011. Vol. 24. P. 15561562. DOI: 10.1016/j.mineng.2011.08.006.

19. Samouhos M., Taxiarchou M., Hutcheon R., Devlin E. Microwave reduction of a nickeliferous laterite ore. Miner. Eng. 2012. Vol. 34. P. 19-29. DOI: 10.1016/j.mineng.2015.09.005.

20. Song Chen, Shu-qiang Guo, Lan Jiang, Yu-ling Xu, Wei-zhong Ding. Thermodynamic of selective reduction of laterite ore by reducing gases. Trans. Nonfer. Met. Soc. China. 2015. Vol. 25. P. 3133-3138. DOI: 10.1016/S1003-6326(15)63943-7.

21. Utigard T, Bergman R.A. Gaseous reduction of laterite ores. Metall. Mater. Trans. B. 1992. Vol. 23. P. 271-275.

22. Yang J., Zhang G., Jahanshahi S., Ostrovski O. Reduction of a garnieritic laterite ore by CO-CO2 gas mixtures. In: Energy efficiency and environmental friendliness are the future of the global Ferroalloy industry: 14-th Intern. Ferroalloys congr. (Kiev, Ukraine, 31 May - 4 June 2015). P. 518-527.

23. Shiwei Zhou, Yonggang Wei, Bo Li, Hua Wang, Baozhonh Ma, Chengyan Wang. Chloridization and reduction roasting of high-magnesium low-nickel oxide ore followed by magnetic separation to enrich ferronickel concentrate. Metall. Mater. Trans. B. 2016. Vol. 47. P. 145-153. DOI: 10.1007/s11663-015-0478-8.

24. Emmanuel N. Zevgolis, Charalabos Zografidis, Theodora Perraki, Eammon Devlin. Phase transformations of nickeliferous laterites during preheating and reduction with carbon monoxide. J. Therm. Anal. Calorim. 2010. Vol. 100. P. 133-139. DOI: 10.1007/s10973-009-0198-x.