[0001] 本发明涉及湿法冶金技术领域，具体而言，涉及一种红土镍矿酸浸渣的处理方法、活性材料。

[0002] 目前，在全世界范围内，镍矿主要分为硫化镍矿和红土镍矿两大类，根据已探明储量，两种镍矿的储量大约为硫化镍矿：红土镍矿=1:3。过去，在世界范围内主要以使用硫化镍矿为主，但随着其储量的逐渐降低，如今也逐渐向使用红土镍矿为主，比例也逐渐超过硫化镍矿。

[0003] 现今，红土镍矿用量最大的方向主要是采用RKEF火法冶炼工艺生产不锈钢原料—镍铁合金，产生的废渣以镍铁渣为主，红土镍矿中大部分Ni、Fe元素还原进入镍铁中，固渣中主要成分是MgO和SiO2。但是该冶炼工艺存在电耗高，生产成本较高的问题，由于红土镍矿中MgO和SiO2等组分在冶炼过程中容易形成高熔点物相，为保证渣铁分离，常需要较高的炉温度，产生的渣量也较大，资源化利率用低。随着新能源电池材料的发展，镍产品种类市场需求也逐渐增多，且随着红土镍矿中Ni品位降低，采用湿法酸浸工艺处理红土镍矿逐渐成为发展趋势。在此情况下，将会不断产生各种废渣，包括含铁酸浸渣、铁铝渣、石膏渣等一系列工艺过程废渣。由于红土镍矿湿法冶金工艺在国内尚处于起步发展阶段，红土镍矿酸浸渣大部分仍以堆存为主，少部分加工成炼铁原料或铁红颜料产品，用量少，经济性低，也未能实现全工艺过程废渣的综合利用，仍旧欠缺资源节约、产品多样、无废产出等特点。

[0004] 如此，随着红土镍矿的大量使用，势必也会产生大量的红土镍矿酸浸渣。大量的红土镍矿酸浸渣堆存，不仅污染环境，而且渣中残余的Fe、Ni等金属元素也随之流失，造成资源的浪费。我国属于典型的镍、铁资源不足国家，每年需要从国外进口大量镍矿和铁矿等矿产资源，对于红土镍矿几乎属于完全进口为主。如果能把这些酸浸红土矿渣中的Fe、Ni等金属元素得以再回收，剩余尾渣再制作成建材，则能够极大提高红土镍矿资源利用效率。

[0005] 因此，本发明提出一种红土镍矿酸浸渣的处理方法，以解决现有的红土镍矿酸浸渣资源化利用率较低，大部分只能进行堆存，未能充分发挥出红土镍矿酸浸渣的经济价值，导致资源浪费和环境污染的问题。

[0030] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

[0031] 正如本申请背景技术部分所描述的，现有技术无法有效利用红土镍矿酸浸渣的问题。为了解决这一问题，本申请提供了一种红土镍矿酸浸渣的处理方法，如图1所示，其包括以下步骤：步骤S1，将红土镍矿酸浸渣、调整料、助熔料和还原剂混合进行压制，得到预制品；步骤S2，将预制品焙烧，得到热烧渣和热烟气，热烟气用以制酸；步骤S3，对热烧渣进行磁选，得到精铁料和尾渣 ；步骤S4，将尾渣、活性料和激发料混合进行粉磨，得到活性材料；其中，调整料为含铁废渣；助熔料为含CaO、MgO、Na2O中一种或多种的碱性物质；活性料选自镍铁渣、粉煤灰、高炉渣、炉底渣或煤渣中的一种或多种；激发料选自脱硫石膏、钢渣尾渣、电石渣、生石灰、石灰石、熟石灰或水泥熟料中的一种或多种。

[0032] 本发明先将红土镍矿酸浸渣、调整料、助熔料和还原剂混合进行压制，得到预制品，然后再将预制品进行焙烧，得到热烧渣和热烟气（这部分热烟气送制酸系统可制取浓硫酸等），再将热烧渣进行磁选，得到精铁料和尾渣。其中，精铁料可直接作为铁原料进行应用。经上述操作步骤，实现了红土镍矿酸浸渣中残余Fe、Ni元素的回收利用；尾渣可与活性料、激发料混合进行粉磨，得到活性材料，应用在建材领域，从而有效实现了红土镍矿酸浸渣中钙元素的回收利用。

[0033] 其中，调整料主要用于调整红土镍矿酸浸渣中各化学成分（碱性成分MgO、CaO和酸性成分SiO2、Al2O3）之间比例，可使物料中的一些弱磁性含铁物料形成磁性含铁矿物，后续通过简单磁选即可回收得到Fe料，从而提高Fe金属的回收率。同时，调整料选自含铁废渣，还能有效利用此类的含铁固废，避免资源浪费。助熔料为含CaO、MgO、Na2O中一种或多种的碱性物质，其可以与红土镍矿酸浸渣中的SiO2等酸性氧化物反应，并将原先同SiO2结合的Fe2O3释放出来，从而提高铁氧化物的还原反应活性，增加金属铁产率。

[0034] 综上，本申请通过调整料、助熔料和还原剂之间相互协同配合，能够进一步将红土镍矿酸浸渣中的Fe元素进行有效回收。本发明的红土镍矿酸浸渣的处理方法实现了红土镍矿酸浸渣的全资源化综合性利用，对残余有价Fe金属回收率高，实现有价金属（诸如Fe、Ni）、硫等组分的充分利用，不仅实现了有价金属的循环利用，还实现了硫资源的循环利用，减少了硫酸的采购成本。同时，本发明的红土镍矿酸浸渣的处理方法能够实现以其它镍冶金（包括湿法和火法冶金）、钢铁冶金、火电等周边配套工业生产中产生的多种含铁废渣的协同化处理利用目的。本发明的处理方法具有固废消耗量大，生成的产品种类多，产品产值高，综合生产成本低、资源利用率高等特点，为红土镍矿酸浸渣的有价组分充分回收和全组分资源化提供了一种更有效地解决途径。

[0035] 本发明的红土镍矿酸浸渣是指红土镍矿经过湿法酸浸工艺处理后产生的废渣，其包括以下成分：38~52wt%的Fe、4~13wt%的FeO、8~22wt%的SiO2、5~23wt%的CaO、1~6wt%的Al2O3和1~4wt%的MgO。热烧渣包括以下成分：48~68wt%的Fe2O3、8~17wt%的SO3、 1~5wt%的CaO、6~25wt%的SiO2、1~4wt%的MgO和3~8wt%的Al2O3。热烟气包括SO2，SO2的体积浓度为4~10%。

[0036] 在一种优选的实施方式中，按照干矿重量份数计，红土镍矿酸浸渣为100份，调整料为3 28份，助熔料为0.5 22份，还原剂为5 20份。基于此，红土镍矿酸浸渣与调整料、助熔~ ~ ~料、还原剂的协同增效作用更加显著，从而可以促使红土镍矿酸浸渣的Fe元素被充分地还原，进而可以将更多的红土镍矿酸浸渣进行有效化处理，使后续得到的精铁料的含铁量更高，尾渣活性材料的性能更佳，同时在上述比例范围内的红土镍矿酸浸渣与调整料、助熔料、还原剂能够提升焙烧金属还原效率，降低能耗和成本。

[0037] 为了进一步得到活性性能更佳的活性材料，优选地，按照干矿重量份数计，尾渣为20 40份，活性料为50 70份，激发料为3 10份。
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[0038] 为了进一步提高红土镍矿酸浸渣的资源利用率，使得铁元素被充分回收利用，在步骤S2中，焙烧的温度为900 1250℃，焙烧时间为1 2h。当焙烧温度过高会导致液相含量增~ ~加和过烧结，不利于焙烧炉稳定运行，同时能耗也会增加，当焙烧温度过低会导致铁元素不能被充分还原。

[0039] 为了进一步提高焙烧效率，优选地，将红土镍矿酸浸渣、调整料、助熔料和还原剂的混合料压制成块状或球状进行焙烧；优选地，焙烧过程中采用的燃料选自天然气和/或煤粉；优选地，预制品焙烧过程可在回转窑、转底炉、烧结车、带式焙烧机或隧道窑中焙烧还原。在一种优选的实施方式中，焙烧过程中采用的助燃气体中O2的体积浓度为40~60%。本发明将助燃气体中O2的体积浓度控制在上述范围内，可以实现富氧燃烧，进一步降低能耗。

[0040] 在一种优选的实施方式中，热烟气中O2的体积浓度≤5%，热烟气的温度≥300℃。本发明的热烟气可以回收用作制酸原料，实现了红土镍矿酸浸渣的硫资源的循环利用，减少了红土镍矿湿法酸浸工艺中硫酸采购成本。本发明控制出炉的热烟气的O2的体积浓度和温度，可以充分保证渣中金属氧化物还原所需的还原性气氛，同时又减少过多CO产生和过高烟气温度而导致的生产能耗增加。优选地，热烟气中O2的体积浓度为2~4%，热烟气的温度
300 350℃。
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[0041] 在一些可选的实施方式中，含铁废渣选自钢渣、湿法铁铝渣或镍冶炼渣中的一种或多种。碱性物质既可采用天然矿石资源加工的原料，例如石灰石、白云石、生石灰等，从变废为宝的角度考虑，也可采用冶金化工废渣，例如可以为石膏渣、电石渣、镁渣等。

[0042] 在一种优选的实施方式中，还原剂选自含碳量为40 90%、热值为≥3000kcal/kg的~固体还原剂。选自上述固体还原剂一方面可以促进红土镍矿酸浸渣中铁元素的还原剂，另一方面还可以作为燃料利用，提高焙烧效率，进一步提高红土镍矿酸浸渣的铁元素的回收率。优选地，还原剂既可选自无烟煤、褐煤、焦炭等矿石燃料，也可选自废旧石墨电极、生物质废弃物（例如可以为秸秆、碳化稻壳等）。优选地，控制还原剂的粒度≤10mm。

[0043] 在一种优选的实施方式中，在步骤S1中，在压制之前，处理方法还包括将红土镍矿酸浸渣、调整料、助熔料进行第一破碎处理，以控制物料的粒度≤10mm。本发明对上述物料进行破碎处理，控制物料的粒度≤10mm可以各物料之间充分混匀和接触，提高反应效率优选地，物料的粒度为3 7mm。~

[0044] 在一种优选的实施方式中，在步骤S3中，在磁选之前，处理方法还包括将热烧渣进行空气冷却，得到烧渣的步骤。本发明经过上述步骤处理，既能回收热渣余热形成冷却热空气，继续作为助燃空气使用，还能促进烧渣尾渣的玻璃相形成，提高尾渣潜在水化胶凝活性。采用热烧渣与空气冷却时，热烧渣的余热将冷空气转化为热空气，本发明再将热空气再返回预制品焙烧过程中作为助燃气体的一部分使用，充分利用烟气余热，节约能耗。

[0045] 为了便于后续的磁选处理，提高尾渣和精铁料的分离。优选地，在步骤S3中，将烧渣依次进行第二破碎处理及粉磨处理，粉磨处理后的烧渣中超过35%质量的烧渣粒度≤0.074mm。

[0046] 为了进一步提高尾渣和精铁料的分离度，提升产品的性能。在步骤S3中，磁选包括顺次进行的两道磁选工艺，两道磁选工艺的磁场强度各自独立得为80 250kA/m。优选地，第~一道磁选工艺的磁场强度高于第二道磁选工艺的磁场强度，且第一道磁选强度为150~
250kA/m、第二道磁选强度为80 150kA/m。
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[0047] 本发明还提供了一种活性材料，该活性材料由前述的红土镍矿酸浸渣的处理方法2
得到，活性材料的比表面积≥350m/kg。

[0048] 基于前文的各项原因，本发明通过上述处理方法得到的活性材料具有潜在的水化活性，且活性较佳。较佳的水化活性使材料即可作为活性混合材，直接可将其作为活性掺合料外售给混凝土、水泥制品等生产企业使用。

[0049] 以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

[0050] 实施例1

[0051] 红土镍矿酸浸渣的成分：Fe2O3 为57wt%、SiO2为15wt%、CaO为4wt %、Al2O3为3.7wt%、MgO为1.7wt%、SO3为11wt%及其他杂质。

[0052] 将红土镍矿酸浸渣、调整料（钢渣）及助熔料（生石灰）破碎至粒度小于10mm后，再与还原剂（无烟煤）混合后进行压制成球，得到预制品；其中，按照干矿重量份数计，红土镍矿酸浸渣为100份，调整料为15份，助熔料为2份，还原剂为15份。

[0053] 将上述预制品送入回转窑进行焙烧，焙烧的温度控制在1100 1150℃范围内，焙烧~时间为2h，其中，焙烧过程中采用天然气作为燃料，并鼓入氧气体积浓度为50%的富氧助燃空气（其中各气体的体积浓度为：O2为50%、N2为49%、H2O为 1%），得到热烧渣（Fe为43wt%、FeO为 6 wt%%、CaO为 8.1wt%%、SiO2 为12.3 wt%%、Al2O3为2.3wt%、MgO为1.4wt%）和热烟气。其中，热烟气为焙烧出炉的烟气，SO2组分含量为7%，烟气的温度为340℃，O2的浓度为5%。将回收的热烟气经冷却除尘后作为制取浓硫酸的原料。

[0054] 将出炉后的热烧渣进行空气冷却，冷却至300℃，得到烧渣，将烧渣进行破碎、粉磨，粉磨后烧渣的粒度分布为：烧渣通过0.074 mm筛后的筛余重量为25%，然后再将粉磨后烧渣进行两道磁选，一级磁选的磁场强度为240kA/m，获得中矿和尾矿，再对中矿进行二级磁选，磁场强度为100kA/m，获得精铁料（TFe含量为78%，Fe回收率达92%）和尾渣。

[0055] 按照干矿重量份数计，将30份尾渣、65份活性料（粉煤灰）和5份激发料（脱硫石膏）2
混合进行粉磨，粉磨至比表面积达400 450m/kg时，即得到活性材料。
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[0056] 实施例2

[0057] 与实施例1不同之处在于，红土镍矿酸浸渣为100份，调整料为28份，助熔料为22份，还原剂为20份。

[0058] 实施例3

[0059] 与实施例1不同之处在于，红土镍矿酸浸渣为100份，调整料为3份，助熔料为0.5份，还原剂为5份。

[0060] 实施例4

[0061] 与实施例1不同之处在于，红土镍矿酸浸渣为100份，调整料为15份，助熔料为2份，还原剂为2份。

[0062] 实施例5

[0063] 与实施例1不同之处在于，焙烧的温度为780 800℃，焙烧时间为2h。~

[0064] 实施例6

[0065] 与实施例1不同之处在于，焙烧的温度为1380 1400℃，焙烧时间为2h。~

[0066] 实施例7

[0067] 与实施例1不同之处在于，助燃气体中O2的体积浓度为20%。

[0068] 实施例8

[0069] 与实施例1不同之处在于，按照干矿重量份数计，将20份尾渣、70份活性料和10份激发料混合进行粉磨。

[0070] 实施例9

[0071] 与实施例1不同之处在于，按照干矿重量份数计，将37份尾渣、50份活性料和3份激发料混合进行粉磨。

[0072] 实施例10

[0073] 与实施例1不同之处在于，按照干矿重量份数计，将50份尾渣、30份活性料和20份激发料混合进行粉磨。

[0074] 性能表征

[0075] TFe测试：Fe回收率=精铁矿重量×精铁矿Fe含量/（∑各投入物料量×各投入物料Fe含量）×100%。

[0076] 活性指数测试：参考GB／T 18046‑2017进行测试。上述实施例测试结果见表1。

[0077] 表1

[0078]

[0079] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。