权利要求
步骤1：将高镁尾矿压块后，在800℃～1200℃的温度下煅烧0.5～4h，脱去结晶水与结构水;
步骤2：将煅烧后的高镁尾矿经破碎后过标准筛，收集煅烧后高镁尾矿粉末;
步骤3：将步骤2得到的高镁尾矿粉末与碳质还原剂、助剂氧化钙和催化剂氟化钙混合，得到混合料，所述碳质还原剂的加入量为高镁尾矿粉末质量的10%～80%，所述助剂氧化钙的加入量为高镁尾矿粉末质量的5%～40%;
步骤4：将所述混合料压制成团块状;
步骤5：将步骤4压制后的团块状混合料放入真空炉中进行还原反应，控制炉内真空度在5～50Pa，还原温度为1300～1400℃，恒温0.5～8h，产生的镁蒸气采用多级梯度冷凝系统收集，得到镁晶体和镁粉;
步骤6：将还原反应后的剩余残渣进行磁选，回收铁镍合金。
2.根据权利要求1所述的一种从高镁尾矿中真空碳热还原提取镁镍铁的方法，其特征在于：所述高镁尾矿主要组成为镁橄榄石、堇青石、镍绿泥石、滑石、斜顽辉石。
3.根据权利要求1所述的一种从高镁尾矿中真空碳热还原提取镁镍铁的方法，其特征在于：步骤2中所述标准筛，孔径为0.075～0.300 mm。
4.根据权利要求1所述的一种从高镁尾矿中真空碳热还原提取镁镍铁的方法，其特征在于：步骤3中所述的碳质还原剂为焦炭、煤、兰炭中的一种或多种混合。
5.根据权利要求1所述的一种从高镁尾矿中真空碳热还原提取镁镍铁的方法，其特征在于：步骤3中所述催化剂氟化钙的加入量为所述煅烧后高镁尾矿粉末质量的0.5%～20%。
6.根据权利要求1所述的一种从高镁尾矿中真空碳热还原提取镁镍铁的方法，其特征在于：步骤4中所述压制成团块的压力为2～10MPa。
7.根据权利要求1所述的一种从高镁尾矿中真空碳热还原提取镁镍铁的方法，其特征在于：步骤5中所述多级梯度冷凝系统包括第一高温冷凝级和第二低温冷凝级，所述第一高温冷凝级控制温度为500～600℃，所述第二低温冷凝级控制温度为200～400℃。
8.根据权利要求1所述的一种从高镁尾矿中真空碳热还原提取镁镍铁的方法，其特征在于：步骤6中磁选磁场强度为7000～15000 Gs。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于冶金技术和固废资源再利用领域，具体涉及一种从高镁尾矿中真空碳热还原提取镁镍铁的方法。
背景技术
[0002]金属镁凭借其优良的物理与机械加工等性能，已在冶金、化工、机械制造、电子通信及航空航天等多个关键领域获得广泛应用，金属镍则是不锈钢、高温合金及催化材料的关键原料，在高端制造和化工行业中占据重要地位。目前我国金属镁的生产主要依赖于白云石、菱镁矿等碳酸盐矿物，而蛇纹石、橄榄石以及铜镍矿选矿过程中产生的高镁尾矿等硅酸盐型镁资源，虽储量可观，却因提取工艺尚不成熟，未能实现规模化高效利用，其中高镁尾矿是在硫化铜镍矿浮选过程中，为降低入炉料中氧化镁含量以改善冶炼条件而产生的固体废弃物，这些尾矿中富含以镁橄榄石、堇青石、镍绿泥石、滑石、斜顽辉石等硅酸镁矿物，并含有镍、铁等有价元素，大量堆存的高镁尾矿不仅造成了镁、镍资源的严重浪费，也带来了环境风险。
[0003]在硅酸镁矿物提取镁技术方面，现有技术常常采用硅铝或硅钙合金作为还原剂，其还原剂本身的生产过程能耗高、工艺复杂，导致整体成本上升。申请号200910084574.0，发明名称“用蛇纹石矿物真空碳热还原制备金属镁及副产品的方法”，虽然使用了成本较低的碳质还原剂，并实现了镁、铁、镍的还原以及碳化硅的副产，但其技术方案主要是针对蛇纹石这一特定矿物设计的，高镁尾矿的矿物组成与蛇纹石存在显著差异，其晶体结构、化学成分及还原行为均不相同，导致该工艺方法无法直接应用于成分更为复杂的高镁尾矿，还原效果存在不确定性。
[0004]综上所述，现有技术存在还原剂成本高、工艺流程复杂、或技术方案针对特定矿物普适性不足的问题，难以实现对高镁尾矿中镁、镍、铁的高效提取。因此，亟需一种针对高镁尾矿的特性，同步、高效、低成本地回收其中镁、镍、铁有价组分的新方法。
发明内容
[0005]为解决上述技术问题，本发明提供一种从高镁尾矿中真空碳热还原提取镁镍铁的方法，以解决上述背景中存在的问题。其特征是以高镁尾矿为原料，C为还原剂，CaO为助剂，CaF2为催化剂，真空条件下还原得到镁蒸气。在还原反应初期，Mg2SiO4与C接触发生反应，如反应方程式(1)所示，生成的MgO、SiC使Mg2SiO4和C的接触中断，两者需要在固体膜层中扩散，而固相之间的扩散困难，从而使反应中断，随着反应的进行，反应(2)开始进行，生成MgO和SiO。
[0006](1)Mg2SiO4 + 3C = 2MgO(s) + SiC(s) + 2CO(g)
(2)Mg2SiO4 + C = 2MgO(s) + SiO(s) + CO(g)
加入助剂CaO和催化剂CaF2后，CaF2在高温下熔融形成Ca2+和F-，破坏了MgO的晶格，降低了其结构强度和化学稳定性，形成了有助于C和MgO反应的通道，其中催化剂CaF2不参与还原反应，主要发生的反应方程式如(3)所示;
(3)Mg2SiO4+2CaO+2C=2Mg(g)+2CaO·SiO2(s)+2CO(g)。
[0007]具体步骤为：
步骤1：将高镁尾矿压块后，在800℃～1200℃的温度下煅烧0.5～4h，脱去结晶水与结构水;
步骤2：将煅烧后的高镁尾矿经破碎后过标准筛，收集煅烧后高镁尾矿粉末;
步骤3：将步骤2得到的高镁尾矿粉末与碳质还原剂、助剂氧化钙和催化剂氟化钙混合，得到混合料，所述碳质还原剂的加入量为高镁尾矿粉末质量的10%～80%，所述助剂氧化钙的加入量为高镁尾矿粉末质量的5%～40%;
步骤4：将所述混合料压制成团块状;
步骤5：将步骤4压制后的团块状混合料放入真空炉中进行还原反应，控制炉内真空度在5～50Pa，还原温度为1300～1400℃，恒温0.5～8h，产生的镁蒸气采用多级梯度冷凝系统收集，得到镁晶体和镁粉。
[0008]步骤6：将还原反应后的剩余残渣进行磁选，回收铁镍合金。
[0009]进一步地，所述高镁尾矿主要组成为镁橄榄石、堇青石、镍绿泥石、滑石、斜顽辉石。
[0010]进一步地，步骤2中所述标准筛，孔径为0.075～0.300 mm。
[0011]进一步地，步骤3中所述的碳质还原剂为焦炭、煤、兰炭中的一种或多种混合。
[0012]进一步地，步骤3中所述催化剂氟化钙的加入量为所述高镁尾矿粉末质量的0.5%～20%。
[0013]进一步地，步骤4中所述压制成团块的压力为2～10MPa。
[0014]进一步地，步骤5中所述多级梯度冷凝系统包括第一高温冷凝级和第二低温冷凝级，所述第一高温冷凝级控制温度为500～600℃，所述第二低温冷凝级控制温度为200～400℃。
[0015]进一步地，步骤6中磁选磁场强度为7000～15000 Gs。
[0016]本发明的有益效果是：
1、本发明以硫化铜镍矿浮选过程中产生的高镁尾矿为原料，针对硅酸镁矿物中强Si-O-Mg键难以断裂、镁提取效率低的核心技术难题，本发明创新性地耦合真空环境与碳热反应，通过高温诱导硅酸镁晶格断裂，生成高活性的氧化镁和二氧化硅微区，同时，利用真空条件促进反应生成的一氧化碳气体迅速逸出渗透强化界面还原反应，最终实现硅酸盐矿物中镁的高效选择性释放;
2、本发明通过实验研究，确定了还原温度、助剂添加量等关键工艺参数的最佳控制范围，在此优化范围内，整套工艺体系确保了镁金属的高回收率和产品纯度，又能显著降低能耗、减轻设备损耗，实现了效益最大化;
3、本发明采用多级梯度冷凝系统，通过精确控制不同冷凝区的温度，利用镁蒸气与杂质蒸气露点的差异，实现物理分离和分级收集，显著提升了镁的纯度和回收率，极大地简化了流程并降低了成本;
4、本发明所采用的真空碳热还原法，能够在单一工艺流程中实现高镁尾矿内镁、镍、铁三种有价元素的高效同步还原与分离，完成了复杂尾矿资源的全面回收，有效解决了该类型尾矿堆存导致的镁资源浪费与环境风险，提升了整体资源综合利用效率。
附图说明
[0017]图1为本发明的工艺流程示意图。
[0018]图2为实施例2所得结晶镁的XRD图谱。
具体实施方式
[0019]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020]实施例1
取高镁尾矿为原料，其化学成分如表1所述。
[0021]表1 本实验高镁尾矿化学成分/wt%
如图1所示的一种从高镁尾矿中真空碳热还原提取镁镍铁的方法。
[0022]步骤1：将高镁尾矿压制成直径为Φ40 mm的团块，将压制好的团块放入耐高温容器中，随后在800℃的温度下煅烧0.5h，以脱除结晶水与结构水。
[0023]步骤2：将煅烧完成的尾矿破碎、磨制粉末，并使其全部通过0.075mm的方孔筛，得到煅烧后高镁尾矿粉末。
[0024]步骤3：称取100g步骤2得到的高镁尾矿粉末，加入10g焦炭作为碳质还原剂，5gCaO作为助剂，0.5g CaF2催化剂混合均匀，得到混合料。
[0025]步骤4：将步骤3得到的混合料在2MPa的压力下压制成直径为Φ13mm的团块状。
[0026]步骤5：将步骤4压制后的团块状混合料放入真空炉中，控制真空度为5Pa，控制真空炉温度在1300℃的条件下恒温还原0.5h。随着反应的进行，镁蒸气不断析出并进入多级梯度冷凝系统收集，多级梯度冷凝系统包括第一高温冷凝级和第二低温冷凝级，第一高温冷凝级控制温度为500℃，在此温度下，镁蒸气因过饱和而直接冷凝成结晶镁，未冷凝的少量镁蒸气及挥发性杂质进入第二低温冷凝级，第二低温冷凝级温度控制在200℃，在此温度下，残余的镁蒸气冷凝为镁粉被回收，并与其他杂质蒸气分离。
[0027]步骤6：还原结束后，将剩余残渣研成粉末，用7000Gs磁场强度进行磁选，回收剩余残渣中的铁镍合金。
[0028]镁铁镍金属回收率及结晶镁纯度如表2所示。
[0029]表2 镁、铁、镍的回收率及结晶镁的纯度
实施例2
步骤1：将高镁尾矿压制成直径为Φ40 mm的团块，将压制好的团块放入耐高温容器中，随后在1000℃的温度下煅烧2h，以脱除结晶水与结构水。
[0030]步骤2：将煅烧完成的尾矿破碎、磨制粉末，并使其全部通过0.15mm的方孔筛，得到煅烧后高镁尾矿粉末。
[0031]步骤3：称取100g步骤2得到的高镁尾矿粉末，加入45g煤作为还原剂，25g CaO作为助剂，10g CaF2作为催化剂混合均匀，得到混合料。
[0032]步骤4：将步骤3得到的混合料在6MPa的压力下压制成直径为Φ13mm的团块状。
[0033]步骤5：将步骤4压制后的团块状混合料放入真空炉中，控制真空度为30Pa，控制真空炉温度在1350℃的条件下恒温还原4h。随着反应的进行，镁蒸气不断析出并进入第一高温冷凝级，该冷凝级温度控制在550℃，在此温度下，镁蒸气因过饱和而直接冷凝成结晶镁，未冷凝的少量镁蒸气及挥发性杂质进入第二低温冷凝级，该冷凝级温度控制在300℃，在此温度下，残余的镁蒸气冷凝为镁粉被回收，并与其他杂质蒸气分离。
[0034]步骤6：还原结束后，将剩余残渣研成粉末，用11000Gs磁场强度进行磁选，回收剩余残渣中的铁镍合金。
[0035]镁铁镍金属回收率及结晶镁纯度如表3所示，所得结晶镁的XRD图谱如图2所示。
[0036]表3 镁、铁、镍的回收率及结晶镁的纯度
实施例3
步骤1：将高镁尾矿压制成直径为Φ40 mm的团块，将压制好的团块放入耐高温容器中，随后在1200℃的温度下煅烧4h，以脱除结晶水与结构水。
[0037]步骤2：将煅烧完成的尾矿破碎、磨制粉末，并使其全部通过0.300mm的方孔筛，得到煅烧后高镁尾矿粉末。
[0038]步骤3：称取100g步骤2得到的高镁尾矿粉末，加入80g兰炭作为还原剂，40g CaO作为助剂，20g CaF2作为催化剂混合均匀，得到混合料。
[0039]步骤4：将步骤3得到的混合料在10MPa的压力下压制成直径为Φ13mm的团块状。
[0040]步骤5：将步骤4压制后的团块状混合料放入真空炉中，控制真空度为50Pa，控制真空炉温度在1400℃的条件下恒温还原8h。随着反应的进行，镁蒸气不断析出并进入第一高温冷凝级，该冷凝级温度控制在600℃，在此温度下，镁蒸气因过饱和而直接冷凝成结晶镁，未冷凝的少量镁蒸气及挥发性杂质进入第二低温冷凝级，该冷凝级温度控制在400℃，在此温度下，残余的镁蒸气冷凝为镁粉被回收，并与其他杂质蒸气分离。
[0041]步骤6：还原结束后，将剩余残渣研成粉末，用15000Gs磁场强度进行磁选，回收剩余残渣中的铁镍合金。
[0042]镁铁镍金属回收率及结晶镁纯度如表4所示。
[0043]表4 镁、铁、镍的回收率及结晶镁的纯度
本发明方法能够稳定、高效地实现高镁尾矿中镁、铁、镍的同步提取，结果表明镁的回收率稳定在86%以上，所得结晶镁纯度高达95%以上，同时，铁的回收率达到82%以上，镍的回收率达到85%以上，该工艺显著提升了有价金属的综合回收效率，有效解决了高镁尾矿大量堆存所带来的资源浪费与环境污染问题。
说明书附图(2)
