Kinetic study in selective reduction of limonitic and saprolitic nickel ore

ABSTRACT

Saprolite and limonite have different behaviour in the carbothermic reduction process due to the differences in their atomic structures. This work investigates the kinetic study of these two different kinds of lateritic nickel ores. Nickel ore, coal, sodium sulfate, and calcium oxide were mixed, then pelletised into 10–15 mm diameters. The pellets were reduced with a non-isothermal condition using a muffle furnace at 950–1150 °C for 5–120 min. The reduced pellets were crushed into less than 74 µm prior to the wet magnetic separation process to obtain concentrates (ferronickel) and tailings (impurities). The result showed that the reduction rate for both lateritic nickel ores increased with the increase of reduction temperature and holding time. The Ginstling-Brouhnstein model was appropriate to describe the diffusion mechanism of the reduction process of limonite and saprolite. The activation energy in the reduction of limonite was lower than in saprolite. It indicated that the iron and nickel in magnesium silicate in saprolite have lower reducibility than the oxide structure in limonite. Modifying basicity in nickel laterite with CaO addition could also reduce the activation energy.

La saprolite et la limonite ont un comportement différent dans le procédé de réduction carbothermique en raison des différences dans leurs structures atomiques. Ce travail examine l’étude cinétique de ces deux types différents de minerais de nickel latéritiques. Du minerai de nickel, du charbon, du sulfate de sodium et de l’oxyde de calcium ont été mélangés puis bouletés en diamètres de 10 à 15 mm. Les boulettes ont été réduites avec condition non-isotherme à l’aide d’un four à moufle à 950-1150°C pendant 5 à 120 minutes. Les boulettes réduites ont été broyées en moins de 74 μm avant le procédé de séparation magnétique humide pour obtenir des concentrés (ferronickel) et des rejets (impuretés). Le résultat a montré que le taux de réduction des deux minerais de nickel latéritique augmentait avec l’augmentation de la température de réduction et de la durée de maintien. Le modèle de Ginstling-Brouhnstein était approprié pour décrire le mécanisme de diffusion du procédé de réduction de la limonite et de la saprolite. L’énergie d’activation dans la réduction de la limonite était inférieure à celle de la saprolite. Ceci indiquait que le fer et le nickel dans le silicate de magnésium dans la saprolite ont une réductibilité inférieure à la structure d’oxyde dans la limonite. La modification de la basicité dans la latérite de nickel avec une addition de CaO pourrait également réduire l’énergie d’activation.

KEYWORDS:

• Limonite
• saprolite
• selective reduction
• kinetic reaction
• diffusion

Acknowledgement

The authors would like thank to Universitas Indonesia for the PUTI 2022 grant with Contract No. NKB-681/UN2.RST/HKP.05.00/2022 for funding this research and National Research and Innovation Agency (BRIN) services for research laboratories..

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

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Funding

This work was supported by Universitas Indonesia: [grant no NKB-681/UN2.RST/HKP.05.00/2022].