低品位鎳紅土礦濕法冶金提取基礎(chǔ)理論及工藝研究.pdf

1、鎳是一種重要的有色金屬，廣泛應用于不銹鋼、高溫合金、電池材料以及各種化工產(chǎn)品中。近年來，在全球鎳消費持續(xù)下跌的情況下，我國鎳消費仍以每年25％左右的速度增長，已成為全球最大的鎳消費國。世界陸地鎳資源中有72％儲存在鎳紅土礦中，但其鎳產(chǎn)量僅占全球鎳產(chǎn)量的42％。隨著鎳硫化礦的逐漸枯竭，鎳紅土礦已經(jīng)成為全球鎳資源開發(fā)的重點。濕法冶金處理鎳紅土礦工藝具有有價金屬回收率高、選擇性好、能耗低、目標金屬產(chǎn)品類型多等優(yōu)點，已成為低品位鎳紅土礦處理的主

2、要工藝流程。本論文針對國內(nèi)外三個不同礦區(qū)低品位褐鐵礦型鎳紅土礦的性質(zhì)和特點，開展鎳紅土礦濕法冶金處理基礎(chǔ)理論和工藝研究，為低品位鎳紅土礦的工業(yè)技術(shù)開發(fā)提供理論和技術(shù)依據(jù)。
　　 通過對國內(nèi)外不同地區(qū)的低品位褐鐵礦型鎳紅土礦化學成分、物相結(jié)構(gòu)和元素賦存狀態(tài)的分析，確定了適合的濕法處理工藝。青海元石山地區(qū)低品位鎳紅土礦中主要物相為針鐵礦，鎳和鈷主要以晶格取代的形式存在于針鐵礦中，且鈷含量極低，選擇采用還原焙燒-氨浸工藝處理;菲律賓T

3、ubay地區(qū)低品位鎳紅土礦中主要物相為針鐵礦，鈷含量相對較高，具有回收價值，且主要以物理吸附的形式存在于氧化錳顆粒中，選擇硫酸熟化焙燒-浸出工藝處理;菲律賓Mati地區(qū)低品位鎳紅土礦中的物相包括針鐵礦、磁鐵礦、蛇紋石和滑石，鎂含量相對較高，鎳主要以晶格取代的形式存在于針鐵礦中，鈷主要以吸附形式存在于氧化錳顆粒中，鎂主要以非晶形和弱晶型鎂礦物存在，選擇常壓鹽酸浸出工藝處理。
　　 系統(tǒng)研究了鎳紅土礦還原焙燒-氨浸過程基礎(chǔ)理論及工藝

4、過程。熱力學分析表明，還原焙燒過程可以將鎳紅土礦中絕大部分鎳、鈷氧化物被還原為金屬態(tài)，同時使大部分的鐵轉(zhuǎn)化為Fe3O4;控制一定的氨浸條件，Ni、Co能以穩(wěn)定氨配合物的形式溶出，F(xiàn)e以Fe(OH)3沉淀形式進入渣中。確定了還原焙燒-氨浸過程的適宜工藝條件:原料粒度＜20目，還原劑用量20wt.％，焙燒溫度850℃，焙燒時間30min，氨浸溫度40℃，氨浸時間10min，NH3/CO2=133∶88，礦漿濃度70g/L，通氧速率為0.1L

5、/(min·g)。在此條件下，Ni、Co、Fe浸出率分別為83.1％、45.1％和0.12％，浸出液中Ni/Fe達到45.9，實現(xiàn)了Ni的選擇性浸出。對還原焙燒過程進行了優(yōu)化實驗設計，結(jié)果表明:響應曲面設計有效地模擬了Co的浸出行為，確定了優(yōu)化條件為還原劑用量20wt.％、焙燒溫度930℃和焙燒時間30min，但在模擬Ni的浸出行為過程中出現(xiàn)了數(shù)據(jù)失真。研究了氨浸過程中Ni、Co的浸出動力學，結(jié)果表明:Ni、Co的浸出行為符合多相液固區(qū)

6、域反應動力學模型，Ni、Co浸出反應表觀活化能分別為18.07kJ/mol和8.99kJ/mol，均為固膜擴散控制過程。
　　 系統(tǒng)研究了鎳紅土礦硫酸熟化焙燒-浸出過程基礎(chǔ)理論及工藝過程，分別采用了硫酸熟化焙燒-水浸和硫酸熟化焙燒-氨浸兩種方法處理鎳紅土礦。熱力學分析表明，鎳紅土礦中所有形式的金屬氧化物都可以和濃硫酸反應，生成的硫酸熟化產(chǎn)物經(jīng)特定溫度的焙燒處理，可以將Fe等雜質(zhì)的硫酸鹽分解成相應的氧化物，而Ni、Co等有價金屬仍

7、以硫酸鹽形式存在，并通過浸出過程實現(xiàn)Ni、Co與Fe等雜質(zhì)的初步分離;在氨浸過程中，提高總氨濃度有利于提高溶液中鎳和鈷的離子濃度，CO32-的存在對鎳離子濃度影響不大，但會較大程度地降低溶液中的鈷和錳的離子濃度。確定了硫酸熟化焙燒-水浸的適宜工藝條件:水加入量20wt.％，硫酸加入量40wt.％，焙燒溫度700℃，焙燒時間120min，原料粒度＜80目，硫酸鈉加入量4wt.％，礦漿濃度1kg/L。在此條件下，Ni、Co、Fe和Mn浸出率

8、分別為83.3％、92.8％、0.8％和94.3％，工藝實現(xiàn)了Ni、Co對Fe的選擇性浸出。浸出渣主要成分為Fe2O3，達到H62級赤鐵精礦的品位和化學成分要求。確定了硫酸熟化焙燒-氨浸的適宜工藝條件:水加入量20wt.％，硫酸加入量40wt.％，焙燒溫度700℃，焙燒時間30min，原料粒度＜80目，硫酸鈉加入量4wt.％，氨濃度為5mol/L，碳酸銨濃度1mol/L，礦漿濃度300g/L，氨浸溫度25℃，氨浸時間為10min。在此條

9、件下，Ni、Co、Fe、Mn浸出率分別為82.5％、61.0％、0.007％和22.1％。對硫酸熟化焙燒過程進行了優(yōu)化實驗設計，繪制了Ni、Fe浸出率等值線疊加圖，確定了Ni％≥80％& Fe％≤5％的目標優(yōu)化區(qū)域，對區(qū)域內(nèi)條件點的驗證實驗表明實驗數(shù)據(jù)與理論預測值非常吻合，說明采用響應曲面設計模擬硫酸熟化焙燒過程是非常成功的。研究了硫酸熟化焙燒過程中Ni、Co的硫酸化動力學，結(jié)果表明:Ni、Co的硫酸化反應的表觀活化能分別為21.45

10、kJ/mol和34.81 kJ/mol，反應速率常數(shù)分別為1.05和1.09，均為固膜擴散控制過程。
　　 系統(tǒng)研究了鎳紅土礦常壓鹽酸浸出過程基礎(chǔ)理論及工藝過程。熱力學分析表明，升高溫度不利于各物相與鹽酸反應的進行，且常壓下FeOOH和Fe2O3不能溶解于鹽酸。確定了常壓鹽酸浸出的適宜工藝條件:酸料比3∶1，浸出溫度80℃，浸出時間1h，礦漿濃度400g/L,原料粒度＜80目，不添加氯化鹽。在此條件下，獲得Ni、Co、Mg、Fe