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(yīng)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(lái)，在全球鎳消費(fèi)持續(xù)下跌的情況下，我國(guó)鎳消費(fèi)仍以每年25％左右的速度增長(zhǎng)，已成為全球最大的鎳消費(fèi)國(guó)。世界陸地鎳資源中有72％儲(chǔ)存在鎳紅土礦中，但其鎳產(chǎn)量?jī)H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(diǎn)。濕法冶金處理鎳紅土礦工藝具有有價(jià)金屬回收率高、選擇性好、能耗低、目標(biāo)金屬產(chǎn)品類型多等優(yōu)點(diǎn)，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(duì)國(guó)內(nèi)外三個(gè)不同礦區(qū)低品位褐鐵礦型鎳紅土礦的性質(zhì)和特點(diǎn)，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(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外不同地區(qū)的低品位褐鐵礦型鎳紅土礦化學(xué)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(duì)較高，具有回收價(jià)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(duì)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(guò)程基礎(chǔ)理論及工藝

4、過(guò)程。熱力學(xué)分析表明，還原焙燒過(guò)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(shí)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(jìn)入渣中。確定了還原焙燒-氨浸過(guò)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(shí)間30min，氨浸溫度40℃，氨浸時(shí)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(dá)到45.9，實(shí)現(xiàn)了Ni的選擇性浸出。對(duì)還原焙燒過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)果表明:響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)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(shí)間30min，但在模擬Ni的浸出行為過(guò)程中出現(xiàn)了數(shù)據(jù)失真。研究了氨浸過(guò)程中Ni、Co的浸出動(dòng)力學(xué)，結(jié)果表明:Ni、Co的浸出行為符合多相液固區(qū)

6、域反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，Ni、Co浸出反應(yīng)表觀活化能分別為18.07kJ/mol和8.99kJ/mol，均為固膜擴(kuò)散控制過(guò)程。
　　 系統(tǒng)研究了鎳紅土礦硫酸熟化焙燒-浸出過(guò)程基礎(chǔ)理論及工藝過(guò)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(xué)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(yīng)，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(yīng)的氧化物，而Ni、Co等有價(jià)金屬仍

7、以硫酸鹽形式存在，并通過(guò)浸出過(guò)程實(shí)現(xiàn)Ni、Co與Fe等雜質(zhì)的初步分離;在氨浸過(guò)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(duì)鎳離子濃度影響不大，但會(huì)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(shí)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(shí)現(xiàn)了Ni、Co對(duì)Fe的選擇性浸出。浸出渣主要成分為Fe2O3，達(dá)到H62級(jí)赤鐵精礦的品位和化學(xué)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(shí)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(shí)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(duì)硫酸熟化焙燒過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，繪制了Ni、Fe浸出率等值線疊加圖，確定了Ni％≥80％& Fe％≤5％的目標(biāo)優(yōu)化區(qū)域，對(duì)區(qū)域內(nèi)條件點(diǎn)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論預(yù)測(cè)值非常吻合，說(shuō)明采用響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)模擬硫酸熟化焙燒過(guò)程是非常成功的。研究了硫酸熟化焙燒過(guò)程中Ni、Co的硫酸化動(dòng)力學(xué)，結(jié)果表明:Ni、Co的硫酸化反應(yīng)的表觀活化能分別為21.45

10、kJ/mol和34.81 kJ/mol，反應(yīng)速率常數(shù)分別為1.05和1.09，均為固膜擴(kuò)散控制過(guò)程。
　　 系統(tǒng)研究了鎳紅土礦常壓鹽酸浸出過(guò)程基礎(chǔ)理論及工藝過(guò)程。熱力學(xué)分析表明，升高溫度不利于各物相與鹽酸反應(yīng)的進(jìn)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(shí)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