紅土鎳礦浸鎳預處理工藝及機理研究.pdf

1、隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，鎳需求不斷上升和硫化鎳礦資源的逐漸枯竭，如何經(jīng)濟開發(fā)利用這些低品位的紅土鎳礦資源顯得日益迫切，也符合資源節(jié)約型的社會發(fā)展趨勢。國內(nèi)對于紅土鎳礦處理工藝的研究還處于起步階段。為有效提取紅土礦中鎳鈷資源，開發(fā)高效的濕法工藝，本文以巴布亞新幾內(nèi)亞瑪穆巴爾(Mambare)低品位褐鐵礦型鎳礦為原料，對礦石進行礦相及成份分析，針對該紅土鎳礦中鎳的賦存狀態(tài)、化學浸染狀態(tài)和礦物相的嵌布特性，通過對幾種濕法處理工藝優(yōu)缺點的比較，

2、在總結(jié)國內(nèi)外有關處理工藝的基礎上，借鑒氧化鎳礦的生產(chǎn)經(jīng)驗，對紅土鎳礦的常壓浸出過程進行研究，系統(tǒng)地分析和探索硫酸化焙燒-水浸、還原焙燒-酸浸、微波還原焙燒-浸出、常壓攪拌浸出和柱浸等方法，旨在通過理論和實驗研究，開發(fā)出生產(chǎn)成本低、資源綜合利用率高、環(huán)境污染小的紅土鎳礦處理新工藝，也為低品位紅土鎳礦的開發(fā)利用提供一些新的研究思路和借鑒。
　　通過對原礦的化學成份、礦物組成、鎳的物相和原礦篩分進行分析，該紅土鎳礦中鐵含量高，硅鎂含量相

3、對較低，屬于低品位褐鐵礦型紅土鎳礦;原礦主要有蛇紋石類礦物（含鎳蛇紋石—鎳綠泥石、纖維蛇紋石、膠蛇紋石）、結(jié)晶程度很差的針鐵礦（褐鐵礦）、磁鐵礦、赤鐵礦、石英（包括玉髓）組成，并有少量以風化殘余物存在的輝石、橄欖石、閃石和鉻尖晶石等，以及很少量由風化過程形成的富含鈷(Co)的錳-鐵(Mn-Fe)氧化物相;絕大部分的鎳(Ni)、鈷以類質(zhì)同相性質(zhì)存在于蛇紋石類礦物和褐鐵礦（針鐵礦）中，不存在獨立的富鎳氧化物或硅酸鹽;篩析結(jié)果表明，原礦粒度微

4、細，泥化嚴重，且粒度越細，鎳含量相對高。礦中鎳的分布于-0.037mm占70％以上(鎳品位1.03％ Ni)，-0.074～+0.037mm占11％以上(鎳品位1.05％ Ni)，-0.246～+0.074mm占23.57％以上(鎳品位0.84％Ni)，+0.246mm占2.89％(鎳品位0.6％ Ni)。
　　在硫酸化焙燒-水浸工藝研究中，本文對紅土礦中鎳、鉆等有價金屬在此過程中的浸出行為進行研究，考察各種因素對有價金屬鎳鈷與鐵

5、等雜質(zhì)金屬浸出的影響，并對浸出渣與酸的反應特性及成分進行分析，確定了紅土鎳礦硫酸化焙燒-水浸工藝優(yōu)化工藝參數(shù)為:焙燒溫度250℃、焙燒時間2.5h、焙燒酸料比0.5mL·g-1、水浸溫度60℃、水浸時間1.0h、水浸液固比(mL·g-1)8∶1，在此條件下，鎳、鈷、鐵的浸出率分別為75.65％、57.34％、67.85％。因此，低溫硫酸化焙燒-水浸工藝處理低品位紅土鎳礦是可行的，但鐵的浸出率較高。
　　在熱力學分析的基礎上，采用褐

6、煤作還原劑，對還原焙燒-兩段酸浸工藝進行工藝研究，獲得一段還原焙燒-酸浸的優(yōu)化工藝參數(shù)為:焙燒溫度700℃，還原劑用量40wt％，焙燒時間1.0h，酸料比0.5 mL·g-1，酸浸時間2.0h，酸浸液固比(mL·g-1)5∶1，攪拌浸出，在此條件下，鎳、鈷、鐵的浸出率分別為87.66％、90.88％、36.01％;二段浸出的最佳工藝參數(shù)為:酸料比0.3 mL·g-1，酸浸溫度60℃，酸浸時間1.0h，液固比(mL·g-1)4∶1，攪拌浸

7、出，在此條件下，二段浸出后鎳、鈷、鐵的浸出率分別為鎳、鈷的浸出率為93.55％、96.04％、67.50％。相比于一段浸出，二段浸出后鎳、鈷的浸出率分別提高了6％和5％，但大量的鐵也被浸出，對后續(xù)鎳和鈷富集是很不利的。另外，在二段浸出時，終點酸度是相當高的（殘酸很多），但鎳和鈷的浸出率并未大幅增加，說明浸出渣中的這部分鎳和鈷已不能溶于酸了，也說明二段浸出不可取。高溫還原焙燒結(jié)果表明，紅土鎳礦中的蛇紋石等硅酸鹽礦物結(jié)構發(fā)生轉(zhuǎn)變，生成了可溶

8、性的硅酸鹽礦物，鎳被還原成合金形式，大量的鐵被還原為磁鐵礦，只有少量浮氏體、脈石生成，從而使還原焙燒產(chǎn)物在稀酸中可以實現(xiàn)鎳的選擇性浸出。
　　對微波輔助浸出的條件下，硫酸直接浸出紅土鎳礦中的鎳和鉆進行工藝研究，考察了浸出過程的時間、硫酸濃度、浸出溫度和微波功率等因素對鎳、鈷浸出率的影響，依據(jù)單因素試驗所得結(jié)果確定了正交試驗因素和水平，獲得微波輔助-硫酸浸出的優(yōu)化工藝參數(shù)為:微波功率600 W;硫酸濃度25％(v/v)，浸出時間1.

9、5 h，溫度90℃，在此條件下，鎳和鈷的浸出率分別為88.2％和74.3％。正交試驗結(jié)果表明，影響鎳浸出的因素是:微波功率＞溫度＞酸度＞浸出時間，影響鈷浸出的因素為:酸度＞溫度＞功率＞浸出時間。浸出過程的動力學研究結(jié)果表明，鎳的浸出過程受外擴散控制，而鈷的浸出過程受內(nèi)擴散控制，根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗公式，鎳浸出的表觀活化能為39.1 kJ/mol，鈷浸出的表觀活化能為87.7 kJ/mol。礦渣的SEM和XRD圖對比可以看出，反應過

10、程中礦物的形貌及晶形發(fā)生了變化，說明微波輻射礦物晶形的轉(zhuǎn)化，從而有助于鎳鈷的浸出。
　　在常壓攪拌-硫酸浸出工藝研究中，本文對相關的浸出工藝進行研究，考察硫酸用量、浸出溫度、浸出時間、液固比和浸出助劑等因素對紅土鎳礦鎳鈷浸出率影響，獲得其優(yōu)化工藝參數(shù)為:H2SO4用量0.3 mL·g-1，浸出溫度95℃，浸出時間3h，液固比(mL·g-1)5∶1，在此條件下，鎳、鈷浸出率可達到59.18％和41.37％。采用常規(guī)攪拌浸出工藝雖然浸

11、出工藝簡單、投資費用較低、操作條件易于控制，但浸出液分離困難，浸渣中鎳含量仍較高，浸出液鎳濃度較低、含鐵高，回收工藝復雜，耗酸量較大，生產(chǎn)成本高。
　　通過制粒來解決紅土鎳礦礦石粒度細而引起堆浸時滲透性差的問題。堆（柱）浸試驗結(jié)果表明，礦石不經(jīng)粉碎，添加1.5％的水玻璃作為粘結(jié)劑、預加54kg·(t礦)-1濃硫酸制粒，固化48h，裝在柱中進行柱浸試驗，控制噴淋強度為15～40L·(m2·h)-1，初始酸濃度為10％、耗酸量0.70