硫酸化氧化焙烧-水浸法从红土镍矿中提取镍钴.pdf

2 0 1 3 年7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m 。c n 9 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 7 ．0 0 2 硫酸化氧化焙烧一水浸法从红土镍矿中提取镍钴 童伟锋，范兴祥，吴晓峰，赵家春，李博捷，吴跃东 昆明贵金属研究所稀贵金属综合利用新技术国家重点实验室，昆明6 5 0 1 0 6 摘要采用硫酸化氧化焙烧一水浸工艺从高铁低镁的红土镍矿中提取镍、钴，主要研究了硫酸用量、酸化 氧化焙烧温度和时间、水浸时间、水浸液固比等因素对镍、钴浸出率的影响。结果表明，最佳工艺条件 为矿石粒度一1m m ，按酸料比o ．5 4 在3 0 0 ℃焙烧1h 再升至8 0 0 ℃焙烧2h ，水浸液固比3 1 ，水浸温 度7 0 ℃，水浸时间2h ，此时镍、钴浸出率分别达到9 1 ．o o ％和9 1 ．5 1 ％，铁浸出率仅为2 ．7 2 ％。 关键词红土镍矿；硫酸化焙烧；氧化焙烧；浸出；镍；钴 中图分类号T F 8 1 5 T F 8 1 6文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 0 7 一o 0 0 9 一0 4 E x t r a c t i o no fN ia n dC of r o mL a t e r i t 争N i c k e lo r e sw i t hS u l f a t i n ga n d O x i d i z i n gR o a s t i n g - W a t e rL e a c h i n gP r o c e s s T O N GW e i f e n g ，F A NX i n g x i a n g ，W UX i a o f e n g ，Z H A 0J i a c h u n ，L IB o ．j i e ，W UY u e - d o n g K u n m i n gI n s t i t u t eo fP r e c i o u sM e t a l s ，S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fA d v a n c e dT e c h n 0 1 0 9 i e sf o r C o m p r e h e n s i v eU t i l i z a t i o no fP l a t i n u mM e t a l s ，K u n m i n g6 5 0 1 0 6 ，C h i n a A b s t r a c t N i c k e la n dc o b a l tw e r ee x t r a c t e df r o ml a t e r i t e - n i c k e lo r e sc o n t a i n i n gh i g hi r o na n d l o wm a g n e s i u m b y “s u l f a t i n gr o a s t i n g o x i d i z i n gr o a s t i n g w a t e r1 e a c h i n g ’’p r o c e s s ． T h ee f f e c t so fs u l f u r i ca c i dc o n s u m p t i o n ， t i m ea n dt e m p e r a t u r eo fs u l f a t i n gr o a s t i n ga n do x i d i z i n gr o a s t i n g ， l e a c h i n gt i m e ， r a t i oo fl i q u i dt os o l i d L ／S w e r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h el e a c h i n gr a t eo fN i ，C oa n dF ea r e9 1 ．0 0 ％，9 1 ．5 1 ％， a n d2 ．7 2 ％，r e s p e c t i v e l y ，u n d e rt h ef o l l o w i n go p t i m u mc o n d i t i o n si n c l u d i n gp a r t i c l es i z eo 壬一1m m ，a c i d - o r er a t i oo fO ．5 4 ，s u l f a t i n gr o a s t i n ga t3 0 0 ℃f o r1h o u r ，o x i d i z i n gr o a s t i n ga t8 0 0 ℃f o r2h o u r s ，w a t e r l e a c h i n ga t7 0 ℃f o r2h o u r sw i t hL ／So f3 1 ． K e yw o r d s l a t e r i t e n i c k e lo r e ；s u l f a t i n gr o a s t i n g ；o x i d i z i n gr o a s t i n g ；l e a c h i n g ；n i c k e l ；c o b a l t 镍是一种用途广泛的金属，世界上7 0 ％的镍储 量又为红土镍矿[ 1 吨] 。因此，红土镍矿的开发利用具 有巨大社会经济效益。红土镍矿的主要处理工艺分 为湿法和火法。湿法工艺主要包括还原焙烧一氨 浸[ 2 - 3 ] 、加压硫酸浸出[ 4 1 ] 、常压硫酸浸出[ 8 - 1 2 3 等；火 法主要包括还原熔炼生产镍铁[ 1 3 _ 1 6 ] 、还原硫化熔炼 生产镍锍[ 1 7 删等。由于安定红土镍矿属于低镁高铁 的铁质镍矿，适于用火法进行处理。因此，本文采用 半氧化酸化焙烧一水浸工艺，考察酸料比、氧化焙烧 温度、氧化焙烧时间、水浸时间、水浸液固比等对镍 钴浸出率的影响。 1 试验原料及方法 1 ．1 试验原料及设备 由元江镍业公司提供的安定矿山红土镍矿，经 自然晾干、破碎、混匀、筛分后得到不同粒级矿样，然 后按一定取样方式取粒度为一1m m 作为试验原 料，镍矿中镍、钴、铁、镁、硅的含量分别为1 ．2 1 ％、 收稿日期2 0 1 2 1 2 2 4 基金项目云南省科技攻关项目 2 0 0 8 5 2 A 作者筒介童伟锋 1 9 7 9 一 ，男。上海人，工程师；通信作者范兴祥 1 9 7 4 一 ，男，云南建水人，博士，副研究员． 万方数据 1 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年7 期 o ．0 8 7 ％、2 5 ．9 5 ％、5 ．9 7 ％、1 5 ．6 7 ％，属于高铁低镁 的铁质镍矿。主要试剂有分析纯硫酸、自来水。 主要设备有S K 2 6 1 0 管式电阻炉、D W 一3 数显 无极恒数搅拌器、H H W O 智能升降水浴锅等。 1 ．2 试验方法 每次取1 0 0g 红土镍矿按一定酸料比与浓硫酸 混匀，倒入石英舟再放人管式电阻炉中进行两段焙 烧，先进行硫酸化焙烧，然后升高温度再进行氧化焙 烧，结束后冷却取出，将焙烧好的物料倒入适量的水 中浸出。水浸结束后过滤并分析镍、钴、铁的浓度， 并计算镍、钴、铁的浸出率。 2试验结果与讨论 2 ．1 酸料比对镍、钴浸出率的影响 焙烧条件按不同的酸料比在3 0 0 ℃酸化焙烧 1h ，然后8 0 0 ℃氧化焙烧5h 。水浸条件温度7 0 ℃，液固比L ／S 一5 1 ，搅拌速度2 0 0r ／m i n ，时间 3h 。试验结果如图1 所示。 酸料比 图1酸料比对镍、钴浸出率的影响 F i g ．1 E f f e c to fr a t i oo fa c i dt oo r eo nl e a c h i n g r a t eo fn i c k e Ia n dc O b a l t 由图1 可知，镍、钴浸出率随硫酸用量的增加逐 渐提高。因为酸化焙烧时，增加硫酸用量能使红土 镍矿中的镍和钴得到充分的反应。当酸料比为 0 ．5 4 时，镍浸出率为9 1 ．8 6 ％，钴浸出率为 9 1 ．5 3 ％，再增加硫酸用量，镍、钴浸出率趋于平缓， 说明此时加入的硫酸已经足够满足矿石中镍钴反 应。因此，确定最佳的酸料比为O ．5 4 。 2 ．2 氧化焙烧温度对镍钴浸出率的影响 前期研究结果表明，3 0 0 ℃焙烧即可得到良好 的酸化效果。因此固定酸化温度为3 0 0 ℃，主要研 究氧化焙烧温度对镍、钴浸出率的影响。焙烧条件 酸料比o ．5 4 ，3 0 0 ℃酸化焙烧lh ，然后在不同温度 氧化焙烧5h 。水浸条件温度7 0 ℃，液固比L ／S 一 5 1 ，搅拌速度2 0 0r ／m i n ，时间3h 。氧化焙烧温度 对镍、钴浸出率的影响见图2 。 9 2 9 0 鑫8 8 丑j 嬲8 6 8 4 8 2 氧化焙烧温度／℃ 图2 氧化焙烧温度对镍、钴浸出率的影响 F i g ．2 E f f e c to fo x i d i z i n gr o a s t i n gt e m p e r a t u r e o nl e a c h i n gr a t eO fn i c k e la n dc O b a l t 图2 表明，随着氧化温度的升高，镍、钴浸出率 逐渐提高。升高温度能够使矿石中的铁得到充分氧 化，转化为三价铁盐，在避免铁进入溶液的同时增加 了镍盐、钴盐的溶解率。当氧化焙烧温度为8 0 0 ℃ 时，镍、钴浸出率分别为9 0 ．2 2 ％和9 0 ．6 5 ％，继续升 高氧化焙烧温度，镍、钴浸出率呈降低趋势。这是因 为过高的温度会引起镍盐和钴盐的分解，形成它们 相应的氧化物，导致浸出率降低。因此，最佳的氧化 焙烧温度确定为8 0 0 ℃。 2 ．3 氧化焙烧时间对镍钴铁浸出率的影响 焙烧条件酸料比0 ．5 4 ，3 0 0 ℃酸化焙烧1h ，再 升温至8 0 0 ℃氧化焙烧不同时间。水浸条件温度 7 0 ℃，液固比L ／S 5 1 ，搅拌速度2 0 0r ／m i n ，时 间3h 。氧化焙烧时间对镍、钴、铁浸出率的影响如 图3 所示。 图3 氧化焙烧时间对镍、钴浸出率的影响 F i g ．3 E f f e c to fo x i d i z i n gr o a s t i n gt i m eo n h 组c h i n gr a t eo fn i c k e Ia n dc o b a 重t 逞龉丑鼎姆醋 万方数据 2 0 1 3 年7 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 由图3 可见，随着氧化焙烧时间增加，镍、钴浸 出率快速上升，而铁浸出率则急剧下降。当氧化时 间为1h 时，镍、钴浸出率较高，但铁浸出率仍有8 ％ 左右。然后，随着氧化焙烧时间延长到2h ，镍、钴 浸出率趋于平缓并略有减少，而铁浸出率下降至 3 ％以下。由于浸出液铁含量越低对后期镍、钴的精 炼越有利。因此，确定最佳的氧化焙烧时间为2h 。 2 ．4 水浸时间对镍钴浸出率的影响 焙烧条件酸料比O ．5 4 ，3 0 0 ℃酸化焙烧1h ，再 升至8 0 0 ℃氧化焙烧2h 。水浸条件温度7 0 ℃，液 固比L ／S 一5 1 ，搅拌速度2 0 0r ／m i n 。水浸时间对 镍、钴浸出率的影响如图4 所示。 图4 表明，随水浸时间延长，镍、钴浸出率快速 上升。当水浸时间为2h 时，镍浸出率为9 2 ．8 4 ％， 钻浸出率为9 1 ．5 9 ％，再延长水浸时间，镍、钴浸出 率没有出现明显变化。为缩短工作周期，提高生产 效率，水浸时间选择为2h 。 9 3 9 2 冰 旃9 1 丑 螂9 0 8 9 8 8 2 l3 14 l5 l6 l1 0 1 液固比 图4 水浸时间对镍、钴浸出率的影响 F i g ．4 E f f e c to fw a t e rl e a c h i n gt i m eo n I e a c h i n gr a t eo fn i c k e la n dc o b a l t 2 ．5 水浸液固比对镍钴浸出率的影响 焙烧条件酸料比0 ．5 4 ，3 0 0 ℃酸化焙烧1h ，再 升至8 0 0 ℃氧化焙烧2h 。水浸条件温度7 0 ℃，搅 拌速度2 0 0r ／m i n ，时间2h 。水浸液固比对镍、钴浸 出率和离子浓度的影响如图5 所示。 ， ■ ● 3 趟 蹩 H ’ 褪 器 图5 液固比对镍、钴浸出率的影响 F i g ．5 E f f e c to fr a t i oo fI i q u i dt os o l i do nl e a c h i n gr a t eo fn i c k e la n dc o b a l t 由图5 可知，当水浸液固比为3 1 时，镍、钴浸 出率分别为9 0 ．8 6 ％和9 1 ．5 5 ％，离子浓度分别为 3 ．6 6g ／L 和0 ．2 7g ／L 。继续增大浸出液固比，镍、 钴浸出率增幅不明显，说明此时镍、钴已经基本完全 溶解。但液固比越大，离子浓度越低，浸出液量过大 不利于后期提纯处理。因此，确定最佳的水浸液固 比为3 1 。 2 ．6 验证试验结果 按照上述单因素试验结果确定的最佳条件粒 度一1m m 的矿石1 0 0g 按酸料比o ．5 4 加入浓硫酸 拌匀，3 0 0 ℃酸化焙烧1h 后再升温至8 0 0 ℃氧化 焙烧2h ，焙砂在7 0 ℃按液固比3 1 ℃、2 0 0r ／m i n 的速度搅拌水浸2h 。在该条件下进行3 次平行验 证试验，镍浸出率分别为9 1 ．0 5 ％、9 0 ．8 4 ％、 9 1 ．1 1 ％，平均9 1 ．0 0 ％，钴浸出率分别为9 1 ．2 8 ％、 9 1 ．1 8 ％、9 2 ．0 8 ％，平均9 1 ．5 1 ％，铁浸出率仅分别 为2 ．3 5 ％、2 ．6 6 ％、3 ．1 6 ％，平均2 ．7 2 ％。 3结论 元江镍业公司安定红土镍矿属于高铁低镁的铁 质镍矿，采用硫酸化氧化焙烧一水浸工艺从该红土 镍矿中提取镍、钴的最佳参数为，两段焙烧矿石粒 度一1m m ，酸料比0 ．5 4 ，3 0 0 ℃酸化焙烧1h 再升 温至8 0 0 ℃氧化焙烧2h 。水浸条件液固比3 1 ， 温度7 0 ℃，搅拌速度2 0 0r ／m i n ，时间2h 。在该条 件下，镍浸出率平均为9 1 ．0 0 ％，钴浸出率平均为 9 1 ．5 1 ％，铁浸出率平均仅为2 ．7 2 ％。 万方数据 1 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年7 期 参考文献 [ 1 ] 刘大星．从镍红土矿中回收镍、钴技术的进展[ J ] ．有色 金属 冶炼部分 ，2 0 0 2 3 6 9 ． [ 2 ] 周晓文，张建春，罗仙平．从红土镍矿中提取镍的技术研 究现状及展望[ J ] ．四川有色金属，2 0 0 8 1 1 8 2 2 ． [ 3 ] 张志华，毛拥军．红土镍矿处理工艺研究现状[ J ] ．湖南 有色金属，2 0 1 2 4 3 1 3 5 ． [ 4 ] 尹飞，阮书锋，江培海，等．低品位红土镍矿还原焙砂氨 浸试验研究[ J ] ．矿冶，2 0 0 7 ，1 6 3 2 9 3 2 ． [ 5 ] 苏瑞春．元江红土镍矿加压浸出试验研究[ J ] ．有色金 属 冶炼部分 ，2 0 1 2 9 7 1 0 ． [ 6 ] 杨玮娇，马保中．红土镍矿加压酸浸工艺进展[ J ] ．矿 冶，2 0 1 1 ，2 0 3 6 1 6 7 ． [ 7 ] 汪云华，昝林寒，赵家春，等．“干型”红土镍矿氧压酸浸 研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 5 1 5 1 7 ． [ 8 ] 蒋继波，王吉坤．红土镍矿湿法冶金工艺研究进展[ J ] ． 湿法冶金，2 0 0 9 ，2 8 1 3 9 ． [ 9 ] 李建华．金川低品位氧化镍矿的酸法制粒堆浸工艺研究 [ J ] ．铀矿冶，2 0 0 7 ，2 6 3 1 6 1 1 6 5 ． [ 1 0 ] 童伟锋，汪云华，吴晓峰，等．红土镍矿堆浸试验[ J ] ． 有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 6 4 6 ． [ 1 1 ] 施洋．高压酸浸法从镍红土矿中回收镍钴口] ．有色金 属 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