干型 红土镍矿氧压酸浸研究.pdf

有色金属 冶炼部分2 0 1 0 年5 期1 5 ‘‘ 干型”红土镍矿氧压酸浸研究 汪云华，昝林寒，赵家春，安中庆 昆明贵金属研究所，昆明6 5 0 1 0 6 摘要对传统高压酸浸 H P A L 工艺进行改进，在反应初始充入～定量的氧气，在较低温度下浸出澳大 利亚“干型”红土镍矿。研究了硫酸用量、浸出温度、浸出时间、初始氧分压对镍、钴、铁浸出率及游离酸 含量的影响。结果表明，在2 2 0 ℃、硫酸用量2 5m L 、反应初始充人0 ．5M P a 氧气反应2h 的条件下， 镍、钴浸出率分别为9 9 ．8 3 ％、9 0 ．4 4 ％，与2 5 0 ℃不充入氧气时的镍、钴浸出率大致相当。 关键词红土镍矿；氧压酸浸 中图分类号T F 8 0 3 ．2 1 ；T F8 1 5文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 0 0 5 0 0 1 5 一0 3 O x i d a t i v eP r e s s u r eA c i dL e a c h i n go fA r i d R e g i o nN i c k e lL a t e r i t e sO r e W A N GY u n h u a ，Z A NL i n - h a n ，Z H A oJ i a c h u n ，A NZ h o n g q i 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 ，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 A r i d r e g i o nn i c k e ll a t e r i t e so r eo fA u s t r a l i ac o u l db el e a c h e da tl o w e rt e m p e r a t u r eb yc h a r g i n ga c e r t a i na m o u n to fo x y g e ni n t ot h ea u t o c l a v ea tt h eb e g i n n i n go fr e a c t i o n ，i m p r o v i n gh i g ht e m p e r a t u r ep r e s - s u r ea c i dl e a c h i n g H P A L p r o c e s s ．T h ee f f e c to fa c i dd o s a g e ，t e m p e r a t u r e ，l e a c h i n gt i m ea n di n i t i a lp r e s s u r eo fo x y g e no nt h ee x t r a c t i o n so fN i ，C o ，F ea n df r e ea c i dc o n t e n tw e r ee x a m i n e d ．T h er e s u l t ss h o w t h a tr e c o v e r i e sc a nr a i s eu pt o9 9 ．8 3 ％a n d9 0 ．4 4 ％f o rN i ，C oa tt h ec o n d i t i o n so ft e m p e r a t u r eo f2 2 0 ℃， a c i dd o s a g eo f2 5m L ，i n i t i a lp r e s s u r eo fo x y g e no f0 ．5M P aa n dl e a c h i n gt i m eO f2h ，w h i c hi ss i m i l a rt o r e c o v e r i e so fN i ，C oa tt h ec o n d i t i o n so ft e m p e r a t u r eo f2 5 0 ℃，w i t h o u tc h a r g i n go x y g e n ． K e y w o r d s N i c k e l l a t e r i t e so r e ；0 x i d a t i v ep r e s s u r ea c i dl e a c h i n g 红土镍矿按其分布及利用性能可分为两种类 型，即“干型”和“湿型“ [ 1 - - 4 ] 。一般来说，“干型”红土 镍矿比“湿型”红土镍矿风化程度弱，含粘土成分相 对较多，针铁矿成分较少。而“湿型”红土镍矿含粘 土少，蛇纹石化强烈。两种类型的红土镍矿利用性 能有所差别。 高压酸浸 H P A L 工艺处理红土矿的商业化应 用始于2 0 世纪5 0 年代末，但直到2 0 世纪9 0 年代 末才开始有新厂投入[ 3 ] ，原因是高压釜技术及溶液 处理技术的限制。近年来，新厂的建设也多采用高 压酸浸工艺。但由于红土镍矿类型及利用性能的不 同，以及各地情况也不一样，特别是干旱地区缺乏淡 水，工艺水一般就用地下水。而地下水含有大量的 作者简介汪云华 1 9 7 2 - - ，男，高级工程师 N a 、M g 、S 0 一、C 1 ～等离子，对浸出化学反应有很 大的影响。所以国外研究者对水的盐度及矿类型的 影响进行了系列的研究。W h i t t i n g t o n 及J o h n s o n 等认为[ 4 叫] ，当用海水代替淡水浸出红土镍矿时，当 游离酸浓度较高时，镍浸出率提高。但钠离子浓度 超过1 5g ／L 时，镍浸出率下降，浸出时间增加。 W h i t t i n g t o n 对不同红土镍矿类型进行高压酸浸研 究邸] ，考察了矿物类型对渣相组成，铁，镁，铝镍浸出 的影响。但以上高压酸浸出取红土镍矿的研究，浸 出温度均在2 5 0 “ - , 2 8 0 ℃，在此温度下，压力较高，对 高压釜要求较高，存在安全隐患，这也是高压酸浸工 艺不能广泛应用的原因，所以我们针对澳洲“干型” 红土镍矿，提出氧压酸浸工艺，即在反应初始充入一 万方数据 1 6 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年5 期 定量的氧气。使得红土矿能在较低的温度下浸出， 而又不降低镍、钴的浸出率。 1实验部分 1 ．1 矿石特性及物相组成 实验所用的矿石来源于澳大利亚，矿石物质组 成 ％ 石英和长石2 6 ．9 9 、蒙脱石和滑石1 9 ．2 4 、赤 铁矿1 7 ．3 2 、腐殖土状褐铁矿1 1 ．6 9 、致密状褐铁矿 5 ．2 0 和磁赤铁矿、磁铁矿5 ．6 9 、粘土4 ．8 2 、方解石 和白云石3 ．3 3 、铬铁矿0 ．2 5 、磁黄铁矿微量、锰土矿 0 ．8 、铁染粘土2 ．3 、云母和伊利石0 ．2 7 、绿泥石 2 ．1 ，矿石主要成分 ％ N i1 ．0 7 、C o0 ．1 、F e 2 0 ．4 3 、M g2 ．4 8 、C a0 ．3 5 、S i2 0 ．5 7 、A 10 ．1 1 、M n 0 ．4 。可以看出，矿石中的矿物主要是以脉石矿物如 石英、蒙脱石、滑石为主，其次为褐铁矿 有相当一部 分为表层腐殖土状褐铁矿 ，这说明矿石系“干型”红 土镍矿。 1 ．2 试验方案 浸出实验是在2L 钛高压釜内进行，温度采用 P I D 自动控制，温控范围在土2 ℃，采用电加热，内置 水冷系统，磁力搅拌。用分析纯硫酸作浸出剂，每次 实验取矿样1 0 0g 一0 ．0 7 4r a m ，液固比8 1 ，搅 拌速度3 0 0r ／r a i n 。主要研究硫酸用量、浸出时间、 浸出温度、氧分压对镍、钴、铁浸出率及游离酸含量 的影响。 2 结果与讨论 2 ．1 硫酸用量的影响 固定反应温度为2 0 0 ℃，反应初始时充入压力 为1M P a 的氧气，反应时间为2h ，结果见图1 。可 以看出，当硫酸用量小于3 0m L 时，镍、钴浸出率变 化不大，均低于9 0 ％。当硫酸用量大于3 0m L 时， 镍、钴浸出率增加明显，硫酸用量为4 0m L 时，镍、 钴浸出率达到最大分别为9 7 ．0 6 ％和9 0 ．2 6 ％。而 随着硫酸用量的增加，铁的浸出率增加，体系中游离 酸含量也随之增加。 2 ．2 反应温度的影响 固定硫酸用量为2 5m L ，反应初始时充入 0 ．5M P a 氧气 2 5 0 ℃下，没有充入氧气 ，反应时间 2h ，结果见图2 。由图2 可见，镍、钴浸出率随着温 度的升高而增加。而铁的浸出率变化不大，体系中 游离酸含量随着反应温度的升高而降低。2 2 0 ℃， 反应初始充入0 ．5M P a 氧气时的镍、钴浸出率分别 为9 9 ．8 3 ％、9 0 ．4 4 ％，而铁浸出率仅为2 ％，基本上 图1 硫酸用量的影响 F i g ．1 E f f e c to fs u l f u r i ca c i dd o s a g eo n l e a c h i n gr a t e 进入渣中，溶液中含量仅有0 ．3g ／L ，与2 5 0 ℃，不 充入氧气时的镍、钴浸出率大致相当。这说明反应 初始充入一定量的氧气能够加快反应进程，对提高 镍、钴的浸出率十分有利。 图2 浸出温度的影响 F i g ．2 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo nl e a c h i n gr a t e 2 ．3 反应时间的影响 固定反应温度为2 0 0 ℃，反应初始时充入0 ．5 M P a 氧气，硫酸用量为4 0m L ，结果见图3 。可以看 图3浸出时间的影响 F i g ．3 E f f e c to ft i m eo nl e a c h i n gr a t e 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年5 期 1 7 出，镍、钴浸出率随着反应时间的延长而增加，延长 反应时间有利于降低溶液中铁、游离酸的含量，便于 后续处理。所以适宜的反应时间应为2h ，此时镍、 钴浸出率分别为9 7 ．0 6 ％、9 0 ．2 6 ％。 2 ．4 初始氧气分压的影响 固定反应温度为2 0 0 ℃，反应时间为2h ，硫酸 用量为3 0m L ，结果见图4 。由图4 可看出，在反应 初始充入氧气对提高镍、钴浸出率十分有效，但当初 始氧气压力大于0 ．5M P a 时，效果就不明显了。所 以适宜的氧气初始分压应为0 ．5M P a 。 图4 初始氧气分压的影响 F i g ．4 E f f e c to fi n i t i a lp a r t i a lp r e s s u r eo f o x y g e no nl e a c h i n gr a t e 2 ．5 反应机理探索 研究发现，当反应初始通入一定量氧气时，能够 提高镍、钴的浸出率，并且还可观察到反应过程中有 明显的耗氧现象，这说明矿石中有耗氧物质存在。 由于矿石中含有1 1 ．6 9 ％的腐殖土状褐铁矿，而腐 殖土中的铁有相当一部分是以二价铁形式存在[ 7 ] 。 所以高压酸浸红土矿时，首先是二价铁的溶解，接着 是镁的溶解，然后二价铁氧化成三价铁。三价铁水 解释放酸，生成两种沉淀即羟基硫酸铁沉淀 F e 0 H S 0 。 和赤铁矿沉淀，羟基硫酸铁沉淀容易形 成但不稳定，很快就转化成赤铁矿沉淀。而褐铁矿 中的铁主要以针铁矿形式存在 a ～F e O O H ，在高 压酸浸过程中，三价铁溶解之后才水解。而镍的溶 解是按氧化镍溶解的方式进行。所以反应初始通入 ～定量氧气有利于二价铁的氧化，加快反应进行，使 得反应体系的热力学推动力变大，从而使在较低温 度下，镍钴浸出率也较高。整个反应过程如式 1 ～ 6 所示 2 F e 2 1 ／2 0 2 2 H 一- - ．2 F e 3 十 H 2O 1 F e O O H 3 H S F e 3 2 H 2O 2 F e 3 十S 0 4 卜 H 2 0 S F e O H S 0 4 s H 3 2 F e O H S 0 4 s H 2 0 与F e 2 0 3 s 2 S 0 42 一 4 H 4 2 F e 3 3 H 2 0 与F e 2 0 3 s 6 H 5 N i O 2 H 与N i 2 H 2 0 ， 6 召结论 采用氧压酸浸工艺浸出澳大利亚“干型”红土镍 矿。当反应初始通入一定量氧气时，能够加快反应 进程，提高镍、钴的浸出率。相同条件下，当反应初 始充入0 ．5M P a 氧气时的镍、钴浸出率分别为 9 9 ．8 3 ％、9 0 ．4 4 ％，而铁浸出率仅为2 ％，基本上进 入渣中，与2 5 0 ℃不充入氧气时的镍、钴浸出率大致 相当。 参考文献 J - 1 ] 周晓文，张建春i 罗仙平．从红土镍矿中提取镍的技术研 究现状及展望E J 3 ．四川I 有色金属，2 0 0 8 3 1 8 2 2 ． [ 2 3 李建华，程威，肖志海．红土镍矿处理工艺综述[ J ] ．湿 法冶金，2 0 0 4 ，2 3 4 1 9 1 1 9 4 ． [ 3 ] 肖振民．世界红土型镍矿开发和高压酸浸技术应用[ J ] ． 中国矿业，2 0 0 2 1 5 6 5 9 ． [ 4 ] J o h n s o nJA ，C a s h m o r eBC ，H o c k r i d g eRJ ．O p t i m i s a t i o no fn i c k e le x t r a c t i o nf r o ml a t e r i t eo r e sb yh i g hp r e s s u r ea c i dl e a c h i n gw i t ha d d i t i o no fs o d i u ms u l p h a t e [ J 3 ． M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 5 ，1 8 1 2 9 7 1 3 0 3 ． [ 5 ] W h i t t i n g t o nBI ，M c D o n a l dRG ，J o h n s o nJA ，e ta 1 ． P r e s s u r ea c i dl e a c h i n go fa r i dr e g i o nn i c k e ll a t e r i t eo r e P a r tI ．E f f e c to fw a t e rq u a l i t y [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ， 2 0 0 3 a ，7 0 3 1 4 6 ． [ 6 ] W h i t t i n g t o nBI ，J o h n s o nJA ，M c D o n a l dRG ，e ta 1 ． P r e s s u r ea c i dl e a c h i n go fa r i dr e g i o nn i c k e ll a t e r i t eo r e P a r tI I ．E f f e c to fo r et y p e [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ， 2 0 0 3 b ，7 0 4 7 ～6 2 ． [ 7 ] R u b i s o vDH ，P a p a n g e l a k i sVG ．S u l p h u r i ca c i dp r e s s u r el e a c h i n go fl a t e r i t e s s p e c i a t i o na n dp r e d i c t i o no f m e t a ls o l u b i l i t i e s “a tt e m p e r a t u r e ”[ J ] ．H y d r o m e t a l l u r - g Y ，2 0 0 0 ，5 8 1 3 - - 2 6 ． 万方数据