專利名稱：一種低成本處理紅土鎳礦的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎳礦冶煉方法，特別涉及從紅土鎳礦中回收鎳鈷的濕法冶金方法。
背景技術(shù)：
世界的鎳資源比較豐富，按地質(zhì)成因劃分，鎳礦床主要分為兩大類巖漿型硫化鎳 礦床和風(fēng)化型紅土鎳(氧化鎳)礦床。目前，全球已探明的鎳儲(chǔ)量約為1.6億t，其中硫化 鎳礦約占30%，紅土鎳礦約占70%。由于硫化鎳礦具有品位較高、雜質(zhì)較少、選冶容易和冶 煉技術(shù)成熟等特點(diǎn)，目前60%以上的鎳產(chǎn)量來源于硫化鎳礦。紅土鎳礦雖然儲(chǔ)量很大，但礦 石品位較低、一般難于通過選礦富集，且紅土礦大多處于偏僻地區(qū)，開采過程可利用設(shè)施較 少，因此許多紅土鎳礦并沒有得到大規(guī)模開發(fā)。隨著鎳需求量的不斷增加和硫化鎳礦資源 的逐漸枯竭，全球鎳行業(yè)已將資源開發(fā)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向紅土鎳礦資源。鎳紅土礦床是含鎳橄欖巖在熱帶或亞熱帶地區(qū)經(jīng)過大規(guī)模長期風(fēng)化淋濾變質(zhì)而 成，由于存在地理位置、氣候條件以及風(fēng)化程度的差異，世界各地的紅土鎳礦類型不完全相 同。針對(duì)不同類型的鎳紅土礦可以有不同的處理工藝。通常認(rèn)為，硅鎂鎳礦型紅土礦宜采用 火法冶金工藝，褐鐵礦類型的礦床宜采用濕法冶金工藝處理，而處于中間過渡型的礦石可 以采用火法冶金，也可以采用濕法冶金工藝。濕法冶金技術(shù)包括高壓酸浸和還原焙燒_氨 浸這兩大類。近年來人們研究了一些新的冶煉技術(shù)，如常壓酸浸、堆浸等。堆浸技術(shù)浸出率 較低，只適用于處理高鎂含量的紅土礦；常壓酸浸技術(shù)存在浸出液分離困難的問題；還原 焙燒-氨浸由于能耗較高，工藝流程長而較少被采用；火法冶金技術(shù)只能生產(chǎn)鎳鐵，不能回 收鈷，只能滿足不銹鋼生產(chǎn)的需求，其應(yīng)用范圍有限。研究過程中發(fā)現(xiàn)，有些含鎳鐵礦物在 常壓下極難溶出，即使經(jīng)過很長的浸出時(shí)間和使用很高濃度的酸也不能使其完全溶解，采 用堆浸、常壓攪拌提取這類礦物中的鎳是非常困難的，只有在高溫下浸出或采用高溫焙燒 才有可能破壞這些礦物的礦相機(jī)構(gòu)，從而釋放出其中的鎳鈷等有價(jià)元素。高壓酸浸技術(shù)具 有有效分離鎳鈷和鐵，綜合回收礦物中各種有用組分的優(yōu)勢，人們對(duì)高鐵低鎂型礦物大多 采用高壓酸浸工藝處理。古巴毛阿廠是最早采用這一工藝處理高鐵低鎂型礦的企業(yè)，西澳 大利亞的三家紅土鎳礦企業(yè)也在采用此工藝。目前世界上所勘探到的大多數(shù)高鐵低鎂礦屬 于褐鐵礦型，除了鐵礦物外，礦樣中仍含有一定量的硅酸鹽礦物，其中的鎂會(huì)增加酸耗，硅 和鋁會(huì)與鐵共沉積于高壓釜壁造成高壓釜結(jié)垢，導(dǎo)致釜的有效容積減小，處理量下降，生產(chǎn) 過程必須定期清理結(jié)垢。針對(duì)各種冶煉工藝的優(yōu)勢與不足，人們提出了各種改進(jìn)的技術(shù)，如專利申請(qǐng)?zhí)枮?200680004804. 2的發(fā)明公布了一種用高壓浸提處理褐鐵礦石和將浸提液于常壓下浸提腐 泥土礦的技術(shù)，專利申請(qǐng)?zhí)枮?00580026260. 5的發(fā)明公布了一種兩步法處理含有褐鐵礦 和腐泥土的礦石的方法。這兩個(gè)發(fā)明都提出分別在常壓和高壓條件下處理不同類型的礦 石，并綜合利用高壓浸出過程鐵沉積所釋放的酸，從而降低酸耗；但是這兩個(gè)發(fā)明中提到的 方法都要求將紅土礦分為褐鐵礦和腐泥土礦兩部分。然而，在一些礦石里，高鎂部分的礦物 如蛇紋石等與低鎂部分的鐵質(zhì)礦物相互嵌布，無法用物理方法分開，因此，上述兩發(fā)明提供的方法就不適用于這類礦石的處理。雖然專利申請(qǐng)?zhí)枮?00680004804. 2的發(fā)明中沒有明 確說明高壓釜壁的結(jié)垢狀況，但從專利所給出的紅土礦樣品分析表可以看出，褐鐵礦中仍 含有2-6%的鎂，7-15%的硅和0. 9-2%的鋁，由此可以推斷褐鐵礦的高壓酸浸過程會(huì)產(chǎn)生 一定量的結(jié)垢。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00580026260. 5的發(fā)明提出了對(duì)褐鐵礦采用常壓浸提，腐泥 土礦采用高壓浸提的方法，但從專利給出的實(shí)例中可以看到，有一些鐵礦物在常壓下難于 浸出，致使鎳浸出率只有90%左右；腐泥土中大量的鎂在高壓下反應(yīng)仍消耗大量的酸，使 總酸耗仍較高，在600kg/t礦石左右；另外，此方法所需的反應(yīng)時(shí)間較長(> 6小時(shí))。因 此，需要一種從鐵質(zhì)紅土礦中低成本提取鎳鈷的冶煉方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種改進(jìn)的高壓_常壓結(jié)合工藝，既能處理鐵質(zhì)礦物與鎂質(zhì)礦物緊密嵌布、目鐵質(zhì)礦物在常壓下極難溶出的礦石，又能處理高鐵低鎂型礦石和低鐵高鎂型 礦石的混合物。按照本發(fā)明提供的方法，可以使用比已有的發(fā)明更少的酸耗量提取紅土礦 中的鎳鈷鐵鎂等金屬，獲得較高的鎳鈷浸出率，實(shí)現(xiàn)鎳鈷與鐵、硅的高效分離，并大大緩解 高壓釜的結(jié)垢問題。本發(fā)明提供一種低成本冶煉紅土鎳礦的方法，包括如下步驟(1)將紅土鎳礦在常壓下用硫酸浸出，產(chǎn)品經(jīng)過濾、洗滌得到浸出液a和浸出渣b 兩部分；浸出液a采用萃取、離子交換或沉淀法分離回收鎳、鈷和鎂；(2)對(duì)浸出渣b進(jìn)行磁選，分成磁性部分c和非磁性部分d ；收集非磁性部分d用 作硅產(chǎn)品加工的原料；(3)將磁性部分c送入高壓釜，加硫酸進(jìn)行反應(yīng)后過濾，得到浸出液e和浸出渣f ； 收集浸出渣f用作煉鐵工業(yè)的原料。(4)將浸出液e返回步驟(1)作為常壓浸出所需的硫酸原料；步驟(1)的初始酸礦質(zhì)量比為0.3 0.6，當(dāng)有浸出液e返回步驟(1)作為常壓 浸出所需的硫酸原料后，步驟(1)需加入的硫酸與礦料的質(zhì)量比為O 0. 2 ；硫酸的濃度為 0. 05-0. 8mol/L ；浸出反應(yīng)在25°C至溶液的沸點(diǎn)溫度之間進(jìn)行；浸出時(shí)間為l_4h。步驟(3)的硫酸加入量與步驟(3)礦料的質(zhì)量比為0. 1 0.6 ；硫酸的濃度為 0. 05-0. 6mol/L。高壓釜中的反應(yīng)在140 280°C進(jìn)行，優(yōu)選200 270°C ；反應(yīng)時(shí)間為0. 5 2h ；反應(yīng)時(shí)還可加入氧化劑(氧氣)和晶種(包括赤鐵礦或針鐵礦)。氧氣的加入量是0 25g氧氣/g礦；晶種加入量為0. 01 0. Ig晶種/g礦。發(fā)明的具體工藝流程由圖1給出。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)已有的專利需將礦石分為高鐵低鎂礦和高鎂低鐵礦，然后分別用高壓酸浸和 常壓酸浸處理這兩部分礦物；而按照本發(fā)明提供的方法，鐵質(zhì)礦物和鎂質(zhì)礦物可不經(jīng)分離 直接處理，因此本發(fā)明可以處理任何類型的含鐵、鎂礦物的紅土鎳礦，處理過程不受鐵鎂含 量的限制；(2)本發(fā)明先將鎂、鋁、硅等分別分離出來，使得進(jìn)入高壓釜的礦料只含有鐵，鎂、 鋁、硅等組分沒有進(jìn)入高壓釜，所以高壓釜的結(jié)垢量顯著減少；(3)已有的專利中采用高壓釜處理的紅土鎳礦多為褐鐵礦型紅土鎳礦或含有部分鎂、鋁、硅等組分的鐵質(zhì)紅土鎳礦，而按照本發(fā)明所述方法，含鎂和含鋁礦物在進(jìn)入高壓釜 之前已被分出，高壓釜只處理含鐵礦物，因此，與已有的專利相比，本發(fā)明可以減少高壓釜 的體積和處理量，從而減小高壓釜的設(shè)備投資；(4)由于實(shí)現(xiàn)了酸的循環(huán)利用，不僅大大減少了酸耗量從而降低了生產(chǎn)成本，而且 無酸液排放，沒有造成環(huán)境污染，符合清潔生產(chǎn)的要求；(5)本發(fā)明將分離鎳、鈷、鐵、鎂、硅的操作步驟進(jìn)行了全新的合理的調(diào)整，巧妙的 實(shí)現(xiàn)了鎳、鈷、鐵、鎂、硅的綜合回收。


圖1為本發(fā)明的低成本處理鐵質(zhì)紅土鎳礦的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不 受這些實(shí)施例的限制。以下的實(shí)施例中選擇了四種礦樣，其元素分析見表1。表1礦樣的元素分析(wt % )
礦樣 Ni Co Mg Fe Al Cr Mn Si-
1*1.23 0.09 6.39 33.5 2.89 0.68 0.7 12.05
2*1.22 0.088 5.48 32.98 4.28 0.88 0.63 9. 163*0.96 0. 1 1. 12 48.5 3.94 0.71 0.79 3.85 4* 0.69 0.01 19.7 7.85 0.67 0.23 0.08 13. 13實(shí)施例1(1)將礦樣Is加入常壓攪拌槽，按酸礦質(zhì)量比為0. 53加入硫酸浸出2h，所得礦漿 經(jīng)過濾后得到濾液a和濾渣b兩部分；濾液a送入鎳鈷鎂鋁的回收工序；(2)對(duì)濾渣b進(jìn)行磁選，分成磁性部分c和非磁性部分d ；(3)磁性部分c送入高壓釜，按酸礦質(zhì)量比為0. 55加入硫酸，240°C反應(yīng)1. 5h，對(duì) 所得礦漿進(jìn)行過濾，得到濾渣e和濾液f ；(4)濾渣e用于鐵的回收，濾液f返回步驟(1)。此后每次新的礦料加入時(shí)，新加入的硫酸按酸礦質(zhì)量比為0. 1加入；收集10次上 述反應(yīng)所得的產(chǎn)物，分別測定濾液中鎳、鈷、鐵、鎂、鋁、硅含量和殘酸濃度，結(jié)果為濾液f 的殘酸濃度為29g/L，濾液a的殘酸濃度為lg/L ；濾液f的鎳濃度為0. 658g/L，鈷濃度為 0. 047g/L ；濾液a的鎳濃度為1. 21g/L，鈷濃度為0. 085g/L，鎂濃度為5. 29g/L，鋁濃度為 2. 02g/L?？偹岷臑?. 492g酸/g礦，鎳浸出率為98 %，鈷浸出率為95 %，鎂浸出率為97 %， 鐵浸出率1.05%，硅浸出率0.03%。釜壁無明顯結(jié)垢。實(shí)施例2
(1)將礦樣2#加入常壓攪拌槽，按酸礦質(zhì)量比為0.58加入硫酸浸出2h，所得礦漿經(jīng)過濾后得到濾液a和濾渣b兩部分；(2)濾液a送入鎳鈷鎂鋁的回收工序；(3)對(duì)濾渣b進(jìn)行磁選，分成磁性部分c和非磁性部分d ；(4)磁性部分c送入高壓釜，按酸礦質(zhì)量比為0. 55加入硫酸，并加入少量氧氣于 260°C反應(yīng)1. 5h，對(duì)所得礦漿進(jìn)行過濾，得到濾渣e和濾液f ；(5)濾渣e用于鐵的回收，濾液f返回步驟(1)。此后每次新的礦料加入時(shí)，新加入的硫酸按酸礦質(zhì)量比為0. 15加入。收集10次上述反應(yīng)所得的產(chǎn)物，分別測定濾液中鎳、鈷、鐵、鎂、鋁、硅含量和殘酸 濃度，結(jié)果為濾液f的殘酸濃度為32g/L，濾液a的殘酸濃度為2g/L ；濾液f的鎳濃度為 0. 78g/L，鈷濃度為0. 056g/L ；濾液a的鎳濃度為1. 19g/L，鈷濃度為0. 081g/L,鎂濃度為 6. 21g/L，鋁濃度為4. 01g/L?？偹岷臑?. 49g酸/g礦，鎳浸出率為97 %，鈷浸出率為94%， 鎂浸出率為97%，鋁浸出率93%，鐵浸出率1.45%，硅浸出率0.02%。釜壁結(jié)垢不明顯。實(shí)施例3(1)將礦樣1#和礦樣3#按3 1(質(zhì)量比)的比例加入常壓攪拌槽，按酸礦質(zhì)量 比為0. 4加入硫酸浸出2h，所得礦漿經(jīng)過濾后得到濾液a和濾渣b兩部分；(2)濾液a送入鎳鈷鎂鋁的回收工序；(3)對(duì)濾渣b進(jìn)行磁選，分成磁性部分c和非磁性部分d ；(4)磁性部分c送入高壓釜，按酸礦質(zhì)量比為0. 55加入硫酸，220°C反應(yīng)1. 5h，對(duì) 所得礦漿進(jìn)行過濾，得到濾渣e和濾液f ；(5)濾渣e用于鐵的回收，濾液f返回步驟(1)。此后每次新的礦料加入時(shí)，不加入硫酸。收集10次上述反應(yīng)所得的產(chǎn)物，分別測定濾液中鎳、鈷、鐵、鎂、鋁、硅含量和殘酸 濃度，結(jié)果為濾液f的殘酸濃度為37g/L，濾液a的殘酸濃度為2g/L ；濾液f的鎳濃度為 0. 806g/L，鈷濃度為0. 065g/L ；濾液a的鎳濃度為1. 16g/L，鈷濃度為0. 093g/L，鎂濃度為 5. 07g/L,鋁濃度為3. 01g/L?？偹岷臑?. 386g酸/g礦，鎳浸出率為98 %，鈷浸出率為95 %， 鎂浸出率為97%，鋁浸出率93%，鐵浸出率1.89%，硅浸出率0.01%。釜壁結(jié)垢不明顯。實(shí)施例4將礦樣2#和礦樣3#的混合物按照3 1 (質(zhì)量比)的比例加入常壓攪拌槽，按照 實(shí)施例2中礦樣2#的浸出工藝處理此混合物，其中步驟(1)所用硫酸僅在第一次浸出時(shí)按 酸礦質(zhì)量比為0. 4加入，以后每次浸出不再加入硫酸。收集10次上述反應(yīng)所得的產(chǎn)物，分別 測定濾液中鎳、鈷、鐵、鎂、鋁、硅含量和殘酸濃度，所得結(jié)果為濾液f的殘酸濃度為35g/L， 濾液a的殘酸濃度為2g/L ；濾液f的鎳濃度為0. 71g/L，鈷濃度為0. 058g/L ；濾液a的鎳濃 度為1. 06g/L，鈷濃度為0. 084g/L，鎂濃度為4. 37g/L，鋁濃度為3. 77g/L?？偹岷臑?. 346g 酸/g礦，鎳浸出率為98%，鈷浸出率為95%，鎂浸出率為97%，鋁浸出率93%，鐵浸出率 0.5%，硅浸出率0.03%。釜壁結(jié)垢不明顯。實(shí)施例5(1)將礦樣3#送入高壓釜，按酸礦質(zhì)量比為0. 55加入硫酸，反應(yīng)1. 5h，對(duì)所得礦 漿進(jìn)行過濾，得到濾渣a和濾液b ；
(2)將濾液b分成兩部分，其中90 %送入常壓攪拌槽，加入礦樣4#浸出2h，所得礦漿經(jīng)過濾后得到濾液c和濾渣d兩部分；(3)另外10%濾液b加入另一常壓攪拌槽，加入礦樣3#浸出2h，對(duì)所得礦漿過濾， 得到濾液e和濾渣f ；濾液e和濾液c合并送入鎳鈷鎂鋁的回收工序；(4)對(duì)濾渣f進(jìn)行磁選，分成磁性部分g和非磁性部分h ；(5)將磁性部分g送入高壓釜，按酸礦質(zhì)量比為0. 55加入硫酸，270°C反應(yīng)1. 5h， 對(duì)所得礦漿進(jìn)行過濾，得到濾渣i和濾液j ；(6)濾渣i和濾渣a、濾渣d合并回收鐵，濾液j返回步驟⑵。此后加入新的礦樣3#與礦樣4#，按照步驟(2)-(6)進(jìn)行，其中礦樣3#與礦樣4#的 質(zhì)量比為2 1。收集10次上述反應(yīng)所得的產(chǎn)物，分別測定濾液中鎳、鈷、鐵、鎂、鋁、硅含量和殘酸 濃度，結(jié)果為濾液j的殘酸濃度為50g/L，濾液e和濾液c合并液的殘酸濃度為3g/L ；濾液 j的鎳濃度為0. 941g/L，鈷濃度為0. 091g/L ；濾液e和濾液c合并液的鎳濃度為0. 294g/L， 鈷濃度為0. 01g/L,鎂濃度為7. 31g/L，鋁濃度為2. 85g/L。總酸耗為0. 330g酸/g礦，鎳浸 出率為97%，鈷浸出率為93%，鎂浸出率為97%，鋁浸出率91%，鐵浸出率0.8%，硅浸出率 0.05%。釜壁結(jié)垢不明顯。
權(quán)利要求
一種低成本處理紅土鎳礦的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將紅土鎳礦在常壓下用硫酸浸出，產(chǎn)品經(jīng)過濾、洗滌得到浸出液a和浸出渣b兩部分；浸出液a采用萃取、離子交換或沉淀法分離回收鎳、鈷和鎂；(2)對(duì)浸出渣b進(jìn)行磁選，分成磁性部分c和非磁性部分d；收集非磁性部分d用作硅產(chǎn)品加工的原料；(3)將磁性部分c送入高壓釜，加硫酸進(jìn)行反應(yīng)后過濾，得到浸出液e和浸出渣f；收集浸出渣f用作煉鐵工業(yè)的原料；(4)將浸出液e返回步驟(1)作為常壓浸出所需的硫酸原料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低成本處理紅土鎳礦的方法，其特征在于，所述的紅土 鎳礦是高鐵低鎂礦或者高鐵低鎂礦與低鐵高鎂礦的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)的浸出時(shí)間為l_4h，浸出反 應(yīng)在25°C至溶液的沸點(diǎn)溫度之間進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)在高壓釜中的反應(yīng)在140 280°C進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)在高壓釜中的反應(yīng)在 200 270°C進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)在高壓釜中的反應(yīng)時(shí)間為 0. 5 2h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)在高壓釜中的反應(yīng)進(jìn)行時(shí)加 入氧化劑和晶種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述氧化劑是氧氣，加入量是0 25g氧 氣/g礦；所述晶種包括赤鐵礦或針鐵礦，加入量為0. 01 0. Ig晶種/g礦。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)加入的硫酸與步驟(3)礦料 的質(zhì)量比為0. 1 0. 6 ；所述硫酸的濃度為0. 05-0. 6mol/L。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(1)初始加入的硫酸與礦料的質(zhì)量 比為0.3 0.6;當(dāng)有浸出液e返回步驟⑴作為常壓浸出所需的硫酸原料后，步驟⑴需 加入的硫酸與礦料的質(zhì)量比為0 0. 2 ；所述硫酸的濃度為0. 05-0. 8mol/L。
全文摘要
一種低成本處理紅土鎳礦的方法，該方法將紅土鎳礦在常壓酸浸槽中浸出，將產(chǎn)品過濾后所得濾渣進(jìn)行磁選，分成磁性部分和非磁性部分。非磁性部分可直接用于硅產(chǎn)品的深加工。磁性部分在高于大氣壓的壓力下浸出，浸出渣可以用作煉鐵工業(yè)的原料，浸出液循環(huán)至常壓浸出槽，用作常壓浸出所需的酸原料。常壓浸出液可用溶劑萃取、離子交換、硫化沉淀等方法回收鎳鈷與鎂。本發(fā)明適用于處理各種類型的含有鐵、鎂礦物的紅土鎳礦，實(shí)現(xiàn)了酸的循環(huán)利用和鎳、鈷、鐵、硅、鎂等金屬的綜合回收，且大大減少了高壓釜的體積和結(jié)垢量，是一種低成本高效處理紅土鎳礦的環(huán)保工藝。
文檔編號(hào)C22B3/08GK101805828SQ201010150169
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者伍博克, 劉葵, 胡慧萍, 陳啟元 申請(qǐng)人:中南大學(xué)