一種從紅土鎳礦中回收鎳、鈷和鐵的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及紅土鎳礦的濕法冶金工藝，具體而言，涉及在同一工藝中對這種礦石 的腐泥土成分進行硫酸常壓浸出和用常壓浸出液對褐鐵礦成分進行加壓浸出，在回收鎳、 鈷的同時對礦石的主要成分鐵進行經(jīng)濟有效的回收。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅土礦是由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 的氧化鎳礦，由于存在地理位置、氣候條件以及風(fēng)化程度的差異，世界各地的紅土礦類型不 完全相同，人們主觀的把紅土礦礦床自上而下分為三層，即褐鐵礦礦層、過渡礦礦層和腐泥 土礦層，其中褐鐵礦顆粒細(xì)微，含鎳較低，硅、鎂含量也低，但含鐵量較高，腐泥土礦含鎳較 高，硅、鎂含量也較高，但含鐵較低，過渡礦介于二者之間。
[0003] 風(fēng)化過程一般產(chǎn)生層狀沉積，其中在表面附近存在著完全的或最徹底的風(fēng)化產(chǎn) 物，隨著深度增加漸變?yōu)槌潭容^輕的風(fēng)化產(chǎn)物，并最后在某個更深的深度處終止為未風(fēng)化 的巖石。
[0004] 高度風(fēng)化層通常將其含有的大部分鎳細(xì)微分布在細(xì)碎的針鐵礦顆粒中。該層通常 稱為褐鐵礦，它一般含有高比例的鐵和低比例的硅和鎂。
[0005] 風(fēng)化較輕的層所含的鎳一般更多地包含于各種硅酸鎂礦物中，例如蛇紋石。不完 全風(fēng)化帶中可能有很多其他含有鎳的硅酸鹽礦物。部分風(fēng)化的高含鎂帶通常稱為腐泥土 或硅鎂鎳礦。它一般含有低比例的鐵和高比例的硅和鎂。
[0006] 在一些礦床中還有另一種通常處于褐鐵礦和腐泥土之間的主要含有綠脫石粘土 的帶，稱為過渡礦。
[0007] 通常情況下，褐鐵礦為紅土鎳礦的主要組成部分，占紅土礦總量的65%~75% ;腐 泥土占15%~25% ;過渡礦占10%。
[0008] 從紅土礦鎳中回收鎳、鈷的困難之處在于，在進行化學(xué)處理分離金屬有用成分(如 鎳和鈷）之前通常不能通過物理方式充分富集鎳的有用成分，即無法用選礦的技術(shù)進行富 集，這使得紅土鎳礦的處理成本很高。并且由于褐鐵礦和腐泥土礦中不同的礦物和化學(xué)組 成，這些礦石通常不適于使用同一處理技術(shù)進行處理。幾十年來人們一直在尋找降低處理 紅土鎳礦的成本的方法。
[0009] 紅土鎳礦的處理工藝可分為火法工藝和濕法工藝兩大類。
[0010] 火法冶金工藝適合處理腐泥土礦。該工藝通常只能生產(chǎn)鎳鐵，不能回收鈷，其應(yīng)用 受到限制。
[0011] 濕法冶金工藝適合處理褐鐵礦。濕法冶金技術(shù)包括高壓酸浸和還原焙燒-氨浸以 及近年來出現(xiàn)的如常壓酸浸、堆浸工藝等。
[0012] 堆浸技術(shù)浸出率較低，只適用于處理高鎂含量的紅土礦；還原焙燒-氨浸工藝由 于能耗較高，工藝流程長而較少被采用；常壓酸浸技術(shù)操作簡單，不需使用昂貴的高壓釜， 但要使礦物完全溶解則所需酸耗量較大，且浸出液中含有各種金屬離子，使后續(xù)浸化分離 工序變得復(fù)雜。
[0013] 高壓酸浸（HPAL)工藝使用硫酸在高溫（250°C)和高壓（50Mpa)下浸出紅土鎳礦。 在高溫、高壓條件下，礦石中的金屬礦物幾乎完全溶解。溶解的鐵在所采用的高溫下迅速水 解為赤鐵礦（Fe2O 3 )沉淀，鎳、鈷等留在溶液中，在冷卻之后含鐵和硅的浸出殘渣通過在一 系列洗滌濃縮，即所謂的逆流傾析洗滌（CCD)回路中濃縮而從含鎳、鈷的溶液中分離。因此 達(dá)到了浸出工藝的主要目的一將鎳與鐵分離。
[0014] 高壓酸浸出（HPAL)工藝的優(yōu)點是：鎳、鈷浸出率高；反應(yīng)速度快、反應(yīng)時間短；鐵 在酸浸過程中理論上不消耗硫酸且水解產(chǎn)物為赤鐵礦（Fe 2O3 )沉淀。但高壓酸浸出（HPAL) 工藝的缺點也很突出：首先是它需要復(fù)雜的高溫、高壓的高壓釜以及相關(guān)的設(shè)備，其安裝與 維護都很昂貴；二是高壓酸浸（HPAL)工藝消耗的硫酸比按化學(xué)計量溶解礦石中的非鐵金 屬成分所需的硫酸更多。因為在高壓酸浸條件下多數(shù)由硫酸提供的硫酸根離子連接形成硫 酸氫根離子（HSCV)。也就是說硫酸在高壓酸浸條件下只離解釋放出一個質(zhì)子（H +)。在浸出 液冷卻及中和時，硫酸氫根離子分解成硫酸根（S0，)和另一個質(zhì)子。因此后一個質(zhì)子（酸） 沒有充分用于浸出，并導(dǎo)致過量的硫酸在后續(xù)處理是必須要進行中和而消耗中和劑；三是 HPAL工藝只限于處理主要為褐鐵礦類的原料，因為腐泥土的存在會導(dǎo)致硫酸消耗量的大量 增加。這是由于腐泥土中鎂的鎂含量較高所引起的；四是HPAL工藝在運行過程中高壓釜容 易結(jié)垢，需定期停產(chǎn)清理，開工率低；五是浸出渣量大，而且是硅和鐵的混合渣，不能經(jīng)濟有 效的開發(fā)利用。
[0015] 美國專利No. 4,097, 575描述了對HPAL工藝的改進，包括在所述高壓釜中發(fā)生褐 鐵礦的高壓浸出，高壓浸出的排放物用在約820 °C以下焙燒的、與硫酸的反應(yīng)活性更強的 腐泥土礦焙燒砂中和過量的酸，在這一中和過程中腐泥土礦中含有的鎳大量溶解。這一工 藝的優(yōu)點是它更好地利用褐鐵礦加壓浸出過程中添加的硫酸，減少了用于處理高壓斧排放 液體的石灰石或其他昂貴的中和試劑的消耗，并且獲得了對紅土鎳礦體中的褐鐵礦成分 和腐泥土成分進行處理的能力。但這一工藝仍需要使用昂貴的高壓釜用于褐鐵礦的浸出， 而且需要對腐泥土礦進行焙燒處理，該處理工藝在資金投入和操作成本上都是很昂貴的。
[0016] 美國專利No. 6,379,636 B2描述了對美國專利No. 4,097,575中描述的工藝的 進一步改進，去除了腐泥土焙燒步驟，并將腐泥土原礦用于中和高壓斧排放溶液中過量的 酸。此外，可以向排放液中加入更多的酸以增加腐泥土的可浸出量。但是這種工藝仍然需 要使用昂貴的高壓斧。
[0017] 為了避免使用昂貴的高壓釜，同時開發(fā)腐泥土和褐鐵礦的紅土礦鎳資源，人們提 出了一些改進的常壓酸浸技術(shù)。如公開號為CN101273146A的發(fā)明專利，提出了同時浸提褐 鐵礦和腐泥土礦或先浸提褐鐵礦后浸提腐泥土礦的兩步常壓浸提方法，此方法具有不使用 高壓釜的優(yōu)點，但該申請所述的流程中提出在對浸出溶液進行處理以除去Fe和/或Al時， 需要加入中和劑中和浸出液中的殘酸，使大部分鐵以氫氧化鐵的形式沉積，這會造成鎳鈷 等有價元素的損失和料漿過濾困難。又如公開號為CN101541985A的發(fā)明專利，提出了一 種常壓浸出褐鐵礦和腐泥土礦的混合物的方法，但其鐵沉淀產(chǎn)物為黃鉀鐵礬，黃鉀鐵礬中 含有硫酸根，因此會增加浸出過程的酸耗；且黃鉀鐵礬是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的化合物，堆積 和存放時會釋放出硫酸，從而造成環(huán)境污染。再如公開號為CN101006190A的發(fā)明專利，提 出了一種用濃酸處理褐鐵礦和腐泥土礦的混合物然后水浸出鎳鈷的方法，此方法產(chǎn)生的鐵 沉積物為除黃鉀鐵礬以外的三價鐵氧化物或氫氧化物，但該申請的浸出時間需要12-48h， 浸出時間較長，導(dǎo)致工藝周期較長，生產(chǎn)成本上升。
[0018] 再如公開號為CN102206749A的發(fā)明專利，提出了一種先用硫酸浸出褐鐵礦，再用 一次浸出液浸提腐泥土礦，之后部分(或全部）二次浸出液再返回一次浸出褐鐵礦的循環(huán)常 壓浸出方法，該方法具備能同時處理褐鐵礦和腐泥土礦及鎳鈷浸出率較高的優(yōu)點，但工藝 流程較為復(fù)雜、硫酸消耗較高(平均值約為0. 7g酸/1.0 g礦）的缺點，并且所用腐泥土礦量 是褐鐵礦量的1. 5倍以上，和紅土礦的礦帶構(gòu)成相矛盾。再如公開號為CN101001964A的發(fā) 明專利，提出了一種先用足量的硫酸在常壓（l〇〇°C~105°C )下浸出褐鐵礦，再用褐鐵礦的 常壓浸出礦漿與腐泥土礦漿在中等壓力(約0. 5Mpa、150°C)下浸出提取鎳、鈷的方法。該方 法的優(yōu)點是：能同時處理褐鐵礦和腐泥土礦；避免使用價格昂貴的高壓釜而在中等壓力條 件下用相對簡單的加壓設(shè)備實現(xiàn)了腐泥土礦較高的鎳浸出率。但該方法存在以下缺點和不 足：首先常壓浸出褐鐵礦的時間較長，通常為4小時以上，因此所需常壓浸出設(shè)備龐大；二 是酸消耗較高，總酸/礦石=0. 6/1，這一酸耗指標(biāo)雖然遠(yuǎn)低于常壓酸浸卻遠(yuǎn)高于高壓酸浸； 三是所用腐泥土礦量是褐鐵礦量的1倍，這同樣和紅土礦的礦帶構(gòu)成相矛盾，眾所周知的 是紅土鎳礦床中，褐鐵礦量：腐泥土礦量多2 : 1。
[0019] 總之，在上述紅土鎳礦濕法冶煉的發(fā)明專利中，高壓酸浸（HPAL)工藝和改進的高 壓酸浸工藝的缺點是：需要復(fù)雜的高溫、高壓的高壓釜以及相關(guān)的設(shè)備，其安裝與維護都很 昂貴；HPAL工藝消耗的硫酸比按化學(xué)計量溶解礦石中的非鐵金屬成分所需的硫酸更多； HPAL工藝只限于處理主要為褐鐵礦類的原料；HPAL工藝在運行過程中高壓釜容易結(jié)垢， 需定期停產(chǎn)清理，開工率低。常壓酸浸工藝和改進的常壓酸浸工藝的缺點是：硫酸消耗高； 鎳、鈷浸出率低；反應(yīng)時間長，所需設(shè)備龐大。高壓酸浸包括改進的高壓酸浸工藝和常壓酸 浸工藝包括改進的常壓酸浸工藝的共同缺點是浸出渣量大，而且是硅和鐵的混合渣，使得 紅土礦的主要成分鐵不能經(jīng)濟有效的開發(fā)利用。盡管CN102206749A的發(fā)明專利中提及了 浸出渣的回收利用，但由于渣中的二氧化硅及氧化鐵、針鐵礦等均為反應(yīng)生成的細(xì)小微粒， 它們相互"生長"在一起，很難用簡單的磁選等方法將它們分離，因此上述浸出渣開發(fā)利用 的經(jīng)濟效益很差，只能當(dāng)廢固處理，甚至對于鎳浸出率較低的浸出渣必須當(dāng)危廢渣進行處 理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 本發(fā)明的目的就是消除或減輕高壓酸浸出工藝的缺點，同時獲得比已知的常壓浸 出工藝更高的鎳和鈷回收率和更快的回收速度，比高壓酸浸更低的酸消耗。特別是在工藝 過程中很自然方便的將紅土礦的主要成分鐵加工成鐵精粉，使廢渣量減少為原礦量的百分 之五左右。
[0021] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的： 本發(fā)明提供一種分兩步從腐泥土礦和褐鐵礦中高效回收鎳、鈷和鐵的工藝方法方法。 第一步：向鋼襯合金反應(yīng)罐中加入腐泥土礦漿和足夠的無機酸，在常壓和高溫下發(fā)生反應(yīng)， 以溶解絕大部分的可溶性非鐵金屬和可溶性鐵；第二步：對常壓反應(yīng)物料進行水溶和固液 分離得到常壓浸出渣（A)和常壓浸出液（B);第三步：將常壓浸出液和褐鐵