加压酸浸法回收红土矿中的镍、钴

陈彩霞, 席海龙, 贺来荣, 杨粉娟, 马 晶

(1.西安建筑科技大学 冶金工程学院, 陕西 西安 710311;2.金川镍钴研究设计院, 甘肃 金昌 737100)

加压酸浸法回收红土矿中的镍、钴

陈彩霞1,2, 席海龙2, 贺来荣2, 杨粉娟2, 马 晶2

(1.西安建筑科技大学 冶金工程学院, 陕西 西安710311;
2.金川镍钴研究设计院, 甘肃 金昌737100)

研究了某褐铁矿层红土矿加压酸浸处理工艺,通过小试确定了各工艺过程的最佳条件.加压酸浸:温度为255℃,加酸量为250kg/t,时间为60min,矿浆体积分数为30%,镍、钴浸出率分别为98.23%和98.77%;矿浆中和:终点pH为1.5～2.0,时间为60min,温度为90℃;溶液处理采用两段除杂法:用氢氧化钠进行镍、钴沉淀,终点pH为7.6,得到了氢氧化镍钴中间产品;用氧化钙沉淀废水中的金属离子,使废水达到排放要求.

红土矿; 加压酸浸; 湿法冶金; 氢氧化镍钴

0 前 言

世界陆地镍资源分为硫化镍矿和氧化镍矿两大类,其中约70%为红土型镍氧化矿.目前全球每年镍产量约40%来源于红土矿[1].随着硫化镍矿资源的逐步枯竭,国内外已将镍资源开发的重点转移到了红土矿上.红土镍矿矿床一般分为3层:上层是褐铁矿层,铁、钴含量较高,硅、镁和镍含量较低;下层是硅镁镍矿,镍、硅和镁含量较高,铁、钴含量较低;中间是过渡层,各主要金属含量介于上层与下层之间[2].

处理红土矿的方法主要有火法和湿法两种工艺,其中褐铁矿层红土矿适合湿法处理.湿法处理红土矿的工艺主要有常压硫酸浸出、加压硫酸浸出(简称HPAL)、常压-加压联合硫酸浸出.本文主要介绍加压酸浸工艺处理某褐铁矿层红土矿,最终得到氢氧化镍(钴)中间产品.

1 试验原料及设备

1.1 试验原料

褐铁矿层红土矿以褐铁矿、磁铁矿为主,含有少量的铬铁矿、锰氧化物和微量含镍蛇纹石、绿泥石、橄榄石和长石等硅酸盐类矿物.试验所用褐铁矿层红土矿的化学成分见表1.从表1可知,原料中镁含量较低,较适宜采用高压酸浸法提取镍、钴[3-5].试验时,将原料湿磨到粒度-100目以下.

表1 褐铁矿层红土矿各成分的质量分数

1.2 试验设备与试剂

试验设备:加压釜(PARR4557),干燥箱(ZK-40BS),天平(AB204-N),循环水式真空泵(SHZ-DIII),可调式电热板(EH35A),强力电动搅拌机(JB200-D),pH计(SevenMulti).

试剂:硫酸(分析纯),碳酸钙(工业级),氧化钙(70%),氢氧化钠(分析纯).

2 工艺流程

图1为红土矿加压酸浸处理工艺流程.

图1 加压酸浸工艺流程Fig.1 Process flowchart

3 结果与讨论

3.1 加压酸浸

加压酸浸试验主要考察硫酸用量、浸出时间和矿浆的体积分数对镍、钴浸出率的影响.

图2为加酸量对镍、钴浸出率的影响曲线.从图2中可以看出,当硫酸加入量为250 kg/t,可以保证镍、钴浸出率达到97%.继续增加硫酸加入量对镍、钴浸出率的提高影响很小,但残酸量升高,不仅增加了酸的用量,还不利于溶液后续处理.故最佳的加酸量确定为250 kg/t.

图2 硫酸加入量对镍、钴浸出率的影响

图3为反应时间对镍、钴浸出率的影响曲线.

图3 反应时间对镍、钴浸出率的影响

从图3中可以看出,当反应时间>30 min时,镍、钴浸出率达97%以上.随着反应时间的增加,镍、钴的浸出率基本不变.延长反应时间,可以使Al3+、Fe3+和Cr3+水解沉积[4],故选择较佳时间为60 min.

表2为矿浆体积分数对镍、钴浸出率的影响.从表2中可以看出,当矿浆体积分数为35%时,镍、钴的浸出率都有所降低.由此得出加压酸浸工艺的较佳工艺条件:加酸量为250 kg/t,反应时间为60 min,矿浆体积分数为30%,镍、钴的浸出率分别达98.23%、98.77%.

表2 矿浆体积分数对镍钴浸出率的影响

3.2 矿浆中和

加压浸出液中含有残酸约30 g/L,采用碳酸钙将其中和至溶液pH为1.5～2.0,同时有部分Fe、Al沉淀.矿浆中和试验主要考察了碳酸钙的用量和反应时间对终点pH的影响.试验温度为90 ℃时的试验结果分别见图4和图5.

图4为碳酸钙用量对终点pH的影响曲线.从图4中可以看出,随着碳酸钙用量的增加,浸出液pH逐步增加,当碳酸钙加入的体积质量为21.38 g/L矿浆时,中和后液的pH为1.82.

图4 碳酸钙用量对终点pH的影响Tab.4 Effect of calcium carbonate content on pH

图5为反应时间对终点pH的影响曲线.从图5中可以看出,中和时间为60 min时,溶液的pH稳定,因此,采用碳酸钙对浸出后矿浆中和时,碳酸钙的体积质量为21.38 g/L矿浆,反应时间为60 min,中和后pH为1.8.

图5 反应时间对终点pH影响Fig.5 Effect of reaction time on pH

3.3 一、二段除铁、铝

浸出液中铁主要以Fe3+形式存在,在pH≥3.8时可完全水解沉淀.沉淀时,Ni2+、Co2+很容易被铁渣吸附.为保证镍、钴的回收率,中和除铁分为两段进行.低pH下生成的一段铁渣含镍、钴低,直接作为废渣弃去;高pH下得到的镍、钴含量较高的二段铁渣返回浸出液回收镍、钴.通过探索性条件试验得出一段除铁、铝的最佳条件:终点pH为3.0～3.8,温度为70 ℃,时间120 min.一段除铁、铝后液中各元素的体积质量:铁为0.02 g/L,铬为0.2 g/L,铝为0.5～0.6 g/L;二段除铁、铝的条件:温度为65 ℃,时间为240 min,终点pH为4.6～4.8.二段除铁、铝后溶液中各元素的体积质量:铁为0.007 8 g/L,铬、铝<0.001 g/L.

3.4 镍、钴沉淀

采用NaOH将除铁后液中的镍、钴沉淀富集,得到较纯净的镍、钴中间产物.镍、钴沉淀采用两段沉淀工艺,即一段沉淀控制较低的终点pH,使得镍、钴沉淀物中杂质含量较低;二段沉淀采用石灰乳调节到较高终点pH,使溶液中镍、钴的沉淀较完全.

通过探索性条件试验得出一段镍、钴沉淀较佳条件:终点pH为7.6,时间为60 min,温度为60 ℃;二段镍、钴沉淀较佳条件:温度为50 ℃,终点pH为7.9～8.1,时间为120 min.在较佳条件下得到的试验结果见表3和表4.

表3为镍、钴沉淀后液成分,表4为氢氧化镍钴产品成分.从表3和表4中可以看出,通过试验可得到镍的质量分数为33%、钴的质量分数为3.5%的氢氧化镍钴中间产品;二段镍、钴沉淀后,镍、钴沉淀率分别达到99.55%和98.43%.

表3 镍、钴沉淀后液中各元素的体积质量

表4 氢氧化镍钴产品中各元素的质量分数

3.5 尾液中和

尾液中和的目的是将镍、钴沉淀后液中的重金属进一步脱除,使得废水排放达到要求.通过试验得出尾液中和的最佳条件:温度为45 ℃,通压缩空气氧化,用20%的石灰乳调终点pH为8.5～9.0,反应时间为240 min.在此条件下进行验证,试验结果见表5.

表5 尾液中和试验中各元素的体积质量

根据镍、钴工业污染物排放标准中水污染物排放控制要求,尾液中和后液中金属离子基本达到了直接排放的要求.

4 结 论

(1) 所用褐铁矿层红土矿经加压酸浸处理后,镍、钴的浸出率均达到97%以上.

(2) 经过矿浆中和—一、二段除铁、铝—镍、钴沉淀,可得到镍、钴的质量分数分别为33%和3.5%的氢氧化镍钴中间产品.

(3) 尾液中和后液达到排放要求.

[1]翟秀静,符岩,衣淑立.镍红土矿的开发与研究进展[J].世界有色金属,2008(8):36-38.

[2]朱景和.世界镍红土矿资源开发与利用技术分析[J].世界有色金属,2007(10):7-9.

[3]张友平,周渝生,李肇毅,等.红土矿资源特点和火法冶金工艺分析[J].铁合金,2007(6):18-21.

[4]石文堂,李栋,郭学益.镍红土矿硫酸常压浸出液高温水解除杂[J].中南大学学报(自然科学版),2011,42(9):2571-2576.

[5]GUO Xueyi,SHI Wentang,LI Dong,etal.Leaching behavior of metals from limonitic laterite ore by high pressure acid leaching[J].TransNonferrousMetSocChina,2011,21:191-195.

RecoveryofNickelandCobaltfromLateritewithHighPressureAcidLeachingTechnology

CHENCai-xia1,2,XIHai-long2,HELai-rong2,YANGFen-juan2,MAJing2

(1.SchoolofMetallurgicalEngineering,XianUniversityofArchitectureandTechnology,Xian710311,China;
2.JinchuanInstituteofNickel&CobaltResearchandEngineering,Jinchang737100,China)

This paper mainly studied the technology of recovery of nickel and cobalt from laterite with high pressure acid leaching.The optimum conditions were determined.In the processing of pressure acid leaching,the nickel and cobalt leaching rate reached 98.23%,98.77%,respectively,in the condition of temperature 255 ℃,the acid consumption 250 kg/t ore,the reaction time 60 min and pulp density 30%.The best conditions for pulp neutralization are:the end point pH 1.5-2.0,the reaction time 60 min,the temperature 90 ℃.The solution was treated by two-stage process and end pH is 7.6.Intermediate products of nickel and cobalt hydroxide were produced.After treating with calcium oxide,the wastewater could be discharged eligibly.

laterite; high pressure acid leachin; hydrometallurgy; nickel and cobalt hydroxide

1005-2046(2014)03-0119-04

10．13258／j．cnki．snm．2014．03．006

2014-04-08

陈彩霞(1981-)，女，硕士研究生，工程师.主要从事稀有金属浸出方面的研究.E-mail：chcx801@163.com

TF815;TF816

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