红土镍矿模拟浸出液中镍的选择性萃取研究

蒋 飞

（瑞木镍钴管理（中冶）有限公司，北京 100028）

镍是一种十分重要的国家战略储备金属[1]。随着我国镍消费量的与日俱增，以及高品位镍矿的日益匮乏，在未来的一段时间里，较低品位的红土镍矿的开采利用将扮演着更加重要的角色[2]。从红土镍矿硫酸浸出液中富集和回收镍的主要方法包括硫化物或氢氧化物沉淀法以及溶剂萃取法[3-5]。沉淀法普遍存在工序复杂、流程过长、镍损失大等缺点[6-7]。溶剂萃取法具有操作简单、金属回收率高、平衡时间短、处理能力强等优势。目前，溶剂萃取在镍钴冶金行业中的实际应用主要集中在镍钴的分离方面[8-9]。本文采用一种有机酸和酯类有机物复配萃取剂从硫酸浸出液中直接分离提取镍，在实验室通过串级试验模拟工业中的多级逆流萃取和多级逆流反萃进行相应的试验。

1 试验原料与方法

1.1 红土镍矿模拟硫酸浸出液的配制

根据低品位红土镍矿硫酸浸出工艺生产数据，配制模拟浸出液，pH值为2.07，主要化学成分如表1所示。

表1 红土镍矿模拟硫酸浸出液成分

1.2 多级逆流萃取模拟试验

实验室多采用串级模拟试验法对连续的多级逆流萃取过程进行模拟，以解决理论级数和各级浓度分布的问题，模拟试验可以反映出实际应用中的分离效果，能够有效指导工业生产。逆流萃取模拟试验具体操作如图1所示，按照示意图箭头所示方向逐级进行试验，每一个圆圈代表一个分液漏斗，圈内数字表示第几级，F代表新鲜料液，S代表新鲜有机相，E代表负载有机相，R代表萃余液，右侧数字表示循环次数，也称排数。模拟试验开始几个循环，两相金属浓度变化很大，随着循环次数增加，金属浓度趋于稳定，即达到稳态，试验中通过测定萃余液中pH值的变化来判断模拟试验是否达到平衡，当连续几次循环的pH值不变时，说明体系已经平衡[10]。

图1 逆流萃取串级模拟试验示意图

1.3 逆流反萃模拟试验

实际生产中，反萃过程通常采用多级逆流反萃，本文通过串级模拟试验法在实验室模拟三级逆流反萃过程。试验中通过测定反萃液中pH值的变化来判断试验是否达到平衡。

2 试验结果与讨论

通过前期试验绘制出浸出液的萃取等温线，在相比O/A=1:1时，确定逆流萃取级数为四级；在相比O/A=1:1.6时，逆流萃取级数为五级。

2.1 四级逆流萃取模拟试验

试验条件：萃取剂有效成分为一种有机酸和酯类有机物复配物，稀释剂为磺化煤油，萃取剂浓度为30%，皂化率20%，相比O/A=1:1，萃取温度30℃，萃取时间20 min。

表2 四级逆流萃取模拟试验萃余液pH值

从表2萃余液pH值的变化中可以看出，当萃取试验进行到第15排后四级逆流萃取体系基本达到平衡，pH值稳定在1.68左右。对达到平衡后的四级萃余液（第15、17、19排）中的镍含量进行分析，结果如表3所示。

表3 四级逆流萃取模拟试验萃余液中镍含量

从表3可以看出，通过四级逆流萃取模拟试验后，萃余液中镍的含量小于0.3 g/L，镍的萃取率达到95%。

2.2 四级逆流萃取负载有机相反萃探索试验

通过对红土镍矿模拟硫酸浸出液进行四级逆流萃取试验得到负载有机相，对负载有机相一级（O/A=1:1）水洗后进行一级反萃（O/A=6:1）。

试验中，反萃剂为0.75 mol/L的硫酸溶液，反萃条件为相比O/A=6:1，反萃温度30℃，反萃时间20 min。负载有机相一次水洗一次反萃后反萃液成分如表4所示。

表4 反萃液中各金属离子浓度（g/L）

由表4可知，在反萃相比O/A=6:1时，一次反萃液中的镍浓度能够达到25 g/L，同时其他杂质金属的浓度较低，能够有效地实现对镍的分离提取。

2.3 五级逆流萃取模拟试验

为了进一步提高负载有机相中镍的浓度，调整萃取相比，在相比O/A=1:1.6的条件下，对红土镍矿模拟硫酸浸出液进行五级逆流萃取模拟试验。试验条件：萃取剂有效成分为一种有机酸和酯类有机物复配物，稀释剂为磺化煤油，萃取剂浓度为30%，皂化率20%，相比O/A=1:1.6，萃取温度30℃，萃取时间20 min。

表5 五级逆流萃取模拟试验萃余液中pH值

从表5萃余液pH值的变化中可以看出，当萃取试验进行到第11排后五级逆流萃取体系基本达到平衡，pH值稳定在1.45左右。对达到平衡后的五级萃余液（第11、13、15排）中的镍含量进行分析，结果如表6所示。

表6 五级逆流萃取模拟试验萃余液中镍含量

从表6可以看出，通过五级逆流萃取后，萃余液中镍的含量小于0.3 g/L，镍的萃取率达到95%。

2.4 三级逆流反萃模拟试验

通过对负载有机相采用模拟工业贫镍电解液进行反萃条件试验，绘制出镍的反萃等温线，确定出反萃级数为三级。在实验室采用两支分液漏斗模拟三级逆流反萃试验。试验条件：反萃相比O/A=2.5:1，反萃温度50℃，反萃时间20 min，负载有机相为红土镍矿模拟浸出液五级逆流萃取模拟试验所得，反萃剂采用自制含镍60 g/L、H2SO40.35 mol/L的模拟贫镍电解液。

表7 三级逆流反萃模拟试验反萃液中pH值的变化

从表7反萃液pH值的变化中可以看出，当反萃试验进行到第6排后，三级逆流反萃体系基本达到平衡，pH值稳定在0.5左右。对达到平衡后的三级反萃液（第6、8排）中的镍含量进行分析，结果如表8所示。经过五级逆流萃取三级逆流反萃后的反萃液中镍含量可以达到82 g/L，能够满足镍电解工艺中对镍含量的要求。

表8 三级逆流反萃模拟试验反萃液中镍浓度

3 结论

对红土镍矿模拟浸出液分别进行四级（相比O/A=1:1）和五级（相比O/A=1:1.6）逆流萃取模拟试验，萃余液中镍含量均能降到0.3 g/L，萃取率达95%，能够有效地分离提取镍金属。对五级逆流萃取得到的含镍负载有机相进行三级逆流反萃，反萃液中镍含量达到82 g/L，能够满足镍电解工艺要求。

参考文献

1 车德会.含Ni废催化剂的有价金属回收[D].沈阳：东北大学，2006.

2 张友平，周渝生，李肇毅.红土矿资源特点和火法冶金工艺分析[J].铁合金，2007，（4）：18-21.

3 诸爱士，徐 亮，沈芬芳，等.钴与镍的分离技术研究综述[J].浙江科技学院学报，2007，19（3）：169-174.

4 张 超，钟 宏，王 帅.镍、钴分离与回收技术研究进展[J].铜业工程，2011，（5）：29-32.

5 时美玲.红土矿常压盐酸浸出液中镍钴萃取分离研究[D].秦皇岛：燕山大学，2014.

6 莫兴德.红土镍矿加压浸出-直接萃取镍的研究[D].长沙：中南大学，2014.

7 张晓峰.新型Ni2+萃取剂的合成及其萃取性能研究[D].长沙：中南大学，2013.

8 莫兴德，肖连生，张贵清，等.HBL110从红土镍矿加压浸出液中萃取镍的研究[J].有色金属（冶炼部分），2014，（6）：30-33.

9 Preston J S.Solvent extraction of cobalt and nickel by organophosphorus acids[J].Hydrometallurgy，1982，9（2）：115-133.

10 马荣骏.萃取冶金[M].北京：冶金工业出版社，2009.