高鐵硫化鎳精礦富氧加壓酸浸工藝研究

摘要：以高鐵硫化鎳精礦為原料，采用富氧加壓工藝浸出銅、鎳。研究液固比、硫酸濃度、氧壓、溫度與時間等條件對加壓浸出過程的影響。結果表明：對于粒度為-270目占95%以上，平均粒度為17.25μm的精礦，在L:S=3:1，硫酸濃度50g/L，氧氣壓力1.2MPa，反應溫度150℃，反應時間2h的條件下，鎳、銅、鈷的浸出率分別為：98.70%、80.30%、98%，Fe的浸出率控制在6%以下。

關鍵詞：硫化鎳精礦 富氧加壓浸出

我國某處高鐵硫化鎳礦主要包含鎳黃鐵礦、鎳滑石、鎳磁黃鐵礦、黃銅礦等成分。其常規濕法冶金工藝中存在著反應速度慢，浸出時間長等不足，因此過程強化必不可少。目前加壓氧化浸出為重要方法之一。本文采用加壓氧化浸出法對高鐵硫化鎳礦進行鎳、銅的直接浸出，研究不同因素對鎳、銅浸出率的影響規律，為得到銅鎳浸出率高，而鐵離子濃度和酸度都低的浸出液提供技術指導。

1 原料

試驗所用的硫化鎳精礦化學分析結果如表1。

由表1的分析結果可見，該精礦中S、Fe、Ni是主要元素，是典型的高鐵硫化鎳礦，同時該精礦中有價元素鈷和銅的含量也較高，也具有綜合回收的價值。

為了了解硫化鎳精礦中各種有價金屬的賦存形式，對該礦進行了XRD分析，分析結果如圖1，表明礦石中的鎳主要以鎳黃鐵礦形態存在，少量鎳還以鎳滑石和鎳綠泥石形態存在，鐵還以磁黃鐵礦和硫化鐵礦形態存在，銅以黃銅礦形態存在，MgO和SiO2以滑石和鎳綠泥石礦物形態存在。

2 試驗原理

硫化鎳精礦在富氧條件下加壓酸浸時，鎳、銅以離子形式進入溶液。通過控制酸度、溫度等使鐵大部分留在浸出渣中。硫在浸出時的行為比較復雜，在酸性介質中，S2-被氧化為S0的標準電位(-0.48V)比Fe2+被氧化為Fe3+的標準電位(+0.771V) 低得多，從熱力學分析， 氧對S2-的氧化能力比Fe2+的氧化能力強得多，使礦物中硫一部分以單質形態進入渣中；另外，還有一部分硫被最終氧化為硫酸根SO42-進入溶液。主要反應如下：

(FeNi)9S8+18H2SO4+9O2=9FeSO4+9NiSO4+8S+18H2O

Fe1-xS+(1-x)H2SO4+(1-x)/2O2=(1-x)FeSO4+S+(1-x)H2O

FeCuS2+2H2SO4+O2=FeSO4+CuSO4+2S+2H2O

(MgNi)Si2O4(OH)4+2H2SO4=MgSO4+NiSO4+2H2SiO3+2H2O

同時，加壓過程中，也存在這樣的反應：

4FeSO4+O2+4H2O=2Fe2O3+4H2SO4

該反應的結果一方面使Fe從溶液中沉淀到渣中，減少浸出液的含鐵量，從而減少溶液除鐵的負擔；另一方面，也釋放出游離酸，減少酸的消耗。

3 實驗結果與討論

3.1 溫度試驗

試驗條件：H2SO4180g/L，L:S=4:1，氧氣壓力1.2MPa，浸出時間120min，，攪拌轉速850r/min，少許木質素磺酸鈉。浸出溫度對金屬浸出率的影響結果如表2。

由表2中的數據可見，在試驗溫度范圍內，隨著溫度的升高，鎳和鈷的浸出率變化不大，而鐵的浸出率升高，銅的浸出率變化比較大，但其波動沒有明顯的規律，認為是分析誤差所致，但溫度升高，鐵的浸出率明顯增加，使浸出液中鐵的濃度增加，綜合全流程考慮，認為合適的浸出溫度為150℃。

3.2 硫酸濃度試驗

試驗條件：L:S=3:1，氧氣壓力1.2MPa，溫度150±3℃，浸出時間150min，攪拌轉速850r/min，少許木質素磺酸鈉。硫酸濃度對各金屬浸出率的影響結果如表3。

由表3中的數據可知，在表中試驗酸度范圍內，隨著始酸濃度的降低，鎳、鈷的浸出率變化不大，銅的浸出率有降低的趨勢，在40g/L酸度時降低約10~20%，鐵的浸出率則隨酸度的降低而明顯降低，鐵的浸出率從30%降低到約2%，相當于浸出液中的鐵離子濃度從36g/L降低到2.5g/L，明顯降低了除鐵的負擔和提高除鐵時金屬的回收率及消耗?？紤]到浸出過程的穩定性和其它金屬的浸出性能，認為合適的始酸濃度為40~50g/L。

3.3 液固比試驗

試驗條件：氧氣壓力1.2MPa，溫度150±3℃，浸出時間120min，H2SO4200g/L，攪拌轉速850r/min，少許木質素磺酸鈉。液固比對金屬浸出率的影響結果如表4。

由表4中的數據可見，隨液固比的加大，鎳、銅、鈷的浸出率明顯升高，液固比低于3:1時，Ni和Cu等的浸出率明顯降低，認為合適的液固比為3:1。

3.4 時間試驗

試驗條件：L:S=3:1，氧氣壓力1.2MPa，溫度150±3℃，H2SO4 50g/L，攪拌轉速850r/min，少許木質素磺酸鈉。浸出時間對金屬浸出率的影響結果如表5。

由表5中的數據可見，在酸度合適的條件下，鐵的浸出率隨時間的延長而降低，其它主金屬的浸出率變化不大。因此，建議選擇150min的浸出時間。

3.5 氧氣壓力試驗

試驗條件：H2SO450g/L，L:S=3:1，溫度150±3℃，浸出時間150min，攪拌轉速850r/min，少許木質素磺酸鈉。氧氣壓力對金屬浸出率的影響結果如表6。

由表6中的數據可見，在試驗壓力范圍內，隨著氧氣壓力的升高，鎳和鈷的浸出率明顯增大，而鐵的浸出率降低，銅的浸出率先增大而后又降低，這可能是由于銅在加壓后期有部分隨鐵一起沉淀到渣中。為了盡可能降低溶液中的鐵含量，建議選擇1.2MPa以上的氧氣壓力。

4 結論

4.1 通過前面的研究，并結合鎳鈷綜合利用的有關工藝，得出加壓氧化浸出硫化鎳精礦是可行的。

4.2 硫化鎳精礦與水一同進入球磨機磨礦，磨至-270目占95%以上，平均粒度為17.25μm，然后與硫酸溶液（或鎳生產的廢電解液）混合加壓浸出，加壓浸出的條件為：硫酸濃度40~50g/L，L:S=3:1，溫度150±3℃，攪拌轉速氧氣壓力1.2~1.4MPa，反應時間2.5h，少許木質素磺酸鈉。廢電解液和部分加壓浸出液的返回目的是進一步提高浸出液中鎳的濃度，相對降低浸出液中鐵的濃度。

4.3 加壓浸出時主要指標為：金屬的浸出率分別可以達到：Ni＞98%、Cu～70%、Co＞98%、Fe～10%。

參考文獻：

[1]馬榮駿.濕法冶金新發展[J].濕法冶金，2007，26(1):1-12.

[2]王海北，蔣開喜，張邦勝.新疆某復雜硫化銅礦低溫低壓浸出工藝研究[J].有色金屬，2004，56(3):52-56.

[3]何煥華，蔡喬方.中國鎳鈷冶金[M].北京:冶金工業出版社，2000:541-557.

[4]Droppert D J，Shang Yuxing.The Leaching Behavior of Nickel ferors Pyrrhotite Concentrate in Hot Nitric acid[J].Hydrometallurgy，1995，39 (2):169-182.