加壓酸浸法回收紅土礦中的鎳、鈷

陳彩霞, 席海龍, 賀來榮, 楊粉娟, 馬 晶

(1.西安建筑科技大學 冶金工程學院, 陜西 西安 710311;2.金川鎳鈷研究設(shè)計院, 甘肅 金昌 737100)

加壓酸浸法回收紅土礦中的鎳、鈷

陳彩霞1,2, 席海龍2, 賀來榮2, 楊粉娟2, 馬 晶2

(1.西安建筑科技大學 冶金工程學院, 陜西 西安710311;
2.金川鎳鈷研究設(shè)計院, 甘肅 金昌737100)

研究了某褐鐵礦層紅土礦加壓酸浸處理工藝,通過小試確定了各工藝過程的最佳條件.加壓酸浸:溫度為255℃,加酸量為250kg/t,時間為60min,礦漿體積分數(shù)為30%,鎳、鈷浸出率分別為98.23%和98.77%;礦漿中和:終點pH為1.5～2.0,時間為60min,溫度為90℃;溶液處理采用兩段除雜法:用氫氧化鈉進行鎳、鈷沉淀,終點pH為7.6,得到了氫氧化鎳鈷中間產(chǎn)品;用氧化鈣沉淀廢水中的金屬離子,使廢水達到排放要求.

紅土礦; 加壓酸浸; 濕法冶金; 氫氧化鎳鈷

0 前 言

世界陸地鎳資源分為硫化鎳礦和氧化鎳礦兩大類,其中約70%為紅土型鎳氧化礦.目前全球每年鎳產(chǎn)量約40%來源于紅土礦[1].隨著硫化鎳礦資源的逐步枯竭,國內(nèi)外已將鎳資源開發(fā)的重點轉(zhuǎn)移到了紅土礦上.紅土鎳礦礦床一般分為3層:上層是褐鐵礦層,鐵、鈷含量較高,硅、鎂和鎳含量較低;下層是硅鎂鎳礦,鎳、硅和鎂含量較高,鐵、鈷含量較低;中間是過渡層,各主要金屬含量介于上層與下層之間[2].

處理紅土礦的方法主要有火法和濕法兩種工藝,其中褐鐵礦層紅土礦適合濕法處理.濕法處理紅土礦的工藝主要有常壓硫酸浸出、加壓硫酸浸出(簡稱HPAL)、常壓-加壓聯(lián)合硫酸浸出.本文主要介紹加壓酸浸工藝處理某褐鐵礦層紅土礦,最終得到氫氧化鎳(鈷)中間產(chǎn)品.

1 試驗原料及設(shè)備

1.1 試驗原料

褐鐵礦層紅土礦以褐鐵礦、磁鐵礦為主,含有少量的鉻鐵礦、錳氧化物和微量含鎳蛇紋石、綠泥石、橄欖石和長石等硅酸鹽類礦物.試驗所用褐鐵礦層紅土礦的化學成分見表1.從表1可知,原料中鎂含量較低,較適宜采用高壓酸浸法提取鎳、鈷[3-5].試驗時,將原料濕磨到粒度-100目以下.

表1 褐鐵礦層紅土礦各成分的質(zhì)量分數(shù)

1.2 試驗設(shè)備與試劑

試驗設(shè)備:加壓釜(PARR4557),干燥箱(ZK-40BS),天平(AB204-N),循環(huán)水式真空泵(SHZ-DIII),可調(diào)式電熱板(EH35A),強力電動攪拌機(JB200-D),pH計(SevenMulti).

試劑:硫酸(分析純),碳酸鈣(工業(yè)級),氧化鈣(70%),氫氧化鈉(分析純).

2 工藝流程

圖1為紅土礦加壓酸浸處理工藝流程.

圖1 加壓酸浸工藝流程Fig.1 Process flowchart

3 結(jié)果與討論

3.1 加壓酸浸

加壓酸浸試驗主要考察硫酸用量、浸出時間和礦漿的體積分數(shù)對鎳、鈷浸出率的影響.

圖2為加酸量對鎳、鈷浸出率的影響曲線.從圖2中可以看出,當硫酸加入量為250 kg/t,可以保證鎳、鈷浸出率達到97%.繼續(xù)增加硫酸加入量對鎳、鈷浸出率的提高影響很小,但殘酸量升高,不僅增加了酸的用量,還不利于溶液后續(xù)處理.故最佳的加酸量確定為250 kg/t.

圖2 硫酸加入量對鎳、鈷浸出率的影響

圖3為反應時間對鎳、鈷浸出率的影響曲線.

圖3 反應時間對鎳、鈷浸出率的影響

從圖3中可以看出,當反應時間>30 min時,鎳、鈷浸出率達97%以上.隨著反應時間的增加,鎳、鈷的浸出率基本不變.延長反應時間,可以使Al3+、Fe3+和Cr3+水解沉積[4],故選擇較佳時間為60 min.

表2為礦漿體積分數(shù)對鎳、鈷浸出率的影響.從表2中可以看出,當?shù)V漿體積分數(shù)為35%時,鎳、鈷的浸出率都有所降低.由此得出加壓酸浸工藝的較佳工藝條件:加酸量為250 kg/t,反應時間為60 min,礦漿體積分數(shù)為30%,鎳、鈷的浸出率分別達98.23%、98.77%.

表2 礦漿體積分數(shù)對鎳鈷浸出率的影響

3.2 礦漿中和

加壓浸出液中含有殘酸約30 g/L,采用碳酸鈣將其中和至溶液pH為1.5～2.0,同時有部分Fe、Al沉淀.礦漿中和試驗主要考察了碳酸鈣的用量和反應時間對終點pH的影響.試驗溫度為90 ℃時的試驗結(jié)果分別見圖4和圖5.

圖4為碳酸鈣用量對終點pH的影響曲線.從圖4中可以看出,隨著碳酸鈣用量的增加,浸出液pH逐步增加,當碳酸鈣加入的體積質(zhì)量為21.38 g/L礦漿時,中和后液的pH為1.82.

圖4 碳酸鈣用量對終點pH的影響Tab.4 Effect of calcium carbonate content on pH

圖5為反應時間對終點pH的影響曲線.從圖5中可以看出,中和時間為60 min時,溶液的pH穩(wěn)定,因此,采用碳酸鈣對浸出后礦漿中和時,碳酸鈣的體積質(zhì)量為21.38 g/L礦漿,反應時間為60 min,中和后pH為1.8.

圖5 反應時間對終點pH影響Fig.5 Effect of reaction time on pH

3.3 一、二段除鐵、鋁

浸出液中鐵主要以Fe3+形式存在,在pH≥3.8時可完全水解沉淀.沉淀時,Ni2+、Co2+很容易被鐵渣吸附.為保證鎳、鈷的回收率,中和除鐵分為兩段進行.低pH下生成的一段鐵渣含鎳、鈷低,直接作為廢渣棄去;高pH下得到的鎳、鈷含量較高的二段鐵渣返回浸出液回收鎳、鈷.通過探索性條件試驗得出一段除鐵、鋁的最佳條件:終點pH為3.0～3.8,溫度為70 ℃,時間120 min.一段除鐵、鋁后液中各元素的體積質(zhì)量:鐵為0.02 g/L,鉻為0.2 g/L,鋁為0.5～0.6 g/L;二段除鐵、鋁的條件:溫度為65 ℃,時間為240 min,終點pH為4.6～4.8.二段除鐵、鋁后溶液中各元素的體積質(zhì)量:鐵為0.007 8 g/L,鉻、鋁<0.001 g/L.

3.4 鎳、鈷沉淀

采用NaOH將除鐵后液中的鎳、鈷沉淀富集,得到較純凈的鎳、鈷中間產(chǎn)物.鎳、鈷沉淀采用兩段沉淀工藝,即一段沉淀控制較低的終點pH,使得鎳、鈷沉淀物中雜質(zhì)含量較低;二段沉淀采用石灰乳調(diào)節(jié)到較高終點pH,使溶液中鎳、鈷的沉淀較完全.

通過探索性條件試驗得出一段鎳、鈷沉淀較佳條件:終點pH為7.6,時間為60 min,溫度為60 ℃;二段鎳、鈷沉淀較佳條件:溫度為50 ℃,終點pH為7.9～8.1,時間為120 min.在較佳條件下得到的試驗結(jié)果見表3和表4.

表3為鎳、鈷沉淀后液成分,表4為氫氧化鎳鈷產(chǎn)品成分.從表3和表4中可以看出,通過試驗可得到鎳的質(zhì)量分數(shù)為33%、鈷的質(zhì)量分數(shù)為3.5%的氫氧化鎳鈷中間產(chǎn)品;二段鎳、鈷沉淀后,鎳、鈷沉淀率分別達到99.55%和98.43%.

表3 鎳、鈷沉淀后液中各元素的體積質(zhì)量

表4 氫氧化鎳鈷產(chǎn)品中各元素的質(zhì)量分數(shù)

3.5 尾液中和

尾液中和的目的是將鎳、鈷沉淀后液中的重金屬進一步脫除,使得廢水排放達到要求.通過試驗得出尾液中和的最佳條件:溫度為45 ℃,通壓縮空氣氧化,用20%的石灰乳調(diào)終點pH為8.5～9.0,反應時間為240 min.在此條件下進行驗證,試驗結(jié)果見表5.

表5 尾液中和試驗中各元素的體積質(zhì)量

根據(jù)鎳、鈷工業(yè)污染物排放標準中水污染物排放控制要求,尾液中和后液中金屬離子基本達到了直接排放的要求.

4 結(jié) 論

(1) 所用褐鐵礦層紅土礦經(jīng)加壓酸浸處理后,鎳、鈷的浸出率均達到97%以上.

(2) 經(jīng)過礦漿中和—一、二段除鐵、鋁—鎳、鈷沉淀,可得到鎳、鈷的質(zhì)量分數(shù)分別為33%和3.5%的氫氧化鎳鈷中間產(chǎn)品.

(3) 尾液中和后液達到排放要求.

[1]翟秀靜,符巖,衣淑立.鎳紅土礦的開發(fā)與研究進展[J].世界有色金屬,2008(8):36-38.

[2]朱景和.世界鎳紅土礦資源開發(fā)與利用技術(shù)分析[J].世界有色金屬,2007(10):7-9.

[3]張友平,周渝生,李肇毅,等.紅土礦資源特點和火法冶金工藝分析[J].鐵合金,2007(6):18-21.

[4]石文堂,李棟,郭學益.鎳紅土礦硫酸常壓浸出液高溫水解除雜[J].中南大學學報(自然科學版),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

陳彩霞(1981-)，女，碩士研究生，工程師.主要從事稀有金屬浸出方面的研究.E-mail：chcx801@163.com

TF815;TF816

A