低品位红土镍矿还原焙砂氨浸试验研究.pdf

文章编号1005 - 7854200703 - 0029 - 04 低品位红土镍矿还原焙砂氨浸试验研究 尹 飞,阮书锋,江培海,王成彦,陈永强 北京矿冶研究总院,北京100044 摘 要本研究采用选择性还原焙烧 氨浸工艺从低品位红土镍矿中综合提取镍、 钴、 铁,重点介绍了 该工艺氨浸的试验研究。确定的最佳工艺条件为NH3ν∶CO2为90g/ L∶60g/ L ,焙砂粒度- 01074mm占 80 ,液固比为2∶1mL/ g ,浸出初始温度为25℃ 左右,浸出终点电位大于- 100mV。综合试验的镍、 钴浸出率分别为89187 和62120 。研究表明,在常温常压下采用氨浸法不但可以有效地回收镍、 钴、 铁,而且浸出剂可以循环使用,设备运行安全可靠,可取得较好的经济效益。 关键词氨浸;焙砂;低品位红土镍矿;镍、 钴提取 中图分类号TF815 ;TF111131 1 文献标识码A EXPERIMENTAL STUDY ON ROASTED ORE OF POOR NICKELIFEROUS LATERITE ORE WITH AMMONIA LEACHING TECHNOLOGY YIN Fei , RUAN Shu2feng , JIAN G Pei2hai , WAN G Cheng2yan , CHEN Yong2qiang Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy , Beijing100044, China ABSTRACT The process of selective reduction roasting2ammonia leaching is adopted to extract nickel , cobalt and recover iron from low grade nickeliferous laterite ore1In this paper , the ammonia leaching experimental test is chiefly introduced1The optimal process conditions are asfollows NH3/ CO2concentration ratio is 90g/ L∶60g/ L , the percentage of - 01074mm roasted ore is approximately 80 , liquid and solid ratio is 2∶1mL/ g , leach2 ing preliminary temperature is 25℃, ending leaching potential is higher than - 100mV1In integrated conditions tests on the above conditions , leaching rate of Ni and Co is 89187 and 62120 respectively1The results show that not only Ni、Co and Fe can be effectively reclaimed ,but also leaching agent can be recycled at ambient tem2 perature and pressure in ammonia leaching processs1So the equipment operation activity is safe and depend2 able1The good economic benefit can be obtained from the process1 KEY WORDS ammonia leaching; roasted ore ;low grade nickeliferous laterite ore ; nickel and cobalt extraction 收稿日期2007 - 05 - 11 基金项目国家自然科学基金资助项目项目号50674014。 作者简介尹 飞,有色冶金研究所工程师。 1 引 言 世界镍的陆基储量约为417亿t ,其中3914 为硫化矿,6016 为氧化矿,而世界镍产量中约 70 的镍是从硫化矿中提取 〔1〕。随着可经济利用 的硫化镍资源日益枯竭,氧化镍矿的经济开发成了 当今镍冶金的讨论热点。我国镍矿主要是硫化铜镍 矿,占全国总保有储量的86 ,其次是红土镍矿,占 全国总保有储量的916 〔2 - 3〕。我国氧化镍矿储量 较少,而且品位比较低,与国外氧化镍矿储量大、 品 位高的相比,开发利用有一定难度。 还原焙烧-氨浸工艺又称Caron法,由Caron 教授发明 〔4〕, 并最早应用于古巴尼加罗Nicaro冶 炼厂。所谓氨浸,是指在氨性溶液中将焙砂中的镍、 钴以氨络离子的形式浸出,而铁、 镁等存在于渣中, 从而达到镍、 钴与铁等的初步分离。本研究是在低 品位红土镍矿选择性还原焙烧试验研究 〔5〕 的基础 第16卷 第3期 2007年9月 矿 冶 MINING 当氨浓度增加到 136 g/ L时,镍的浸出率高达97189 ,钴的也高达 7217 。但是氨浓度越高,在浸出过程中挥发损失 越严重,故氨浸必须综合考虑Ni、Co回收率和 NH3、CO2浓度的经济合理性,在保证回收率的前提 下应尽可能降低NH3、CO2浓度。根据试验结果, 选取较佳的NH3/ CO2为90g/ L∶60 g/ L。 412 细度的影响 试验所用焙砂分别用球磨机磨至粒度- 01074mm分别占58 、86 、94 ,再进行浸出试 验。浸出条件为NH3∶CO2 90g/ L∶60 g/ L ,温度 50℃,L/ S为4∶1 mL/ g ,氧化浸出时间150min。 浸出结果见表2和表3。 表2 焙砂粒度对氨浸的影响 T able 2 Effect of granularity of roasted ore on ammonia leaching 焙砂- 01074mm 含量/ 渣成分/ NiCo 浸出率/ NiCo 5801110010428913447157 8601087010419117149161 9401080010309214063128 表3 浸出渣中不同粒级Ni、Co的分布 Table 3 Distribution of Ni and Co in different granularity of residue 粒度/ mm 渣中粒级 占有率/ 渣成分/ NiCo 各粒级占有率/ NiCo 0107426130116010413717837186 - 01074731701094010246212262114 03矿 冶 表2结果显示,焙砂越细,Ni、Co浸出率均增 大,且Co浸出率增加较明显。综合考虑磨矿成本 和Ni、Co浸出率,焙砂粒度应控制在- 01074mm占 80 左右。 另外,从表3可以看出,浸出渣不同粒级中Ni、 Co含量亦表现出较大的差别,在 01074mm粒级 中的含量比- 01074mm粒级中的高,且Ni在渣中 不同粒级的分布情况与Co的基本一致。 413 液固比的影响 浸出条件 NH3∶CO2 90g/ L∶60 g/ L ,温度 50℃,氧化浸出时间150min ,改变矿浆液固比,浸出 结果见表4。 表4 液固比对氨浸的影响 Table 4 Effect of liquid and solid ratio on ammonia leaching 液固比 / mLg - 1 渣率/ 渣成分/ NiCo 浸出率/ NiCo 2∶1102150112010388815153109 3∶1103180112010398813651123 4∶1103160111010378913553182 5∶11051001094010329017859152 20∶11081001075010209214373198 结果表明,随着液固比增大,镍、 钴浸出率随之 增加。当液固比为20∶1时,镍、 钴浸出率分别高达 9214 和7410 。 414 浸出时间的影响 浸出条件 NH3∶CO2 90g/ L∶60 g/ L ,温度 50℃,L/ S 4∶1 mL/ g。渣中镍、 钴含量随浸出 时间的变化情况见图1。 图1 浸出时间对渣中Ni、Co含量的影响 Fig. 1 Effect of leaching time on Ni and Co content in residue 结果显示,在前段时间钴快速溶出,在之后的浸 出过程中,渣中钴含量基本不变。当浸出时间超过 150min ,渣中钴含量又逐渐增加,此现象说明钴的 浸出过程是快速溶出 → 部分被氧化沉淀的铁吸附 进渣中。镍的浸出,在浸出时间小于90min时,其浸 出速率非常快,80 以上的镍已被浸出,之后,镍的 浸出速率逐渐降低,超过180min ,基本不再溶出。 415 溶液中镍、 钴含量对氨浸的影响 根据同离子效应,浸出溶液中所含待浸金属离 子浓度愈高,此金属愈难浸出。下面就溶液中不同 镍、 钴含量分别对氨浸的影响进行试验研究。在溶 液中分别预先添加一定量的镍或钴离子,以研究溶 液中存在的镍或钴氨络离子对相应金属浸出的影 响,试验结果见表5和表6。 表5 初始镍浓度对浸出的影响 T able 5 Effect of preliminary nickel - concentration on leaching 溶液中初始Ni浓度 / gL - 1 渣成分/ NiCo 浸出率/ NiCo 00111010298912963161 80117010298316564104 160127010287414365181 表6 初始钴浓度对浸出的影响 T able 6 Effect of preliminary cobalt - concentration on leaching 溶液中初始Ni浓度 / gL - 1 渣成分/ NiCo 浸出率/ NiCo 00111010298912963161 0110109101059111137103 0120108701069115424182 0140111011389129- 表5结果表明,随着溶液中初始镍浓度的增加, 镍的浸出率显著降低,而对钴的浸出没有影响。由 表6可知,随着浸出液中钴浓度的升高,钴的浸出率 显著下降,而对镍的浸出没有影响。由此,为了保证 焙砂中镍、 钴的浸出率,溶液中镍的浓度最好低于4 g/ L ,钴的浓度越低越好。 416 系统电位变化的研究 焙砂中镍、 钴、 铁在AAC溶液中的浸出反应是 一系列的氧化还原反应。根据Nernest方程式 〔6〕 E E θ R T nF ln a氧化态 a还原态 氧化还原反应溶液中氧化态、 还原态的活度变 化导致体系电位的变化。故可以通过系统的电位变 化来了解反应进行的情况。试验采用饱和甘汞-铂 电极测量系统的电位,电位随时间的变化情况见图 2。从图中的三条电位变化曲线可看出,不同焙砂如 线1和线3 ,出现的最低电位和最高电位都不相同, 但是电位随时间的变化趋势相同。同一焙砂,鼓空 13尹 飞等低品位红土镍矿还原焙砂氨浸试验研究 气量不同,如线1和线2 ,出现的最高电位和最低电 位也不相同,但是电位随时间的变化趋势相同。由 此看出,只根据电位的大小来判断浸出进行的情况 是不够准确的,最好是通过系统电位随时间变化的 整体趋势来判断浸出进行的情况,当系统电位上升 到- 100mV以上,并且上升的趋势减缓时,浸出反 应基本进行完全。 图2 浸出体系电位变化曲线 Fig. 2 Graph of leaching system potential 此外,对单一系统电位随时间的变化情况如图 2曲线1所示。曲线1的AB和BC段为预浸和鼓 空气氧化浸出初期阶段,系统电位先下降后上升,最 低降到- 780mV ,后快速上升到- 550mV。此两段 曲线电位指示的主要是铁的浸出过程,FeNH3n2 浓度的增大引起的系统电位变化,当然镍、 钴在此阶 段也被大量浸出,如图3所示,但是镍、 钴的浸出对 系统的电位影响不大。系统电位在- 550mV左右 保持一段时间不变如图2的CD段 , 然后又发生 跃变如图2的DE段 , 很快升到- 100mV。结合 图3的Ni线,可看出系统电位在- 550mV左右时 渣中Ni含量只有0112 ,焙砂中88 的镍已经被 浸出,而之后Ni的浸出速率变得非常缓慢,Co的浸 出率反而出现了负增长。 上述现象显示,焙砂的浸出过程可以通过系统 电位的变化趋势来描述,当系统电位高于- 100mV 并且上升趋势很小时,浸出完成。 417 浸出温度的影响 浸出条件AAC溶液中NH3∶CO2 90g/ L∶60 g/ L ,液固比L/ S为4∶1mL/ g ,预浸30min ,氧化 浸出150min。 不同温度氨浸结果见图4 ,随着温度升高,镍、 钴浸出率逐渐降低。温度升高不利于镍、 钴浸出,在 此建议初始温度采用常温 25 ℃浸出。在常温下浸 出不但可以保证较高的浸出率,而且还可以降低氨 的挥发,节省供热引起的能源浪费,简化浸出设备和 工艺。 图3 渣中Ni、Co含量随系统电位变化曲线 Fig. 3 Graph of Ni and Co content as system potential change in residue 图4 温度对氨浸的影响 Fig. 4 Effect of temperature on ammonia leaching 418 综合条件试验 在条件试验的基础上,利用氨浸的最优条件,进 行综合条件试验NH3/ CO2为90g/ L∶60 g/ L ,焙砂 粒度- 01074mm占80 ,液固比为2∶1mL/ g ,浸 出初始温度为25℃,浸出终止电位大于- 100mV , 镍、 钴浸出率分别为91168 和60118 。浸出渣X -粉末衍射图见图5 ,渣中主要矿物为磁铁矿。结 图5 综合试验氨浸渣的X-粉末衍射图 Fig. 5 X- ray powder diffraction of integrated conditions leaching residue 下转至第4页 23矿 冶 物晶格离子的作用使矿物表面互相转化,造成药剂 在矿浆中形成沉淀后失去其在矿物表面的选择性。 参考文献 〔1〕汉纳HS ,索马森达兰P1 盐类矿物的浮选[C]/ /富尔斯 特瑙MC1 浮选 1 北京冶金工业出版社,1981 136 - 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