红土镍矿湿法浸出工艺的进展.pdf

2 0 1 3 年7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 7 ．0 0 1 红土镍矿湿法浸出工艺的进展 马保中，杨玮娇，王成彦，尹飞，陈永强 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要阐述并分析了处理红土镍矿的传统湿法工艺，总结了近年来湿法处理红土镍矿的新工艺，最后展 望了红土镍矿处理工艺未来主要的发展方向，指出加压酸浸一常规浸出 H P A L - A L 工艺、硝酸加压浸 出工艺和矿改性后常压水浸工艺具有广阔的应用前景。 关键词红土镍矿；湿法冶金；加压浸出；硝酸浸出；进展 中图分类号T F 8 1 5 ；T F 8 1 6文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 0 7 一o 0 0 1 一0 8 P r o g r e s s e so fH y d r o m e t a l l u r g yP r o c e s s e sf o rN i c k e lL a t e r i t eO r e s M AB a o z h o n g ，Y A N GW e i _ j i a o ，W A N GC h e n g y a n ，Y I NF e i ，C H E NY o n g q i a n g B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c h1 n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e 巧i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t I 鼍c t T h et r a d i t i o n a lh y d r o m e t a l l u r g yp r o c e s s e sf o rn i c k e ll a t e r i t eo r e sw e r ee l a b o r a t e da n da n a l y z e d ． T h e n e wh y d r o m e t a l l u r g yp r o c e s s e sf o rn i c k e ll a t e r i t eo r e sf o rt h ep a s tf e wy e a r sw e r es u m m a r i z e d ． T h e d e v e l o p m e n td i r e c t i o n so ft h ep r o c e s s e sf o rn i c k e ll a t e r i t eo r e sw e r ep r o s p e c t e d ． T oc o n c l u d e ，t h ep r o c e s s e so fh i g hp r e s s u r ea c i dl e a c h i n g a t m o s p h e r el e a c h i n g H P A L A L ，n i t r i ca c i dp r e s s u r el e a c h i n ga n da t m o s p h e r ew a t e rl e a c h i n gf o rm o d i f i e dl a t e r i t eo r e sw o u l dh a v ew i d ea p p l i c a t i o np r o s p e c t s ． K e yw o I 。d s n i c k e ll a t e r i t eo r e s ；h y d r o m e t a l l u r g y ；p r e s s u r e1 e a c h i n g ；n i t r i ca c i dl e a c h i n g ；p r o g r e s s 全球已探明的陆基镍储量约4 ．7 亿t ，主要分为 氧化镍矿 ～7 0 ％ 和硫化镍矿 ～3 0 ％ 。目前生产 的镍产品中超过6 0 ％来自硫化镍矿[ 1 ≈] 。随着社会 和经济的发展，为解决不断增加的镍需求和日益匮 乏的硫化镍矿资源的矛盾，储量丰富的氧化镍矿引 起了人们的广泛关注，如何高效开发利用氧化镍矿 具有重要意义[ 3 ] 。 氧化镍矿是含镍橄榄石经长期风化淋滤变质形 成的矿物，根据矿床中铁、硅、镁和镍的含量不同，红 土镍矿分为褐铁型红土镍矿和硅镁镍矿两种类型。 一般来说，前者镍品位较低，适合湿法工艺，而后者 镍品位相对较高，适合火法冶炼。因前者资源总量 约为后者的两倍，且湿法工艺具有能耗低和成本、污 染小等特点，使湿法浸出工艺逐渐成为研究热点，并 得到了长足发展[ 4 ’5 ] 。本文详尽地介绍了红土镍矿 的传统湿法工艺，并对近年来红土镍矿湿法工艺的 研究进展进行了阐述。 1传统湿法工艺 红土镍矿中矿物组成复杂，无法通过选矿富集 的办法提升其中的镍品位，只有相应矿物完全溶解， 包裹或填充在矿物中的镍才能被完全提取出来，因 此提取镍的加工处理费用较大。红土镍矿的传统湿 法浸出工艺主要有还原焙烧一常压氨浸、硫酸加压 酸浸和堆浸。 1 ．1 还原焙烧一常压氨浸 收稿日期2 0 1 3 一0 2 一0 7 基金项目国家科技支撑计划项目 2 0 1 1 B A c 0 6 8 0 7 ；国家自然科学基金资助项目 5 1 2 7 4 0 4 4 ； 国家高技术研究发展计划 8 6 3 计划 项目 2 0 1 2 A A 0 6 A 1 1 0 作者简介马保中 1 9 8 1 一 ，男，山西朔州人，工程师． 万方数据 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年7 期 还原焙烧～氨浸工艺是最早用来处理红土镍矿 的湿法工艺，又被称为C a r o n 流程。该工艺首先在 古巴尼加罗冶炼厂得到工业应用，随后印度苏金达 厂、阿尔巴尼亚爱尔巴桑钢铁联合企业、斯洛伐克谢 列德冶炼厂、菲律宾诺诺克镍厂、澳大利亚雅布鲁精 炼厂及加拿大英可公司铜黄铁矿回收厂等也相继采 用该技术。我国青海元石山镍铁矿厂采用该技术年 处理4 0 万t 红土镍矿，现已正常生产，并盈利[ 6 ] 。 还原焙烧～氨浸工艺通常适合处理含M g O 大 于1 0 ％、N i ～1 ％且镍赋存状态不太复杂的红土镍 矿。传统工艺主要包括还原焙烧、常压氨浸、氨的回 收和N i O 烧结等工序。工艺中将氨浸液通过蒸氨 得到碱式碳酸镍，然后煅烧得到N i O 。此外，碱式碳 酸镍也可酸溶，再经过氢还原或电解生产金属镍。 改进后的新工艺是在破碎后的红土镍矿中加入少量 黄铁矿造粒并干燥，然后进行还原，还原后焙砂制 浆，在有氧条件下用氨性溶液进行常温常压多段浸 出，浸出后矿浆液固分离。将清液中镍萃出，再用稀 硫酸进行反萃，反萃后的富液送电解制得电镍。电 解后余液作为反萃液用，萃取时三价钴不被萃取而 留在萃余液中，用硫化物沉淀法或电精炼回收钴，溶 液则返回浸出工序[ 2 小引。 以煤作还原剂为例，在还原段煤中的固定碳和 可燃性挥发分均可起还原作用。固定碳起还原作用 时实际上是布多尔反应与金属氧化物还原反应的组 合m0 | M e O C O M e C 0 2 十 1 C C 0 2 2 C O 十 2 其中，M e 为N i 、C o 、F e 等。 挥发分作还原剂，以C H 。为例，其主要还原反 应为 N i O C H 。一N i 2 H 2 十 C O 十 3 C o O C H 。一C o 2 H 2 十 C O 十 4 3 F e z 0 3 C H 。，2 F e 3 0 。 2 H 2 十 C O 十 5 热力学计算表明，反应 3 ～ 5 的吉布斯自由 能均小于o ，且逐渐增大，即C H ；作还原剂还原镍、 钴、铁氧化物的难易程度逐渐增大。另外，研究还发 现，煤作还原剂时煤中的挥发分起主要还原作用，即 固定碳的还原能力较弱。同时，煤作还原剂容易结 焦，不如C O 或C H 。好控制。 镍和钴在还原焙砂中以金属形态存在，在氨性 溶液中浸出时主要发生如下反应L 9 j 2 N i O 2 以～2 N H 3 4 N H 4 十一 2 [ N i N H 。 。] 计 2 H O 6 2 C o 0 2 2 7 z ～2 N H 3 4 N H 4 十一 2 [ C o N H 3 。] 2 十 2 H 2 0 7 4 [ C o N H 3 n ] 2 0 2 4 N H 4 一 4 [ C o N H 3 咒] 3 4 N H 3 2 H 2 0 8 铁在还原焙砂中主要以F e 。O 。的形态存在，但 也有少部分被还原为F e O 或F e ，在氨性溶液中发 生如下反应 2 F e 0 2 2 咒～2 N H 3 4 N H 4 一 2 r F e N H 。 咒] 2 2 H 2 0 9 F e O 竹一2 N H 3 2 N H 4 一[ F e N H 3 行] 2 十 H 2 0 1 0 生成的铁络离子[ F e N H 。 ，z ] 2 不稳定，在有 氧条件下很容易转变为F e O H 。沉淀进入渣相 4 [ F e N H 3 咒] 2 1 0 H 2 0 0 2 4 F e O H 3 、} 4 ，2 2 N H 。 8 N H 。 1 1 从上述分析可知，采用还原焙烧一氨浸工艺处 理红土镍矿时，还原焙烧段还原气氛的控制尤为重 要。对于镍和钴来说，需要将其全部还原为金属单 质才能被氨性溶液浸出，而对于铁来说，则应控制还 原条件使其还原成F e 。O 。，过还原为F e O 和F e 都 将会使浸出残渣磁性减弱，不利于磁选富集铁。另 外，研究还发现由于过还原的F e O 和F e 在有氧条 件下生成胶状F e 0 H 。很容易吸附浸出液中镍和 钴的络离子，进而使镍和钴的浸出率降低，且钴络离 子比镍络离子更容易被吸附，导致该工艺处理红土 矿时钴的浸出率比镍低很多。 虽然整个还原焙烧一氨浸工艺本身较为成熟， 但也存在以下不足1 镍、钴回收率低，分别为7 5 ％ ～8 5 ％和4 0 ％～6 0 ％；2 还原气氛不好控制，铁的 过还原会导致矿浆难沉降过滤和镍、钴损失量增加； 3 工艺中干燥、还原焙烧和蒸氨等工序能耗较高；4 氨的挥发损失较大且工作环境较差；5 铁需经过磁 选富集，且因还原气氛不好控制易导致磁选困难。 1 ．2 加压酸浸 H P A L 硫酸加压浸出工艺是继还原焙烧一氨浸工艺后 的又一种处理红土镍矿的湿法浸出工艺。因其具有 镍钴回收率高且能耗低的优点，得到更大关注，并在 技术上获得很多改进。最早使用H P A L 工艺处理 红土镍矿的是古巴M O A 冶炼厂，几十年的生产实 践证明该工艺是经济可行的。随后，澳大利亚 M u r r i nM u r r i n 、B u l o n g 和C a w s e 三个采用H P A L 工艺处理红土镍矿的工厂于1 9 9 8 年下半年相继投 产，虽因局部问题整个工艺并未取得预期目标，但工 艺主体是成功的嘲。此外，加拿大F a l c o n b r i d g e 鹰 万方数据 2 0 1 3 年7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 3 桥 公司、澳大利亚B H P B 必和必拓 公司、巴西 C V R D 公司等也进行了H P A L 浸出红土镍矿的相 关研究[ 1 1 | 。国内采用H P A L 工艺处理巴布亚新几 内亚含N i1 ．2 ％、C oo ．1 ％、M g O2 ．3 ％的R a m u 红 土镍矿生产厂已经成功投产n2 | ，全流程镍回收率～ 9 6 ％，钴回收率～9 4 ％，最终产品是氢氧化镍钴，产 量～8 万t 。 H P A L 工艺适合处理含M 9 0 小于1 0 ％，特别 是小于5 ％而镍大于1 ．3 ％的红土镍矿。该工艺以 硫酸为浸出剂，在2 3 0 ～2 6 0 ℃和4 ～5M P a 的条件 下通过调整浸出工艺参数，使镍、钻进入浸出富液， 而大部分铁、铝、硅等人渣，从而实现金属的选择性 浸出。随后除去浸出富液中的铁、铝等杂质得到浸 出精液。该浸出精液通过硫化沉镍或中和沉镍等得 到镍、钴含量较高的中间产品，经再溶解和提纯后生 产电解镍或硫酸镍[ 13 | 。 红土镍矿中的镍主要存在于针铁矿 F e 0 0 H 、 蛇纹石 M g 。S i 。O 。 O H 。 及少量的硅酸镍 N i S i 0 。 中，硫酸加压浸出时体系各主要矿物将按 式 1 2 ～ 1 6 进行反应[ 8 ’1 4 。16 | M 9 3 S i 2 0 5 O H 。 6 H 一3 M 9 2 2 s i 0 2 5 H 2 0 1 2 F e O O H 3 H 一F e 3 2 H 2 0 1 3 N i 2S i 0 4 4 H 一2 N i 2 2 S i 0 2 2 H 2O 1 4 4 F e 3 0 4 3 6 H 0 2 1 2 F e 3 1 8 H 2 0 1 5 当浸出体系酸度降低后，会发生式 1 6 的反应， 该反应在1 6 0 ℃以上的高温条件下更易进行 2 F e 3 3 H 2 0 一F e 2 0 3 6 H 1 6 热力学计算结果表明，针铁矿、蛇纹石和硅酸镍 3 种矿物浸出反应的吉布斯自由能远小于0 ，平衡常 数都很大，属于放热反应，浸出反应能进行得很完 全，通常镍、钴浸出率分别为9 0 ％和9 5 ％。 动力学研究结果表明，红土镍矿中各矿物在硫 酸介质中加压浸出的速率与各组成矿物的键强以及 镍、钴在各矿物结构中的分布有关[ 1 7 ‘19 | 。元江红土 镍矿中各矿物在硫酸介质中的浸出顺序为[ 19 | 利蛇 纹石 针铁矿 磁赤铁矿 磁铁矿≈赤铁矿 铬铁 矿。利蛇纹石的浸出条件为6 0 ℃、O ．6m o l ／L H 。S O 。；针铁矿完全浸出的条件是8 0 ℃、2 ．5m o l ／L H S 0 。；磁赤铁矿的浸出速率很小，只有在较高酸度 或较高温度下才能被浸出；赤铁矿则在高于1 0 5 ℃ 且大于6 ．2m 0 1 ／LH 。S 0 。的条件下才能被浸出；而 铬铁矿则基本不被浸出。 从式 1 6 可知，体系酸度升高时浸出液中铁含 量将会升高，这不仅为后续除杂带来很大麻烦，也会 影响镍的回收。从式 1 5 可知硫酸体系加压浸出需 要鼓人大量的氧气以保证将浸出液中的F e 2 氧化 为F e 3 十，进而人渣。另外，因F e O 。微溶于硫酸，随 着浸出时间的增加已转变成的F e 。0 。会被过量的 酸重新溶解。因此，硫酸加压酸浸时需根据具体情 况控制浸出酸度和时间以达到最佳浸出效果。 尽管硫酸体系加压酸浸工艺中镍、钴浸出率较 高，但也存在一些弊端[ 2 ⋯1 浸出需在高温高压条 件下进行，投资较大，而且对设备的要求较高；2 对 于腐殖土层和过渡层红土镍矿来说，硫酸消耗量大， 成为制约该工艺经济性的主要指标；3 浸出渣含硫 高，需要建尾矿处理系统，综合利用较难；4 硫酸钙 结垢现象严重，高压釜必须定期除垢，每年因除垢需 要浪费至少两个月时间；5 技术难度较大，所需人员 多且素质要求较高，运营费用和生产成本较高。 文献[ 2 1 ] 对H P A L 工艺进行了改进，在开始加 压酸浸的同时通人一定量o ．5M P a 的氧气，从而降 低了浸出温度，并获得了较好的浸出效果，镍、钴浸 出率分别达到9 9 ％和9 0 ％以上。 1 ．3 堆浸 堆浸法始于2 0 世纪6 0 年代，主要用以处理常 规选冶工艺无法经济回收、被视为难处理矿或呆矿 而未被开发利用的低品位铜资源。因其具有工艺简 单、投资低、生产成本低、对环境友好等诸多优点，使 该技术在北美、南美、非洲、澳大利亚等地很快得到 推广应用。我国在2 0 世纪7 0 年代也开始了这方面 的研究，并于9 0 年代初取得突破性进展，目前全球 利用堆浸法处理低品位氧化铜矿的工厂已有数百 家。随后，堆浸法被应用于红土镍矿的处理。希腊 人就该国红土镍矿资源开展了一系列堆浸工艺的研 究[ 2 引，我国有关单位针对澳大利亚红土镍矿也开展 了堆浸工艺的研究口3 | ，且就元江红土镍矿采用该工 艺进行过工业生产[ 7 ] 。 堆浸工艺适合处理含M g O 大于1 5 ％且镍、钴 赋存状态不太复杂的腐殖土层红土镍矿。该工艺主 要是将矿石破碎成0 ．1 5 ～2m m 的颗粒并直接入 堆；然后配制一定浓度的浸出剂，采用喷淋或者滴淋 的方式将浸出剂喷人矿堆，浸出剂沿矿隙渗入并对 矿物进行分解；产出的浸出液流人矿堆下层收集池， 经过一定时间浸出后，得到合格的浸出液；浸出液进 行除杂和提镍、钴工序，得到镍、钴中间产品，浸出渣 弃掉。 万方数据 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m nc n 2 0 1 3 年7 期 腐殖土层红土镍矿为硅镁镍矿，主要矿物为蛇 纹石，其次为水针铁矿，比如元江红土镍矿镍蛇纹石 含量大于7 0 ％。因而，在堆浸过程中主要发生式 1 2 和 1 3 的反应。可以看出，堆浸工艺处理红土 镍矿时对金属的浸出没有选择性，在浸出镍、钴的同 时，矿物中的其它金属也会进入浸出液，故需考虑浸 出液的酸度，应在获得较高镍、钴浸出率的同时兼顾 杂质金属 铁、铝、锰 的浸出。 堆浸工艺虽然具有工艺简单和投资低的优点， 但存在以下缺点[ 2 “1 镍、钴浸出率低，仅为～6 0 ％ 和～4 0 ％；2 金属浸出选择性差，镍、钴提纯工序较 繁琐；3 吨镍硫酸消耗量大 5 0 ～7 0t ；4 硫酸镁溶 液直接排放，污染环境；5 操作周期长，生产规模不 易太大。 2 湿法工艺进展 还原焙烧一氨浸工艺的干燥、还原段仍属火法， 能耗较高，且整个工艺镍、钴回收率较低，限制了该 工艺的发展，而红土镍矿纯湿法浸出工艺则研究相 对较多。因红土镍矿中矿物组成复杂、化学稳定性 好、反应活化能大，因此浸出酸耗较大，导致经济成 本较高。近年来，主要从降低酸耗和提高有价金属 回收率两方面对工艺进行改进。 2 ．1降低酸耗 从降低酸耗角度出发，代表性新工艺主要有加 压硫酸浸出 H P A L 与常压硫酸浸出 A L 进行组 合而形成的H P A L - A L 工艺和硝酸加压浸出工艺 两种。前者是结合了H P A L 和A L 的工艺特点提 出的改进工艺，从而实现了降低酸耗的目的；后者则 是将加压酸浸的酸介质改为可再生的硝酸，提高了 酸的利用率。 2 ．1 ．1H P A L ．A L 工艺 该工艺用高镁矿即腐殖土型红土镍矿对 H P A L 富液进行酸中和，随后再将滤渣转入A L 工 序，滤液则进入镍、钴产品制备工序。尽管该工艺仍 保留了H P A L 处理低镁高铁红土镍矿而A L 处理 高镁红土镍矿的特点，却实现H P A L 浸出液中过量 残酸的综合利用，从而降低了酸耗[ 4 ’25 1 。该工艺很 好地利用了腐殖土型红土镍矿易与酸发生反应的特 点，大大地减少了酸中和过程中镍、钴的夹带损 失‘4 ’2 6 ] 。 澳大利亚B H P B 公司对H P A L - A L 工艺进行 了改进，并提出了加压酸浸强化浸出工艺 E P A L [ 4 ’25 | 。与H P A L _ A L 工艺相比，E P A L 工艺的 不同之处主要在于将浸出液中的铁含量控制在3 g ／L 以下。首先往A L 段腐殖土型红土镍矿中加入 含N a 、K 、N H 。 的化合物，使浸出液中8 0 ％的铁 以黄铁矾的形式进入渣相，从而实现铁含量的控制。 E P A L 工艺能很好地利用残酸，降低了酸耗，且控制 浸出液中的铁在较低水平，实现了镍、钴与铁的选择 性浸出。不过因黄铁矾在酸性介质中具有易分解的 特性，需要常压酸浸过程中严格控制反应的氧化还 原电位、温度和p H 等反应条件。图l 为典型的 E P A L 工艺流程[ 2 3 ’27 | 。 综上所述，不论是早期的H P A L A L 工艺还是 改进的E P A L 工艺都具有采用加压酸浸和常压酸 浸分两段处理两种类型红土镍矿的工艺特点，为了 保证浸出液中的较低的铁含量和较高的镍、钴回收 率要求，必须严格控制两种红土镍矿的投入比例。 2 ．1 ．2 硝酸加压浸出 硝酸加压浸出工艺是以纯硝酸代替传统加压浸 出工艺中的硫酸作为浸出介质，对红土镍矿进行加 压酸浸。该工艺主要特点是部分硝酸可再生，从而 降低了工艺酸耗。此外，采用此工艺可实现镍、钴与 铁的高效选择性浸出。通过对浸出富液分步提纯又 可实现镍、钴与铝、镁的进一步分离，同时得到多种 副产物，包括镍钴渣、铁渣 浸出渣 、镁渣及铝渣等， 提高了有价金属的综合利用率[ 2 “。 硝酸介质中加压浸出，可以不用向加压釜中通 入氧气或富氧空气，因为N 0 。一可代替硫酸介质加 压浸出时的0 。对F e 2 进行氧化，硝酸加压酸浸时 发生的反应见式 1 7 ～ 2 1 [ 2 7 ] ，F e 3 则按式 1 6 的 反应转化为褐铁矿进入渣相。 N i 2 。一。 N 2 S i 0 4 咒 4 n H 一 2 咒一觚 N i 2 2 z N 卅 以S i 0 2 ‘ 2 7 2 H 2O 1 7 C o n 一彻 N 2 。 S 0 4 。 2 挖H 一 ，l 一犯 C 0 2 2 ．z N ” 嚣S C 42 一 2 挖H 1 8 F e 4 2 。 M 3 。 O O H 4 1 2 H 一 4 2 z F e 3 3 z M 2 十 8 H 2 0 1 9 3 F e 3 0 4 2 8 H N 0 3 一，9 F e 3 N O 十 1 4 H 2 0 2 0 z M n O z ．，M 0 4 z 2 y H 一z M n 4 3 ，M 2 2 z y H 2 0 2 1 其中，M 为N i ，C o 或N i C o ，N 为N i ，C o 以 外的其它金属。 万方数据 2 0 1 3 年7 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 图1E P A L 工艺流程图 F i g ．1 F I o w s h e e to fE P A Lp r o c e s s 硝酸加压浸出工艺因无需通氧或富氧空气且反 应温度和压力低，便于操作控制和实现工业化生产， 目前已完成中试研究‘2 8 ‘29 | ，工艺流程见图2 。需要 指出的是，必须根据待处理红土镍矿的性质严格控 制酸度，否则会增加经济成本和降低镍、钴回收率。 逞当逵 邋． 堡筵 迸一步处理 镁渣 图2 硝酸加压浸出工艺流程图 F i g ．2 F I o w s h 钝to fp 嗍u r eI e a c h i n gp r I x ．e s s i nn i t r i ca c i dm e d i u m 2 ．2 提高有价金属回收率 为提高红土镍矿中有价金属回收率，对原矿进 行改性，改变其中矿物结构，再进行浸出，可在较温 和的浸出条件下获得很高的镍、钴回收率，如微波 法、焙烧法和酸解法。 2 ．2 ．1 微波法 微波法[ 3 ”3 幻是通过微波对红土镍矿进行改性， 然后再进行浸出。微波可在很短的时间内选择性地 将红土镍矿中的矿物从分子或原子级别升到很高温 度，从而破坏矿物的化学键，改变矿物结构。研究表 明【3 引，微波改性后的红土镍矿可在较温和的常压或 加压浸出条件下得到较高的镍、钴浸出率。与常规 加热方式不同，微波加热可直接作用于分子或原子， 其热效率高。不同矿物对微波的吸收程度不同，可 选择性改变矿物结构，达到选择性浸出的目的。另 外，微波处理法比较清洁，且易实现自动控制。因 此，微波法是一种极具前景的原矿改性方法，但由于 目前仍存在微波加热装置及技术放大等问题，使该 法距离工业化尚有一定距离。 2 ．2 ．2 焙烧法 焙烧法主要分为加碱焙烧和直接焙烧两种。加 碱焙烧[ 3 5 1 是将红土镍矿和碱 N a 0 H 、N a 2 C 0 。、 K O H 或K 。C 0 。 混合，然后在5 0 0 ～12 0 0 ℃进行焙 烧，从而达到原矿改性的目的。研究表明[ 3 引，经碱 万方数据 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年7 期 处理改性后的红土镍矿中的矿物发生了改变，晶型 矿物很少，大都为无定型的非晶态物质，其中铁大部 分以非晶态铁氧化物形式存在，如无定型F e 。0 。。 镍则大部分转化为N i O ，小部分直接转化为金属镍， N i 0 和金属镍都吸附在非晶型铁氧化物表面。改性 后的红土镍矿进行加压酸浸，可在较温和的浸出条 件下 1 8 5 ℃、1 ．6M P a 获得很高的镍、钴浸出率 分别为9 5 ％、8 0 ％ ，而铁浸出率则低至1 ％以下， 很好地实现了镍、钴和铁的有效分离。该法能实现 红土镍矿中有价金属镍、钻、铬、铝和铁的综合利用， 产品多样化便于创造更大的经济效益；在保证镍、钴 高浸出率的前提下，大大降低了加压酸浸的条件。 直接焙烧是指对红土镍矿进行高温焙烧，改变 其中矿物成分来实现原矿改性后再进行常压酸浸的 方法。高温焙烧一方面可以增大矿的比表面积，便 于镍的浸出；另一方面可以破坏矿中的水针铁矿和 蛇纹石，使其更易分解，从而获得比常规常压浸出更 高的镍浸出率。但焙烧温度对镍浸出率的影响很 大，温度太低不足以破坏水针铁矿，也无法增加比表 面积，温度太高又会使矿物板结，同时被破坏的蛇纹 石会生成强电负性的无定型硅酸盐，对镍有很强的 吸附作用，从而降低镍的浸出率。一般来说，对红土 镍矿进行焙烧改性选择3 0 0 ℃左右为宜，此条件下 改性后的矿在常压、5 0 ℃盐酸介质中进行搅拌浸 出，可获得高达9 3 ％的镍浸出率L 37 | 。此法相对于酸 解法来说，可在一定程度上抑制铁的浸出，便于后续 浸出液除杂，但此法矿的干燥、焙烧需一定能耗，相 对酸解法会增加一定经济成本。总的来说，此法具 有工艺简单、镍浸出率较高和设备要求低等特点，同 样具有广阔的应用前景。 2 ．2 ．3 酸解法 酸解法是指将红土镍矿进行湿磨，然后向含水 滤饼中加入一定量浓硫酸并酸解一定时间，所得熟 料水浸，浸出渣洗涤脱水后弃去，浸出液经镍、钴提 纯工序得到镍、钴产品。酸解时，加入浓硫酸会发生 式 2 2 ～ 2 4 的反应L 3 8 。3 9 ] H 2 S 0 4 H 2 0 一2 H 。O S 0 4 2 一 2 2 H 2S O 。 M 0 ，M S O 。 H 20 2 3 3 H 2 S 0 4 2 N 2 0 3 2 N 2 S 0 4 3 3 H 2 0 2 4 其中，M 表示二价金属，N 表示三价金属。 式 2 3 和 2 4 反应生成的H O 将促使式 2 2 反应向右进行，并产生大量的热，从而促使矿物快速 分解转化，酸解后大部分金属以硫酸盐形式存在，再 进行水浸或低酸浸出便可实现镍、钴高效浸出H 0 | 。 王德全等[ 4 1 ] 提出了将酸解后熟料水浸和沉铁 两个步骤合在一起进行的工艺。由于沉淀方式不同 且温度较高，避免了浸出液沉铁、铝带来的镍、钴损 失和浸出矿浆沉降过滤难的弊端，同时也减少了工 艺操作工序。在最优条件下可获得高达9 1 ％以上 的镍浸出率，且过滤速度较常规酸解法提高5 ％以 上。X uY a n b i n 等[ 4 2 ] 详细考察了酸解影响因素，并 提出了三段逆流浸出工艺对熟料进行处理，可获得 9 5 ％左右的镍、钴浸出率。尽管酸解法处理红土镍 矿时铁被作为弃渣排掉，但其流程简单、设备要求 低、操作容易、成本较低，便于大规模生产，相信酸解 法会成为处理腐殖土层和过渡层红土镍矿的一种全 新湿法浸出工艺。 2 ．3 生物浸出技术 生物冶金技术用于处理红土镍矿主要是利用微 生物自身的氧化或还原特性使矿物中的某些组分氧 化或还原，从而与原矿物分离H 3 44 】。同时，某些异养 生物对葡萄糖代谢的末端产物为有机酸 如己二酸 和甲酸 ，这些有机酸不仅具有还原性而且可对矿物 进行分解，从而对有价金属镍和钴起到浸出作用。 生物冶金技术处理红土镍矿时，细菌数目、培养 液p H 、矿浆浓度及细菌培养基等都对镍浸出率有 重要影响。S u k l a 等用真菌衍生物对来自印度S u k i n d a 的红土镍矿进行浸出实验，发现在优化条件 下可获得高达9 2 ％的镍浸出率和较低的铁浸出率， 浸出选择性很好且对环境友好[ 4 引。值得注意的是， 目前可用于处理红土镍矿的微生物较少，研究较多 的只有黑曲霉；细菌分解矿物的反应速度较慢，生产 周期较长，效率较低；细菌受环境影响很大，环境变 动对浸出效果影响很大，甚至会导致培养的细菌死 亡。因此要想使生物冶金技术应用到工业生产，必 须结合基因工程培养出能适应不同环境、对矿物分 解速度较快的多种菌株。 此外，盐酸法、氯化水浸法、氯化挥发法、氯化离 析法等也有一定的试验研究[ 4 6 删。 3结论 1 与火法工艺相比，红土镍矿湿法冶金工艺具 有低成本、低碳环保的优势，将会成为未来红土镍矿 提炼工艺的主要发展方向。 2 还原焙烧一氨浸工艺、硫酸加压浸出工艺和 堆浸工艺相对成熟，但前者因干燥、还原和蒸氨工序 能耗较高有被加压浸出工艺取代的趋势。 3 传统硫酸加压浸出需要进行一定的技术改 万方数据 2 0 1 3 年7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 7 ‘ 进，比如H P A L - A L 工艺和硝酸加压浸出工艺，改 进后的加压浸出工艺将会成为处理褐铁型红土镍矿 的主打工艺。 4 对于腐殖土层或过渡层红土镍矿来说，采用 原矿改性后常压水浸工艺，可在温和的条件下获得 较高的镍钴浸出率，也具有广阔的应用前景。 参考文献 [ 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，2 0 0 8 8 3 6 3 8 ． [ 2 ] 刘大星．从红土镍矿中回收镍、钻技术的进展[ J ] ．有色 金属 冶炼部分 ，2 0 0 2 3 6 1 0 ． r 3 ] G l e e s o nSA ，B u t tCRM ，E l i a sM ．N i c k e lL a t e “t e s A R e v i e w [ J ] ．s E GN e w s l e t t e r ，2 0 0 3 ，5 4 3 1 卜1 8 ． [ 4 ] M c d o n a l dRG ，w h i t t i n g t o nBI ．A t m o s p h e “cA c i d L e a c h i n go fN i c k e lL a t 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