元江红土镍矿加压浸出试验研究.pdf

2 0 1 2 年9 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 2 ．0 9 ．0 0 3 元江红土镍矿加压浸出试验研究 苏瑞春 云南锡业集团有限责任公司研究设计院，云南个旧6 6 1 0 0 0 摘要对元江铁质和镁质红土镍矿进行加压浸出试验，详细考察了浸出温度、反应时间和初始酸度对镍 浸出率及酸耗的影响。结果表明，铁质矿的镍浸出率可达9 0 ％以上，吨镍酸耗可降低至4 5t 以下；镁质 矿的镍浸出率可达8 0 ％，吨镍酸耗7 0t 左右。采用两段加压浸出工艺处理该红土矿，镍浸出率可达 8 8 ％以上，吨镍酸耗5 0t 左右。 关键词红土镍矿；铁质矿；镁质矿；加压浸出 中图分类号T F 8 1 5文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 0 9 0 0 0 7 0 4 E x p e r i m e n t a lS t u d y o nP r e s s u r eL e a c h i n go fY u a n j i a n gL a t e r i t e n i c k e lO r e S UR u i c h u n R e s e a r c ha n dD e s i g nI n s t i t u t eo fY u n n a nT i nC o m p a n yG r o u pL i m i t e d ，G e j i u6 6 1 0 0 0 ，Y u n n a n ，C h i n a A b s t r a c t P r e s s u r el e a c h i n ge x p e r i m e n t sw e r ec o n d u c t e do nf e r r u g i n o u sa n dm a g n e s i u ml a t e r i t e n i c k e lo r e ． T h ee f f e c t so fl e a c h i n gt e m p e r a t u r e ，t i m ea n di n i t i a la c i d i t yo nn i c k e ll e a c h i n gr a t ea n da c i d i cc o n s u m p t i o n w e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h en i c k e ll e a c h i n gr a t e so ff e r r u g i n o u sm i n e r a l sa n d m a g n e s i u m m i n e r a l sa r eo v e r9 0 ％a n d8 0 ％r e s p e c t i v e l y ．T h ea c i d i cc o n s u m p t i o n so fp e rt o nn i c k e lo ff e r r u g i n o u sm i n e r a l sa n dm a g n e s i u mm i n e r a l sa r e4 5 ta n d7 0t r e s p e c t i v e l y ．N i c k e ll e a c h i n gr a t e c a nr e a c h 8 8 ％o rh i g h e ra n da c i d i cc o n s u m p t i o no fp e rt o nn i c k e li sa b o u t5 0tw i t ha p p l i c a t i o no ft W O s t a g ep r e s s u r e l e a c h i n gp r o c e s s ． ． K e yw o r d s l a t e r i t e n i c k e lo r e ；f e r r u g i n o u sm i n e r a l s ；m a g n e s i u mm i n e r a l s ；p r e s s u r el e a c h i n g 云南墨江、元江一带有中国第二大镍矿床 硅镁 型氧化镍矿 ，镍金属储量达到4 0 万t ，原矿含铁、镁 高，含镍低，属于难以经济、有效处理的镍矿。 目前红土镍矿较为成熟的处理工艺主要有1 火法熔炼生产镍铁。将矿石破碎，焙烧进行还原熔 炼或硫化熔炼，产出粗镍铁合金或高镍硫产品，再将 该半成品送往精炼工艺处理，但该工艺的能耗高，二 氧化硫难以经济处理，且钴不能回收，行业内普遍认 为是不经济的；2 还原焙烧一氨浸，该工艺可处理高 镁矿石，但能耗高，钴回收率低 通常不到4 0 ％ ；3 加压酸浸一沉镍，产出硫化镍精矿，该工艺适宜于处 理镍≥1 ．2 ％、镁≤5 ％的矿石，镍钴回收率均大于 收稿日期2 0 1 2 - 0 2 1 0 作者简介苏瑞春 1 9 7 6 一 ，女，云南石屏县人，高级工程师 9 0 ％，远远高于氨浸流程和火法流程。 元江镍业公司使用常压搅拌浸出工艺，铁质矿 镍浸出率为6 4 ％，每吨镍消耗硫酸8 5t ，而镁质矿 镍浸出率为7 0 ％，吨镍酸耗8 0t ，其资源利用率低， 生产成本高。因此，提出加压浸出工艺，期望在较高 的温度和压力下，提高原矿中 特别是铁质矿 镍的 浸出率，提高资源的利用率，达到降低酸耗和生产成 本的目的。 1 试验原料和设备 试验所用原料为元江安定红土镍矿，分镁质矿 和铁质矿，镁质矿成分 ％ H O2 3 ．9 6 、N i0 ．8 4 6 、 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 h t t p [ ] y s y l ．b g r i m m ．c n F e9 ．4 8 、M g1 9 ．4 9 、A l0 ．1 8 、S i1 7 ．9 2 、C o0 ．0 2 1 ；铁 质矿成分 ％ H 2 03 5 ．8 9 、N i1 ．3 8 、F e2 4 ．7 3 、M g 8 ．0 6 、A l3 ．3 2 、S i1 1 ．9 4 、C o0 ．0 7 5 。可以看出，红土 镍矿的主要成分为M g 、F e 、S i 和N i ，其中铁质矿含 镍和铁较高，二氧化硅含量较低，含水高，为红色的 泥状。 物相分析表明，镁质矿中的镍主要以硅酸镍形 态存在 7 9 ．2 5 ％ ，氧化镍 含铁酸镍 1 6 ．7 5 ％ 较 低。在铁质矿中，硅酸镍 5 8 ，5 8 ％ 较镁质矿低，难 以浸出的铁酸镍 3 8 ．9 0 ％ 较镁质矿高。原料中的 铁主要以赤 褐 铁矿和磁铁矿存在。 主要试验设备有5L 压力釜、小型真空泵、5L 烧杯、搅拌器、转盘磨等，主要试剂是9 3 ％工业硫 酸。 2 试验原理 原料中的N i 、C o 和M g 、F e 、A 1 等主要以复杂 共生的氧化物和硅酸盐形式 硅酸盐、赤铁矿、镍蛇 纹石等 存在，浸出时的反应为 N i S i 0 3 H 2 S 0 4 N i S 0 4 H 2 S i 0 3 1 F e 2 0 3 3 H 2 S 0 4 一F e z S O ； 3 3 H 2 0 2 M g S i O 。 H S O t M g S O t H 2 S i O 。 3 C o 、A 1 等的氧化物和硅酸盐的反应与N i 、M g 和F e 相似。以上反应均为耗酸过程，常压浸出时， 2 0 1 2 年9 期 浸出温度一般不超过9 5 ℃，大量的F e 、M g 将与 N i 、C o 一起浸出，耗酸量大。 提高浸出温度后，反应产生的F e S O 。 。将水 解为F e 。O 。 较低酸度 或F e z O S O t z 较高酸度 沉淀，并释放出硫酸，释放出的硫酸按 1 ～ 3 式与 镍、铁、镁的氧化物或硅酸盐反应。 F e 2 S 0 4 3 3 H 2 0 F e 2 0 3 3 H 2 S 0 4 4 F e 2 S O 。 3 H 2 0 F e 2 0 S 0 4 2 H 2 S 0 4 5 同时，铁质矿约三分之一的镍以铁酸镍等镍铁 共生氧化物的形式存在，常压浸出时，这部分镍难以 浸出，但提高浸出温度，铁酸镍可以按下式分解 N i F e 2 0 4 4 H 2 S 0 4 一N i S 0 4 F e 2 S 0 4 3 4 H 2 0 6 因此提高浸出温度，可将大量铁以氧化铁或碱 式硫酸铁的形式沉淀入渣，减少用于浸出铁氧化物 的硫酸，同时可浸出常压条件下难以浸出的铁酸镍 中的镍，从而获得较高的镍浸出率。 3结果及讨论 3 ．1 铁质矿加压浸出试验 3 ．1 ．1 初始酸度和浸出时间的影响 固定条件液固比3 1 ，浸出温度2 2 0 ℃，考察 初始酸度和浸出时间对镍浸出率和吨镍酸耗的影 响，试验结果见表1 。 表1 铁质矿加压浸出初始酸度和浸出时间试验结果 T a b l e1I n i t i a la c i d i t ya n dt i m ee x p e r i m e n tr e s u l t so ff e r r n g i n o u sm i n e r a l s 由表1 可知，镍浸出率随初始酸度的提高而明 显提高，延长浸出时间可提高镍浸出率，降低吨镍酸 耗；镁浸出率达到8 0 ％以上，铁浸出率1 ％～5 ％，并 且随初始酸度的提高而增加，但受浸出时间的影响 不明显。 由于高温加压浸出时溶液中的铁离子大量水 解，释放出硫酸，进一步参加浸出，因此铁质矿加压 浸出耗酸量低，从试验结果来看，在合理的加压浸出 条件下，吨镍酸耗可达到4 5t 以下。 3 ．1 ．2 浸出温度的影响 固定条件液固比3 1 ，初始酸度1 8 0g ／L ，浸 出时间1h ，温度对加压浸出的影响见表2 。 表2 表明，加压浸出的温度对镍浸出率影响很 大，随着温度的降低，镍浸出率迅速降低，而吨镍酸 耗明显增加。浸出液镍、铁含量和铁浸出率随浸出 温度的降低而降低，镁浸出率和浸出液的镁含量变 化不明显。 铁质矿加压浸出时，2 2 0 ℃镍浸出率可达9 0 ％ 以上，此时吨镍酸耗仅为4 5t 。但在2 0 0 ℃时镍浸 出率可达8 5 ％以上，吨镍酸耗为5 2 ．5t 。但铁质矿 万方数据 2 0 1 2 年9 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 ’9 ’ 浸出液的游离酸含量偏高 2 0g ／L 以上 ，不利于后 续处理。 表2 浸出温度试验结果 ’ T a b l e2R e s u l t so ft e m p e r a t u r ee x p e r i m e n to ff e r r u g i n o u sm i n e r a l s ／ ／ 浸出温度吨镍酸耗浸出液／ g L _ 1 浸出渣％渣计投蹦翠炳 ／ C／t N iF e M gH 2 S 0 4 N iF eM g渣率 N i M g F e 2 2 04 4 ．8 8 3 ．3 02 ．9 12 0 。5 12 9 ，7 10 ．1 42 9 ．1 1 l ‘1 08 8 ．2 69 0 ．7 88 9 ．Z 14 ．2 5 2 0 05 2 ．1 22 ．7 23 ．2 5 1 8 ．4 03 3 ．6 10 ．2 3 3 1 ．7 31 ．4 67 7 ．4 48 6 ．8 68 7 ．4 4 5 ．0 7 1 8 0 5 7 ．6 22 ．62 ．0 51 9 ．9 12 3 ．2 00 ．4 9 3 1 ．1 71 ．3 08 0 ．8 67 0 ．7 18 8 ．3 2 2 ．9 4 3 ．2 镁质矿加压浸出试验 3 ．2 ．1 初始酸度和浸出温度的影响 固定条件液固比3 1 ，浸出时间1h ，初始酸 度和浸出温度对镁质矿加压浸出的影响见表3 。 表3 镁质矿加压浸出初始酸度和浸出温度的试验结果 T a b l e3I n i t i a la c i d i t ya n dt i m ee x p e r i m e n tr e s u l t so fm a g n e s i u mm i n e r a l s ／℃／ g L 一1 ／t N iF eM gH 2 S 0 4 N iF e M g渣率 N i M g F e 1 8 09 9 ．1 51 ．2 0 0 ．5 23 1 ．1 61 ．9 8 0 ．4 3 61 1 ．2 08 ．7 37 8 ．9 66 4 ．8 76 5 ．9 8 2 ．1 1 2 2 0 1 7 08 6 ．2 91 ．1 50 ．4 43 0 ．1 6 0 ．2 00 ．4 3 21 2 ．1 8 9 ．6 86 8 ．5 16 1 ．9 06 7 ．2 71 ．7 6 1 6 09 5 ．0 51 ．1 5 0 ．43 2 ．5 70 ．2 00 ．4 8 91 2 ．3 8 9 ．8 27 8 ．6 55 6 ．2 46 1 ．8 81 ．5 0 1 8 0 8 1 ．5 21 ．5 80 ．4 43 4 ，0 81 ．1 9 0 ．2 7 31 1 ．7 69 ．4 2 8 2 ．1 67 4 ，6 86 1 ．8 01 ．6 8 1 6 0 1 7 07 5 ．7 71 ．2 30 ．4 13 1 ．0 6 0 ．4 80 ．2 8 41 0 ．2 61 4 ．4 9 7 4 ．7 47 5 ．6 64 6 ．5 51 ．7 2 1 6 07 6 ．8 71 ．4 7 0 ．42 8 ．9 50 ．5 60 ．3 0 91 1 ．6 3 1 1 ．3 68 5 ．1 27 0 ．9 3 5 2 ．2 71 ．5 9 2 0 08 4 ．0 8 1 ．7 20 ．8 83 5 ．1 92 ．5 8 0 ．2 3 31 1 ．6 98 ．7 86 8 ．7 58 0 ．9 8 7 0 ．2 13 ．5 I 1 4 0 1 9 0 1 8 0 1 7 0 8 3 ．7 0 7 6 ．9 6 7 1 ．4 4 1 6 07 2 ．6 4 1 ．6 00 ．3 62 9 ．2 61 ．3 90 ．2 6 61 0 ．9 6 1 1 ．4 18 4 ．9 47 5 ．9 15 2 ．1 61 ．3 9 1 8 0 6 9 ，1 41 ．3 21 ．9 83 1 ．1 05 。9 50 ．2 3 11 0 ．6 8 1 0 ．4 48 3 ．0 77 9 ．0 55 7 ．1 97 ．9 7 1 2 01 7 07 2 ．5 2 1 ．5 71 ．3 22 8 ．9 53 ．9 7 0 ．2 4 11 0 ．7 01 1 ．3 6 7 5 ．3 07 9 ．4 35 7 ．7 85 2 1 1 6 06 9 ．3 81 ．4 30 ．7 62 4 ．7 3 3 ．5 70 ．2 5 71 0 ．9 91 1 ．7 17 5 ．6 07 8 ．7 0 5 6 ．3 03 ．3 9 镁质矿加压浸出时，在1 6 0 ℃以上镍浸出率随 浸出温度的升高而降低，在1 2 0 ℃和1 4 0 ℃时变化 不明显，但浸出液中的游离酸和铁含量以及铁浸出 率随浸出温度的降低而升高，在1 4 0 ℃以上，浸出液 的铁含量均低于1g ／L ，因此镁质矿加压浸出的温 度在1 4 0 ℃左右较合理，可获得较高的镍浸出率，同 时浸出液的游离酸或铁含量低。浸出液镁含量和镁 浸出率受浸出温度的影响较小。 在1 4 0 ℃和1 2 0 ℃时，镍浸出率受初始酸度的 影响不明显，浸出液镁含量、游离酸和镁、铁的浸出 率受初始酸度的影响也不明显。但由于镍浸出率变 化不大，吨镍酸耗随初始酸度的增加而明显增加。 因此初始酸度选择1 6 0 - - 1 7 0g ／L 较合理，此时吨镍 酸耗为7 0t 左右。 镁质矿加压浸出时，镍、镁浸出率明显低于铁质 矿，浸出液的游离酸和铁含量也很低。 3 ．2 ．2 浸出时间的影响 固定条件液固比3 1 ，初始酸度1 7 0g ／L ，浸 出温度1 2 0 ℃，浸出时间对浸出效果的影响结果见 表4 。 表4 浸出时间试验结果 T a b l e4R e s u l t so ft i m ee x p e r i m e n to fm a g n e s i u mm i n e r a l s ／h／tN iF eM gH 2 S 0 4 N iF e M g渣率 N i M g F e 1 ．06 9 ．3 8 1 ．5 71 ．3 22 8 ，9 53 ，9 70 ．2 4 1 1 0 ．71 1 ．3 67 5 ，3 07 9 ，8 15 7 ．7 8 5 ．2 1 1 ．56 9 ．Z 4 1 ．6 00 ．6 0Z 7 ．9 33 ．3 70 ．2 3 8 1 0 ．9 71 0 ．9 9 7 7 ．2 97 8 ．8 95 2 ．6 52 ．6 1 2 ．07 0 ．7 91 ．6 00 ．7 62 7 ．7 53 ．5 7 0 ．2 5 91 2 ．2 51 1 ．8 67 8 ．4 9 7 7 ．3 95 4 ．0 5 2 ．9 8 曲鸪他 4 2 1弘“ ％ 鸥∞∞瞻晒踮“ 他缸诣“毖跎“ 加％蛆暑昌 9 9 9巧弘拈 U n n筋黜猢O 叭m墙他的 2 2 1 M ％如如勰∞0 ∞_ 二0 仉如即即} 万方数据 1 0 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 2 年9 期 浸出时间从1h 增加到2h ，镍浸出率没有明显 变化，浸出液、浸出渣的成分也基本不变，因此浸出 时间以1h 为好。 镁质矿加压浸出时，初始酸度1 6 0 ～1 7 0g ／L ， 反应温度1 2 0 ℃和1 4 0 ℃，反应时间1h ，镍浸出率 达到7 8 ％，吨镍酸耗为7 0t 左右。 综合上述试验结果，与常压浸出相比，加压浸出 具有镍浸出率高、吨镍酸耗低、浸出液的游离酸和铁 含量低的优势，特别是铁质矿的加压浸出优势更明 显，因此可经济、有效地利用元江红土镍矿，降低生 产成本。 3 ．3 两段加压浸出试验 铁质矿加压浸出时镍浸出率随初始酸度的提高 而明显提高，而浸出液的游离酸含量随初始酸度的 提高而升高。镁质矿的浸出温度较低，但浸出液的 终点酸度偏低，有利于后续工序的处理。由于铁的 水解可在镁质矿的浸出温度下进行，综合上述两种 原料加压浸出的结果，提出了两段加压浸出的工艺。 该工艺采用铁质矿在高温 2 2 0 ℃ 条件下通过 提高铁质矿加压浸出的初始酸度来提高铁质矿的镍 浸出率，然后利用铁质矿浸出液中多余的游离硫酸 和浸出液中的铁在较低温度下水解释放出的酸，并 补加一定量的新酸 保证镁质矿浸出的初始酸度达 到1 7 0g ／L 左右 在中温 1 4 0 ℃ 条件下进行浸出， 以降低浸出液中的游离酸含量，达到充分利用铁质 矿浸出液中的游离酸和整体提高红土矿加压浸出的 镍浸出率、降低吨镍酸耗的目的。两段加压浸出的 试验结果见表5 。 表5 两段浸出试验结果 T a b l e5R e s u l t so ft w o - s t a g el e a c h i n ge x p e r i m e n t 5 0 ．9 72 ．5 22 ．1 62 4 ．4 35 ．3 50 ．1 7 12 1 ．0 36 ．4 77 8 ．6 58 8 ．0 46 5 ．2 23 ．4 1 2 3 0 5 1 ．0 12 ．6 11 ．6 81 9 ．9 14 ．4 40 1 6 72 0 ．6 45 ．7 88 1 ．0 28 7 ．9 76 7 ．9 93 ．3 3 试验结果表明，在总酸度1 6 5g ／L 的条件下，采 用两段加压浸出工艺处理铁质矿和镁质矿时，镍总 体浸出率可达到8 8 ％以上，高于相同条件下镁质矿 加压浸出的浸出率，接近铁质矿加压浸出的镍浸出 率，吨镍酸耗约5 0t 。浸出液中铁含量较低，与铁质 矿加压浸出的铁含量相似，游离酸含量明显低于铁 质矿加压浸出的结果，镁浸出率与镁质矿加压浸出 的结果相似。 两段加压浸出工艺在保证铁质矿加压浸出的镍 浸出率高的情况下，提高了镁质矿的镍浸出率，浸出 液的铁和游离酸含量较低，是元江红土镍矿经济、有 效利用的一种较合理的方案。 4结论 1 铁质矿加压浸出时，镍浸出率可达9 0 ％以 上，吨镍酸耗可降低至4 5t 以下，镁质矿的镍浸出 率可达到8 0 ％，吨镍酸耗为7 0t 左右。 2 两段加压浸出工艺结合了铁质矿和镁质矿加 压浸出的优势，镍总体浸出率可达到8 8 ％以上，吨 镍酸耗约5 0t ，浸出液的铁和游离酸含量较低，是元 江红土镍矿经济、有效利用的一种较合理的方案。 参考文献 [ 1 ] 杨显万，邱定蕃．湿法冶金[ M ] ．北京，冶金工业出版 社，1 9 9 8 2 4 9 2 5 5 ． [ 2 ] 兰兴华．镍的高压湿法冶金[ J ] ．世界有色金属，2 0 0 2 1 2 5 - 2 6 ． [ 3 ] 李建华，程威，肖志海．红土镍矿处理工艺综述[ J ] ．湿 法冶金，2 0 0 4 ，2 3 4 1 9 1 1 9 4 ． [ 4 ] 陈家镛，谭学余．湿法治金的研究与发展[ M ] ．北京冶 金工业出版社，1 9 9 8 1 3 4 1 4 7 ． 万方数据