红土镍矿盐酸浸出工艺及矿物溶解机理研究.pdf

红土镍矿盐酸浸出工艺及矿物溶解机理研究 ① 李金辉， 李洋洋， 张云芳， 熊道陵， 郑 顺 （江西理工大学 冶金与化学工程学院， 江西 赣州 ３４１０００） 摘 要 在热力学理论分析基础上，常压下采用盐酸浸出红土镍矿中镍、钴等有价金属，探讨了有价金属溶出机理。 结果表明初始 盐酸浓度 ８ ｍｏｌ／ Ｌ，浸出温度３６０ Ｋ，固液比１∶４，反应时间２ ｈ，镍、钴、锰浸出率分别达到９４％，６１％和９６％，此时铁、镁浸出率为５６％ 和 ９４％。 根据热力学计算和浸出机理分析可知，红土镍矿在常压盐酸浸出过程中，各主要矿相溶解先后顺序是针铁矿＞蛇纹石＞磁 铁矿＞赤铁矿。 关键词 红土镍矿； 浸出； 热力学分析； 溶解机理； 矿相分解 中图分类号 ＴＦ８１５文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１５．０４．０１９ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１５）０４－００７０－０５ Ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｌｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｌａｔｅｒｉｔｅ ａｎｄ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ Ｔｈｅｒｅｉｎ ＬＩ Ｊｉｎ⁃ｈｕｉ， ＬＩ Ｙａｎｇ⁃ｙａｎｇ， ＺＨＡＮＧ Ｙｕｎ⁃ｆａｎｇ， ＸＩＯＮＧ Ｄａｏ⁃ｌｉｎｇ， ＺＨＥＮＧ Ｓｈｕｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｇａｎｚｈｏｕ ３４１０００， Ｊｉａｎｇｘｉ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｔｈｅｏｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ， ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｘｔｒａｃｔ ｎｉｃｋｅｌ ａｎｄ ｃｏｂａｌｔ ｆｒｏｍ ｌａｔｅｒｉｔｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｖａｌｕａｂｌｅ ｍｅｔａｌｓ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ａｃｉｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ８ ｍｏｌ／ Ｌ， ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ３６０ Ｋ， ｓｏｌｉｄ／ ｌｉｑｕｉｄ ｒａｔｉｏ ａｔ １∶４， ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｏｆ ２ ｈ， ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅｓ ｏｆ Ｎｉ， Ｃｏ， Ｍｎ ａｔｔａｉｎｅｄ ９４％， ６１％ ａｎｄ ９６％， ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅｓ ｆｏｒ Ｆｅ ａｎｄ Ｍｇ ｒｅａｃｈｅｄ ５６％ ａｎｄ ９４％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎａｌｙｓｉｓ， ｔｈｅ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｒｄｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｉｎｅｒａｌｓ ａｍｉｄ ｔｈｅ ｌａｔｅｒｉｔｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｉｓ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｌｙ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ ｇｏｅｔｈｉｔｅ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｌｉｚａｒｄｉｔｅ， ｍａｇｎｅｔｉｔｅ ａｎｄ ｈｅｍａｔｉｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌａｔｅｒｉｔｅ； ｌｅａｃｈｉｎｇ； ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ； ｍｉｎｅｒａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ 近年来，随着全球经济迅猛发展，金属镍的需求量 不断增大，占全球镍资源 ７０％的红土镍矿的开发利用 越来越受到重视［１－２］。 随着耐盐酸腐蚀材料的不断创新和广泛使用，采用 盐酸浸出红土镍矿的研究受到特别关注［３－６］。 盐酸与 硫酸相比具有优越的浸出效果［７－８］，选择性更好且浸出 速率更快［９－１１］。 国外也开展了针铁矿在不同酸中浸出 溶解速率的相关研究，Ａｚｕｍａ 和 Ｋａｍｅｔａｎ 得到不同酸中 溶解速率为高氯酸＜硫酸＜盐酸［１２］。 与传统火法冶炼 相比，盐酸浸出避免了高温煅烧带来的高成本［１３］。 本文通过分析红土镍矿可能存在形式以及酸浸过 程中发生的主要反应，通过热力学计算得到各反应的 吉布斯自由能，从而确定反应的难易程度，考察不同矿 相在该工艺中的溶解先后顺序，并讨论有价金属的浸 出机理，为盐酸选择性浸出红土镍矿中有价金属提供 理论基础和新思路。 １ 实 验 １．１ 实验原料 红土镍矿原料取自云南，破碎研磨后，经不同型号 的筛子过筛所得。 矿石主要化学成分见表 １，矿石中 镍化学物相分析见表 ２，原矿 ＸＲＤ 分析见图 １。 ①收稿日期 ２０１５－０２－１３ 基金项目 基于组成可控由电池废料直接制备镍钴锰三元正极材料技术研究（２０１２２ＢＡＢ２１３０１１）；氯盐体系由废旧充电电池直接制备镍钴 锰三元电池材料技术基础研究（２０１３２ＢＡＢ２１６０２１）；氯盐体系红土镍矿冶金技术基础研究（ＧＪＪ１４４２３） 作者简介 李金辉（１９７８－）， 男，江西赣州人，副教授，博士，主要从事冶金物理化学方面的研究。 第 ３５ 卷第 ４ 期 ２０１５ 年 ０８ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３５ №４ Ａｕｇｕｓｔ ２０１５ 表 １ 矿石化学成分（质量分数） ／ ％ ＮｉＣｏＭｎＦｅＣｕＣａＭｇＡｌ ０．８７０．０６０．２５１４．４６０．０１０．００５２９．３５０．３４ 表 ２ 矿石中镍的化学物相分析结果 镍相含量／ ％分布率／ ％ 针铁矿中镍０．４６６９．１８ 褐铁矿中镍０．２５１６．９７ 硫化镍０．０２１．６４ 硅酸盐中镍０．１４１２．２１ 合计０．８７１００．００ 2θ /                 Mg3Si2OH4O5 Mg2SiO4 SiO2 FeOOH Fe2O3 20406080 图 １ 红土镍矿矿相 ＸＲＤ 图谱 由图 １ 可知，该矿石主要由石英（ＳｉＯ２）、蛇纹石 （Ｍｇ３Ｓｉ２（ＯＨ）４Ｏ５）、赤铁矿（Ｆｅ２Ｏ３）、硅酸盐（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、 针铁矿（ＦｅＯ（ＯＨ））组成。 由表 ２ 可知，有价金属镍主 要存在于矿石各主要矿相中。 １．２ 实验方法 采用常压酸浸法浸出红土镍矿，浸出实验在恒温 水浴装置中进行，采用冷凝管回流挥发的盐酸。 １．３ 红土镍矿盐酸浸出的热力学分析 红土镍矿中有价金属镍、钴和锰等主要以硅酸盐 和铁酸盐形式存在，也有少量以氧化物形式存在于不 同矿相中，浸出过程中可能发生的主要反应如下 ＮｉＦｅ２Ｏ４（ｓ）＋２Ｈ＋􀪆􀪆Ｎｉ ２＋ ＋Ｆｅ ２Ｏ３（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－７８ ６６２．０３５＋９３．９６２４Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（１） ＣｏＦｅ２Ｏ４（ｓ）＋２Ｈ＋􀪆􀪆Ｃｏ ２＋ ＋Ｆｅ ２Ｏ３（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－７４ ８０１．７３＋９５．８９４Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（２） ＭｎＦｅ２Ｏ４（ｓ）＋２Ｈ ２＋ 􀪆􀪆Ｍｎ ２＋ ＋Ｆｅ ２Ｏ３（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－１０４ ４１４．３７９＋６２．２１Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（３） ２ＮｉＯＳｉＯ２（ｓ）＋４Ｈ＋􀪆􀪆２Ｎｉ ２＋ ＋ＳｉＯ２（ｓ）＋２Ｈ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－１８３ ００８．８８５＋１７８．１９８Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（４） ２ＣｏＯＳｉＯ２（ｓ）＋４Ｈ＋􀪆􀪆２Ｃｏ ２＋ ＋ＳｉＯ２（ｓ）＋２Ｈ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－１９０ ３２９．４８５＋１９６．２５８Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（５） ＭｎＯＳｉＯ２（ｓ）＋２Ｈ＋􀪆􀪆Ｍｎ ２＋ ＋ＳｉＯ２（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－９６ ５９８．０５８＋６３．９９Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（６） ２ＭｎＯＳｉＯ２（ｓ）＋４Ｈ＋􀪆􀪆２Ｍｎ ２＋ ＋ＳｉＯ２（ｓ）＋２Ｈ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－１９３ １２５．８５９＋１０６．７３Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（７） ３ＭｇＯ２ＳｉＯ２２Ｈ２Ｏ（ｓ）＋６Ｈ＋􀪆􀪆 ３Ｍｇ ２＋ ＋２ＳｉＯ２（ｓ）＋５Ｈ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－２７９ ７２４．３＋１７６．７７Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（８） ＮｉＯ（ｓ）＋２Ｈ＋􀪆􀪆Ｎｉ ２＋ ＋Ｈ ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－９８ ８４６．６６７＋９２．２６６Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（９） ＣｏＯ（ｓ）＋２Ｈ＋􀪆􀪆Ｃｏ ２＋ ＋Ｈ ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－１０５ ４３５．０１９＋９３．７１Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（１０） ＭｎＯ（ｓ）＋２Ｈ＋􀪆􀪆Ｍｎ ２＋ ＋Ｈ ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－１２１ ２０１．８８６＋６３．０２Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（１１） ＭｎＯ２（ｓ）＋４Ｈ＋􀪆􀪆Ｍｎ ４＋ ＋２Ｈ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－２８２ ７６２．１４４－２４．１９２Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（１２） ＦｅＯ（ＯＨ）（ｓ）＋３Ｈ＋􀪆􀪆Ｆｅ ３＋ ＋２Ｈ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－１２８ ０２４．２９９＋１５７．５５Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（１３） Ｆｅ２Ｏ３（ｓ）＋６Ｈ＋􀪆􀪆２Ｆｅ ３＋ ＋３Ｈ２Ｏ（ｌ） ΔｒＧ０＝－１２６ ９７８．０９６＋４９９．２１２Ｔ （Ｊ／ ｍｏｌ）（１４） 根据反应存在形态的热力学数据，计算反应进行 的吉布斯自由能 ΔｒＧ０ Ｔ，然后以 Ｔ 为横坐标，ΔｒＧ ０ Ｔ 为纵 坐标，得到浸出体系的 ΔｒＧ０ Ｔ⁃Ｔ 图，如图 ２～４ 所示。 ,K ,A1 ,A2 ,A3 290 310 330 350 370 390 410 -30000 -40000 -50000 -60000 -70000 -80000 -90000 ΔG 0 J mol-1 T 图 ２ 反应（１） ～（３）的 ΔｒＧ０ Ｔ⁃Ｔ 关系图 ,K ,A4 ,A5 ,A6 ,A7 ,A8 290 310 330 350 370 390 410 -60000 -120000 -180000 -240000 ΔG 0 J mol-1 T 图 ３ 反应（４） ～（８）的 ΔｒＧ０ Ｔ⁃Ｔ 关系图 １７第 ４ 期李金辉等 红土镍矿盐酸浸出工艺及矿物溶解机理研究 ,K ,A9 ,A10 ,A11 ,A12 ,A13 ,A14 290 310 330 350 370 390 410 100000 0 -100000 -200000 -300000 ΔG 0 J mol-1 T 图 ４ 反应（９） ～（１４）的 ΔｒＧ０ Ｔ⁃Ｔ 关系图 由图 ２ 可知，在实验各浸出温度下，反应（１） ～ （３）的 ΔｒＧ０ Ｔ均小于 ０，且随温度提高而提高。 由计算 结果可知，镍、钴、锰铁酸盐的浸出反应进行趋势为 ＭｎＦｅ２Ｏ４＞ＣｏＦｅ２Ｏ４＞ＮｉＦｅ２Ｏ４。 由图 ３ 可知，在实验各浸出温度下，反应（４） ～ （８）的 ΔｒＧ０ Ｔ 均随着温度升高而有所提高，其中反应 （４） ～（７）的 ΔｒＧ０ Ｔ随温度升高而增加不明显，反应（８） 的 ΔｒＧ０ Ｔ随温度升高增加较大。 由分析结果可知，在相 同温度下，镍、钴、锰、镁的硅酸盐浸出反应进行趋势 为３ＭｇＯ２ＳｉＯ２２Ｈ２Ｏ＞２ＭｎＯＳｉＯ２＞２ＮｉＯＳｉＯ２＞ ２ＣｏＯＳｉＯ２＞ＭｎＯＳｉＯ２。 由图 ４ 可知，在实验各浸出温度下，反应（９） ～ （１３）的 ΔｒＧ０ Ｔ 均小于 ０，且随着温度升高 ΔｒＧ０ Ｔ 无明显 变化。 反应（１４） 的 ΔｒＧ０ Ｔ 大于 ０，且随着温度提高 ΔｒＧ０ Ｔ不断增加。 镍、钴、锰、铁氧化物浸出反应进行趋 势为ＭｎＯ２＞ＭｎＯ＞ＦｅＯ（ＯＨ）＞ＣｏＯ＞ＮｉＯ＞Ｆｅ２Ｏ３。 ２ 实验结果与讨论 红土镍矿粒度为－０．１５ ｍｍ，分别考察盐酸浓度、浸 出温度、固液比和浸出时间对金属浸出率的影响。 ２．１ 盐酸浓度对金属浸出率的影响 称取一定量矿样，控制反应固液比为 １ ∶ ４，反应时 间为 ２ ｈ，浸出温度为 ３６０ Ｋ，盐酸浓度对矿样中镍、 钴、锰、铁、镁浸出率的影响见图 ５。 Ni Co Mn Fe Mg 100 80 60 40 20 4 5 6 7 8 9 10 1*5 *;,K Ni Co Mn Fe Mg 100 80 60 40 20 320335350365 1*5 图 ６ 浸出温度对金属浸出率的影响 由图 ６ 可知，随着浸出温度升高，所有金属离子浸 出率都得到提高。 在浸出温度为 ３３０ Ｋ 时，所有金属 浸出率都较低。 当温度由 ３４０ Ｋ 增加到 ３５０ Ｋ 时，除 了铁浸出率有较大提高，其他金属离子浸出率基本保 持不变。 当温度超过 ３６０ Ｋ 时，金属离子镍和锰浸出 率达到 ９６％以上，钴浸出率达到 ６２％，但铁浸出率随 着温度增加而迅速增加。 综合考虑，确定浸出温度为 ３６０ Ｋ。 ２．３ 固液比对浸出率的影响 固定反应温度为 ３６０ Ｋ，浸出时间为 ２ ｈ，盐酸浓 度为 ８ ｍｏｌ／ Ｌ，矿浆固液比对镍、钴、锰、铁、镁浸出率的 影响见图 ７。 .A Ni Co Mn Fe Mg 100 90 80 70 60 50 40 1  51  41  3 1*5  1  6 图 ７ 矿浆固液比对金属浸出率的影响 ２７矿 冶 工 程第 ３５ 卷 由图 ７ 可以看出，随着固液比增加，金属离子浸出 率都有一定上升。 由于增加固液比的同时也增加了液 体的量，从而增加了反应酸的总量，因此在反应时间一 定时，金属离子浸出率自然会得到提升。 总的来说，固 液比对浸出效果影响不大，但液体过多给后期净化处 理带来不便，同时废液过多对环境和后期净化都会造 成影响。 固液比由 １ ∶ ３变化到 １ ∶ ４时，钴和铁浸出率 有一定的上升趋势，而镍、锰和镁浸出率基本保持不 变；固液比由 １∶４变化到 １ ∶ ６时，除了铁离子的浸出率 有一定上升外其他金属离子浸出率几乎保持不变。 为 了降低后期净化提纯成本、减少浸出液体积，确定固液 比为 １∶４。 ２．４ 浸出时间对浸出率的影响 固定矿浆固液比为 １ ∶ ４，浸出温度为 ３６０ Ｋ，盐酸 浓度为 ８ ｍｏｌ／ Ｌ，浸出时间对金属离子浸出率的影响见 图 ８。 Fe Co Ni Mg Mn 100 90 80 70 60 50 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 1*5 1*;0h 图 ８ 浸出时间对金属浸出率的影响 由图 ８ 可知，浸出时间增加，镍、钴、锰、铁、镁浸出 率都会提高。 综合考虑，浸出时间选取 ２ ｈ 为宜。 ２．５ 浸出机理研究 红土镍矿中的有价金属镍、钴和锰主要以化合物 或氧化物形式存在于不同矿相中，研究红土镍矿中不 同矿相的溶解机理对了解有价金属镍、钴和锰以及杂 质金属的浸出有重要意义。 盐酸浓度为 ８ ｍｏｌ／ Ｌ，固液比 １ ∶ ４，３６０ Ｋ 下，不同 浸出时间得到的红土镍矿浸出渣 ＸＲＤ 图见图 ９。 由 图 ９ 可知，随着浸出时间增加，在不同位置的蛇纹石矿 相（Ｍｇ３［Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４］）衍射峰逐渐减弱，甚至消失。 根据红土镍矿成分构成可知，原矿中的 Ｓｉ 含量较高， 但在原矿物相中 ＳｉＯ２的特征吸收峰只在 １８．２一个位 置。 原矿 ＸＲＤ 图谱中，在 １４ ～ ３０存在较宽的馒头 峰，说明该红土镍矿中的硅酸盐主要以无定型或结晶 度较差的形态存在，随着浸出时间增加，蛇纹石矿相不 断分解，矿相遭到破坏，而其包裹的其他矿相如石英石 （ＳｉＯ２）就被释放出来。 因此在浸出过程中，在不同位 置会出现新的 ＳｉＯ２特征衍射峰，并且其在原有位置的 特征吸收峰也变得越来越尖锐。 2θ / 1020304050607080 2 h 1 h 0.5 h B3                                                      Mg3[Si2O5OH4] Fe3O4   Mg3[Si4O10OH2] Fe2O3   SiO2 FeOOH 图 ９ 不同浸出时间红土矿浸出渣 ＸＲＤ 图 而浸出时间不同，针铁矿矿相（ＦｅＯ（ＯＨ））在不同 位置的特征吸收峰也有较大变化，随着时间增加，针铁 矿矿相在 ２１、３３．２、３６．８和 ５４．１的特征衍射峰逐渐 减弱直至消失。 根据图 ９ 中蛇纹石矿相和针铁矿矿相 的吸收特征峰对比，以及铁、镁浸出实验结果可知，在 同等浸出条件下，针铁矿矿相较蛇纹石矿相更易溶解。 随着浸出时间增加，赤铁矿矿相（Ｆｅ２Ｏ３）和磁铁矿 矿相（Ｆｅ３Ｏ４）各自的衍射峰强度都不断减弱，结合盐酸 浸出红土镍矿浸出时间的影响结果以及热力学计算结 果可知，赤铁矿矿相和磁铁矿矿相比针铁矿矿相更难 溶解。 所以，由浸出时间的矿渣 ＸＲＤ 分析可知，红土 镍矿中矿相溶解的优先次序为针铁矿（ＦｅＯ（ＯＨ））＞ 蛇纹石（Ｍｇ３Ｓｉ２（ＯＨ）４Ｏ５）＞磁铁矿（Ｆｅ３Ｏ４）≈赤铁矿 （Ｆｅ２Ｏ３）。 盐酸浓度为 ８ ｍｏｌ／ Ｌ，固液比 １ ∶ ４，浸出时间 ２ ｈ， 不同浸出温度得到的红土镍矿浸出渣 ＸＲＤ 图如图 １０ 所示。 由图 １０ 可知，当浸出温度增加到 ３５０ Ｋ 和 ３６０ Ｋ 时，蛇纹石矿相在其特定位置的特征吸收峰都减弱，甚 至消失，而针铁矿矿相的特征衍射峰随着浸出温度升 高同样呈减弱趋势，甚至消失。 结合盐酸浸出红土镍 矿反应温度条件实验结果可知，针铁矿矿相溶解程度 比蛇纹石溶解程度更大，从而可以得出浸出温度对针 铁矿矿相的影响更大。 当浸出温度增加至 ３７０ Ｋ 时， 矿相峰值较少，针铁矿矿相和蛇纹石矿相特征吸收峰 都消失，说明在此温度时，其矿相完全被破坏，而蛇纹 石矿相也逐渐被分解，形成 ＳｉＯ２矿相，所以在 ２０．１的 特征峰越加尖锐，说明生成了 ＳｉＯ２。 磁铁矿矿相和赤铁矿矿相受温度的影响较大，当 浸出温度为 ３７０ Ｋ 时，磁铁矿矿相特征峰基本消失，而 ３７第 ４ 期李金辉等 红土镍矿盐酸浸出工艺及矿物溶解机理研究 赤铁矿矿相尽管在特定位置的特征峰消失了，但在 ３５．８和 ３３．６仍然存在特征衍射峰，说明浸出温度对 磁铁矿矿相影响比对赤铁矿矿相更显著。 根据盐酸浸 出红土镍矿的实验结果可知，温度升高，铁浸出率显著 增加。 所以，浸出温度对矿相溶解影响的优先顺序是 针铁矿（ＦｅＯ（ＯＨ））＞蛇纹石（Ｍｇ３Ｓｉ２（ＯＨ）４Ｏ５）＞磁铁 矿（Ｆｅ３Ｏ４）＞赤铁矿（Ｆｅ２Ｏ３）。 2θ / 1020304050607080 370 K 360 K 350 K B3                                                  Mg3[Si2O5OH4] Fe3O4   Mg3[Si4O10OH2] Fe2O3   SiO2 FeOOH 图 １０ 不同浸出温度红土矿浸出渣 ＸＲＤ 图 固液比 １∶４，浸出温度 ３６０ Ｋ，浸出时间 ２ ｈ，不同 浓度的盐酸浸出红土镍矿得到的浸出渣 ＸＲＤ 图见 图 １１。 由图 １１ 可以看出，初始盐酸浓度对红土镍矿 中的不同矿相影响与浸出时间对矿相的影响相似，随 着盐酸浓度增加，蛇纹石矿相逐渐消失，形成 ＳｉＯ２，结 合不同浓度的盐酸浸出红土镍矿的实验结果，可得出 盐酸对红土镍矿矿相的溶解次序为针铁矿（ＦｅＯ （ＯＨ））＞蛇纹石（Ｍｇ３Ｓｉ２（ＯＨ）４Ｏ５）＞磁铁矿（Ｆｅ３Ｏ４）≈ 赤铁矿（Ｆｅ２Ｏ３）。 2θ / 1020304050607080 10 mol / L 8 mol / L 6 mol / L B3                                                   Mg3[Si2O5OH4] Fe3O4   Mg3[Si4O10OH2] Fe2O3   SiO2 FeOOH    图 １１ 不同盐酸浓度红土矿浸出渣 ＸＲＤ 图 综上所述，常压条件下，盐酸浸出红土镍矿过程 中，各个矿相的溶解顺序为针铁矿（ＦｅＯ（ＯＨ））＞蛇纹 石 （ Ｍｇ３Ｓｉ２（ ＯＨ）４Ｏ５） ＞ 磁 铁 矿 （ Ｆｅ３Ｏ４） ＞ 赤 铁 矿 （Ｆｅ２Ｏ３）。 ３ 结 论 １） 研究了红土镍矿的矿物组成，得出该矿石的主 要矿相由石英（ＳｉＯ２）、蛇纹石（Ｍｇ３Ｓｉ２（ＯＨ）４Ｏ５）、硅酸 盐（Ｍｇ３ＳｉＯ４）、针铁矿（ＦｅＯ（ＯＨ））、赤铁矿（Ｆｅ２Ｏ３）组 成。 有价金属镍钴锰主要以硅酸盐和铁酸盐形式存在 于不同矿相中。 ２） 由热力学计算结果可知，在常压条件下，矿物 的各个矿相均能与盐酸发生反应。 得到了温度与平衡 常数的关系，给盐酸浸出红土镍矿中有价金属提供了 理论基础。 ３） 浸出实验结果和浸出渣 ＸＲＤ 分析结果表明，常 压条件下盐酸浸出红土镍矿过程中，各个矿相溶解的先 后顺序为针铁矿（ＦｅＯ（ＯＨ））＞蛇纹石（Ｍｇ３Ｓｉ２（ＯＨ）４Ｏ５）＞ 磁铁矿（Ｆｅ３Ｏ４）＞赤铁矿（Ｆｅ２Ｏ３）。 参考文献 ［１］ 李新海，张琏鑫，胡启阳，等． 相转变过程对红土镍矿氯化离析的 影响［Ｊ］． 中国有色金属学报，２０１１（７）１７２８－１７３３． ［２］ 郭学益，吴 展，李 栋，等． 红土镍矿常压盐酸浸出工艺及其动 力学研究［Ｊ］． 矿冶工程，２０１１，３１（４）６９－７２． ［３］ 高东坡，刘彦姬． 加压浸出过程检测与控制［Ｊ］． 有色冶金设计与 研究，２０１３（３）５４－５６． ［４］ 伍耀明． 硫酸常压强化浸出红土镍矿新工艺研究［Ｊ］． 有色金属 （冶炼部分），２０１４（１）１９－２３． ［５］ 尹 飞，阮书锋，江培海，等． 低品位红土镍矿还原焙砂氨浸试验 研究［Ｊ］． 矿冶，２００７（３）２９－３２． ［６］ Ｄａｎｉｅｌ Ｕｌｉａｎａ Ｍ， Ｍａｎｕｅｌａ Ｍ， Ｌｅ Ｔａｓｓｉｎａｒｉ， ｅｔ ａｌ． Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｍｉｎｅｒａｌｏｇｙ ｏｆ Ｌａｔｅｒｉｔｉｃ Ｎｉｃｋｅｌ Ｏｒｅ［Ｊ］． 矿物学报，２０１３（Ｓ１）１７． ［７］ Ａｒｃｈａｎａ Ａｇｒａｗａｌ， Ｓａｒｉｔａ Ｋｕｍａｒｉ， Ｄ Ｂａｇｃｈｉ． Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ｎｉｃｋｅｌ ｐｏｗ⁃ ｄｅｒ ｆｒｏｍ ｃｏｐｐｅｒ ｂｌｅｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｏｆ ａｎ Ｉｎｄｉａｎ ｃｏｐｐｅｒ ｓｍｅｌｔｅｒ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ［Ｊ］． Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２０９５－９７． ［８］ Ｗｅｎ⁃ｎｉｎｇ ＭＵ． Ｄｅｓｉｌｉｃｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ｎｉｃｋｅｌｉｆｅｒｏｕｓ ｌａｔｅｒｉｔｅ ｏｒｅｓ ｉｎ ｍｏｌｔｅｎ ｓｏｄｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］． Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔ⁃ ａｌｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ，２０１０（２）３３０－３３５． ［９］ Ｓｉｍａｔｅ Ｇ Ｓ， Ｎｄｌｏｖｕ Ｓ， Ｍａｒｉｅｋｉｅ Ｇ． Ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｎｉｃｋｅｌ ｌａｔｅｒ⁃ ｉｔｅｓ ｕｓｉｎｇ ｃｈｅｍｏｌｉｔｈｏｔｒｏｐｉｃ ｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓＰｒｏｃｅｓｓ ｏｐｔｉｍｉｓａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｃｅｎｔｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｒｏｔａｔａｂｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ［Ｊ］． Ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２００９，９８２４１－２４６． ［１０］ Ｚｈｕ Ｄ Ｑ， Ｃｕｉ Ｙ， Ｖｉｎｉｎｇ Ｋ，ｅｔ ａｌ． Ｕｐｇｒａｄｉｎｇ ｌｏｗ ｎｉｃｋｅｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｌａｔ⁃ ｅｒｉｔｅ ｏｒｅｓ ｕｓｉｎｇ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ［Ｊ］． Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１２，１０６－１０９１－７． ［１１］ Ｂｕｙｕｋａｋｉｎｃｉ Ｅ， Ｔｏｐｋａｙａ Ｙ Ａ． Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｃｋｅｌ ｆｒｏｍ ｌａｔｅｒｉｔｅ ｏｒｅｓ ａｔ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗｉｔｈ ａｇｉｔａｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２００９， ９７３３－３８． ［１２］ ＭｃＤｏｎａｌｄ Ｒ Ｇ， Ｗｈｉｔｔｉｎｇｔｏｎ Ｂ Ｉ． Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ ｎｉｃｋｅｌ ｌａｔｅｒｉｔｅｓ ｒｅｖｉｅｗ． Ｐａｒｔ ＩＩ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ ａｎｄ ｂｉｏ⁃ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ［Ｊ］． Ｈｙｄｒｏ⁃ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２００８， ９１（１－４）５６－６９． ［１３］ 熊雪良，杨 智，张丽芬，等． 镁质红土镍矿生产镍铁的工艺研究 ［Ｊ］． 矿冶工程，２０１３，３３（ｚ１）９８－１０１． ４７矿 冶 工 程第 ３５ 卷