劉三平 王海北 曲志平 蘇立峰

(北京礦冶研究總院， 北京 100160)

菲律賓某紅土礦兩段酸浸研究

劉三平 王海北 曲志平 蘇立峰

(北京礦冶研究總院， 北京 100160)

研究了一段高酸—二段中和兩段聯(lián)合浸出紅土礦新工藝。結(jié)果表明，該紅土礦經(jīng)人工分級(jí)后，細(xì)粒級(jí)礦石在溫度95 ℃、反應(yīng)時(shí)間6 h、初始礦漿濃度32%、酸礦比1.05的條件下，鎳、鈷一段高酸浸出率分別為97.39%、94.14%；一段浸出后礦漿與粗粒級(jí)礦石礦漿混合后在溫度95 ℃、反應(yīng)時(shí)間15 h、粗細(xì)粒級(jí)礦石質(zhì)量比1.34的條件下，鎳、鈷二段中和浸出率分別為82.04%、93.35%，浸出后液含鐵濃度小于2 g/L。

紅土礦； 兩段浸出； 中和浸出

0 前言

世界上可開(kāi)采的鎳資源有兩類，一類是硫化礦床，另一類是氧化礦床。目前世界上約70%的鎳是從硫化礦中提取的，但賦存在氧化礦床中的鎳卻占鎳儲(chǔ)量的65%。因此，隨著世界硫化鎳礦資源的逐漸減少，從氧化鎳礦中提取鎳和鈷具有更大的吸引力[1-2]。

氧化鎳礦由于鐵的氧化，礦石呈紅色，所以統(tǒng)稱為紅土礦。但實(shí)際上氧化鎳礦分為兩種類型[3]，一種是褐鐵礦型，位于礦床的上部，鐵高、鎳低，硅、鎂也較低，但鈷含量比較高；另一種為硅鎂鎳礦，位于礦床的下部，硅、鎂的含量比較高，鐵含量較低，鈷含量也較低，但Ni的含量比較高。

在紅土鎳礦處理方面，比較成熟的冶煉方法包括：回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原—電爐熔煉法(RKEF)、燒結(jié)—鼓風(fēng)爐硫化熔煉法、燒結(jié)—高爐還原熔煉法、還原焙燒—氨浸法和高壓酸浸法。此外，堆浸法、羥基法、氯化水浸法、氯化揮發(fā)法、氯化離析法等也有小規(guī)模的生產(chǎn)或試驗(yàn)研究[4-11]。

本文針對(duì)菲律賓某紅土礦礦石，對(duì)原礦進(jìn)行篩分得到Ni、Fe高M(jìn)g低的細(xì)粒級(jí)礦石以及Ni、Fe低Mg高的粗粒級(jí)礦石，將細(xì)粒級(jí)含F(xiàn)e高M(jìn)g低的礦石進(jìn)行一段高溫高酸浸出，浸出后礦漿加入粗粒級(jí)礦石，利用一段浸出殘酸以及二段浸出過(guò)程中Fe沉淀生成的酸進(jìn)行二段中和浸出，從而達(dá)到降低酸耗、降低浸出后液Fe含量和提高Ni、Co浸出率的目的。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

根據(jù)菲律賓某紅土礦的實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)中對(duì)原礦篩分(以粒徑5 mm區(qū)分)，進(jìn)行一段高酸浸出、二段中和浸出。細(xì)粒級(jí)(-5 mm)礦石(編號(hào)ONB0)性質(zhì)接近于褐鐵礦類型，作為高酸浸出段礦樣；粗粒級(jí)(+5 mm)礦石(編號(hào)ONA0)性質(zhì)接近于硅鎂鎳礦，作為中和浸出段礦樣。原礦篩分結(jié)果、各粒級(jí)主要元素分布結(jié)果如表1所示。

表1 原礦篩分及各粒級(jí)主要元素分布

實(shí)驗(yàn)中使用的礦樣主要化學(xué)成分分析見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)用礦樣化學(xué)成分分析 單位：%

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

一段酸浸時(shí)細(xì)粒級(jí)礦樣(ONB0)預(yù)先磨礦，將磨細(xì)后的礦樣制備成礦漿置于燒杯中，然后開(kāi)啟攪拌，緩慢加入一定量的濃硫酸。用恒溫加熱板控制反應(yīng)溫度，攪拌浸出一段時(shí)間后浸出后礦漿過(guò)濾，分析渣中各元素含量，計(jì)算浸出率。

二段中和浸出時(shí)，向一段浸出礦漿中加入磨細(xì)后的粗粒級(jí)礦樣(ONA0)礦漿進(jìn)行進(jìn)一步浸出。在二段浸出反應(yīng)過(guò)程中，隨礦漿pH值升高，溶液中Fe3+將水解，水解產(chǎn)生的酸將進(jìn)一步浸出粗粒級(jí)礦石，從而達(dá)到降低酸耗和提高鎳鈷浸出率的目的。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 一段高酸浸出

2.1.1 浸出時(shí)間對(duì)浸出率的影響

實(shí)驗(yàn)條件：初始礦漿濃度32%、浸出溫度95 ℃、攪拌速度360 r/min、酸礦比1.1。反應(yīng)結(jié)束后，得到的Ni、Co、Mn、Fe的浸出率及溶液殘酸如圖1所示。

圖1 浸出時(shí)間對(duì)金屬浸出率及溶液殘酸的影響

由圖1可知，鎳浸出率始終維持在95%以上，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而平緩增加。其他各金屬浸出率均隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而有所增加，其中Co浸出率增加最快。

殘留酸溶液酸度在3 h內(nèi)迅速下降。3 h后，反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，酸度變化平緩，各金屬浸出率趨于穩(wěn)定，反應(yīng)基本平衡?？紤]到浸出反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)影響，將浸出時(shí)間延長(zhǎng)為4 h，得到理想的浸出效果。

2.1.2 酸礦比對(duì)浸出率的影響

實(shí)驗(yàn)條件：初始礦漿濃度32%、浸出溫度95 ℃、攪拌速度360 r/min、浸出時(shí)間6 h、酸礦比0.9～1.15。反應(yīng)結(jié)束后，得到的Ni、Co、Mn、Fe的浸出率如圖2所示。

圖2 酸礦比對(duì)金屬浸出率的影響

由圖2所示，隨著浸出酸礦比的增加，Ni、Fe、Co、Mn的浸出率都得到了提高，當(dāng)酸礦比達(dá)到1.05時(shí)，Ni、Fe浸出率均在94%以上?？紤]到浸出酸耗

成本，將酸礦比定為1.05～1.1，可以得到理想的浸出效果。

2.1.3 浸出溫度對(duì)浸出率的影響

實(shí)驗(yàn)條件：初始礦漿濃度32%、浸出溫度85～100 ℃、攪拌速度360 r/min、酸礦比1.05，浸出時(shí)間6 h。反應(yīng)結(jié)束后，得到的Ni、Co、Mn、Fe的浸出率如表3所示。

表3 浸出溫度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表3可知，隨著反應(yīng)溫度的提高，各金屬的浸出速率及浸出率均呈上升趨勢(shì)。從實(shí)際的反應(yīng)情況看，由于浸出過(guò)程中，硫酸的加入會(huì)釋放大量熱量，導(dǎo)致反應(yīng)體系的溫度很難下降到95 ℃以下，所以綜合來(lái)看，將反應(yīng)溫度定為95～100 ℃。

2.1.4 初始礦漿濃度對(duì)浸出率的影響

實(shí)驗(yàn)條件：初始礦漿濃度26%～32%、浸出溫度95 ℃、攪拌速度360 r/min、酸礦比1.05，浸出時(shí)間6 h。反應(yīng)結(jié)束后，得到的Ni、Co、Mn、Fe的浸出率如表4所示。

從表4可以看出，各金屬浸出率隨著初始礦漿濃度的增加而有所上升。當(dāng)初始礦漿濃度高于28%時(shí)，金屬浸出率變化不明顯。

表4 初始礦漿濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果 單位：%

初始礦漿濃度的選擇需要充分考慮到礦漿制備過(guò)程的情況。濃度過(guò)低，無(wú)疑增加了水循環(huán)成本；濃度過(guò)高，將會(huì)加大后續(xù)濃密洗滌工序的難度。從實(shí)際情況看，當(dāng)初始礦漿濃度達(dá)到35%時(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程良好。因此，建議初始礦漿濃度為32%～35%。

2.1.5 SO2添加對(duì)浸出率的影響

試驗(yàn)條件：初始礦漿濃度32%、浸出溫度95 ℃、攪拌速度360 r/min、酸礦比1.05、浸出時(shí)間6 h、SO2氣體流量1 L/min。反應(yīng)結(jié)束后，得到的Ni、Co、Mn、Fe的浸出率如圖3所示。

圖3 SO2添加對(duì)金屬浸出率的影響

從圖3可以看出，隨著SO2還原氣氛加入，Co、Mn、Fe的浸出率較之前實(shí)驗(yàn)結(jié)果有明顯增加，鎳浸出率雖有增加，但幅度較小。SO2增加了Mn、Fe的浸出率，加大了后續(xù)凈化工序的處理難度。綜合考慮，不建議添加SO2。

2.2 二段中和浸出

二段中和浸出的原料為一段高酸浸出后礦漿，一段高酸浸出條件為：初始礦漿濃度32%、浸出溫度95 ℃、浸出時(shí)間6 h、攪拌速度360 r/min、酸礦比1.05，浸出后礦漿的主要成分如表5所示。

表5 一段高酸浸出渣及浸出液主要成分

2.2.1 中和礦用量對(duì)浸出率的影響

中和礦用量實(shí)驗(yàn)條件為：ONA0礦漿濃度32%、浸出溫度95 ℃、浸出時(shí)間15 h、攪拌速度380 r/min、mass(ONA0)/mass(ONB0)為0.69～1.59。反應(yīng)結(jié)束后，得到的Ni、Co、Mn、Fe的浸出率如圖4所示。

圖4 中和礦用量對(duì)金屬浸出率的影響

由圖4可知，在中和浸出過(guò)程中，鈷、錳浸出率較高，基本維持在90%以上，鎳浸出率相對(duì)較低。隨著中和礦用量的增加，鎳、鈷、錳的浸出率變化趨勢(shì)與鐵浸出率趨勢(shì)相反。

2.2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)浸出率的影響

中和反應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)條件為：ONA0礦漿濃度32%、浸出溫度95 ℃、攪拌速度380 r/min、mass(ONA0)/mass(ONB0)為1.34。反應(yīng)結(jié)束后，得到的Ni、Co、Mn、Fe的浸出率如圖5所示。

圖5 中和反應(yīng)時(shí)間對(duì)金屬浸出率的影響

由圖5可知，在中和浸出過(guò)程中，鎳、鈷、錳的浸出率變化情況不明顯，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，鐵浸出率呈明顯下降趨勢(shì)。從圖6可以看到，反應(yīng)進(jìn)行4 h后，溶液中殘酸含量較低，這也造成了鎳浸出率相對(duì)不高。隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，溶液中鐵含量下降明顯，反應(yīng)后期，溶液含鐵降至2 g/L左右，中和浸出效果理想。

圖6 中和反應(yīng)時(shí)間對(duì)溶液中鐵、酸的影響

3 結(jié)論

(1) 該紅土鎳礦經(jīng)兩段聯(lián)合浸出后，鎳、鈷一段高酸浸出率達(dá)97.39%、94.14%，二段中和浸出率達(dá)82.04%、93.35%；二段浸出后礦漿溶液含鐵小于2 g/L，實(shí)驗(yàn)效果理想。

(2) 該紅土鎳礦經(jīng)人工分級(jí)后，以自有粗粒級(jí)礦石作為中和劑，不僅降低了中和浸出的試劑消耗，還進(jìn)一步提高了礦石中鎳鈷的綜合回收率。

(3) 該兩段浸出工藝較適于處理菲律賓相關(guān)地區(qū)的紅土鎳礦，與傳統(tǒng)浸出工藝相比，進(jìn)一步降低了投資、能耗成本。

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[3] 肖振民.世界紅土型鎳礦開(kāi)發(fā)和高壓酸浸技術(shù)應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè),2002,11(1): 56-59.

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Study of Two-stage Acid Leaching Process on Nickel Laterite Ore in Philippine

LIU San-ping, WANG Hai-bei, QU Zhi-ping, SU Li-feng

The two-stage leaching process, which combined high acid leaching with neutralization leaching, has been researched to deal with laterite ore in this paper. The results showed that the respective extraction of Ni and Co from ONB0 sample (-5 mm) in the primary acid leaching stage were 97.39% and 94.14%, under the following optimum-conditions: reaction temperature 95 ℃, residence time 6 hours, initial slurry concentration 32%, t-acid/t-ore 1.05. ONA0 sample (+5 mm) slurry was added to the primary leach residue slurry as the feed of the neutralization leach, and the optimum mass (ONA0)/mass (ONB0) was 1.34. The neutralization leach test results showed that the respective extraction of Ni and Co were 82.04% and 93.35%, with the Fe concentration of the solution reducing to less than 2 g/L, under the following conditions: reaction temperature 95 ℃, residence time 15 hours.

laterite ore; two-stage acid leaching; neutralization leach

2014-05-15

劉三平(1973—)，男，湖南岳陽(yáng)人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事有色重金屬冶煉工藝研究工作。

TF815

A

1008-5122(2014)05-0017-04