一種通過(guò)聯(lián)合浸出工藝從褐鐵礦中回收鎳、鈷、鐵和硅的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及褐鐵礦的濕法冶金工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過(guò)聯(lián)合浸出工藝從 褐鐵礦中回收鎳、鈷、鐵和硅的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅土礦是由含鎳橄欖巖在熱帶或亞熱帶地區(qū)經(jīng)過(guò)大規(guī)模長(zhǎng)期風(fēng)化淋濾變質(zhì)而成 的氧化鎳礦，由于存在地理位置、氣候條件以及風(fēng)化程度的差異，世界各地的紅土礦類型不 完全相同。風(fēng)化過(guò)程一般產(chǎn)生層狀沉積，其中在表面附近存在著完全的或最徹底的風(fēng)化產(chǎn) 物，隨著深度增加漸變?yōu)槌潭容^輕的風(fēng)化產(chǎn)物，并最后在某個(gè)更深的深度處終止為未風(fēng)化 的巖石。高度風(fēng)化層通常將其含有的大部分鎳細(xì)微分布在細(xì)碎的針鐵礦顆粒中。該層通常 稱為褐鐵礦，它一般含有高比例的鐵和低比例的硅和鎂。風(fēng)化較輕的層所含的鎳一般更多 地包含于各種硅酸鎂礦物中，例如蛇紋石。不完全風(fēng)化帶中可能有很多其他含有鎳的硅酸 鹽礦物。部分風(fēng)化的高含鎂帶通常稱為腐泥土或硅鎂鎳礦。它一般含有低比例的鐵和高比 例的硅和鎂。在一些礦床中還有另一種通常處于褐鐵礦和腐泥土之間的主要含有綠脫石 粘土的帶，稱為過(guò)渡礦。"低品位紅土礦"是指沒(méi)有腐泥土礦的紅土礦，也就是由褐鐵礦和 過(guò)渡礦組成的紅土礦。通常情況下，褐鐵礦為紅土鎳礦的主要組成部分，占紅土礦總量的 65%-75% ;腐泥土占15%-25% ;過(guò)渡礦占10%。從紅土鎳礦中回收鎳、鈷的困難之處在于，在進(jìn) 行化學(xué)處理分離金屬有用成分(如鎳和鈷）之前通常不能通過(guò)物理方式充分富集鎳的有用 成分，即無(wú)法用選礦的技術(shù)進(jìn)行富集，這使得紅土鎳礦的處理成本很高。并且由于褐鐵礦和 腐泥土礦中不同的礦物和化學(xué)組成，這些礦石通常不適于使用同一處理技術(shù)進(jìn)行處理。幾 十年來(lái)一直在尋找降低處理紅土鎳礦的成本的方法。
[0003] 目前紅土鎳礦的處理工藝通?？煞譃榛鸱üに嚭蜐穹üに噧纱箢??；鸱ㄒ苯鸸?藝適合處理腐泥土礦。該工藝通常只能生產(chǎn)鎳鐵，不能回收鈷，其應(yīng)用受到限制。濕法冶 金工藝適合處理褐鐵礦。濕法冶金技術(shù)包括高壓酸浸和還原焙燒_氨浸以及近年來(lái)出現(xiàn) 的如常壓酸浸、堆浸工藝等。堆浸技術(shù)浸出率較低，只適用于處理高鎂含量的紅土礦；還原 焙燒-氨浸工藝由于能耗較高，工藝流程長(zhǎng)而較少被采用；常壓酸浸技術(shù)操作簡(jiǎn)單，不需使 用昂貴的高壓釜，但要使礦物完全溶解則所需酸耗量較大，且浸出液中含有各種金屬離子， 使后續(xù)浸化分離工序變得復(fù)雜。高壓酸浸（HPAL)工藝使用硫酸在高溫（250°C)和高壓 (50MPa)下浸出紅土鎳礦。在高溫、高壓條件下，礦石中的金屬礦物幾乎完全溶解。溶解的 鐵在所采用的高溫下迅速水解為赤鐵礦（Fe 2O3 )沉淀，鎳、鈷等留在溶液中，在冷卻之后含 鐵和硅的浸出殘?jiān)ㄟ^(guò)在一系列洗滌濃縮，即所謂的逆流傾析洗滌（CCD)回路中濃縮而從 含鎳、鈷的溶液中分離。因此達(dá)到了浸出工藝的主要目的一將鎳與鐵分離。
[0004] 高壓酸浸出（HPAL)工藝的優(yōu)點(diǎn)是：鎳、鈷浸出率高；反應(yīng)速度快、反應(yīng)時(shí)間短；鐵 在酸浸過(guò)程中理論上不消耗硫酸且水解產(chǎn)物為赤鐵礦（Fe 2O3 )沉淀。但高壓酸浸出（HPAL) 工藝的缺點(diǎn)也很突出：首先是它需要復(fù)雜的高溫、高壓的高壓釜以及相關(guān)的設(shè)備，其安裝與 維護(hù)都很昂貴；二是高壓酸浸（HPAL)工藝消耗的硫酸比按化學(xué)計(jì)量溶解礦石中的非鐵金 屬成分所需的硫酸更多。因?yàn)樵诟邏核峤l件下多數(shù)由硫酸提供的硫酸根離子連接形成硫 酸氫根離子（HSCV)。也就是說(shuō)硫酸在高壓酸浸條件下只離解釋放出一個(gè)質(zhì)子（H+)。在浸出 液冷卻及中和時(shí)，硫酸氫根離子分解成硫酸根（SO 42O和另一個(gè)質(zhì)子。因此后一個(gè)質(zhì)子（酸） 沒(méi)有充分用于浸出，并導(dǎo)致過(guò)量的硫酸在后續(xù)處理是必須要進(jìn)行中和而消耗中和劑；三是 HPAL工藝只限于處理主要為褐鐵礦類的原料，因?yàn)楦嗤恋拇嬖跁?huì)導(dǎo)致硫酸消耗量的大量 增加。這是由于腐泥土中鎂的鎂含量較高所引起的；四是HPAL工藝在運(yùn)行過(guò)程中高壓釜容 易結(jié)垢，需定期停產(chǎn)清理，開(kāi)工率低；五是浸出渣量大，而且是硅和鐵的混合渣，不能經(jīng)濟(jì)有 效的開(kāi)發(fā)利用。
[0005] 美國(guó)專利No. 4,097, 575描述了對(duì)HPAL工藝的改進(jìn)，包括在所述高壓釜中發(fā)生褐 鐵礦的高壓浸出，高壓浸出的排放物用在約820 °C以下焙燒的、與硫酸的反應(yīng)活性更強(qiáng)的 腐泥土礦焙燒砂中和過(guò)量的酸，在這一中和過(guò)程中腐泥土礦中含有的鎳大量溶解。這一工 藝的優(yōu)點(diǎn)是它更好地利用褐鐵礦加壓浸出過(guò)程中添加的硫酸，減少了用于處理高壓斧排放 液體的石灰石或其他昂貴的中和試劑的消耗，并且獲得了對(duì)紅土鎳礦體中的褐鐵礦成分 和腐泥土成分進(jìn)行處理的能力。但這一工藝仍需要使用昂貴的高壓釜用于褐鐵礦的浸出， 而且需要對(duì)腐泥土礦進(jìn)行焙燒處理，該處理工藝在資金投入和操作成本上都是很昂貴的。
[0006] 美國(guó)專利No. 6,379,636 B2描述了對(duì)美國(guó)專利No. 4,097,575中描述的工藝的 進(jìn)一步改進(jìn)，去除了腐泥土焙燒步驟，并將腐泥土原礦用于中和高壓斧排放溶液中過(guò)量的 酸。此外，可以向排放液中加入更多的酸以增加腐泥土的可浸出量。但是這種工藝仍然需 要使用昂貴的高壓斧。
[0007] 為了避免使用昂貴的高壓釜，同時(shí)開(kāi)發(fā)腐泥土和褐鐵礦的紅土礦鎳資源，人們提 出了一些改進(jìn)的常壓酸浸技術(shù)。如公開(kāi)號(hào)為CN101273146A的發(fā)明專利，提出了同時(shí)浸提褐 鐵礦和腐泥土礦或先浸提褐鐵礦后浸提腐泥土礦的兩步常壓浸提方法，此方法具有不使用 高壓釜的優(yōu)點(diǎn)，但該申請(qǐng)所述的流程中提出在對(duì)浸出溶液進(jìn)行處理以除去Fe和/或Al時(shí)， 需要加入中和劑中和浸出液中的殘酸，使大部分鐵以氫氧化鐵的形式沉積，這會(huì)造成鎳鈷 等有價(jià)元素的損失和料漿過(guò)濾困難。又如公開(kāi)號(hào)為CN101541985A的發(fā)明專利，提出了一種 常壓浸出褐鐵礦和腐泥土礦的混合物的方法，但其鐵沉淀產(chǎn)物為黃鉀鐵礬，黃鉀鐵礬中含 有硫酸根，因此會(huì)增加浸出過(guò)程的酸耗；且黃鉀鐵礬是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的化合物，堆積和 存放時(shí)會(huì)釋放出硫酸，從而造成環(huán)境污染。再如公開(kāi)號(hào)為CN101006190A的發(fā)明專利，提出 了一種用濃酸處理褐鐵礦和腐泥土礦的混合物然后水浸出鎳鈷的方法，此方法產(chǎn)生的鐵沉 積物為除黃鉀鐵礬以外的三價(jià)鐵氧化物或氫氧化物，但該申請(qǐng)的浸出時(shí)間需要12_48h，浸 出時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致工藝周期較長(zhǎng)，生產(chǎn)成本上升。
[0008] 再如公開(kāi)號(hào)為CN102206749A的發(fā)明專利，提出了一種先用硫酸浸出褐鐵礦，再用 一次浸出液浸提腐泥土礦，之后部分(或全部）二次浸出液再返回一次浸出褐鐵礦的循環(huán)常 壓浸出方法，該方法具備能同時(shí)處理褐鐵礦和腐泥土礦及鎳鈷浸出率較高的優(yōu)點(diǎn)，但工藝 流程較為復(fù)雜、硫酸消耗較高(平均值約為〇. 7g酸/I. Og礦）的缺點(diǎn)，并且所用腐泥土礦量 是褐鐵礦量的1. 5倍以上，和紅土礦的礦帶構(gòu)成相矛盾。再如公開(kāi)號(hào)為CN101001964A的發(fā) 明專利，提出了一種先用足量的硫酸在常壓（l〇〇°C -105°C)下浸出褐鐵礦，再用褐鐵礦的 常壓浸出礦漿與腐泥土礦漿在中等壓力（約〇. 5MPa、150°C )下浸出提取鎳、鈷的方法。該方 法的優(yōu)點(diǎn)是：能同時(shí)處理褐鐵礦和腐泥土礦；避免使用價(jià)格昂貴的高壓釜而在中等壓力條 件下用相對(duì)簡(jiǎn)單的加壓設(shè)備實(shí)現(xiàn)了腐泥土礦較高的鎳浸出率。但該方法存在以下缺點(diǎn)和不