氯鹽體系提取紅土礦中鎳鈷的工藝及基礎(chǔ)研究.pdf

1、為有效提取紅土礦中鎳鈷資源,避免現(xiàn)有工藝技術(shù)中所存在的問(wèn)題,本論文提出以氯化物為提取介質(zhì),分別采用常壓鹽酸浸出、氯化焙燒、氯化離析-磁選等工藝提取紅土礦中的鎳鈷,并研究了礦相重構(gòu)對(duì)紅土礦中鎳、鈷等元素提取行為的影響機(jī)理。
　　 在熱力學(xué)理論分析的基礎(chǔ)上,對(duì)常壓鹽酸浸出紅土礦中鎳、鈷等有價(jià)金屬進(jìn)行工藝研究。結(jié)果表明,礦料粒度為-0.15 mm,初始酸濃度8 mol/L,浸出溫度353 K,固液比S/L=1:4,攪拌速度300 r/

2、min,反應(yīng)時(shí)間2 h,鎳、鈷、錳、鐵、鎂的浸出率分別達(dá)到93.94％、60.5％、94％、56％、94％。由于在紅土礦礦相中,幾乎所有的鎳和大部分的鈷存在鐵礦物的礦相中,因此鐵的浸出與鎳的浸出具有很好的相關(guān)性；而鈷由于有相當(dāng)一部分存在于硅酸鹽中,因此,鈷的浸出率較低并且與鐵浸出的相關(guān)性較差。動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明鎳、鈷、錳浸出過(guò)程動(dòng)力學(xué)符合未反應(yīng)收縮核模型,屬于固膜擴(kuò)散控制,鎳、鈷、錳浸出活化能分別為11.56 kJ/mol、11.2

3、6 kJ/mol、10.77 kJ/mol。礦石中各主要礦相溶解的優(yōu)先順序?yàn)?針鐵礦礦相＞利蛇紋石礦相＞磁鐵礦礦相≥赤鐵礦礦相。
　　 根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算,氯化焙燒可以選擇性的提取紅土礦中的鎳、鈷,并實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬與雜質(zhì)金屬的分離。實(shí)驗(yàn)表明,低溫通入氯化氫氣體進(jìn)行氯化焙燒可以有效提取鎳鈷并抑制鐵的浸出,其最佳工藝為:礦物粒度為-0.074 mm,焙燒溫度300℃,氯化氫氣體流速不小于80 mL·min-1,焙燒時(shí)間不少于30 min,

4、鎳浸出率可達(dá)80.6％,鉆浸出率為60％,鎳鐵比相對(duì)原礦提高了約15倍,鎳鎂比相對(duì)原礦提高了約8倍。中溫氯鹽焙燒實(shí)驗(yàn)表明,加入固體氯化劑進(jìn)行焙燒同樣可以有效提取鎳鈷,并抑制雜質(zhì)鐵的浸出,其最佳工藝條件為:礦物粒度為-0.074 mm,以氯化鈉和六水氯化鎂復(fù)配鹽作為氯化劑(質(zhì)量比0.4),其加入量為礦料的18％,焙燒溫度900℃,焙燒時(shí)間1.5 h,鎳浸出率可達(dá)85％,鈷浸出率為60％,鎳鐵比相對(duì)原礦提高了約20倍,鎳鎂比相對(duì)原礦提高了約

5、15倍。動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鎳、鈷的氯化反應(yīng)屬于未反應(yīng)收縮核模型,鎳和鈷的氯化反應(yīng)表觀活化能分別為16.469 kJ/mol和32.792 kJ/mol。氯化機(jī)理研究結(jié)果表明以氯化鈉和六水氯化鎂復(fù)配鹽作為氯化劑(質(zhì)量比0.4)氯化效果最好是由于復(fù)配鹽具有更低的共熔點(diǎn)溫度,可以使氯化劑在較低溫度熔化滲入礦料內(nèi)部,并且能夠在較寬溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生氯化氫氣體,避免了集中釋放而無(wú)法有效氯化有價(jià)金屬。
　　 氯化離析實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,選擇合適氯化劑

6、、控制還原劑用量及反應(yīng)溫度,主要發(fā)生鎳的離析反應(yīng)。通過(guò)磁場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在濕式磁選中,先用強(qiáng)磁場(chǎng)再用弱磁場(chǎng)對(duì)離析后的碚砂磁選,可以得到品位符合要求的鎳鈷富集物。氯化離析.磁選工藝相關(guān)條件實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以-0.074 mm礦料為原料,以NaCl+MgCl2·6H2O(質(zhì)量比0.4)為氯化劑,用量為6％,以粒度為-0.2 mm煙煤作為還原劑,用量為2％,離析溫度1000℃,離析時(shí)間90 min,磁場(chǎng)強(qiáng)度(先用強(qiáng)磁場(chǎng)為3000 Gs,再用弱磁

7、場(chǎng)1000 Gs)進(jìn)行氯化離析-磁選實(shí)驗(yàn),得到磁選鎳精礦。其工藝指標(biāo)為鎳品位5.79％,鎳回收率87.69％,鈷品位0.187％,鈷回收率69.02％。
　　 對(duì)紅土礦在不同溫度下進(jìn)行活化焙燒使其發(fā)生礦相重構(gòu),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)礦相中原有的自由水和鍵合水被分解掉,以及部分礦相的晶型如FeO(OH)在300℃和Mg3[Si2O5(OH)4]在610℃發(fā)生脫水反應(yīng),導(dǎo)致礦物原有結(jié)構(gòu)的崩塌,比表面積和孔隙增加。當(dāng)預(yù)焙燒溫度提高到700℃、800

8、℃時(shí),小顆粒重新團(tuán)聚成大顆粒,導(dǎo)致比表面積減小,并且發(fā)生無(wú)定型硅酸鎂礦相重構(gòu)結(jié)晶形成鎂橄欖石(Mg2SiO4)和頑輝石(MgSiO3)。對(duì)比不同溫度下預(yù)焙燒料和原礦在常壓鹽酸浸出、氯化焙燒以及氯化離析-磁選實(shí)驗(yàn)中鎳、鈷等浸出率的不同,發(fā)現(xiàn)在300℃ FeO(OH)的脫水反應(yīng)使原來(lái)存在于鐵礦相中的鎳鈷更多的暴露于反應(yīng)界面,提高鎳、鈷在常壓鹽酸浸出中浸出率的同時(shí)抑制鐵的浸出,而在610℃發(fā)生的Mg3[Si2O5(OH)4]脫水反應(yīng)使整個(gè)礦物

9、達(dá)到最大的比表面積,該溫度下預(yù)焙燒料有利于增加低溫通入氯化氫氣體焙燒實(shí)驗(yàn)中氣固反應(yīng)界面,提高了鎳鈷浸出率。而中溫氯鹽焙燒以及氯化離析-磁選實(shí)驗(yàn)中氯化劑產(chǎn)生氯化作用的時(shí)間較長(zhǎng),導(dǎo)致礦相在未氯化前即開(kāi)始轉(zhuǎn)變,因此在300℃和610℃下預(yù)焙燒未對(duì)鎳鈷的提取產(chǎn)生顯著的積極作用。由于在700℃和800℃預(yù)焙燒會(huì)導(dǎo)致無(wú)定型硅酸鎂重新結(jié)晶,在形成鎂橄欖石過(guò)程中鎳、鉆會(huì)變得不穩(wěn)定而進(jìn)入到硅酸鎂鹽形成(Mg,Ni)3S1O2并且重結(jié)晶形成橄欖石型,不利于

10、其被提取,因此,在此兩個(gè)溫度下預(yù)焙燒不利于常壓鹽酸浸出、氯化焙燒和氯化離析-磁選等過(guò)程鎳鈷的提取。
　　 本研究提出了以氯化物為提取介質(zhì),分別采用常壓鹽酸浸出、氯化焙燒和氯化離析-磁選等工藝提取紅土礦中鎳鈷等有價(jià)金屬,形成三套適應(yīng)于不同目的需求的鎳鈷提取技術(shù)原型。并且氯化焙燒、氯化離析-磁選工藝可以選擇性的提取鎳鈷并抑制鐵、鎂的提取,顯著降低了藥劑的使用量和后續(xù)凈化過(guò)程的處理量。這對(duì)儲(chǔ)量豐富的紅土鎳礦資源的開(kāi)發(fā)利用具有重要意義。