从红土镍矿中提取镍的技术研究现状及展望

本文由xve6bdmtjy贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 四川有色金属 ? 年月 文章编号：（） 从红土镍矿中提取镍的技术研究现状及展望 周晓文，张建春一，罗仙平， （江西理工大学，江西赣州；四川省有色冶金研究院，四川成都； 钨资源高效开发与应用技术教育部工程研究中心，江西赣州） 摘要：随着世界上硫化镍矿资源日趋枯竭。开发利用红土镍矿是未来镍业发展的方向。本 文介绍的红土镍矿处理工艺有火法工艺和湿法工艺，其中火法工艺和湿法工艺中的氨浸 法、高压酸漫法存在明显缺点，而常压酸浸法有工艺简单、能耗低、操作易于控制、投资少 等优点，将会有很好的发展前景。 关键词：镍；红土镍矿；氨浸法；高压酸浸法；常压酸浸法；微生物浸出 中图分类号： 文献标识码： ， ， ， （ ， ， ， ， ， ， ： ，） ， ， ， ， ， 。 ：； ； ； ； ； 概述 镍是一种银白色金属，具有良好的机械强度、 不锈钢和各种合金，已成为发展现代航天航空工 业、军事工业、医疗器械工业和发展人类现代文明 不可或缺的金属。 地球上的镍资源比较丰富，据美国地质调查 延展性和很高的化学稳定性，广泛应用于生产 收稿日期：一 基金项目：江西省青年科学家（井冈之星）培养对象计划资助项目 作者简介：周晓文（一），男，山东人，江西理工大学资源与环境工程学院矿物加工工程硕士研究生 万方数据 第期 周晓文等：从红土镍矿中提取镍的技术研究现状及展望 局矿物商品概要）报道，世界已查明的镍金 属储量约为万【 。我国属世界上镍资源 任务。 较丰富的国家之一，占总储量的左右，位居世 界第四， 红土矿资源分布及特点 红土镍矿是由含镍的矿石经风化、浸淋、蚀 镍在地壳中的平均含量为，但可开采 的矿床并不多，目前主要有硫化镍矿床和红土型 镍矿床两类，在现有储量中，红土矿占，硫化 矿占，但目前约的镍产品来自于硫化 矿。但是世界上可供开采的硫化镍矿资源越 来越少，随着世界经济的高速发展，镍需求增加。 价格上扬，开发利用红土镍矿已成为十分迫切的 表 变、富集而成的，是由铁、铝、硅等等含水氧化物组 成的疏松粘土状矿石。由于铁的氧化矿石呈红 色，所以被称为红土矿。现已探明的红土镍矿资 源多分布在南北回归线一带，如澳大利亚、巴布亚 新几内亚、新喀里多尼亚、印度尼西亚、菲律宾和 古巴等地，如表所示【】。 世界红土镍矿主要分布状况 红土镍矿床一般分为三层，上层是褐铁矿层。 这层铁、钴含量高，硅、镁、镍含量较低；下层是硅 镁镍矿，这层硅、镁含量较高，铁、钴含量较低，但 镍的含量较高；中间是过渡层，各主要金属含量介 于上层和下层之间。 镍铁工艺和镍锍工艺。 镍铁工艺 首先将矿石破碎至，送人干燥窑 干燥到矿石既不黏结又不太粉化，再送锻烧回转 窑，在温度下干操、预热和煅烧，得到焙砂， 然后将焙砂加入电炉，并加入的挥发 性煤，经过的还原熔炼。产出粗镍铁合金。 在电炉还原熔炼的过程中几乎所有的镍和钻的氧 化物都被还原成金属，而铁的还原则通过焦炭的 加入量加以调整，最后将粗镍铁合金经过吹炼产 出成品镍铁合金。采用该法生产镍铁合金的 工厂主要有法国镍公司的新喀里多尼亚多尼安博 冶炼厂、哥伦比亚塞罗马托莎厂、日本住友公司的 八户冶炼厂】。产出的产品中镍质量分数为 ，镍回收率一，钴不能回 收】。 从目前实际的生产情况看，镍生产大多采用 工艺简单、易于控制的电炉熔炼生产镍铁合金，但 电炉熔炼能耗高，污染严重，这对节能减排是十分 不利的。 镍锍工艺 国内外红土镍矿处理工艺 目前，根据红土镍矿床不同的分层，处理工艺 有所不同，但不外乎火法和湿法两种处理工艺。 火法处理工艺 火法处理工艺的原则流程如图所示。 红土矿 镍铁或镍硫 镍锍生产工艺是在镍铁工艺的基础上，在电 图 火法处理工艺原则流程 炉熔炼过程中加入硫化剂，产出低镍锍，然后再通 过转炉吹炼生产高镍锍。镍锍的成分可以通过还 火法处理工艺根据最终产品的不同，又分为 万方数据 。 周晓文等：从红土镍矿中提取镍的技术研究现状及展望 第期 原剂焦粉和硫化剂的加入量加以调整。 还原硫化熔炼的硫化剂可供选择的有黄铁矿 （）、石膏（?）、硫磺和含硫的镍原 料。选择的原则是：来源方便、充足，价格合理。 目前国际大公司多采用硫磺做硫化剂。生产高镍 锍的主要工厂有法国镍公司的新喀里多尼亚多尼 安博冶炼厂、印度尼西亚的苏拉威西?梭罗阿科冶 炼厂。高镍锍产品一般镍质量分数为，硫 质量分数为。全流程镍回收率约。 火法工艺处理红土镍矿，最大的缺点是能源 消耗高，采用电炉熔炼仅电耗就约占操作成本的 ，再加上氧化镍矿熔炼前的干燥、焙烧预处理 工艺的燃料消耗，操作成本中的能耗成本可能要 占以上。另外，火法处理工艺对处理的红土 矿镍品位有一定要求，矿石含镍每降低，生产 成本大约提高一。 湿法处理工艺 湿法处理红土镍矿主要的工艺是浸出，目前 主要有氨浸法、高压酸浸法 、常压酸浸 法、微生物浸出】等工艺流程。 氨浸法 还原焙烧一氨浸工艺（）是由教 授发明的，因此又称流程【”】，基本流程如 图所示。 红土矿 铁、蒸氨，产出碱式硫酸镍，碱式硫酸镍再经煅烧 转化成氧化镍，也可以经还原生产镍粉。还原焙 烧的目的是使硅酸镍和氧化镍最大限度地被还原 成金属，同时控制还原条件，使大部分还原成 ，只有少部分被还原成金属。氨浸是将 焙烧矿用及将金属镍和钻转为镍氨及 钻氨络合物进人溶液【】。 氨浸法是最早的湿法处理工艺。目前，世界 上采用该工艺处理红土矿的仅有澳大利亚 公司的雅布鲁精炼厂和古巴的尼加罗冶炼厂。一 般生产的镍块中镍质量分数达，全流程镍的 回收率达到一。与火法冶炼流程相比， 钴可以部分回收，回收率约一【 。 氨浸法只适合处理红土镍矿床上层的红土 矿，不适合处理下层硅镁含量高的矿层，这就极大 的限制了氨浸法的发展，从上世纪年代以后就 没有新建工厂选用该工艺。 高压酸浸法 高压酸浸工艺（）的基本流程如图所 示。 红土矿 高压浸出 妻流倾析、中和 沉淀和复溶 净化和回收 熏一 甲 整：望 镍、钻 锞、钴 图高压酸浸法原则流程 高压酸浸法处理红土镍矿是从上世纪年 代发展起来的，一般流程为：在、 的高温高压条件下，用稀硫酸将镍、钻等与 铁、铝矿物一起溶解，在随后的反应中，控制一定 的值等条件，使铁、铝和硅等杂质元素水解进 入渣中，镍、钻选择性进入溶液。浸出液用硫化氢 图还原焙烧一氨浸工艺基本流程 氨浸法是湿法处理红土镍矿工艺中最早应用 的，还原焙烧一氨浸的一般工艺是：先将红土矿干 燥，然后在温度下还原焙烧，使镍、钴 和部分铁还原成合金，然后再经过多级逆流氨浸。 由于镍和钴可与氨形成配和物，镍、钴等有价金属 进入浸出液。浸出液经硫化沉淀，沉淀母液再除 还原中和、沉淀，得到高质量的镍钻硫化物，再通 过传统的精炼工艺配套产出最终产品【。 高压酸浸法最大的优点是钴的浸出率高，可 达以上，大大高于其他流程旧。但这种工艺 万方数据 第期 周晓文等：从红土镍矿中提取镍的技术研究现状及展望 。 只适合处理含镁低的红土镍矿，因为，镁含量高会 加大酸耗量并影响工艺流程。另外，高压、高温的 操作条件也限制了高压酸浸法的应用。 常压酸浸法 常压酸浸工艺是目前红土镍矿处理工艺研究 较为热门方向，其基本流程如图所示】。 红土矿 但是浸出液分离困难，浸渣中镍含量仍较高。 微生物浸出 微生物浸出有真菌衍生有机酸浸出、异样微 生物直接浸出等工艺。 真菌衍生有机酸浸出的工艺为：先培养真菌， 在培养液值降低到时，将培养液抽滤得 到清液，再用清液浸出红土镍矿。刘学等利用 黑曲菌产生的有机酸对红土镍矿进行了浸出试 验，在矿浆浓度为、温度、转速 时，镍的浸出率达到，钴的浸出率达到 ，而铁的浸出率仅为，这大大低于 使用硫酸浸出时铁的浸出率。 】等对异样微生物从硅镁镍矿中浸出 镍进行了研究，他们用含微生物的培养基 授出液 在磨矿细度一目、温度、摇瓶速率 授渣 徊收镍、钴） 岱非放） ，对在灭菌的矿样进行了浸 出试验，镍的浸出率大于。 真菌衍生有机酸对镍、钴有良好选择浸出功 能，不仅浸出时间短而且浸出条件温和，比传统工 艺更为环保，工艺易操作。但是，浸出液中镍钴分 离、有机酸的循环利用是目前还没有解决的问题。 异样微生物浸出也存在微生物培养成本高等问 题。 图常压酸浸法原则流程 常压酸浸法处理红土镍矿的一般工艺为：对 镍红土矿先进行磨矿和分级处理，将磨细后的矿 浆与洗涤液和硫酸按一定的比例在加热的条件下 反应，将矿石中的镍浸出进入溶液，再采用碳酸钙 进行中和处理，过滤进行液固分离，得到的浸出液 用或做沉淀剂进行沉镍。 罗仙平等用硫酸在常压条件下对某含镍 蛇纹石矿进行了浸出试验研究，在磨矿细度一 占、硫酸浓度、矿浆浓度 、浸出时间小时、浸出温度的条件 下，镍的浸出率超过。浸出液经过黄铁胆矾 法除铁、硫化法除重金属、中和沉镍分离碱金属和 碱土金属后，得到含镍的（）镍精 矿，综合回收率达到。 刘瑶】采用常压浸出工艺对低含量镍红土 矿进行了试验，磨矿粒度在一（一 目）占、浸出温度和酸料比：条件 下，镍浸出率为左右。浸出液通过氢氧化镍 沉淀、碳酸镍沉淀和硫化镍沉淀等多种方法回收 镍。其中采用硫化钠沉淀，镍沉淀物中含镍量可 达以上，镍回收率可达以上。 常压浸出方法具有工艺简单、能耗低、不使用 高压釜、投资费用少、操作条件易于控制等优点， 结语与展望 （）未来几年，金属镍的消费将继续保持快速 增长，而世界上可开发利用的硫化镍矿越来越少， 开发利用红土镍矿是镍工业发展的方向。 （）火法冶炼工艺是处理红土镍矿效果比较 好的工艺，但存在能耗高、污染重等问题，这不符 合未来社会发展的方向。 （）湿法工艺中，氨浸法和高压酸浸都存在明 显缺点，它们对入选矿石有严格要求，氨浸法只适 合处理红土镍矿床上层的红土镍矿，高压酸浸法 只适合处理含镁低的红土镍矿，这对资源的综合 利用是十分不利的。 （）微生物浸出虽然更环保，但也存在浸出液 中镍、钴困难、异样微生物培养成本高、有机酸不 能循环利用等问题。 （）常压酸浸法处理红土镍矿，工艺简单、能 万方数据 ? 周晓文等：从红土镍矿中提取镍的技术研究现状及展望 第期 耗低、投资少、操作条件易于控制，若能解决好浸 出液分离问题，将会有很好的发展前景。 参考文献 【】刘岩，翟玉春，王虹镍生产工艺研究进展材料导 报，（）：， 【】朱景和世界镍红土矿开发与利用的技术分析中 国金属通报，（）： 【】朱训中国矿情第二卷北京：科学出版社 【】陶炳昆，殷先明我国镍资源形式及开发对策中国 地质经济，（）：一 【】张友平，周渝生，李肇毅等红土矿资源特点和火法冶 金工艺分析铁合金，（）：， 【】李建华，程威，肖志海红土镍矿处理工艺综述湿 法冶金，（）： 【 ， 【】李小明，唐琳，刘仕良红土镍矿处理工艺探讨铁 合金，（）： 【 ： ? ， （）： 【】尹飞，阮书锋，江陪海等低品位红土镍矿还原焙砂 氨浸试验研究矿冶，（）：， 【】肖振民世界红土型镍矿开发和高压酸浸技术应用 中国矿业，（）： 【刘瑶，丛自范，王德全对低品位镍红土矿常压浸出 的初步探讨有色金属，（）： 【刘学，温建康，阮仁满真菌衍生有机酸浸出低品位 氧化镍矿稀有金属，（）： 【周金雄氧化镍矿开发工艺现状及发展方向云南 冶金，（）： 【罗仙平，龚