一种酸溶性金属化镍锍制备方法技术

本发明专利技术公开了一种酸溶性金属化镍锍制备方法，包括硫酸熟化阶段、高温还原焙烧阶段以及还原焙烧料的磁选步骤的设计，本发明专利技术在褐铁型红土镍矿的常压硫酸浸出过程中，为了提高浸出率和控制溶液中的铁离子为二价，需要采用还原浸出。采用镍铁合金做还原剂，合金中含有的单质镍和铁可将褐铁矿型红土镍矿常压浸出液中的Fe

【技术实现步骤摘要】
一种酸溶性金属化镍锍制备方法


[0001]本专利技术涉及红土镍矿的火法冶金工艺，具体而言，涉及一种红土镍矿型两段法固相还原制备酸溶性的金属化镍锍的方法。

技术介绍

[0002]镍资源通常分为氧化镍矿和硫化镍矿两大类，目前镍产量70％来源于硫化镍矿，然而硫化镍矿资源日益减少，这种供需矛盾日益突出。红土镍矿储量丰富，易于开采，是未来镍的主要来源，充分开发利用红土镍矿资源具有重要的现实意义。
[0003]镍矿石可分为两种，红土镍矿石和硅镁镍矿石。红土镍矿石主要产在矿区红土剖面的上部，主要载镍矿物是铁质氧化物，包括赤铁矿和针铁矿等。由于铁的氧化，矿石呈红色，所以被称为红土矿。硅镁镍矿石产在红土剖面的中下部，含镍硅酸盐矿物主要有镍蛇纹石、含镍绿岭石、含镍滑石、镍绿泥石等，镍元素主要呈类质同象和吸附状态存在于上述硅酸盐矿物及其它矿物中。
[0004]红土镍矿的成矿规律主要为母岩经风化作用，镍、钴等元素在上层淋滤作用下向下层富集，一般表现为表层褐铁矿化红土镍矿和中部过渡型红土镍矿以及底部基岩硅镁型红土镍矿。
[0005]褐铁型红土镍矿主要由针铁矿和赤铁矿组成,此外还有少量的绿泥石（含镍呈层状结构硅酸盐矿物）和利蛇纹石（含镍呈网斑状结构的硅酸盐矿物）。褐铁型红土镍矿具有质地疏松多孔的特点。
[0006]一般情况下，褐铁矿占红土镍矿总量的65%～75%；硅镁型矿占15%～25%；过渡矿占10%。
[0007]红土镍矿处理工艺包括火法冶金和湿法冶金两种。火法冶金是指在高温下应用冶金炉把有价金属与矿中的大量脉石分离开的各种作业，其主要包括：还原硫化熔炼镍锍工艺、回转窑—矿热炉镍铁工艺、还原焙烧—磁选工艺，这些工艺在红土镍矿冶炼中运用较多，但火法工艺能耗高尤其是要求矿石品位高，不适合处理低品位氧化镍矿。
[0008]硫化熔炼制备镍锍工艺：硫化熔炼生产镍锍的工艺是最早用来处理红土镍矿的，早在上世纪二三十年代就得到了应用。当时采用的都是鼓风炉熔炼。上世纪70年代以后建设的大型工厂均采用了电炉熔炼的技术处理红土镍矿生产镍锍。目前几个最大的年产镍量大于4万t的工厂分别在印度尼西亚和新喀里多尼亚。全世界由氧化镍矿生产镍锍的镍量在12万t左右。工艺流程如图1所示。
[0009]硫化熔炼的硫化剂有黄铁矿(FeS2)、石膏(CaS04·
2H20)、硫磺和含硫的镍原料等。采用硫化熔炼处理红土镍矿生产镍锍的工艺的优点是工艺成熟、易于操作，其产品高镍锍具有很大的灵活性，经焙烧脱硫后的氧化镍可直接还原熔炼生产用于不锈钢工业的通用镍，也可以作为常压羰基法精炼镍的原料生产镍丸和镍粉，缺点是镍回收率低，仅为70%，且能耗高、污染大。
[0010]还原熔炼制备镍铁工艺：还原熔炼生产镍铁是目前发展较快的红土镍矿火法处理
工艺。利用还原熔炼法生产镍铁合金的优点很明显：工艺成熟、设备简单易控、生产效率高，但其不足是需消耗大量冶金焦或电能，能耗大、生产成本高、熔炼过程渣量过多、熔炼温度(1600℃左右)较高、有粉尘污染等。工艺流程如图1所示。
[0011]该工艺用鼓风炉或电炉还原熔炼得到镍铁，鼓风炉熔炼生产镍铁的优点是投资小，能耗较低，适合生产规模小、电力供应困难以及氧化镍矿含镍低的地区。它的缺点是对矿石适应性差，对镁含量有较严格的要求。另外也不能处理粉矿，对入炉炉料也有严格要求。采用电炉熔炼可以达到较高的温度，炉内的气氛也比较容易控制，炉料需预先经过干燥脱水，干燥和预热一般采用回转窑。电炉熔炼生产镍铁的工艺则适合处理各种类型的氧化镍矿。生产规模则可依据原料的供应情况、矿石的贮量等决定，可大可小。对入炉炉料的粒度也没有严格的要求。粉料以及较大块料都可直接处理。但是电炉熔炼仅电耗一项就约占操作成本的50％，若加上氧化镍矿熔炼前的干燥、焙烧预处理等的能源消耗，操作成本中的能耗成本可能要占65％以上；而且，矿石含镍品位的高低对火法工艺的生产成本影响较大，矿石镍品位每降低0.1％，生产成本大约增加3～4％。
[0012]直接还原制备镍铁工艺：采用直接还原工艺(以往文献中称之为火法湿法相结合的工艺)处理红土镍矿的工厂，目前世界上只有日本冶金公司(Nippon Yakim)的大江山冶炼厂(Oyama Smelter)，如图2。主要工艺过程为原矿磨细与粉煤混合制团，团矿在回转窑中经干燥和高温还原焙烧，焙烧矿再磨细，矿浆进行重选和磁选分离得到镍铁合金产品。此产品不管含硫多高均适用于AOD炼钢过程，因为AOD法有很好的脱硫能力。该工艺被公认为是目前最为经济的处理红土镍矿的方法，其最大特点是生产成本低，能耗中的85％能源由煤提供，吨矿耗煤160～180 kg。而电炉熔炼镍铁工艺的能耗80％以上由电能提供，吨矿电耗560～600kw.h。但是该工艺存在的问题还比较多，大江山冶炼厂虽经多次改进，工艺技术仍不够稳定，经过几十年其生产规模仍停留在年产镍l万t左右，随着所用镍含量较高的硅镁镍矿原料的不断减少，大江山冶炼厂的镍铁产量也不断下降。
[0013]为此我们提出一种酸溶性金属化镍锍制备方法来解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的在于提供一种酸溶性金属化镍锍制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出现有技术中的问题。
[0015]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种酸溶性金属化镍锍制备方法，锍，是金属硫化物的互熔体；镍锍的形成反应3NiSO
4 + 10C = Ni3S
2 + 10CO(g) + SO2(g)，包括如下步骤：（一）硫酸熟化阶段：红土镍矿硫酸熟化是矿料加硫酸熟化的过程，对矿料有较好的硫酸盐化作用，其主要反应是浓硫酸与红土矿中的金属氧化物发生反应生成相应的金属硫酸盐；在熟化过程中，随着温度的升高，NiFe2O、Fe2O3、Fe3O4与浓硫酸反应的吉布斯自由能缓慢增大，说明反应的程度有所减弱，有利于镍氧化物及镍、铁的硫酸盐的选择性硫化；随温度升高，NiO与浓硫酸反应的吉布斯自由能减小，加快了镍的硫酸熟化进程，有利于将Ni的氧化物转变为硫酸盐；当熟化温度高于硫酸盐的分解温度，硫酸盐就会分解，因此在逐渐提高熟化温度
的过程中，最理想的情况是铁的硫酸盐完全分解生成Fe2O3，而Ni、Co的硫酸盐在熟化温度下不会分解，仍然以NiSO4、CoSO4的形式存在，利于后续还原焙烧过程中转变成锍的形态；（二）高温还原阶段：化学反应的自发进行程度可根据反应的标准吉布斯自由能判断，当
∆
G=0时，化学反应到平衡，当
∆
G＜0时化学反应自发正向进行，当
∆
G＞0时化学反应自发逆向进行；（1）在红土镍矿焙烧过程中炉内镍、氧化物及镍、铁的硫酸盐发生的固固还原反应，且随着温度的提高，化学反应正向进行越来越稳定；（2）在红土镍矿球团焙烧过程中炉内镍、氧化物及镍、铁的硫酸盐发生的气固还原反应；（三）还原焙烧料的磁选：还原焙烧料磨细后调成浆液，在有分散剂作用下进行湿式磁选，获得磁性产品即为金属化镍锍。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酸溶性金属化镍锍制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（一）硫酸熟化阶段：红土镍矿硫酸熟化是矿料加硫酸进行铁镍钴等元素与硫酸反应的过程，对矿料有较好的硫酸盐化作用，其主要反应是浓硫酸与红土矿中的金属氧化物发生反应生成相应的金属硫酸盐；在熟化过程中，随着温度的升高，NiFe2O、Fe2O3、Fe3O4与浓硫酸反应的吉布斯自由能缓慢增大，说明反应的程度有所减弱，有利于镍氧化物及镍、铁的硫酸盐的选择性硫化；随温度升高，NiO与浓硫酸反应的吉布斯自由能减小，加快了镍的硫酸熟化进程，有利于将Ni的氧化物转变为硫酸盐；当熟化温度高于硫酸盐的分解温度，硫酸盐就会分解，因此在逐渐提高熟化温度的过程中，最理想的情况是铁的硫酸盐完全分解生成Fe2O3，而Ni、Co的硫酸盐在熟化温度下不会分解，仍然以NiSO4、CoSO4的形式存在，利于后续还原焙烧过程中转变成锍的形态；（二）高温还原阶段：化学反应的自发进行程度可根据反应的标准吉布斯自由能判断，当
∆
G=0时，化学反应到平衡，当
∆
G＜0时化学反应自发正向进行，当
∆
G＞0时化学反应自发逆向进行；（1）在红土镍矿焙烧过程中炉内镍、氧化物及镍、铁的硫酸盐发生的固固还原反应，且随着温度的提高，化学反应正向进行越来越稳定；（2）在红土镍矿球团焙烧过程中炉内镍、氧化物及镍、铁的硫酸盐发生的气固还原反应；（三）还原焙烧料的磁选：还原焙烧料磨细后调成浆液，在有分散剂作用下进行湿式磁选，获得磁性产品即为金属化镍锍。2.根据权利要求1所述的一种酸溶性金属化镍锍制备方法，其特征在于：硫酸熟化阶段中红土矿的金属氧化物包括Fe，Ni，Co，原矿的XRD分析显示，Fe主要是以针铁矿的形式存在与浓硫酸反应生成Fe2(SO4)3，Ni与浓硫酸反应生成NiSO4，Co与硫酸反应生成CoSO4。3.根据权利要求2所述的一种酸溶性金属化镍锍制备方法，其特征在于：利用HSC6.0软件进行相关热力学计算，以下式子显示了红土镍矿硫酸熟化过程可能发生的化学反应：2FeOOH+3H2SO4=Fe2(SO4)3+4H2OFe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2ONiO+H2SO4=NiSO4+H2OFe3O4(s)+4H2SO4(l)=Fe2(SO4)3(s)+FeSO4(s)+4H2O(g)CoO+H2SO4=CoSO4+H2O。4.根据权利要求3所述的一种酸溶性金属化镍锍制备方法，其特征在于：将上述反应式相关热力学数据绘制成图，从图中可以看出：在所研究的温度范围内，随着温度的升高，吉布斯自由能大都小于零，说明反应非常容易自发进行；同时反应中放出的大量热量也能够促进矿石中主要成分针铁矿结构的破坏，使赋存于其中的镍、钴暴露出来，从而与浓硫酸反应生成硫酸镍、硫酸钴。5.根据权利要求4所述的一种酸溶性金属化镍锍制备方法，其特征在于：反应式相关热力学数据绘制成的图中反应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈强华，熊甲成，王卫东，陈雯，
申请(专利权)人：昆明理工精诚冶金技术有限公司，
类型：发明
国别省市：