_干型_红土镍矿氧压酸浸研究
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作者简介 : 汪云华 ( 1972- ) , 男 , 高级工程师
[ 3] [ 1- 4]
Na + 、 M g+ 、 SO24 、 Cl- 等离子, 对浸出化学反应有很 大的影响。所以国外研究者对水的盐度及矿类型的 影响进 行了系列 的研究。 Whitt ingt on 及 Johnson 等认为[ 4- 5] , 当用海水代替淡水浸出红土镍矿时 , 当 游离酸浓度较高时 , 镍浸出率提高。但钠离子浓度 超过 15 g / L 时, 镍 浸 出 率下 降 , 浸 出时 间 增 加。 Whit tingt on 对不同红土镍矿类型进行高压酸浸研 究[ 6 ] , 考察了矿物类型对渣相组成 , 铁, 镁, 铝镍浸出 的影响。但以上高压酸浸出取红土镍矿的研究, 浸 出温度均在 250~ 280 , 在此温度下 , 压力较高 , 对 高压釜要求较高, 存在安全隐患 , 这也是高压酸浸工 艺不能广泛应用的原因, 所以我们针对澳洲 干型 红土镍矿, 提出氧压酸浸工艺, 即在反应初始充入一
+
∀ 17 ∀ ! ! 2F e2+ + 1/ 2O 2 + 2H + F eOOH + 3H F e + SO4
3+ 2+ 3+
2F e3 + + H 2 O FeOH SO4 ( s) + H
+
( 1) ( 2) ( 3)
2-
F e + 2H 2 O F e2 O 3 ( s) + 2SO 4
+
有色金属 ( 冶炼部分 ) ! 2010 年 5 期
∀ 15 ∀
干型 红土镍矿氧压酸浸研究
汪云华, 昝林寒, 赵家春, 安中庆
( 昆明贵金属研究所, 昆明 650106)
摘要 : 对传统高压酸浸 ( HP AL ) 工艺进行改进 , 在 反应初始 充入一 定量的 氧气 , 在较 低温度下 浸出澳 大 利亚 干型 红土镍矿。研究了硫酸用量、 浸出温 度、 浸 出时间、 初始 氧分压 对镍、 钴、 铁浸出率 及游离 酸 含量的影响。结果表明 , 在 220 关键词 : 红土镍矿 ; 氧压酸浸 中图分类号 : T F 803 21; T F 815 ! ! 文献标识码 : A ! ! 文章编号 : 1007- 7545( 2010) 05- 0015- 03 、 硫酸用 量 25 mL 、 反应初 始充 入 0 5 M Pa 氧气反 应 2 h 的条 件下 , 不充入氧气时的镍、 钴浸出率大致相 当。 镍、 钴浸出率分别为 99 83% 、 90 44% , 与 250
Abstract: Arid region nickel lat erit es ore of Aust ralia could be leached at low er t em perat ure by charging a cert ain amount of o xy gen int o t he aut oclave at t he beginning of react ion, im pr oving hig h temperature pres sur e acid leaching( H PAL ) pro cess. T he ef fect of acid dosag e, temperature, leaching t ime and init ial pres sur e of ox yg en on t he ex t ract ions of Ni, Co, F e and f ree acid content w ere examined. T he result s show that r ecoveries can raise up t o 99 83% and 90 44% f or Ni, Co at the co nditions of t em perature of 220 , acid dosag e of 25 m L, init ial pressure of ox yg en o f 0 5 M Pa and leaching t ime of 2 h, w hich is similar t o recoveries of Ni, Co at t he co ndit ions of t emperat ure of 250 , w it hout charging ox ygen. Keywords: Nickel lat erit es or e; Oxidat ive pressure acid leaching ! ! 红土镍矿按其分布及利用 性能可分为两 种类 型, 即 干型 和 湿型 。一般来说, 干型 红土 镍矿比 湿型 红土镍矿风化程度弱 , 含粘土成分相 对较多 , 针铁矿成分较少。而 湿型 红土镍矿含粘 土少, 蛇纹石化强烈。两种类型的红土镍矿利用性 能有所差别。 高压酸浸( H PAL ) 工艺处理红土矿的商业化应 用始于 20 世纪 50 年代末 , 但直到 20 世纪 90 年代 末才开始有新厂投入 , 原因是高压釜技术及溶液 处理技术的限制。近年来, 新厂的建设也多采用高 压酸浸工艺。但由于红土镍矿类型及利用性能的不 同, 以及各地情况也不一样, 特别是干旱地区缺乏淡 水, 工艺水一般就用地下水。而地下水含有大量的
∀ 16 ∀ 定量的氧气。使得红土矿能在较低的温度下浸出 , 而又不降低镍、 钴的浸出率。
有色金属 ( 冶炼部分 ) ! 2010 年 5 期
1 ! 实验部分
1 1 ! 矿石特性及物相组成 实验所用的矿石来源于澳大利亚 , 矿石物质组 成( % ) : 石英和长石 26 99、 蒙脱石和滑石 19 24、 赤 铁矿 17 32、 腐殖土状褐铁矿 11 69、 致密状褐铁矿 5 20 和磁赤铁矿、 磁铁矿 5 69 、 粘土 4 82 、 方解石 和白云石 3 33、 铬铁矿 0 25、 磁黄铁矿微量、 锰土矿 0 8、 铁染 粘 土 2 3、 云 母 和 伊 利 石 0 27 、 绿泥石 2 1, 矿 石 主 要 成 分 ( % ) : Ni 1 07、 Co 0 1 、 Fe 20 43、 Mg 2 48、 Ca 0 35、 Si 20 57、 Al 0 11、 Mn 0 4。可以看出 , 矿石中的矿物主要是以脉石矿物如 石英、 蒙脱石、 滑石为主, 其次为褐铁矿 ( 有相当一部 分为表层腐殖土状褐铁矿 ) , 这说明矿石系 干型 红 土镍矿。 1 2 ! 试验方案 浸出实验是在 2 L 钛高压釜内进行 , 温度采用 PID 自动控制 , 温控范围在 # 2 , 采用电加热 , 内置 水冷系统 , 磁力搅拌。用分析纯硫酸作浸出剂 , 每次 实验取矿样 100 g ( - 0 074 mm ) , 液固比 8 ∃ 1, 搅 拌速度 300 r/ m in。主要研究硫酸用量、 浸出时间、 浸出温度、 氧分压对镍、 钴、 铁浸出率及游离酸含量 的影响。 图 1 ! 硫酸用量的影响 Fig 1 ! Effect of sulfuric acid dosage on leaching rate 进入渣中, 溶液中含量仅有 0 3 g/ L , 与 250 ,不
[ 1] 周晓文 , 张建春 , 罗仙平 . 从红土镍矿中提 取镍的技术研 究现状及展望 [ J] . 四川有色金属 , 2008( 3) : 18- 22.
不充入氧气时的镍、 钴浸出率大致
图 4 ! 初始氧气分压的影响 Fig 4 ! Effect of initial partial pressure of oxygen on leaching rate 2 5 ! 反应机理探索 研究发现, 当反应初始通入一定量氧气时 , 能够 提高镍、 钴的浸出率 , 并且还可观察到反应过程中有 明显的耗氧现象, 这说明矿石中有 耗氧物质存在。 由于矿石中含有 11 69% 的腐殖土状褐铁矿 , 而腐 殖土中的铁有相当一部分是以二价铁形式存在 。 所以高压酸浸红土矿时, 首先是二价铁的溶解 , 接着 是镁的溶解 , 然后二价铁氧化成三价铁。三价铁水 解释 放 酸, 生 成 两 种 沉 淀 即: 羟 基 硫 酸 铁 沉 淀 ( FeOH SO4 ) 和赤铁矿沉淀 , 羟基硫酸铁沉淀容易形 成但不稳定 , 很快就转化成赤铁矿沉淀。而褐铁矿 中的铁主要以针铁矿形式存在 ( - FeOOH ) , 在高 压酸浸过程中, 三价铁溶解之后才水解。而镍的溶 解是按氧化镍溶解的方式进行。所以反应初始通入 一定量氧气有利于二价铁的氧化, 加快反应进行, 使 得反应体系的热力学推动力变大 , 从而使在较低温 度下 , 镍钴浸出率也较高。整个反应过程如式 ( 1) ~ ( 6) 所示:
Oxidative Pressure Acid Leaching of Arid Region Nickel Laterites Ore
WA NG Yun hua, ZAN L in han, Z H AO Jia chun, AN Zhong qing
( K u nming Inst it ut e of Preciou s M et als, K unming 650106, China)
+ H2 O
2F eOH SO 4 ( s) + H 2 O 2F e + 3H 2 O NiO+ 2H
+ 3+
+
( 4) Fe 2 O 3 ( s) + 6H
2+
( 5) ( 6)
Ni + H 2 O
3 !wenku.baidu.com结论
采用氧压酸浸工艺浸出澳大利亚 干型 红土镍 矿。当反应初始通入一定量氧气时, 能够加快反应 进程, 提高镍、 钴的浸出率。相同条件下, 当反应初 始充入 0 5 M Pa 氧 气 时 的 镍、 钴 浸出 率 分 别 为 99 83% 、 90 44% , 而铁浸出率仅为 2% , 基本上进 入渣中 , 与 250 相当。 参考文献
为 1 M P a 的氧气, 反应时间为 2 h, 结果见图 1。可 以看出, 当硫酸用量小于 30 mL 时, 镍、 钴浸出率变 化不大, 均低于 90% 。当硫酸用量大于 30 m L 时 , 镍、 钴浸出率增加明 显, 硫酸用量为 40 mL 时 , 镍、 钴浸出率达到最大分别为 97 06% 和 90 26% 。而 随着硫酸用量的增加 , 铁的浸出率增加 , 体系中游离 酸含量也随之增加。 2 2 ! 反应温度的影响 固定 硫 酸 用 量 为 25 mL , 反 应 初 始 时 充 入 0 5 M Pa 氧气 ( 250 下, 没有充入氧气) , 反应时间 2 h, 结果见图 2。由图 2 可见 , 镍、 钴浸出率随着温 度的升高而增加。而铁的浸出率变化不大, 体系中 游离酸含量随着反应温度的升高而降低。 220 , 反应初始充入 0 5 M Pa 氧气时的镍、 钴浸出率分别 为 99 83% 、 90 44% , 而铁浸出率仅为 2% , 基本上
M Pa 氧气, 硫酸用量为 40 mL , 结果见图 3。可以看
图 3 ! 浸出时间的影响 Fig 3 ! Effect of time on leaching rate
有色金属 ( 冶炼部分 ) ! 2010 年 5 期 出, 镍、 钴浸出率随着反应时间的延长而增加, 延长 反应时间有利于降低溶液中铁、 游离酸的含量 , 便于 后续处理。所以适宜的反应时间应为 2 h, 此时镍、 钴浸出率分别为 97 06% 、 90 26% 。 2 4 ! 初始氧气分压的影响 固定反应温度为 200 , 反应时间为 2 h, 硫酸 用量为 30 mL , 结果见图 4。由图 4 可看出 , 在反应 初始充入氧气对提高镍、 钴浸出率十分有效, 但当初 始氧气压力大于 0 5 MP a 时 , 效果就不明显了。所 以适宜的氧气初始分压应为 0 5 M Pa 。 4H
充入氧气时的镍、 钴浸出率大致相当。这说明反应 初始充入一定量的氧气能够加快反应进程 , 对提高 镍、 钴的浸出率十分有利。
2 ! 结果与讨论
2 1 ! 硫酸用量的影响 固定反应温度为 200 图 2 ! 浸出温度的影响 , 反应初始时充入压力 Fig 2 ! Effect of temperature on leaching rate 2 3 ! 反应时间的影响 固定反应温度为 200 , 反应初始时充入 0 5
[ 3] [ 1- 4]
Na + 、 M g+ 、 SO24 、 Cl- 等离子, 对浸出化学反应有很 大的影响。所以国外研究者对水的盐度及矿类型的 影响进 行了系列 的研究。 Whitt ingt on 及 Johnson 等认为[ 4- 5] , 当用海水代替淡水浸出红土镍矿时 , 当 游离酸浓度较高时 , 镍浸出率提高。但钠离子浓度 超过 15 g / L 时, 镍 浸 出 率下 降 , 浸 出时 间 增 加。 Whit tingt on 对不同红土镍矿类型进行高压酸浸研 究[ 6 ] , 考察了矿物类型对渣相组成 , 铁, 镁, 铝镍浸出 的影响。但以上高压酸浸出取红土镍矿的研究, 浸 出温度均在 250~ 280 , 在此温度下 , 压力较高 , 对 高压釜要求较高, 存在安全隐患 , 这也是高压酸浸工 艺不能广泛应用的原因, 所以我们针对澳洲 干型 红土镍矿, 提出氧压酸浸工艺, 即在反应初始充入一
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∀ 17 ∀ ! ! 2F e2+ + 1/ 2O 2 + 2H + F eOOH + 3H F e + SO4
3+ 2+ 3+
2F e3 + + H 2 O FeOH SO4 ( s) + H
+
( 1) ( 2) ( 3)
2-
F e + 2H 2 O F e2 O 3 ( s) + 2SO 4
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有色金属 ( 冶炼部分 ) ! 2010 年 5 期
∀ 15 ∀
干型 红土镍矿氧压酸浸研究
汪云华, 昝林寒, 赵家春, 安中庆
( 昆明贵金属研究所, 昆明 650106)
摘要 : 对传统高压酸浸 ( HP AL ) 工艺进行改进 , 在 反应初始 充入一 定量的 氧气 , 在较 低温度下 浸出澳 大 利亚 干型 红土镍矿。研究了硫酸用量、 浸出温 度、 浸 出时间、 初始 氧分压 对镍、 钴、 铁浸出率 及游离 酸 含量的影响。结果表明 , 在 220 关键词 : 红土镍矿 ; 氧压酸浸 中图分类号 : T F 803 21; T F 815 ! ! 文献标识码 : A ! ! 文章编号 : 1007- 7545( 2010) 05- 0015- 03 、 硫酸用 量 25 mL 、 反应初 始充 入 0 5 M Pa 氧气反 应 2 h 的条 件下 , 不充入氧气时的镍、 钴浸出率大致相 当。 镍、 钴浸出率分别为 99 83% 、 90 44% , 与 250
Abstract: Arid region nickel lat erit es ore of Aust ralia could be leached at low er t em perat ure by charging a cert ain amount of o xy gen int o t he aut oclave at t he beginning of react ion, im pr oving hig h temperature pres sur e acid leaching( H PAL ) pro cess. T he ef fect of acid dosag e, temperature, leaching t ime and init ial pres sur e of ox yg en on t he ex t ract ions of Ni, Co, F e and f ree acid content w ere examined. T he result s show that r ecoveries can raise up t o 99 83% and 90 44% f or Ni, Co at the co nditions of t em perature of 220 , acid dosag e of 25 m L, init ial pressure of ox yg en o f 0 5 M Pa and leaching t ime of 2 h, w hich is similar t o recoveries of Ni, Co at t he co ndit ions of t emperat ure of 250 , w it hout charging ox ygen. Keywords: Nickel lat erit es or e; Oxidat ive pressure acid leaching ! ! 红土镍矿按其分布及利用 性能可分为两 种类 型, 即 干型 和 湿型 。一般来说, 干型 红土 镍矿比 湿型 红土镍矿风化程度弱 , 含粘土成分相 对较多 , 针铁矿成分较少。而 湿型 红土镍矿含粘 土少, 蛇纹石化强烈。两种类型的红土镍矿利用性 能有所差别。 高压酸浸( H PAL ) 工艺处理红土矿的商业化应 用始于 20 世纪 50 年代末 , 但直到 20 世纪 90 年代 末才开始有新厂投入 , 原因是高压釜技术及溶液 处理技术的限制。近年来, 新厂的建设也多采用高 压酸浸工艺。但由于红土镍矿类型及利用性能的不 同, 以及各地情况也不一样, 特别是干旱地区缺乏淡 水, 工艺水一般就用地下水。而地下水含有大量的
∀ 16 ∀ 定量的氧气。使得红土矿能在较低的温度下浸出 , 而又不降低镍、 钴的浸出率。
有色金属 ( 冶炼部分 ) ! 2010 年 5 期
1 ! 实验部分
1 1 ! 矿石特性及物相组成 实验所用的矿石来源于澳大利亚 , 矿石物质组 成( % ) : 石英和长石 26 99、 蒙脱石和滑石 19 24、 赤 铁矿 17 32、 腐殖土状褐铁矿 11 69、 致密状褐铁矿 5 20 和磁赤铁矿、 磁铁矿 5 69 、 粘土 4 82 、 方解石 和白云石 3 33、 铬铁矿 0 25、 磁黄铁矿微量、 锰土矿 0 8、 铁染 粘 土 2 3、 云 母 和 伊 利 石 0 27 、 绿泥石 2 1, 矿 石 主 要 成 分 ( % ) : Ni 1 07、 Co 0 1 、 Fe 20 43、 Mg 2 48、 Ca 0 35、 Si 20 57、 Al 0 11、 Mn 0 4。可以看出 , 矿石中的矿物主要是以脉石矿物如 石英、 蒙脱石、 滑石为主, 其次为褐铁矿 ( 有相当一部 分为表层腐殖土状褐铁矿 ) , 这说明矿石系 干型 红 土镍矿。 1 2 ! 试验方案 浸出实验是在 2 L 钛高压釜内进行 , 温度采用 PID 自动控制 , 温控范围在 # 2 , 采用电加热 , 内置 水冷系统 , 磁力搅拌。用分析纯硫酸作浸出剂 , 每次 实验取矿样 100 g ( - 0 074 mm ) , 液固比 8 ∃ 1, 搅 拌速度 300 r/ m in。主要研究硫酸用量、 浸出时间、 浸出温度、 氧分压对镍、 钴、 铁浸出率及游离酸含量 的影响。 图 1 ! 硫酸用量的影响 Fig 1 ! Effect of sulfuric acid dosage on leaching rate 进入渣中, 溶液中含量仅有 0 3 g/ L , 与 250 ,不
[ 1] 周晓文 , 张建春 , 罗仙平 . 从红土镍矿中提 取镍的技术研 究现状及展望 [ J] . 四川有色金属 , 2008( 3) : 18- 22.
不充入氧气时的镍、 钴浸出率大致
图 4 ! 初始氧气分压的影响 Fig 4 ! Effect of initial partial pressure of oxygen on leaching rate 2 5 ! 反应机理探索 研究发现, 当反应初始通入一定量氧气时 , 能够 提高镍、 钴的浸出率 , 并且还可观察到反应过程中有 明显的耗氧现象, 这说明矿石中有 耗氧物质存在。 由于矿石中含有 11 69% 的腐殖土状褐铁矿 , 而腐 殖土中的铁有相当一部分是以二价铁形式存在 。 所以高压酸浸红土矿时, 首先是二价铁的溶解 , 接着 是镁的溶解 , 然后二价铁氧化成三价铁。三价铁水 解释 放 酸, 生 成 两 种 沉 淀 即: 羟 基 硫 酸 铁 沉 淀 ( FeOH SO4 ) 和赤铁矿沉淀 , 羟基硫酸铁沉淀容易形 成但不稳定 , 很快就转化成赤铁矿沉淀。而褐铁矿 中的铁主要以针铁矿形式存在 ( - FeOOH ) , 在高 压酸浸过程中, 三价铁溶解之后才水解。而镍的溶 解是按氧化镍溶解的方式进行。所以反应初始通入 一定量氧气有利于二价铁的氧化, 加快反应进行, 使 得反应体系的热力学推动力变大 , 从而使在较低温 度下 , 镍钴浸出率也较高。整个反应过程如式 ( 1) ~ ( 6) 所示:
Oxidative Pressure Acid Leaching of Arid Region Nickel Laterites Ore
WA NG Yun hua, ZAN L in han, Z H AO Jia chun, AN Zhong qing
( K u nming Inst it ut e of Preciou s M et als, K unming 650106, China)
+ H2 O
2F eOH SO 4 ( s) + H 2 O 2F e + 3H 2 O NiO+ 2H
+ 3+
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( 4) Fe 2 O 3 ( s) + 6H
2+
( 5) ( 6)
Ni + H 2 O
3 !wenku.baidu.com结论
采用氧压酸浸工艺浸出澳大利亚 干型 红土镍 矿。当反应初始通入一定量氧气时, 能够加快反应 进程, 提高镍、 钴的浸出率。相同条件下, 当反应初 始充入 0 5 M Pa 氧 气 时 的 镍、 钴 浸出 率 分 别 为 99 83% 、 90 44% , 而铁浸出率仅为 2% , 基本上进 入渣中 , 与 250 相当。 参考文献
为 1 M P a 的氧气, 反应时间为 2 h, 结果见图 1。可 以看出, 当硫酸用量小于 30 mL 时, 镍、 钴浸出率变 化不大, 均低于 90% 。当硫酸用量大于 30 m L 时 , 镍、 钴浸出率增加明 显, 硫酸用量为 40 mL 时 , 镍、 钴浸出率达到最大分别为 97 06% 和 90 26% 。而 随着硫酸用量的增加 , 铁的浸出率增加 , 体系中游离 酸含量也随之增加。 2 2 ! 反应温度的影响 固定 硫 酸 用 量 为 25 mL , 反 应 初 始 时 充 入 0 5 M Pa 氧气 ( 250 下, 没有充入氧气) , 反应时间 2 h, 结果见图 2。由图 2 可见 , 镍、 钴浸出率随着温 度的升高而增加。而铁的浸出率变化不大, 体系中 游离酸含量随着反应温度的升高而降低。 220 , 反应初始充入 0 5 M Pa 氧气时的镍、 钴浸出率分别 为 99 83% 、 90 44% , 而铁浸出率仅为 2% , 基本上
M Pa 氧气, 硫酸用量为 40 mL , 结果见图 3。可以看
图 3 ! 浸出时间的影响 Fig 3 ! Effect of time on leaching rate
有色金属 ( 冶炼部分 ) ! 2010 年 5 期 出, 镍、 钴浸出率随着反应时间的延长而增加, 延长 反应时间有利于降低溶液中铁、 游离酸的含量 , 便于 后续处理。所以适宜的反应时间应为 2 h, 此时镍、 钴浸出率分别为 97 06% 、 90 26% 。 2 4 ! 初始氧气分压的影响 固定反应温度为 200 , 反应时间为 2 h, 硫酸 用量为 30 mL , 结果见图 4。由图 4 可看出 , 在反应 初始充入氧气对提高镍、 钴浸出率十分有效, 但当初 始氧气压力大于 0 5 MP a 时 , 效果就不明显了。所 以适宜的氧气初始分压应为 0 5 M Pa 。 4H
充入氧气时的镍、 钴浸出率大致相当。这说明反应 初始充入一定量的氧气能够加快反应进程 , 对提高 镍、 钴的浸出率十分有利。
2 ! 结果与讨论
2 1 ! 硫酸用量的影响 固定反应温度为 200 图 2 ! 浸出温度的影响 , 反应初始时充入压力 Fig 2 ! Effect of temperature on leaching rate 2 3 ! 反应时间的影响 固定反应温度为 200 , 反应初始时充入 0 5