硫化镍加压浸出研究进展与应用

硫化镍加压浸出研究进展与应用

蒋开喜，王玉芳，郑朝振，李相良

北京矿冶研究总院

国家自然科学基金项目：硫化矿加压湿法冶金的机理研究(51434001)

摘要：硫化镍是镍冶炼的重要原料，加压浸出技术在硫化镍冶炼中占有重要地位，本文对硫化镍加压浸出研究及应用进行了简单的介绍。根据反应体系的不同，镍加压浸出分为酸性加压浸出和氨性加压浸出两大类，工业生产中氨性加压浸出应用较少，以酸性加压浸出为主。硫化镍加压浸出处理原料灵活多样，主要包括硫化镍精矿、镍锍、镍钴硫化物等。另外，其在镍冶炼渣、低品位复杂物料处理方面也有一定的研究应用。加压浸出工艺灵活，综合回收率高，可同时生产镍、钴、铜、铂族金属等多种产品，主产品即可为硫酸镍，也可为电镍或镍粉，产品质量高，环境污染小，具有一定的市场竞争力。

关键词：硫化镍，加压浸出，研究进展，应用

Research Development and Utilization of pressure leaching on nickel sulfide Kaixi Jiang, Yufang Wang, Chaozhen zheng, Xiangliang Li

Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy

Abstract：Nickel sulfide is the main raw material for nickel extraction, and pressure leaching has the important status in nickel sulfide extraction. The research development and utilization of pressure leaching on nickel sulfide are introduced in this paper. According to the reaction system, the nickel sulfide pressure leaching can be divided into two kinds: ammonia pressure leaching and acid pressure leaching, the utilization of the former in industries is very little, and the latter accounts mainly. The raw materials for nickel sulfide pressure leaching are flexible, mainly include nickel concentrate, nickel matte and nickel/cobalt sulfide etc. Furthermore this technology can also be used to treat nickel smelting slag and low grade complex materials. Pressure leaching has the advantages of flexibility, comprehensive recovery of valuable metals such as nickel, cobalt, copper and PGM. The main products can be nickel sulfate, electrolysis nickel or nickel powder with high quality.

Key words: Nickel sulfide, Pressure leaching, Research development, Utilization

1 前言

镍具有抗腐蚀、耐高温、抗氧化、延展性好、强度高等优良性能，是生产各种高温高强度合金、磁性合金和合金结构钢的主要添加剂，广泛用于冶金、化工、石油、建筑、机械制造、仪器仪表以及航天航海等领域。镍冶炼原料主要有硫化矿和氧化矿(镍红土矿)两大类，虽然近些年红土矿镍产量比例逐年增加，但硫化矿产量仍占60%以上。硫化镍冶炼分为火法和湿法两大类，且以火法为主，即硫化镍矿经熔炼产出高冰镍，高冰镍经高锍磨浮—硫化镍阳极电解精炼生产电镍，如加拿大Inco公司汤普逊厂和我国金川镍冶炼厂等；或高冰镍氯化浸出—电积生产电镍，如加拿大鹰桥公司克里斯蒂安松厂、法国勒阿弗尔厂以及日本新居滨厂等；或采用羰基法生产镍粉、镍块，如俄罗斯诺里尔斯克北镍公司和英国克莱达奇精炼厂等。

加压浸出法在镍湿法冶炼中占有重要地位。早在1950s年国外围绕镍钴加压浸出就进行

了大量研究工作[1,2]，之后该技术在镍冶炼行业进行了广泛应用，处理原料主要有硫化物和氧化物（镍红土矿）两大类，本文重点针对硫化镍加压浸出研究进展及应用进行简单阐述，红土镍矿加压浸出暂不赘述。硫化镍加压浸出处理的原料根据性质的不同，主要分为：硫化镍精矿(含镍磁黄铁矿)、镍熔炼产物镍（镍冰铜、高冰镍），及冶炼中间产物镍钴硫化物等，工业生产中以处理镍锍为主，其它应用较少。另外，处理原料还可为镍冶炼渣（转炉渣）、合金及低品位复杂物料等。根据反应体系的不同，镍加压浸出又可分为酸性加压浸出和氨性加压浸出两大类，氨性加压浸出应用较少，仅两家企业进行了工业应用，以酸性加压浸出为主。国内外典型硫化镍加压浸出生产企业见表1。

表1 硫化镍加压浸出生产企业

Table 1 Typical pressure leaching plants of nickel sulfide

2 硫化镍精矿

硫化镍精矿中主要矿物为镍黄铁矿、磁黄铁矿(Fe7S8)、黄铜矿、辉铜矿、铜蓝及黄铁矿

等，即可进行酸性加压浸出亦可进行氨性加压浸出。由于精矿品位较低，原料处理量大，工业应用相对较少，仅三家企业进行了工业应用，其中加拿大萨斯喀切温堡采用加压氨浸法处理硫化镍矿，1954年建成投产；美国国家铅公司Frederick Town (弗雷德里克，菲德雷克城)精炼厂50年代采用加压酸浸法处理硫化铜镍钴矿，1979年纳杰日金斯克采用酸性加压浸出处理镍磁黄铁矿精矿。

2.1氨性加压浸出

加压氨浸过程中，镍精矿中的铜、钴、镍均以氨络合物形式进入溶液，铁以三氧化二铁形式进入渣中，硫最终氧化为硫酸盐和氨基磺酸盐。镍黄铁矿和磁黄铁矿主要发生如下反应：NiS＋2O2＋6NH3＝Ni(NH3)6SO4

4FeS+9O2+8NH3+4H2O=2Fe2O3+4(NH4)2SO4

该法工艺简单，镍、钴、铜的回收率可分别达到90~95%、50~75%和88~92%，还能回收精矿中大部分硫，特别是能有效的分离和回收难以分选的多金属矿石。但反应速度慢，溶液中金属离子浓度低，设备庞大，且钴浸出率低，适于处理钴和铂族金属含量较低的物料[3]。

1954年Sherritt Gorden公司萨斯喀切温堡(Fort Saskatchewan)镍精炼厂建成投产，该厂是世界首家加压氨浸生产企业，也是最早采用加压液相氢还原法生产钴粉的工厂，处理原料为Lynn Lake矿产出的硫化镍矿，典型成分为(%)：Ni 10、C u 2、Co 0.5、Fe 38、S 31及脉石14等，不含贵金属。由于该矿储量低，运输距离远，周边缺乏原料，使得传统工艺难以适用，决定采用全湿法流程生产镍产品，主工艺流程为：加压氨浸、浸出液蒸氨除铜、加压液相氢还原制取镍粉和镍粉压块，设计产能为7700t/a镍粉。该厂共配备8台加压釜，两段浸出，在80~90℃和900kPa的总压下用空气做氧化剂，浸出渣在压滤机上进行逆流洗涤。1976年Lynn Lake矿关闭，1992年开始处理古巴毛阿厂的镍钴硫化物，工艺及配置也进行了多次调整，反应温度和压力最终调整至110~120℃和790~895kPa，但浸出均是采用同样的八台加压釜，通过配置的不同实现产量的扩张，现已扩产到3.4万t/a[4]。

2.2酸性加压浸出

目前报道的采用加压酸浸法处理硫化镍钴矿的企业共有三家。1953年美国卡来拉(Calera)矿冶公司加菲尔德(Garfield)钴精炼厂采用加压酸浸法处理爱达荷州黑鸟矿(Blackbird)产出的钴精矿，主要矿物为辉砷钴矿(CoAsS)、黄铁矿和少量黄铜矿，钴产量1100t/a，1959年由于原料中断而关闭。第二家是美国密苏里州的国家铅公司弗雷德里克(Frederick Town，菲德雷克城)精炼厂，该厂在50年代采用加压酸浸处理硫化铜镍钴矿，平均成分为(%)：Ni 5.0，Co 4.2，Cu 4.8，Pb 1.0，Fe 30，S 40。在浸出温度232℃、总压5.3MPa条件下用空气作氧化剂，镍钴浸出进入溶液，经氢还原生产金属粉末，年产钴635t，由于原料短缺于1960年关闭。1969年前苏联诺里尔斯克矿冶股份公司就提出采用酸性加压浸出法处理含镍磁黄铁矿精矿，1979年该技术在纳杰日金斯克冶炼厂进行了应用，辅助处理选矿产出的镍磁黄铁矿精矿，主系统采用闪速熔炼处理镍精矿、铜精矿[5]。镍磁黄铁矿精矿成分为(%)：Ni 3.2，Cu 1.4，Fe 48.9，S 27.6。在110~135℃下进行加压浸出，硫以元素硫的形式进入渣中，大部