常压酸浸和中等压力浸出相结合处理红土镍矿的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及红土镍矿的湿法冶金工艺，具体而言，涉及一种在同一工艺中对腐泥 土进行硫酸常压浸出及利用常压浸出液对褐铁矿进行加压浸出的处理方法。
【背景技术】
[0002] 红土矿也称红土镍矿，是由含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经过大规模长期风化 淋滤变质而成的氧化镍矿，由于存在地理位置、气候条件以及风化程度的差异，世界各地的 红土矿类型不完全相同。
[0003] 风化过程一般产生层状沉积，其中在表面附近存在着完全的或最彻底的风化产 物，随着深度增加渐变为程度较轻的风化产物，并最后在某个更深的深度处终止为未风化 的岩石。
[0004] 通常，人们主观的把红土矿矿床自上而下分为三层，即褐铁矿矿层、过渡矿矿层和 腐泥土(腐殖土）矿层。褐铁矿为高度风化层，其颗粒细微，镍、硅、镁含量较低，但铁含量较 高。风化较轻的层所含的镍一般更多地包含于各种硅酸镁矿物中，例如蛇纹石；不完全风化 带中可能有很多其他含有镍的硅酸盐矿物；部分风化的高含镁带通常称为腐泥土或硅镁镍 矿，其中镍、硅、镁含量较高，相应的铁含量较低。在一些矿床中还有另一种通常处于褐铁矿 和腐泥土之间的主要含有绿脱石粘土带，称为过渡矿，过渡矿中各成分的含量介于二者之 间。
[0005] -般情况下，褐铁矿为红土镍矿的主要组成部分，占红土矿总量的65%~75% ;腐 泥土占15%~25% ;过渡矿占10%。
[0006] 从红土矿镍中回收镍(钴）的困难之处在于，在进行化学处理分离金属有用成分 (如镍和钴）之前通常不能通过物理方式充分富集这些有用成分，即无法用选矿的技术进行 富集，这造成红土镍矿的处理成本很高。并且由于褐铁矿和腐泥土矿中不同的矿物和化学 组成，这些矿石通常不适于使用同一处理技术进行处理。几十年来一直在寻找降低处理红 土镍矿的成本的方法。
[0007] 红土镍矿的处理工艺可分为火法工艺和湿法工艺两大类。
[0008] 火法冶金工艺适合处理腐泥土矿，该工艺通常只能生产镍铁，不能回收钴，其应用 受到限制。
[0009] 湿法冶金工艺适合处理褐铁矿，湿法冶金技术包括高压酸浸和还原焙烧_氨浸以 及近年来出现的如常压酸浸、堆浸等工艺。
[0010] 堆浸技术浸出率较低，只适用于处理高镁含量的红土矿；还原焙烧-氨浸工艺由 于能耗较高，工艺流程长而较少被采用；常压酸浸技术操作简单，不需使用昂贵的高压釜， 但要使矿物完全溶解则所需酸耗量较大，且浸出液中含有各种金属离子，使后续浸化分离 工序变得复杂。
[0011] 高压酸浸（HPAL)工艺使用硫酸在高温（250°C)和高压（50MPa)下浸出红土镍矿。 在高温、高压条件下，矿石中的金属矿物几乎完全溶解。溶解的铁在所采用的高温下迅速水 解为赤铁矿（Fe203 )沉淀，镍、钴等留在溶液中，在冷却之后含铁和硅的浸出残渣通过在一 系列洗涤浓缩，即所谓的逆流倾析洗涤（CCD)回路中浓缩而从含镍、钴的溶液中分离。因此 达到了浸出工艺的主要目的一将镍与铁分离。
[0012] 高压酸浸出（HPAL)工艺的优点是：镍、钴浸出率高；反应速度快、反应时间短；铁 在酸浸过程中理论上不消耗硫酸且水解产物为赤铁矿（Fe203 )沉淀。但高压酸浸出（HPAL) 工艺的缺点也很突出：首先是它需要复杂的高温、高压的高压釜以及相关的设备，其安装与 维护都很昂贵；二是高压酸浸（HPAL)工艺消耗的硫酸比按照化学计量溶解矿石中的非铁 金属成分所需的硫酸更多。因为在高压酸浸条件下多数由硫酸提供的硫酸根离子连接形 成硫酸氢根离子（HSCV)，也就是说硫酸在高压酸浸条件下只离解释放出一个质子（H+)，在 浸出液冷却及中和时，硫酸氢根离子分解成硫酸根（S0，）和另一个质子。因此后一个质子 (酸）没有充分用于浸出，并导致过量的硫酸在后续处理时必须要进行中和而消耗中和剂； 三是HPAL工艺只限于处理主要为褐铁矿类的原料，因为腐泥土的存在会导致硫酸消耗量 的大量增加。这是由于腐泥土中镁的镁含量较高所引起的；四是HPAL工艺在运行过程中高 压釜容易结垢，需定期停产清理，开工率低；五是浸出渣量大，而且是硅和铁的混合渣，不能 经济有效的开发利用。
[0013] 美国专利No. 4,097, 575描述了对HPAL工艺的改进，包括在所述高压釜中发生褐 铁矿的高压浸出，高压浸出的排放物用在约820 °C以下焙烧的、与硫酸的反应活性更强的 腐泥土矿焙烧砂中和过量的酸，在这一中和过程中腐泥土矿中含有的镍大量溶解。这一工 艺的优点是它更好地利用褐铁矿加压浸出过程中添加的硫酸，减少了用于处理高压斧排放 液体的石灰石或其他昂贵的中和试剂的消耗，并且获得了对红土镍矿体中的褐铁矿成分 和腐泥土成分进行处理的能力。但这一工艺仍需要使用昂贵的高压釜用于褐铁矿的浸出， 而且需要对腐泥土矿进行焙烧处理，该处理工艺在资金投入和操作成本上都是很昂贵的。
[0014]美国专利No. 6,379,636B2描述了对美国专利No. 4,097,575中描述的工艺的 进一步改进，去除了腐泥土焙烧步骤，并将腐泥土原矿用于中和高压斧排放溶液中过量的 酸。此外，可以向排放液中加入更多的酸以增加腐泥土的可浸出量。但是这种工艺仍然需 要使用昂贵的高压斧。
[0015] 为了避免使用昂贵的高压釜，同时开发腐泥土和褐铁矿的红土矿镍资源，人们提 出了一些改进的常压酸浸技术。如公开号为CN101273146A的发明专利，提出了同时浸提 褐铁矿和腐泥土矿或先浸提褐铁矿后浸提腐泥土矿的两步常压浸提方法，此方法具有不使 用高压釜的优点，但该申请所述的流程中提出在对浸出溶液进行处理以除去Fe和/或A1 时，需要加入中和剂中和浸出液中的残酸，使大部分铁以氢氧化铁的形式沉积，这会造成 镍钴等有价元素的损失和料浆过滤困难。又如公开号为CN101541985A的发明专利，提出了 一种常压浸出褐铁矿和腐泥土矿的混合物的方法，但其铁沉淀产物为黄钾铁矾，黄钾铁矾 中含有硫酸根，因此会增加浸出过程的酸耗；且黄钾铁矾是一种热力学不稳定的化合物，堆 积和存放时会释放出硫酸，从而造成环境污染。再如公开号为CN101006190A的发明专利， 提出了一种用浓酸处理褐铁矿和腐泥土矿的混合物然后水浸出镍钴的方法，此方法产生的 铁沉积物为除黄钾铁矾以外的三价铁氧化物或氢氧化物，但该申请的浸出时间需要12~ 48h，浸出时间较长，导致工艺周期较长，生产成本上升。
[0016] 再如公开号为CN102206749A的发明专利，提出了一种先用硫酸浸出褐铁矿，再用 一次浸出液浸提腐泥土矿，之后部分(或全部）二次浸出液再返回一次浸出褐铁矿的循环常 压浸出方法，该方法具备能同时处理褐铁矿和腐泥土矿及镍钴浸出率较高的优点，但工艺 流程较为复杂、硫酸消耗较高(平均值约为0. 7g酸/I.Og矿）的缺点，并且所用腐泥土矿量 是褐铁矿量的1. 5倍以上，和红土矿的矿带构成相矛盾。再如公开号为CN101001964A的发 明专利，提出了一种先用足量的硫酸在常压（l〇〇°C~105°C)下浸出褐铁矿，再用褐铁矿的 常压浸出矿浆与腐泥土矿浆在中等压力(约0. 5MPa、150°C)下浸出提取镍、钴的方法。该方 法的优点是：能同时处理褐铁矿和腐泥土矿；避免使用价格昂贵的高压釜而在中等压力条 件下用相对简单的加压设备实现了腐泥土矿较高的镍浸出率。但该方法存在以下缺点和不 足：首先常压浸出褐铁矿的时间较长，通常为4小时以上，因此所需常压浸出设备庞大；二 是酸消耗较高，总酸/矿石=0. 6/1，这一酸耗指标虽然远低于常压酸浸却远高于高压酸浸； 三是所用腐泥土矿量是褐铁矿量的1倍，这同样和红土矿的矿带构成相矛盾，众所周知的 是红土镍矿床中，褐铁矿量：腐泥土矿量多2 : 1。
[0017] 总之，在上述红土镍矿湿法冶炼的发明专利中，高压酸浸（HPAL)工艺和改进的高 压酸浸工艺的缺点是：需要复杂的高温、高压的高压釜以及相关的设备，其安装与维护都很 昂贵；HPAL工艺消耗的硫酸比按化学计量溶解矿石中的非铁金属成分所需的硫酸更多； HPAL工艺只限于处理主要为褐铁矿类的原料；HPAL工艺在运行过程中高压釜容易结垢， 需定期停产清理，开工率低。常压酸浸工艺和改进的常压酸浸工艺的缺点是：硫酸消耗高； 镍、钴浸出率低；反应时间长，所需设备庞大。高压酸浸包括改进的高压酸浸工艺和常压酸 浸工艺包括改进的常压酸浸工艺的共同缺点是浸出渣量大，而且是硅和铁的混合渣，不能 经济有效的开发利用。尽管CN102206749A的发明专利中提及了浸出渣的回收利用，但由于 渣中的二氧化硅及氧化铁、针铁矿等均为反应生成的细小微粒，它们相互"生长"在一起，很 难用简单的磁选等方法将它们分离，因此上述浸出渣开发利用的经济效益很差，只能当废 固处理，甚至对于镍浸出率较低的浸出渣必须当危废渣进行处理。
【发明内容】
[0018] 本发明的目的是提供一种耗酸少、浸出率高的常压酸浸和中等压力浸出相结合处 理红土镍矿的方法。
[0019] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的： 一种常压酸浸和中等压力浸出相结合处理红土镍矿的方法，包括以下步骤： a、 由研磨至-80目的腐泥土矿制成含固量为40%-60%的矿衆，将腐泥土矿浆和浓硫酸 加入双螺旋推料反应器中反应，以溶解大部分的可溶性非铁金属和可溶性铁； b、 将上述a步骤中的反应物料与水以1 :0. 8~1 :1. 5的质量比进行溶解，并固液分离 得到常压浸出渣A和常压浸出液B; c、 褐铁矿制成含固量为40%-60%的矿浆，将上述b步骤所得的常压浸出液B和褐铁 矿矿浆加入加压管道反应器，在150°C~240°C、1. 5MPa~4.OMPa条件下加压浸出，浸出 0. 5~1. 5h后，进行固液分离，得到加压浸出渣C和加压浸出液D; d、 将上述c步骤所得的加压浸出液D纯化除杂，通过硫化物或氢氧化物沉淀回收镍、 钴。
[0020] 其中步骤a中浓硫酸与腐泥土矿以质量比为0. 8 :1~1. 2 :1的量加入。
[0021] 其中步骤a在常压下发生反应，反应时间1~12min。
[0022] 对步骤b中的常压浸出渣A和步骤c中的加压浸出渣C进行洗涤得洗涤液E，洗涤 液E用于制备褐铁矿矿浆。
[0023] 其中步骤c中控制常压浸出液B和褐铁矿矿浆的加入量使反应物料的最终pH值 在0. 5~1. 5之间。
[0024] 反应之前对腐泥土矿浆和浓硫酸进行预热，以保证步骤a中的反应温度在 160°C~280°C之间。
[0025] 其中步骤b中常压浸出渣A中二氧化硅含量为65%~90%。
[0026] 其中步骤c中得到加压浸出渣C中铁含量为58%~65%。
[0027] 其中步