专利名称：利用碳酸钠碱熔法处理低品位红土镍矿的清洁生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于有色金属冶金技术和矿产资源加工领域，具体涉及到一种利用碳酸钠 进行碱熔处理低品位红土镍矿的清洁生产工艺。
背景技术：
镍以其优良的使用性能，已成为航空工业、国防工业和日常生活中不可缺少的金 属。世界上可开采的镍资源分为硫化镍矿和氧化镍矿，其中氧化镍矿由于铁的氧化，矿石呈 红色，所以又称为红土镍矿。目前世界上约70%的镍是从硫化矿中提取的，但赋存在氧化矿 床中的镍却占镍总贮量的65%，因此随着世界上硫化镍矿资源的逐渐减少，从红土镍矿中 提取镍和钴的工艺已逐渐受到广泛的关注。红土镍矿的可开采部分一般由褐铁矿层、过渡层和硅镁矿层(又称腐植土层)组 成。其冶金工艺可分为火法冶炼工艺和湿法冶炼工艺。火法冶炼工艺包括还原熔炼生产镍 铁和还原硫化熔炼生产镍锍，此工艺适合处理含镍2% (质量含量)以上高品位硅镁镍矿， 冶炼回收率约90%，是一种传统的工艺。专利申请号为CN200710066019. 6的技术方案是以 红土镍矿为原料经过预处理，加入熔剂、还原剂后，在高温下进行还原熔炼，最终得到镍铁 合金。但是，此工艺对硅镁比例有要求，且能耗高、投资大，不适合处理镍品位低的褐铁型镍 矿。湿法冶炼主要形成了两种较为成熟的工艺，一种是还原焙烧_氨浸工艺，此工艺 可处理含镍1.5% (质量含量)以下的低品位褐铁型红土镍矿，冶炼回收率约85%，但此工 艺钴回收率低，且工艺陈旧、能耗较大，属于即将淘汰的工艺。另一种是高压或常压酸浸工 艺，此工艺已逐渐成为红土镍矿冶炼领域的研究热点。但是，影响酸浸工艺成本及镍、钴浸 出率的因素很多，例如矿石来源与品位、镁铝含量、矿石泥质含量等。只有镍品位高、镁铝含 量小、泥质少的红土镍矿采用酸浸工艺才能保证一定的技术经济指标。为此许多研究者针 对传统酸浸工艺提出了不同的改进方案。专利申请号为CN200710163443. 2的技术方案提出了使用两段加压浸出工艺浸出 褐铁矿型红土矿，并利用腐植土型红土镍矿中和浸出矿浆残酸、回收腐植土中有价金属的 方法。此方法利用腐植土中的耗酸元素来中和一段加压酸浸出矿浆中的残酸，可降低后续 的中和剂的使用量，但镍、钴的浸出率偏低。专利申请号为CN200710011917. 1的技术方案用于处理中低品位红土镍矿，分为 三个步骤首先将红土矿与浓硫酸放在一起混捏，然后将混捏好的物料焙烧，最后将焙烧产 物用水浸出。此方案的投资、操作成本较低，但镍、钴的浸出率偏低。专利申请号为CN200580051731. 8的技术法案采用常压酸浸红土镍矿，包含三个 步骤首先将红土镍矿配成水性矿浆，然后在常压下用浓无机酸进行酸浸处理，最后将富集 浸出液进行处理以从中回收溶解的镍、钴，留下的含镁贫液进行处理回收镁盐。综上所述，虽然关于红土镍矿的冶金工艺研究很多，但由于红土镍矿来源、品位及 晶型结构等矿物因素不尽相同，普遍导致红土镍矿利用酸浸处理得到的镍、钴浸出率较低，分别只有60% 80%。此外，由于红土镍矿中含有铬、铝和铁等矿物成分，传统的火法和湿 法冶炼工艺并不能对这些有价金属有效的进行综合利用，从而一方面导致红土镍矿的工业 利用价值较低，另一方面导致冶炼后有毒重废弃物的大量排放，不符合清洁生产的要求。所 以，开发一种镍、钴回收率高、工业利用价值高、污染较小的红土镍矿清洁生产工艺有着十 分重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述不足，从而提供一种具有工业操作性且 环境友好的利用碳酸钠碱熔法处理低品位红土镍矿的清洁生产工艺，以取代现有的传统工 艺，克服红土镍矿直接利用酸浸处理所得镍、钴浸出率偏低、工业利用价值较低、污染较大 的弊端。本发明的利用碳酸钠碱熔法处理低品位红土镍矿的清洁生产工艺是以红土镍 矿 为原料，使红土镍矿与碳酸钠在高温下进行焙烧反应，然后将焙烧料进行水洗、过滤，使红 土镍矿中反应后生成的水溶性铬、铝等有价金属盐浸出。高温焙烧破坏了红土镍矿的晶格 结构，从而大大提升了后续高压酸浸工艺镍、钴的浸出率，同时提升了酸浸渣中铁的品位； 滤液通过蒸发结晶、分离等单元操作制取铬盐、铝盐，使红土镍矿产品多元化。该方法包括 以下步骤(1)可利用湿式球磨机将红土镍矿原料进行研磨，使颗粒尺寸在200目以下的 红土镍矿料占红土镍矿原料总量的85%以上(优选占红土镍矿原料总量的90%以上)， 然后将研磨后的红土镍矿料可进一步进行过滤、干燥、混勻以备用；将配制成质量分数为 40% 60%的碳酸钠水溶液与研磨后的红土镍矿料进行湿混，混合均勻后干燥；其中，固体碳酸钠与研磨后的红土镍矿料的质量比为0.2 1 1.5 1 ；(2)将步骤(1)得到的混合干燥料在800°C 1200°C下进行高温焙烧反应0. 5 3小时，得到固体焙烧料；(3)将步骤(2)得到的固体焙烧料进行水洗、过滤，得到富含水溶性铬、铝等有价 金属盐的碱性滤液和不溶性的固体滤饼，其中水洗温度控制在30 95°C ；(4)将步骤(3)得到的富含水溶性铬、铝等有价金属盐的碱性滤液通过蒸发结晶， 分离等单元操作后即得到利用价值较大的铬盐、铝盐等产品。将步骤(3)得到的固体滤饼可以通过后续高压酸浸工艺得到浸出率较高的镍金 属盐产品、钴金属盐产品，酸浸渣为品位较高的铁精粉，可用于炼铁。所述的高压酸浸工艺为现有技术，可为北京矿冶研究总院开发的技术，其中的反 应温度为180 200°C，压力为18 24kg/cm2。步骤(2)所述的焙烧反应可以在马弗炉或搅拌釜式反应器等反应装置中进行；得 到的固体焙烧料的出料方式是常温出料或高温出料。在进行步骤(3)对步骤(2)得到的固体焙烧料进行水洗之前，可利用研磨机对步 骤(2)得到的固体焙烧料进行进一步的研磨，研磨时间为2 15分钟，使研磨后的颗粒尺 寸在200目以下的固体焙烧料占总固体焙烧料总量的85%以上。步骤(3)所述的水洗过程可以为普通洗涤，也可进行多级逆流洗涤，洗涤次数可 为2 6次，每次洗涤时间可为15 60分钟；固体焙烧料与洗涤用水的固液质量比可为1 2 1 10。经步骤(3)得到富含水溶性铬、铝等有价金属盐的碱性滤液，使六价铬的浸出率 大于90% ；三价铝的浸出率大于65%。经步骤(4)高压酸浸操作，红土镍矿中镍的浸出率为98%以上，钴的浸出率为 94%以上；与未经碳酸钠处理的原红土镍矿原料直接进行高压酸浸提镍、钴工艺相比，镍、 钴的浸出率均提高了 20% 30%;而得到的酸浸渣与未经碳酸钠处理的原红土镍矿原料直 接进行高压酸浸后得到的酸浸渣相比，酸浸渣中的铁精粉的品位提高了 5%左右，酸浸渣中 铁精粉的铁含量达到61%以上。所述的铬金属盐产品可以是铬酸钠、重铬酸钠、铬酐、氢氧化铬、三氧化二铬等所 组成的组中的至少一种；铝金属盐产品可以是铝酸钠、氢氧化铝、氧化铝等所组成的组中的 至少一种。
本发明中所述的低品位红土镍矿是指镍的质量含量在1. 5%以下的红土镍矿。本发明提出了一种利用碳酸钠碱熔法处理低品位红土镍矿的清洁生产工艺，与现 有的火法和湿法冶炼工艺相比，具有明显的优越性(1)本发明通过碱熔反应促使红土镍矿中的铬、铝等有价金属以水溶性的形式浸 出，从而破坏红土镍矿的晶格结构，大大提升后续高压酸浸工艺镍、钴的浸出率，使镍和钴 的浸出率均提高了 20 % 30 %，分别达到98 %以上和94%以上。同时也提升了酸浸渣中 铁的品位，使其比未经碳酸钠处理的酸浸渣中铁品位提升了 5%左右，达到61%以上。(2)本发明通过碱熔反应有效的降低了酸浸渣中六价铬含量，使其含量为0. 1% 以下，有效减小了有毒元素六价铬对后续酸浸渣炼铁的不利影响。(3)本发明通过碱熔反应、水洗、过滤后可得到铬、铝等有价金属，最终可形成铬 盐、铝盐等副产品，实现了红土镍矿的产品多样化，创造更多的经济效益，为低品位红土镍 矿的综合利用提供了 一条有效途径。(4)本发明由于实现了铬、铝等杂质元素的综合利用，大大降低了成本、排渣量及 渣中有毒废弃物的含量，减少对环境的污染，是一种从源头上消除污染的清洁生产工艺。
具体实施例方式实施例1.原料红土镍矿来自印度尼西亚，其元素组成为(质量百分含量)Fe :47.01%,Ni 0. 52%, Co 0. 039%,Mg 0. 32%, Cr 2. 21%, Al 4. 16%, Si 2. 21%。球磨、筛分后，粒径 在200目以下的矿占到总矿量的90%以上。按照固体碳酸钠与研磨后的红土镍矿料的质量比为0.2 1的配比称取碳酸钠和 研磨后的红土镍矿；先将碳酸钠配成质量分数为30%的水溶液，然后与研磨后的红土镍矿 在刚玉坩埚中通过搅拌进行湿混，混合均勻后放入烘箱内温度为150°C的烘箱中烘干8小 时后高温出料。将混合烘干料放入马弗炉中，在1200°C下焙烧反应3小时，得到固体焙烧 料。将固体焙烧料进行研磨后用水进行洗涤3次，洗涤温度为30°C，每次洗涤时间为15分 钟，每次洗涤固液质量比为1 2，洗涤后进行过滤得到富含水溶性铬、铝等有价金属盐的 滤液和不溶性固体滤饼。通过取样分析，滤液中六价铬的浸出率达到92.3%，三价铝的浸出率达到67.41%。滤液进行蒸发浓缩结晶、分离后可得到铬酸钠和铝酸钠产品。固体滤饼通过后续 高压酸浸工艺处理，镍和钴的浸出率比未经碳酸钠处理的原红土镍矿原料直接进行高压酸 浸提镍、钴时提高了 20% 30%，从固体滤饼中浸出的镍的浸出率为98%以上，钴的浸出 率为94%以上；得到的酸浸渣中的铁精粉的品位提升了 5%左右，铁精粉的含量达到61% 以上。实施例2.原料红土镍矿来自印度尼西亚，其元素组成为(质量百分含量)Fe :47.01%,Ni
0.52%, Co 0. 039%,Mg 0. 32%, Cr 2. 21%, Al 4. 16%, Si 2. 21%。球磨、筛分后，颗粒 尺寸在200目以下的矿占到总矿量的90%以上。
按照固体碳酸钠与研磨后的红土镍矿料的质量比为0.8 1的配比称取碳酸钠和 研磨后的红土镍矿；先将碳酸钠配成质量分数为45%的水溶液，然后与研磨后的红土镍矿 在刚玉坩埚中通过搅拌进行湿混，混合均勻后放入烘箱内温度为200°C的烘箱中烘干6小 时后高温出料。将混合烘干料放入马弗炉中，在1050°C下焙烧反应1. 5小时，得到固体焙烧 料。将固体焙烧料进行研磨后用水进行洗涤3次，洗涤温度为60°C，每次洗涤时间为30分 钟，每次洗涤固液质量比为1 5，洗涤后进行过滤得到富含水溶性铬、铝等有价金属盐的 滤液和不溶性固体滤饼。通过取样分析，滤液中六价铬的浸出率达到93. 49 %，三价铝的浸出率达到 75. 41%。滤液进行蒸发浓缩结晶、分离后可得到铬酸钠和铝酸钠，铬酸钠进一步经酸化可 得到重铬酸钠产品或铬酐产品，铝酸钠中和后可得到氢氧化铝产品。固体滤饼通过后续高 压酸浸工艺处理，镍和钴的浸出率比未经碳酸钠处理的原红土镍矿原料直接进行高压酸浸 提镍、钴时提高了 20% 30%，从固体滤饼中浸出的镍的浸出率为98%以上，钴的浸出率 为94%以上；得到的酸浸渣中的铁精粉的品位提升了 5%左右，铁精粉的含量达到61%以 上。实施例3.原料红土镍矿来自菲律宾，其元素组成为(质量百分含量)Fe:52%、Ni:
1.05%, Co 0. l%,Mg :0. 31%, Cr :2· 68%, Al :1· 68%, Si :1· 36%。球磨、筛分后，粒径在 200目以下的矿占到总矿量的90%以上。按照固体碳酸钠与研磨后的红土镍矿料的质量比为1.5 1的配比称取碳酸钠和 研磨后的红土镍矿；先将碳酸钠配成质量分数为65%的水溶液，然后与研磨后的红土镍矿 在刚玉坩埚中通过搅拌进行湿混，混合均勻后放入烘箱内温度为150°C的烘箱中烘干8小 时后常温出料。将混合烘干料放入马弗炉中，在800°C下焙烧反应0. 5小时，得到固体焙烧 料。将固体焙烧料进行研磨，使研磨后的颗粒尺寸在200目以下的固体焙烧料占总固体焙 烧料总量的85%以上，然后用水进行洗涤3次，洗涤温度为90°C，每次洗涤时间为60分钟， 每次洗涤固液质量比为1 10，洗涤后进行过滤得到富含水溶性铬、铝等有价金属盐的滤 液和不溶性固体滤饼。通过取样分析，滤液中六价铬的浸出率达到96.3%，三价铝的浸出率达到 84. 06%。滤液进行蒸发浓缩结晶、分离后可得到铬酸钠和铝酸钠，铬酸钠进一步经加氢还 原并煅烧，可得到三氧化二铬产品；铝酸钠经中和沉化和煅烧后，可得到三氧化二铝产品。 固体滤饼通过后续高压酸浸工艺处理，镍和钴的浸出率比未经碳酸钠处理的原红土镍矿原料直接进行高压酸浸提镍、钴时提高了 20% 30%，从固体滤饼中浸出的镍的浸出率为 98%以上，钴的浸出率为94%以上；得到的酸浸渣中的铁精粉的品位提升了 5%左右，铁精 粉的含量达到61%以上。
权利要求
一种利用碳酸钠碱熔法处理低品位红土镍矿的清洁生产工艺，其特征是，该方法包括以下步骤(1)将红土镍矿原料进行研磨，使颗粒尺寸在200目以下的红土镍矿料占红土镍矿原料总量的85％以上；将配制成质量分数为40％～60％的碳酸钠水溶液与研磨后的红土镍矿料进行湿混，混合均匀后干燥；其中，固体碳酸钠与研磨后的红土镍矿料的质量比为0.2∶1～1.5∶1；(2)将步骤(1)得到的混合干燥料在800℃～1200℃下进行焙烧反应0.5～3小时，得到固体焙烧料；(3)将步骤(2)得到的固体焙烧料进行水洗、过滤，得到富含水溶性铬金属盐和铝金属盐的碱性滤液及不溶性的固体滤饼，其中水洗温度控制在30～95℃；(4)将步骤(3)得到的富含水溶性铬金属盐和铝金属盐的碱性滤液通过蒸发结晶，分离操作后，得到铬盐产品和铝盐产品；将步骤(3)得到的固体滤饼通过高压酸浸工艺得到镍盐产品和钴盐产品，及得到含有铁精粉的酸浸渣。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是在进行步骤(3)对步骤(2)得到的固体焙 烧料进行水洗之前，对步骤(2)得到的固体焙烧料进行研磨，使研磨后的 颗粒尺寸在200目 以下的固体焙烧料占总固体焙烧料总量的85%以上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是步骤(3)所述的水洗时的固体焙烧料 与洗涤用水的固液质量比为1 2 1 10。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是经步骤(3)得到富含水溶性铬金属盐和铝 金属盐的碱性滤液，使六价铬的浸出率大于90%，三价铝的浸出率大于65%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是经步骤(4)高压酸浸后，镍的浸出率为98% 以上，钴的浸出率为94%以上；得到的酸浸渣中铁精粉的铁含量为61%以上。
6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是所述的铬金属盐是铬酸钠、重铬酸钠、 铬酐、氢氧化铬、三氧化二铬所组成的组中的至少一种；铝金属盐是铝酸钠、氢氧化铝、氧化 铝所组成的组中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤(1)所述的颗粒尺寸在200目以下的 红土镍矿料占红土镍矿原料总量的90%以上。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是步骤⑵得到的固体焙烧料的出料方式是 常温出料或高温出料。
全文摘要
本发明涉及利用碳酸钠碱熔法处理低品位红土镍矿的清洁生产工艺。本发明是以红土镍矿为原料，使红土镍矿与碳酸钠在高温下进行焙烧反应，然后将焙烧料进行水洗、过滤，使红土镍矿中反应后生成的水溶性铬、铝等有价金属盐浸出。高温焙烧破坏了红土镍矿的晶格结构，从而大大提升了后续高压酸浸工艺镍、钴的浸出率，同时提升了酸浸渣中铁的品位；滤液通过蒸发结晶、分离等单元操作制取铬盐、铝盐，使红土镍矿产品多元化。本发明使红土镍矿中的六价铬的浸出率大于90％，三价铝的浸出率大于65％，镍的浸出率大于98％，钴的浸出率大于94％，酸浸渣中铁精粉的铁含量大于61％。
文档编号C22B3/22GK101864524SQ200910082370
公开日2010年10月20日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者庞俊雷, 曲景奎, 李莉, 王丽娜, 王成彦, 董书通, 赵平, 郭强, 魏广叶, 齐涛 申请人:中国科学院过程工程研究所