一种利用红土镍矿提取氧化镍的方法及系统与流程

本发明属于有色金属提取领域，尤其涉及一种利用镍铁合金提取氧化镍的方法及系统。

背景技术：

近年来，随着高品位硫化镍矿的枯竭及国内不锈钢产业的快速发展，低品位红土镍矿已经成为生产镍铁产品的主要原料。湿法处理红土镍矿始于20世纪40年代，最早采用的是氨浸工艺，这个工艺是由Caron教授发明，所以又称为Caron工艺。该工艺的基本流程是还原焙烧-氨浸，还原焙烧的目的是使红土镍矿中硅酸镍和氧化镍最大限度地还原成金属，同时控制还原的条件，使大部分铁还原成Fe₃O₄，只有少部分还原成金属铁，焙砂再用NH₃及CO₂将金属镍和钴转化为镍氨及钴氨络合物进入溶液，同时，金属铁也会生成铁氨络合物进入溶液，然后经氧化、水解生成氢氧化铁沉淀与氨浸液分开，氨浸液再经过蒸氨得到碱式碳酸镍，然后煅烧得到NiO。NiO可以作为产品出售，也可以通过氢还原得到金属镍。该工艺的缺点是镍回收率低，原因是在还原红土镍矿时，要保证铁尽量少的还原成金属态，由于铁的还原对镍的聚集与长大有促进作用，所以这一步控制会造成大量镍的损失，导致整条工艺的镍回收率低(镍回收率一般在75％以下)。到目前为止，全球只有少数几家工厂采用该法处理红土镍矿，三十多年来很少有新建工厂采用氨浸工艺。

火法处理镍铁合金是目前的主流工艺，其中还原焙烧-熔分已经成为研究的热点。以红土镍矿为原料，煤粉为还原剂，采用直接还原设备在高温条件下将矿石中的镍全部还原成金属镍，铁根据配碳量部分还原成金属铁，再经熔分分离使镍富集到镍铁合金中。目前对镍铁合金研究也仅仅停留在将其冶炼不锈钢的原料的层面上，产品的附加值不高。

由此，现有镍铁合金处理技术有待进一步改进。

技术实现要素：

为了解决现有技术中镍铁合金研究仅仅停留在将其冶炼不锈钢的原料的层面上，产品的附加值不高的问题，本发明的一个目的在于提出一种从镍铁合金中提取镍的方法和系统，该方法可以有效利用镍铁合金通过湿法工艺提取得到高纯度的氧化镍(>99％)，从而在提高镍铁合金利用价值的同时降低镍的生产成本，整个流程的镍回收率高(>95％)。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用镍铁合金提取氧化镍的方法，该方法包括：

(1)将镍铁合金进行熔化处理，得到含镍铁水；

(2)将含镍铁水进行制粒处理，得到镍铁合金颗粒；

(3)将镍铁合金颗粒进行选择性氧化焙烧，得到焙烧产物；

(4)将焙烧产物进行氨浸-蒸氨-煅烧处理得到氧化镍产品。

另外，根据本发明上述实施例的利用镍铁合金提取氧化镍的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述镍铁合金中铁含量为60～90wt％，镍含量为10～45wt％。

在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述熔化处理的温度范围为1400～1600℃。

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)中，所述制粒处理的方式选为雾化制粒，将所述镍铁合金颗粒的粒径控制为≤0.5毫米。

在本发明的一些实施例中，在步骤(3)中，将所述选择性氧化焙烧的温度控制为300-500℃，氧气浓度按体积百分比计为0.5％-2％，焙烧时间为5-20min，使得焙烧产物中金属铁质量含量小于5％，金属镍占全镍的比例大于95％。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种利用镍铁合金提取氧化镍的系统，根据本发明的实施例，该系统包括：熔化装置、制粒装置、选择性氧化焙烧装置和氨浸-蒸氨-煅烧装置；其中，

所述熔化装置具有镍铁合金入口和含镍铁水出口；

所述制粒装置具有含镍铁水入口和镍铁合金颗粒出口，所述含镍铁水入口与所述含镍铁水出口相连；

所述选择性氧化焙烧装置具有镍铁合金颗粒入口、氧化性气体入口和焙烧产物出口，所述镍铁合金颗粒入口和所述镍铁合金颗粒出口相连；

所述氨浸-蒸氨-煅烧装置具有焙烧产物入口和氧化镍出口，所述焙烧产物入口和所述焙烧产物出口相连。

由此，根据本发明实施例的利用镍铁合金提取氧化镍的系统可以有效利用镍铁合金通过湿法工艺提取得到高纯度的氧化镍(>99％)，从而在提高镍铁合金利用价值的同时降低镍的生产成本，整个流程的镍回收率高(>95％)。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的利用镍铁合金提取氧化镍的方法流程示意图；

图2是根据本发明一个实施例的利用镍铁合金提取氧化镍的系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本发明公开一种利用镍铁合金提取氧化镍的方法，该方法包括：

(1)将镍铁合金进行熔化处理，得到含镍铁水；

(2)将含镍铁水进行制粒处理，得到镍铁合金颗粒；

(3)将镍铁合金颗粒进行选择性氧化焙烧，得到焙烧产物；

(4)将焙烧产物进行氨浸-蒸氨-煅烧处理得到氧化镍产品。

发明人发现，镍铁合金中的铁主要以金属态存在，金属铁会和氨反应，后续不适合直接进行氨浸，而把金属铁转化成Fe₃O₄后就不会消耗氨。于是，先将镍铁合金进行熔化处理得到含镍铁水，含镍铁水制粒处理得到镍铁合金颗粒。然后，将镍铁合金颗粒选择性氧化后将铁选择性氧化成Fe₃O₄，镍不氧化，从而得到焙烧产物；最后将焙烧产物利用现有成熟的氨浸-蒸氨-煅烧工艺得到氧化镍产品。

下面参考图1对本发明实施例的利用镍铁合金提取氧化镍的方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：

S100：将镍铁合金进行熔化处理。

根据本发明的实施例，将镍铁合金进行熔化处理，从而可以得到含镍铁水。

根据本发明的一个实施例，镍铁合金中镍和铁的具体含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁合金镍含量可以为10～45wt％，铁含量可以为60～90wt％。发明人发现，现有制备工艺中为了得到高纯度的镍，通常需要采用镍含量较高的铜镍矿，导致原料生产成本较高，不易采购，而本发明对原料中镍品位要求门槛较低，虽然镍铁合金中镍的品位较低，但是采用本发明的方法仍可以制备得到高纯度的氧化镍(氧化镍镍含量高于99％以上)，从而在拓宽原料来源的同时降低镍的生产成本。

根据本发明的又一个实施例，熔化处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，熔化处理可以在1400～1600℃下进行。

S200：将含镍铁水进行雾化制粒处理。

根据本发明的实施例，将含镍铁水进行雾化制粒处理，从而可以得到镍铁合金颗粒。发明人发现，通过对含镍铁水进行雾化制粒，镍铁水进行制粒，从而可以显著提高与氧化性气体的接触面积，进而进一步提高镍铁合金颗粒的选择性氧化效果。该步骤中，具体的，雾化制粒过程是利用高压水流或惰性气流在雾化器内将含镍铁水击碎成为微小液滴，再经冷却、烘干、筛分后得到符合尺寸要求的镍铁合金颗粒，雾化机理是当高压水流或惰性气流冲击镍铁熔体时，将动能转化为镍铁熔体的表面能，形成无数个细小颗粒。

根据本发明的又一个实施例，镍铁合金颗粒粒度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁合金颗粒的粒径不大于0.5毫米。发明人发现，该粒径范围的镍铁合金活性较高，且在选择性氧化过程中与氧化性气体接触面积较大，从而可以显著提高选择性氧化效果。

S300：将镍铁合金颗粒进行选择性氧化焙烧。

根据本发明的实施例，将镍铁合金颗粒进行选择性氧化焙烧，从而可以得到焙烧产物。发明人发现，利用铁和镍对氧的亲和力不同，对镍铁合金颗粒进行选择性氧化焙烧可以使铁氧化成Fe₃O₄，而镍不被氧化，在后续的氨浸过程中，Fe₃O₄不和氨反应，这样就大幅减少氨的消耗。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对选择性氧化焙烧条件进行选择。根据本发明的实施例，将所述选择性氧化焙烧的温度控制为300-500℃，氧气浓度按体积百分比计为0.5％-2％，焙烧时间为5-20min，使得所述焙烧产物中金属铁质量含量小于5％，金属镍占全镍的比例大于95％，由此，可以保证铁氧化成Fe3O4，而镍不被氧化。

S400：将焙烧产物进行氨浸-蒸氨-煅烧处理。

根据本发明的实施例，将焙烧产物进行氨浸-蒸氨-煅烧处理，从而可以得到氧化镍产品和磁性尾渣。该步骤中，具体的，首先将焙烧产物再氨-碳酸铵溶液中浸出，同时向溶液中吹入氧化性气体，使焙烧产物中的镍与氨发生络合反应生成镍氨络合物Ni(NH₃)₆²⁺而进入溶液，铁和脉石则留在磁性浸出渣中，浸出结束后进行蒸氨操作，产出碱式碳酸镍Ni(OH)₂.NiCO₃，最后经过煅烧得到氧化镍NiO产品。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对氨浸-蒸氨-煅烧条件进行选择。

由此，根据本发明实施例的利用镍铁合金提取氧化镍的方法可以有效利用镍铁合金通过湿法工艺提取得到高纯度的氧化镍(>99％)，从而在提高镍铁合金利用价值的同时降低镍的生产成本，整个流程的镍回收率高(>95％)。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种利用镍铁合金提取氧化镍的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：熔化装置，所述熔化装置具有镍铁合金入口和含镍铁水出口，且适于将所述镍铁合金进行熔化处理，以便得到含镍铁水；雾化制粒装置，所述雾化制粒装置具有含镍铁水入口和镍铁合金颗粒出口，所述含镍铁水入口与所述含镍铁水出口相连，且适于将所述含镍铁水进行雾化制粒处理，以便得到镍铁合金颗粒；选择性氧化焙烧装置，所述选择性氧化焙烧装置具有镍铁合金颗粒入口、氧化性气体入口和焙烧产物出口，所述镍铁合金颗粒入口和所述镍铁合金颗粒出口相连，且适于将所述镍铁合金颗粒进行选择性氧化焙烧，以便得到焙烧产物；氨浸-蒸氨-煅烧装置，所述氨浸-蒸氨-煅烧装置具有焙烧产物入口和氧化镍出口，所述焙烧产物入口和所述焙烧产物出口相连，且适于将所述焙烧产物进行氨浸、蒸氨和煅烧处理，以便得到氧化镍产品。发明人发现，镍铁合金中的铁主要以金属态存在，金属铁会和氨反应，后续不适合直接进行氨浸，而把金属铁转化成Fe₃O₄后就不会消耗氨。于是，先将镍铁合金进行熔化处理得到含镍铁水，含镍铁水制粒处理得到镍铁合金颗粒。然后，将镍铁合金颗粒选择性氧化后将铁选择性氧化成Fe₃O₄，镍不氧化，从而得到焙烧产物；最后将焙烧产物利用现有成熟的氨浸-蒸氨-煅烧工艺得到氧化镍产品。与现有技术相比，可以有效利用镍铁合金通过湿法工艺提取得到高纯度的氧化镍(>99％)，从而在提高镍铁合金利用价值的同时降低镍的生产成本，整个流程的镍回收率高(>95％)。

下面参考图2对本发明实施例的利用镍铁合金提取氧化镍的系统进行详细描述。根据本发明的实施例，该系统包括：

熔化装置100：根据本发明的实施例，熔化装置100具有镍铁合金入口101和含镍铁水出口102，且适于将镍铁合金进行熔化处理，从而可以得到含镍铁水。

根据本发明的一个实施例，镍铁合金中镍和铁的具体含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁合金镍含量可以为10～45wt％，铁含量可以为60～90wt％。发明人发现，现有制备工艺中为了得到高纯度的镍，通常需要采用镍含量较高的铜镍矿，导致原料生产成本较高，不易采购，而本发明对原料中镍品位要求门槛较低，虽然镍铁合金中镍的品位较低，但是采用本发明的方法仍可以制备得到高纯度的氧化镍(氧化镍镍含量高于99％以上)，从而在拓宽原料来源的同时降低镍的生产成本。

根据本发明的又一个实施例，熔化处理的条件并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，熔化处理可以在1400～1600℃下进行。

雾化制粒装置200，根据本发明的实施例，所述制粒装置200具有含镍铁水入口201和镍铁合金颗粒出口202，含镍铁水入口201与含镍铁水出口102相连，且适于将含镍铁水进行制粒处理，从而可以得到镍铁合金颗粒。发明人发现，通过对所得含镍铁水进行制粒，从而可以显著提高与氧化性气体的接触面积，进而进一步提高镍铁合金的选择性氧化效果。

根据本发明的实施例，将含镍铁水进行雾化制粒处理，从而可以得到镍铁合金颗粒。发明人发现，通过对含镍铁水进行雾化制粒，镍铁水进行制粒，从而可以显著提高与氧化性气体的接触面积，进而进一步提高镍铁合金颗粒的选择性氧化效果。该步骤中，具体的，雾化制粒过程是利用高压水流或惰性气流在雾化器内将含镍铁水击碎成为微小液滴，再经冷却、烘干、筛分后得到符合尺寸要求的镍铁合金颗粒，雾化机理是当高压水流或惰性气流冲击镍铁熔体时，将动能转化为镍铁熔体的表面能，形成无数个细小颗粒。

根据本发明的又一个实施例，镍铁合金颗粒粒度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，镍铁合金颗粒的粒径不大于0.5毫米。发明人发现，该粒径范围的镍铁合金活性较高，且在选择性氧化过程中与氧化性气体接触面积较大，从而可以显著提高选择性氧化效果。

选择性氧化焙烧装置300，所述选择性氧化焙烧装置300具有镍铁合金颗粒入口301、氧化性气体入口302和焙烧产物出口303，所述镍铁合金颗粒入口301和所述镍铁合金颗粒出口202相连，且适于将所述镍铁合金颗粒进行选择性氧化焙烧，以便得到焙烧产物。发明人发现，利用铁和镍对氧的亲和力不同，对镍铁合金颗粒进行选择性氧化焙烧可以使铁氧化成Fe₃O₄，而镍不被氧化，在后续的氨浸过程中，Fe₃O₄不和氨反应，这样就大幅减少氨的消耗。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对选择性氧化焙烧条件进行选择。根据本发明的实施例，所述焙烧产物中金属铁质量含量小于5％，金属镍占全镍的比例大于95％，由此，可以保证铁氧化成Fe₃O₄，而镍不被氧化。

氨浸-蒸氨-煅烧装置400，所述氨浸-蒸氨-煅烧装置400具有焙烧产物入口401、氧化镍出口402和磁性尾渣出口403，所述焙烧产物入口401和所述焙烧产物出口303相连，且适于将所述焙烧产物进行氨浸、蒸氨和煅烧处理，以便得到氧化镍产品。该步骤中，具体的，首先将焙烧产物再氨-碳酸铵溶液中浸出，同时向溶液中吹入氧化性气体，使焙烧产物中的镍与氨发生络合反应生成镍氨络合物Ni(NH₃)₆²⁺而进入溶液，铁和脉石则留在磁性浸出渣中，浸出结束后进行蒸氨操作，产出碱式碳酸镍Ni(OH)₂.NiCO₃，最后经过煅烧得到氧化镍NiO产品。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对氨浸-蒸氨-煅烧条件进行选择。

由此，根据本发明实施例的利用镍铁合金提取氧化镍的系统可以有效利用镍铁合金通过湿法工艺提取得到高纯度的氧化镍(>99％)，从而在提高镍铁合金利用价值的同时降低镍的生产成本，整个流程的镍回收率高(>95％)。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

将镍铁合金(含Ni 10.00％，Fe 90.％)在熔化炉中1600℃条件下熔化得到含镍铁水，然后将所得含镍铁水在雾化制粒器内制成平均粒径为0.15mm的镍铁合金颗粒，然后将镍铁合金颗粒进行选择性氧化焙烧，将所述选择性氧化焙烧的温度控制为400℃，氧气浓度按体积百分比计为1％，焙烧时间为5min，得到的焙烧产物中金属铁含量3.44％，金属镍占全镍的比例97.27％，最后将焙烧产物进行氨浸-蒸氨-煅烧处理得到氧化镍产品(NiO品位99.52％)和磁性尾渣，磁性尾渣磁选后送去作为炼铁原料，整条流程镍回收率97.36％。

实施例2

将镍铁合金(含Ni 25.85％，Fe 74.53％)在熔化炉中1550℃条件下熔化得到含镍铁水，然后将所得含镍铁水在雾化制粒器内制成平均粒径为0.28mm的镍铁合金颗粒，然后将镍铁合金颗粒进行选择性氧化焙烧，将所述选择性氧化焙烧的温度控制为300℃，氧气浓度按体积百分比计为2％，焙烧时间为20min，得到的焙烧产物中金属铁含量3.64％，金属镍占全镍的比例97.31％，最后将焙烧产物进行氨浸-蒸氨-煅烧处理得到氧化镍产品(NiO品位99.12％)和磁性尾渣，磁性尾渣磁选后送去作为炼铁原料，整条流程镍回收率97.28％。

实施例3

将镍铁合金(含Ni 45.00％，Fe 60.00％)在熔化炉中1400℃条件下熔化得到含镍铁水，然后将所得含镍铁水在雾化制粒器内制成平均粒径为0.49mm的镍铁合金颗粒，然后将镍铁合金颗粒进行选择性氧化焙烧，将所述选择性氧化焙烧的温度控制为500℃，氧气浓度按体积百分比计为0.5％，焙烧时间为15min，得到的焙烧产物中金属铁含量4.99％，金属镍占全镍的比例95.47％，最后将焙烧产物进行氨浸-蒸氨-煅烧处理得到氧化镍产品(NiO品位99.02％)和磁性尾渣，磁性尾渣磁选后送去作为炼铁原料，整条流程镍回收率95.28％。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

本发明公开的内容论及的是示例性实施例，在不脱离权利要求书界定的保护范围的情况下，可以对本申请的各个实施例进行各种改变和修改。因此，所描述的实施例旨在涵盖落在所附权利要求书的保护范围内的所有此类改变、修改和变形。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分使用。