一种氨强化红土矿还原焙砂矿浆法脱硫硝协同制备硫酸镍的方法及系统与流程

本发明属于矿物加工和烟气脱硫脱硝技术领域，具体涉及一种氨强化红土矿还原焙砂矿浆法脱硫硝协同制备硫酸镍的方法及系统。

背景技术：

目前，利用红土矿生产镍产品主要有火法和湿法工艺。火法工艺有高炉炼镍硫或镍铁，矿热炉炼镍铁，回转窑还原—磁选—电炉熔炼生产镍铁，回转窑预还原—矿热炉熔分炼镍铁等；湿法工艺有预还原—氨浸，常压酸浸（包括堆浸）、高压酸浸、细菌浸出等。

红土矿中镍一般不呈独立矿物形式存在，镍主要与褐铁矿、橄榄石等脉石矿物以共晶、类质同相、离子浸染等结构赋存，红土矿的开发得到矿物加工和冶金领域的高度重视，成为镍矿资源回收利用的研究热点之一。

红土矿的火法直接还原是常规的方法之一，申请号为200710035281.4的低品位红土矿综合利用工艺，就是对红土矿采用火法直接还原，镍和部分铁生成金属镍铁后再回收的工艺。申请号为200910042889.9的一种从低品位红土矿高效富集镍钴的工艺，其特征是高温氯化、还原焙烧，富集镍钴。火法处理氧化镍矿，由于能耗高，对于低品位红土矿，在镍价不高的市场情况下，难以获得好的经济效益。

红土矿的湿法处理也是常规的方法之一，湿法分为酸浸和碱浸，酸浸主要有硫酸和盐酸浸出，而碱浸主要有氢氧化钠和氨浸。申请号为20810031041.1的从低品位红土矿中浸出镍钴的方法，其特征是硫酸常压浸出红土矿中的镍和钴。申请号为20112002299.0的一种综合利用红土矿的方法，其特征是将硫酸直接与原矿混合，熟化后进出区提取镍钴。申请号为200710163443.2的一种红土矿浸出的方法，采用两段加压硫酸浸出红土矿中的镍。申请号为200810058077.9的盐酸法从红土矿提取镍钴的方法，是用盐酸直接浸出红土矿获得镍的方法。酸浸方法无论采用盐酸、硫酸，常压还是加压，都会带来镁铁的大量溶出，给后处理带来困难，难以获得高纯度的镍产品。红土矿的碱浸能够克服酸浸的缺陷，铁、镁等不溶出，环境问题较好解决。申请号为200810229049.9的一种从红土矿提取氧化镍的方法，使用碱与红土矿中硅酸盐反应生成硅酸钠，用碳酸盐浸出镍，从而提取镍，该方法在硅酸盐脉石含量少时，消耗的碱不多，但一般的红土矿含硅酸盐量大，导致成本较高。申请号为201010284932.5的一种从红土矿中强化氨浸镍钴的工艺，特点是先将红土矿焙烧还原，再用氨两段浸出还原生成的金属镍和钴。该方法火法与湿法相结合，可以获得良好的技术指标，但在品位较低时，火法与湿法并用成本较高，难以获得好的经济效益。

还原焙烧-氨浸法最早用于工业化处理红土矿，具有工艺成熟、镍回收率高等优点，缺点是流程复杂。这些处理红土矿的工艺方法存在的共同问题是没有做到资源的综合利用。而且整个还原焙烧-氨浸工艺仍存在蒸氨等工序耗能高且氨的挥发损失大等问题。

因此，研究开发一种工艺简单、镁、铁溶出率低、浸出剂消耗少，能获得高价值镍产品，同时又能与脱硫脱硝过程相结合的处理红土矿的方法，对至今没有得到很好利用的低品位的红土矿的利用具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种氨强化红土矿还原焙砂矿浆法脱硫硝协同制备硫酸镍的方法。

本发明的第二目的在于提供一种实现氨强化红土矿还原焙砂矿浆法脱硫硝协同制备硫酸镍的方法的系统。

本发明的第一目的是这样实现的，包括以下步骤：

s1、先将红土矿进行还原焙烧，并对得到红土矿还原焙砂进行破碎和磨细至粒度小于1mm，加入氨水，充分混合得到矿浆；

s2、将含so2、nox的烟气与o2直接鼓入s1步骤的矿浆中，充分接触，保持氧化气氛，红土矿还原焙砂在50~70℃下，使镍、钴被充分络合浸出，通过补充氨水控制浸出液ph值为6.0~10.0，处理后的烟气排出；

s3、对经过s2步骤处理后的矿浆进行固液分离，得到滤液和滤渣，滤渣排出；

s4、在分离出的滤液中，先添加沉淀剂沉钴，固液分离得液体，热回收氨后，即得到硫酸镍溶液。

本发明的第二目的是这样实现的，包括反应仓，所述反应仓呈圆柱状结构，且反应仓倾斜设置，所述的反应仓较高一端设有的进料管，进料管设有进料阀，所述的反应仓较低一端的排料口设有排料阀，所述的反应仓较高一端的上部设有排气管，所述的反应仓较低一端的外侧相切设置有进气管，所述的排气管与第一三通阀连接，所述的第一三通阀一出气端设有外排管，另一出气端与回气管的一端连接，所述的回气管设有循环风机，回气管另一端与进气管侧面回气口连接，回气口两边的进气管上分别设有单向阀，所述的进气管的端部与进烟管连接，进烟管侧面设有供气管，所述的反应仓较高一端设有加药器，所述的反应仓外侧设有换热器。

本发明的有益效果：

1、本发明将含so2、nox的烟气直接与使用氨水调浆的矿浆进行混合，so2先被氨水矿浆吸收，并生成亚硫酸铵，在氧化气氛下又被氧化成硫酸铵，在氨水和硫酸铵环境中，矿浆中的红土矿还原焙砂被充分处理，其中的镍、钴被充分浸出，并以氨络合物的形式溶于矿浆中，此时生成的镍、钴氨络合物一方面会促进烟气中尚未吸收的so2的吸收过程，另一方面钴络合物开始对烟气中的nox进行络合吸收，并在氧化气氛下与氨水生成硝酸铵；从而实现烟气的脱硫脱硝，且处理效率均可达到99.8%以上，处理后的烟气可直接排出；

2、本发明浸出后分离，得到镍钴络合物溶液和含有铁等矿物的灰渣，接着进行沉钴，即可得到产物硫酸镍，通过本发明的氨强化协同处理，镍的回收率可达到95%左右；

3、本发明采用氨强化红土矿还原焙砂矿浆法脱硫硝协同制备硫酸镍，将废气中so2转化为硫酸铵溶液对红土镍矿进行浸出，浸出后的溶液又可对氮化物络合吸附，达到脱硝的目的，整个工艺可对多个过程进行耦合，达到多目标实现的效果，节能减耗，绿色环保，简单易操作，具有浸出率高、能耗和劳动强度降低、资源利用率高、经济效益好等优点；

4、本发明系统的反应仓呈倾斜设置的管状结构，烟气进入反应仓后带动矿浆形成旋流，使矿浆中的颗粒物处于旋流状态，大大提高混合物料间的传质速率，从而提高反应速率；烟气不断在回气管与反应仓之间循环，使烟气彻底净化，并且浸出率高；本发明反应仓配合氨水罐、配浆罐、第一过滤器以及第二过滤器可实现自动配料、进料以及出料功能，而且可自动进行浸出处理以及后续沉淀处理，操作非常方便。

附图说明

图1为本发明反应仓的结构示意图；

图中：1-反应仓，2-进料阀，3~排料阀，4-排气管，5-进气管，6-第一三通阀，7-外排管，8-回气管，9-循环风机，10-进烟管，11-供气管，12-加药器，13~换热器，14-氨水罐，15-配浆罐，16-第一过滤器，17-第二过滤器，18-回料管，19-料阀，20-浆料输送管，21-氨水输送管，22-排料管，23~排液管，24-加氨管，25-红土矿还原焙砂添加仓门，26-第二三通阀，27-氧气管，28-压缩气体管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明包括以下步骤：

s1、先将红土矿进行还原焙烧，并对得到红土矿还原焙砂进行破碎和磨细至粒度小于1mm，加入氨水，充分混合得到矿浆；

s2、将含so2、nox的烟气与o2直接鼓入s1步骤的矿浆中，充分接触，保持氧化气氛，红土矿还原焙砂在50~70℃下，使镍、钴被充分络合浸出，通过补充氨水控制浸出液ph值为6.0~10.0，处理后的烟气排出；

s3、对经过s2步骤处理后的矿浆进行固液分离，得到滤液和滤渣，滤渣排出；

s4、在分离出的滤液中，先添加沉淀剂沉钴，固液分离得液体，热回收氨后，即得到硫酸镍溶液。

优选地，s1步骤所述的氨水为3~8%稀氨水。

优选地，所述的沉淀剂为氯化铵。

优选地，s1步骤中所述的红土矿原矿的品位为0.7~1.2%；还原焙烧条件为质量分数8~12%的还原剂量，600~800℃还原30~60min。

优选地，s2步骤中所述的烟气中的so2质量浓度为100~1000mg/m³，烟气温度为100~130℃；烟气为静电除尘后的含硫含硝气体。

如附图1所示，实现所述的氨强化红土矿还原焙砂矿浆法脱硫硝协同制备硫酸镍的系统，包括反应仓1，所述反应仓1呈圆柱状结构，且反应仓1倾斜设置，所述的反应仓1较高一端设有的进料管，进料管设有进料阀2，所述的反应仓1较低一端的排料口设有排料阀3，所述的反应仓1较高一端的上部设有排气管4，所述的反应仓1较低一端的外侧相切设置有进气管5，所述的排气管4与第一三通阀6连接，所述的第一三通阀6一出气端设有外排管7，另一出气端与回气管8的一端连接，所述的回气管8设有循环风机9，回气管8另一端与进气管5侧面回气口连接，回气口两边的进气管5上分别设有单向阀，所述的进气管5的端部与进烟管10连接，进烟管10侧面设有供气管11，所述的反应仓1较高一端设有加药器12，所述的反应仓1外侧设有换热器13。

优选地，还包括氨水罐14、配浆罐15、第一过滤器16、第二过滤器17，所述的进料阀为三通阀，进料阀一进料端通过回料管18与第一过滤器16的排液端连接，进料阀另一进料端通过连接管与料阀19连接，回料管18设有输送泵，所述的料阀19通过浆料输送管20与配浆罐15的出浆端连接，浆料输送管20设有输送泵，所述的排料阀3与排料管22连接，排料管22通过支管分别与第一过滤器16、第二过滤器17连接，且支管均设有支管阀，所述的第一过滤器16、第二过滤器17分别设有排渣口，所述的第二过滤器17设有排液管23，所述的第二过滤器17顶部设有回氨管24，回氨管24的端部通入氨水罐14内，回氨管24设有导流风机25，所述的氨水罐14通过加氨管24与配浆罐15顶部氨水口连接，所述的配浆罐15上部侧面设有红土矿还原焙砂添加仓门25。

优选地，所述的供气管11与第二三通阀26连接，第二三通阀27一进气端设有氧气管27，另一进气端设有压缩气体管28。

优选地，所述的料阀19为三通阀，料阀19一进料端连接浆料输送管20，料阀19另一进料端通过氨水输送管21与氨水罐14的出液端连接，氨水输送管21设有输送泵。

优选地，所述的反应仓1内设有温度检测器、ph检测器、液位检测器，进料阀2、排料阀3、第一三通阀6、料阀19、第二三通阀26、支管阀均为电磁阀。

优选地，所述的排气管4、进气管5、进料管分别设有流量计。

优选地，所述的外排管7与浸水箱连接，浸水箱排烟口设有烟气除雾器。

本发明系统工作原理和工作过程：首先，通过红土矿还原焙砂添加仓门25，向配浆罐15中加入一定量的经过破碎和磨细的红土矿还原焙砂，同时通过加氨管24，向配浆罐15中加入一定量的氨水，氨水与红土矿还原焙砂混合均匀得矿浆；矿浆经浆料输送管20、料阀19、进料阀2、进料管，进入反应仓1内，反应仓1内装入一定量矿浆后，停止加料，保持进料阀2关闭状态；烟气由进烟管10，与氧气管27供给的氧气一起，按一定量送入反应仓1后停止送入，混合烟气从与反应仓1相切设置的进气管5进入反应仓1内，使混合烟气在反应仓1带动矿浆形成旋流，配合反应仓1倾斜管状结构，使矿浆中的颗粒物处于旋流状态，大大提高混合烟气与矿浆的传质速率，在反应过程中，通过换热器13实时控制反应仓1的温度；烟气在反应仓1内上行，并经排气管4、第一三通阀6，导入回气管8中，在循环风机9的带动下，使烟气在反应仓1与回气管8之间不断循环，使烟气彻底净化；反应过程中，当反应仓1内的料液ph小于设定阈值时，氨水罐14内的氨水经氨水输送管21、料阀19、进料阀2，向反应仓1内补充一定量氨水；运行一端时间后，通过控制第一三通阀6，烟气从外排管7排出；

然后打开排料阀3，反应仓1内的料液经排料阀3、排料管22，排至第一过滤器16中进行过滤，滤液经回料管18、进料阀2、进料管，送回反应仓1中，滤渣外排；然后通过加药器12向反应仓1内加入一定量的沉淀剂，同时通过压缩气体管28，向反应仓内不断通入压缩气体，使料液发生旋流，提高反应速率，经过反应仓的压缩气体从排气管4、外排管7排出；

运行一端时间后，打开排料阀3，反应仓1内的料液经排料阀3、排料管22，排至第二过滤器17中进行过滤，从排液管排出的滤液外送热回收氨后，即得硫酸镍溶液，而滤渣外排。

下面结合实施例1~实施例9，对本发明作进一步说明。

实施例1

s1、先将红土矿进行还原焙烧，并对得到红土矿还原焙砂进行破碎和磨细至粒度小于1mm，加入氨水，充分混合得到矿浆；

s2、将含so2、nox的烟气与o2直接鼓入s1步骤的矿浆中，充分接触，保持氧化气氛，红土矿还原焙砂在50℃下，使镍、钴被充分络合浸出，通过补充氨水控制浸出液ph值为6.0，处理后的烟气排出；

s3、对经过s2步骤处理后的矿浆进行固液分离，得到滤液和滤渣，滤渣排出；

s4、在分离出的滤液中，先添加沉淀剂沉钴，固液分离得液体，热回收氨后，即得到硫酸镍溶液；

实施例2

s1、先将红土矿进行还原焙烧，并对得到红土矿还原焙砂进行破碎和磨细至粒度小于1mm，加入氨水，充分混合得到矿浆；

s2、将含so2、nox的烟气与o2直接鼓入s1步骤的矿浆中，充分接触，保持氧化气氛，红土矿还原焙砂在70℃下，使镍、钴被充分络合浸出，通过补充氨水控制浸出液ph值为10.0，处理后的烟气排出；

s3、对经过s2步骤处理后的矿浆进行固液分离，得到滤液和滤渣，滤渣排出；

s4、在分离出的滤液中，先添加沉淀剂沉钴，固液分离得液体，热回收氨后，即得到硫酸镍溶液。

实施例3

s1、先将红土矿进行还原焙烧，并对得到红土矿还原焙砂进行破碎和磨细至粒度小于1mm，加入氨水，充分混合得到矿浆；

s2、将含so2、nox的烟气与o2直接鼓入s1步骤的矿浆中，充分接触，保持氧化气氛，红土矿还原焙砂在60℃下，使镍、钴被充分络合浸出，通过补充氨水控制浸出液ph值为8.0，处理后的烟气排出；

s3、对经过s2步骤处理后的矿浆进行固液分离，得到滤液和滤渣，滤渣排出；

s4、在分离出的滤液中，先添加沉淀剂沉钴，固液分离得液体，热回收氨后，即得到硫酸镍溶液。

实施例4

s1、先将红土矿进行还原焙烧，并对得到红土矿还原焙砂进行破碎和磨细至粒度小于1mm，加入3%稀氨水，充分混合得到矿浆；

s2、将含so2、nox的烟气与o2直接鼓入s1步骤的矿浆中，充分接触，保持氧化气氛，红土矿还原焙砂在50℃下，使镍、钴被充分络合浸出，通过补充氨水控制浸出液ph值为6.0，处理后的烟气排出；

s3、对经过s2步骤处理后的矿浆进行固液分离，得到滤液和滤渣，滤渣排出；

s4、在分离出的滤液中，先添加氯化铵沉钴，固液分离得液体，热回收氨后，即得到硫酸镍溶液。

实施例5

s1、先将红土矿进行还原焙烧，并对得到红土矿还原焙砂进行破碎和磨细至粒度小于1mm，加入8%稀氨水，充分混合得到矿浆；

s2、将含so2、nox的烟气与o2直接鼓入s1步骤的矿浆中，充分接触，保持氧化气氛，红土矿还原焙砂在70℃下，使镍、钴被充分络合浸出，通过补充氨水控制浸出液ph值为10.0，处理后的烟气排出；

s3、对经过s2步骤处理后的矿浆进行固液分离，得到滤液和滤渣，滤渣排出；

s4、在分离出的滤液中，先添加氯化铵沉钴，固液分离得液体，热回收氨后，即得到硫酸镍溶液。

实施例6

s1、先将红土矿进行还原焙烧，并对得到红土矿还原焙砂进行破碎和磨细至粒度小于1mm，加入5.5%稀氨水，充分混合得到矿浆；

s2、将含so2、nox的烟气与o2直接鼓入s1步骤的矿浆中，充分接触，保持氧化气氛，红土矿还原焙砂在60℃下，使镍、钴被充分络合浸出，通过补充氨水控制浸出液ph值为8.0，处理后的烟气排出；

s3、对经过s2步骤处理后的矿浆进行固液分离，得到滤液和滤渣，滤渣排出；

s4、在分离出的滤液中，先添加氯化铵沉钴，固液分离得液体，热回收氨后，即得到硫酸镍溶液。

实施例7

s1、先将红土矿进行还原焙烧，并对得到红土矿还原焙砂进行破碎和磨细至粒度小于1mm，加入3%稀氨水，充分混合得到矿浆；其中，红土矿原矿的品位为0.7%，还原焙烧条件为质量分数8%的还原剂量，600℃还原30min；

s2、将含so2、nox的115℃烟气与o2直接鼓入s1步骤的矿浆中，充分接触，保持氧化气氛，红土矿还原焙砂在50℃下，使镍、钴被充分络合浸出，通过补充氨水控制浸出液ph值为6.0，处理后的烟气排出；

s3、对经过s2步骤处理后的矿浆进行固液分离，得到滤液和滤渣，滤渣排出；

s4、在分离出的滤液中，先添加氯化铵沉钴，固液分离得液体，热回收氨后，即得到硫酸镍溶液。。

实施例8

s1、先将红土矿进行还原焙烧，并对得到红土矿还原焙砂进行破碎和磨细至粒度小于1mm，加入8%稀氨水，充分混合得到矿浆；其中，红土矿原矿的品位为1.2%，还原焙烧条件为质量分数12%的还原剂量，800℃还原60min；

s2、将含so2、nox的100℃烟气与o2直接鼓入s1步骤的矿浆中，充分接触，保持氧化气氛，红土矿还原焙砂在70℃下，使镍、钴被充分络合浸出，通过补充氨水控制浸出液ph值为10.0，处理后的烟气排出；

s3、对经过s2步骤处理后的矿浆进行固液分离，得到滤液和滤渣，滤渣排出；

s4、在分离出的滤液中，先添加氯化铵沉钴，固液分离得液体，热回收氨后，即得到硫酸镍溶液。

实施例9

s1、先将红土矿进行还原焙烧，并对得到红土矿还原焙砂进行破碎和磨细至粒度小于1mm，加入5.5%稀氨水，充分混合得到矿浆；其中，红土矿原矿的品位为0.95%，还原焙烧条件为质量分数10%的还原剂量，700℃还原45min；

s2、将含so2、nox的130℃烟气与o2直接鼓入s1步骤的矿浆中，充分接触，保持氧化气氛，红土矿还原焙砂在60℃下，使镍、钴被充分络合浸出，通过补充氨水控制浸出液ph值为8.0，处理后的烟气排出；

s3、对经过s2步骤处理后的矿浆进行固液分离，得到滤液和滤渣，滤渣排出；

s4、在分离出的滤液中，先添加氯化铵沉钴，固液分离得液体，热回收氨后，即得到硫酸镍溶液；

经实施例9处理后的烟气，so2质量浓度不超过35mg/m³，nox质量浓度不超过35mg/m³，排尘不超过5mg/m³。