低冰镍钙化焙烧的反应过程及机理研究

发布时间：2020-11-18 18:12

　　 随着我国经济的发展,镍矿资源供需矛盾日益突出,因此镍矿亟待高效的利用。然而传统的火法工艺能耗大,金属利用率不高,而纯湿法工艺对设备要求高,工艺化难度大。因此本课题以低冰镍为原料,采用火法-湿法联合的新型工艺提取有价金属。低冰镍是传统火法冶金的中间产物,相比镍的原矿和精矿,具有杂质少、目标金属富集等特点。以低冰镍为研究起点,既能简化工艺流程、减小能耗、降低成本,又能减小有价金属的损失。本课题以低冰镍为原料,以成本低廉的CaO和CaCO_3为焙烧剂,采用钙化焙烧-酸浸工艺提取低冰镍中的有价金属。主要内容如下:(1)以CaO为钙化剂,研究了低冰镍钙化焙烧-酸浸工艺中焙烧温度、焙烧时间、CaO添加量、硫酸浓度、浸出时间等因素对金属组元浸出率的影响。结果表明:在最优条件下,低冰镍中的Ni、Cu、Fe、Co的浸出率分别为94.20%、98.10%、91.32%、92.21%;通过实验发现钙化焙烧反应过程中,CaO会优先与Fe_2O_3反应生成CaFe_2O_4,在CaO足量的情况下便可抑制Fe_2O_3与其它金属氧化物发生反应,从而抑制铁酸盐的生成,使目标金属以氧化物的形式存在于焙烧产物中,从而可在后续的酸浸过程中转移到液相中。(2)在CaO为钙化剂实验的基础上,选用焙烧效果更好的CaCO_3为焙烧剂,通过钙化焙烧-酸浸工艺提取有价金属组元,结果表明:最优条件下,有价金属组元Ni、Cu、Fe、Co的浸出率分别为95.10%、99.21%、91.75%、93.32%;研究发现,对于含多金属的低冰镍,直接钙化焙烧-酸浸提取有价金属,都需要较高的焙烧温度(1100 ~oC)。为了降低焙烧温度,先对低冰镍与CaCO_3的混料进行球磨预处理,然后再进行焙烧-酸浸,可使焙烧温度降低至850 ~oC,此时金属组元Ni、Cu、Fe、Co浸出率分别为94.41%、99.01%、90.75%、93.02%。(3)对浸出液采用针铁矿法除铁工艺进行除铁操作,研究了pH、除铁温度、除铁时间、晶种的有无对除铁效果影响,并分析了目标金属(Ni、Cu、Co)在除铁过程中损失的原因。结果表明:在最佳的除铁条件下,99.60%的Fe会以针铁矿的形式除去,最终溶液Fe的浓度为3.84 mg/L,达到后续电解精炼的要求;实验过程中会损失1.20%的Ni,0.91%的Cu和1.80%的Co,但Ni、Cu和Co最终的回收率依然可以达到93.28%、98.11%和91.34%。研究表明采用钙化焙烧-酸浸工艺处理低冰镍,可实现有价金属组元的高效提取。该工艺能耗低、环境友好,可作为低冰镍提取有价金属的有效方法,对低冰镍为原料的生产工艺研发利用具有重要的意义。
【学位单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TF046.2
【部分图文】：

图 1-1 镍的消费结构Fig.1-1 Consumption structure of nickel资源壳中含量约为 0.02%，相当于铜、锌、铅三种金属加起来采的镍矿床却很少。全球的镍矿资源主要有硫化镍矿、氧，再就是储存在深海底部的含镍锰结核[10-11]。目前全世界为 4.7 亿吨，海洋锰结核约有 689 万吨。在世界的镍储量中30～40%为硫化矿[12]。氧化矿储量大，多分布于赤道和低西亚、菲律宾、古巴、新喀里多尼亚、哥伦比亚等国家，成本低，甚至可以露天开采，但红土镍矿大多品位较低、本高。硫化矿则主要分布于加拿大、澳大利亚、俄罗斯、几个国家，处理工艺相对成熟，目前世界 70%左右的镍产

上海大学硕士学位论文1.3 镍矿处理工艺镍的冶炼方法有火法和湿法两种。火法冶金是生产镍产品的传统冶炼工艺，其技术相对成熟，成本较低；湿法冶金由于工艺流程短、设备简单、耗能少等优点逐渐成为生产和研究热点，此外，生物冶金等方法由于成本低、适应性广等特点近年来也被广泛研究。镍的主要冶炼方法如图 1-2 所示。

图 1-3 浮选工艺流程Fig.1-3 Flowsheet of flotation process经磨矿浮选后的镍精矿，需要再经过造锍熔炼过程使金属进一步富集。该要是利用目标金属对硫的化学亲和力大于对氧的化学亲和力的原理，将金或几种金属硫化物之间相互熔合为锍，经过此过程可以除去大部分的脉石。造锍熔炼的主要设备有鼓风炉、闪速炉、电炉等，产物为低镍锍、炉渣、烟尘等。经造锍熔炼后得到的低镍锍除了富集目标金属外，还含有大量 Fe，其成不能满足精炼工序处理的要求，因此必须对低镍锍进行吹炼处理。吹炼是内的熔体中吹入空气并加入少量石英，将铁和部分杂质氧化物与石英造渣到含目标金属较高的高镍锍和含金属较低的转炉渣。跟据高冰镍和转炉渣不同可以将比重较小的转炉渣除去[24]，图 1-4 为硫化矿火法冶金产出高镍艺流程图。
【参考文献】

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本文编号：2889032