一种红土镍矿高压酸浸除亚铁的方法

技术领域

本公开属于有色金属冶炼领域，具体涉及一种红土镍矿高压酸浸除亚铁的方法。

背景技术

镍、钴作为一种战略金属，主要被于生产不锈钢、高温合金钢、高性能特种合金及锂电池的正极材料等，但硫化镍矿资源正不断减少，而红土镍矿伴生钴，从红土镍矿中高效、经济地提取镍和钴已成为主要的方式。

红土镍矿处理工艺主要分为火法和湿法，湿法适合处理褐铁型红土镍矿等含镍较低的矿物，湿法具有能耗小、成本低和污染小及可同时回收钴等优势。目前高压酸浸(HPAL)是湿法处理红土镍矿主流工艺。一般用于HPAL工艺的红土镍矿为褐铁矿，其中的铁质量分数高(>40％)，铬质量分数1％～3％。因此导致经过HAPL浸出液中Fe

现有的红土镍矿湿法处理工艺往往有着工艺流程长、反应时间长、酸耗大、杂质含量高、除铁率低等缺点；一些工艺利用还原剂在高压酸浸过程中还原六价铬，但该过程中产生了大量的亚铁，增加了除杂难度，同时还可能产生易燃易爆气体，安全性较差。

发明内容

本公开旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本公开提出一种一种红土镍矿高压酸浸除亚铁的方法，该方法对环境友好，对现有工艺设备改造少，适合大规模推广。

根据本公开的第一方面，提出了一种红土镍矿高压酸浸除亚铁的方法，包括以下步骤：

S1：将红土镍矿制浆，浆料预热后与硫酸、硝酸化合物混合进行升温加压酸浸处理，得到酸浸矿浆；

S2：将所述酸浸矿浆进行闪蒸，得到浆料浸出液，所述闪蒸产生的蒸汽用于步骤S1所述浆料的预热过程。

闪蒸后得到的浆料浸出液中，硫酸浓度为10～60g/L；铁元素的含量为0.05～1g/L；亚铁离子Fe

硝酸化合物在酸性环境下有较强的氧化性，可作为氧化剂氧化Fe

Fe

3F

2Fe

2Cr

在一些实施方式中，步骤S1中，所述红土镍矿制浆后，进行研磨至粒度小于0.075mm。该粒度下浆料的浸出效果较好。

在一些实施方式中，步骤S1中，所述硫酸的浓度为90％～98％。浓硫酸加入高压釜时会释放大量热量，使浆料升温至浸出所需的温度。

在一些实施方式中，步骤S1中，所述硫酸的质量与所述红土镍矿的干矿质量比为0.2～0.4:1。硫酸的用量过低，浸出效果较差；若硫酸用量过高，浆料浸出液中的Fe含量将上升。

在一些实施方式中，步骤S1中，所述硝酸化合物为硝酸、硝酸钙、硝酸镁、硝酸钠、硝酸镍、硝酸钴、硝酸镁或硝酸铁中的至少一种。在酸性条件下，硝酸化合物具有较强的氧化性，可将Fe

在一些实施方式中，步骤S1中，所述硝酸化合物的质量与所述红土镍矿的干矿质量比为0.001～0.05:1。当硝酸化合物为硝酸或硝酸化合物的水合物时，以纯硝酸化合物的质量来计算。若硝酸化合物的用量过低，无法将Fe

在一些实施方式中，步骤S1中，所述硝酸化合物为硝酸时，所述硝酸的浓度为40％～98％。若硝酸浓度过低，无法将Fe

在一些实施方式中，步骤S1中，所述酸浸的液固比为2～10:1mL/g。

在一些实施方式中，步骤S1中，所述酸浸的温度为240～260℃；和/或，所述酸浸的时间为30～90min；和/或，所述酸浸的压力为3.5～5.0MPa。上述浸出条件较好地兼顾了生产效率及浸出效果。

在一些实施方式中，步骤S1中，所述酸浸的热源为蒸汽，所述蒸汽的温度为240～300℃。使用高温蒸汽加热浆料，配合硫酸加入时放出的热量使浆料达到浸出温度。

在一些实施方式中，步骤S1中，所述预热分为一级预热、二级预热和三级预热。矿浆逐步升温，有利于控制釜内压力，减少安全事故发生；还有利于对闪蒸后的蒸汽进行逐级利用，提高蒸汽利用率。

在一些实施方式中，所述一级预热的升温范围为室温～105℃；所述二级预热的升温范围为105～150℃；所述三级预热的升温范围为150～240℃。在该区域温度下进行多级升温，能够提高蒸汽利用率。

在一些实施方式中，步骤S2中，所述闪蒸分为一级闪蒸、二级闪蒸和三级闪蒸。多级闪蒸可提高蒸汽的利用率。

在一些实施方式中，所述一级闪蒸后矿浆的温度为200～240℃；所述二级闪蒸后矿浆的温度为160～180℃；所述三级闪蒸后矿浆的温度为100～120℃。通过热平衡计算及能量平衡计算，在该区域温度下，蒸汽的利用率最大。通过闪蒸槽的特殊结构，高温矿浆在低压状态下沸腾产生蒸汽，蒸汽带走热量，达到控制矿浆温度的结果。

在一些实施方式中，所述一级闪蒸产生的蒸汽用于所述三级预热的升温；所述二级闪蒸产生的蒸汽用于所述二级预热的升温；所述三级闪蒸的蒸汽用于所述一级预热的升温。对闪蒸产生的蒸汽进行逐级利用，可提高蒸汽的利用率。

在一些实施方式中，步骤S2中，所述闪蒸产生的蒸汽对步骤S1所述的浆料直接加热。闪蒸产生的蒸汽中含有氧化Fe

根据本公开的第二方面，提出了一种矿石除杂方法，包含本公开第一方面所述的红土镍矿高压酸浸除亚铁的方法的步骤。

根据本公开的一种实施方式，至少具有以下有益效果：

(1)工业生产中常使用二氧化锰、过硫酸钠等氧化剂氧化Fe

(2)本公开加入的氧化剂对溶液体系没有引入新的杂质，对产品质量无影响；

(3)在酸浸过程，Fe

(4)采用辅料氧化剂硝酸化合物进行氧化亚铁工艺，对传统生产工艺改变小，设备改造少，投资少，易实现工业化；

(5)降低了溶液中Fe的含量，减少了生产除杂工段辅料的用量，降低了生产成本，减少了外排废渣的用量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本公开做进一步的说明，其中：

图1为本公开实施例1的流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本公开的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本公开的目的、特征和效果。

以下各实施例及对比例所述红土镍矿的元素含量如下所示：

实施例1

一种红土镍矿高压酸浸除亚铁的方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)矿浆备料：红土镍矿经洗涤后与水按固液比1:3制浆，过筛50目，筛下物进球磨机球磨15min，过筛200目，筛下物≥90％，筛下物浓缩至固含30％；

(2)矿浆预热：1kg浓缩后固含为30％的矿浆使用高压给料泵依次送入一级预热器、二级预热器、三级预热器中，利用蒸汽对矿浆直接加热，一级预热器升温至110℃，二级预热器升温至160℃，三级预热器升温至200℃；

(3)高压酸浸：经三级预热后的矿浆经高压泵泵入高压釜，根据酸矿比250kg/t-干矿加入浓度为98％的硫酸，加入不同比例的硝酸，硝酸浓度为69％，补加240～300℃的蒸汽至反应温度255℃，压力4.0MPa，反应时间60min；

(4)矿浆闪蒸：将高压酸浸后的矿浆使用高压泵依次送入一级闪蒸槽、二级闪蒸槽、三级闪蒸槽中，一级闪蒸后矿浆温度200℃，二级闪蒸后矿浆温度160℃，三级闪蒸后矿浆温度110℃，得到浆料浸出液。闪蒸产生的蒸汽对步骤(2)中的矿浆直接加热，三级闪蒸蒸汽对一级预热器进行加热，二级闪蒸蒸汽对二级预热器进行加热，一级闪蒸蒸汽对三级预热器进行加热。

步骤(3)中，分别加入红土镍矿干矿重量0％、0.1％、0.5％、1％及5％的硝酸，最终得到的浆料浸出液的检测结果如表1所示：

表1

由表1可以看出，酸浸过程加入硝酸后，浆料浸出液中基本不含Fe

实施例2

一种红土镍矿高压酸浸除亚铁的方法，与实施例1的区别在于：硝酸化合物于步骤(2)中与浓缩后的矿浆混合预热，硝酸化合物为九水硝酸铁，具体步骤如下：

(1)矿浆备料：红土镍矿经洗涤后与水按固液比1:3制浆，过筛50目，筛下物进球磨机球磨15min，过筛200目，筛下物≥90％，筛下物浓缩至固含30％；

(2)矿浆预热：1kg浓缩后固含为30％的矿浆与九水硝酸铁按不同比例混合，使用高压给料泵依次送入一级预热器、二级预热器、三级预热器中，利用蒸汽对矿浆直接加热，一级预热器升温至110℃，二级预热器升温至160℃，三级预热器升温至200℃；

(3)高压酸浸：经三级预热后的矿浆经高压泵泵入高压釜，根据酸矿比250kg/t-干矿加入浓度为98％的硫酸，补加240～300℃的蒸汽至反应温度255℃，压力4.0MPa，反应时间60min；

(4)矿浆闪蒸：将高压酸浸后的矿浆使用高压泵依次送入一级闪蒸槽、二级闪蒸槽、三级闪蒸槽中，一级闪蒸后矿浆温度200℃，二级闪蒸后矿浆温度160℃，三级闪蒸后矿浆温度110℃，得到浆料浸出液。闪蒸产生的蒸汽对步骤(2)中的矿浆直接加热，三级闪蒸蒸汽对一级预热器进行加热，二级闪蒸蒸汽对二级预热器进行加热，一级闪蒸蒸汽对三级预热器进行加热。

步骤(2)中，分别加入红土镍矿干矿重量0％、0.1％、0.5％、1％及5％的九水硝酸铁，最终得到的浆料浸出液的检测结果如表2所示：

表2

由表2可以看出，预热过程加入红土镍矿重量的0.5％以上的硝酸铁后，浆料浸出液中基本不含Fe

实施例3

一种红土镍矿高压酸浸除亚铁的方法，与实施例1的区别在于：硝酸化合物于步骤(2)中与浓缩后的矿浆混合预热，硝酸化合物为六水硝酸亚铁，具体步骤如下：

(1)矿浆备料：红土镍矿经洗涤后与水按固液比1:3制浆，过筛50目，筛下物进球磨机球磨15min，过筛200目，筛下物≥90％，筛下物浓缩至固含30％；

(2)矿浆预热：1kg浓缩后固含为30％的矿浆与六水硝酸亚铁按不同比例混合，使用高压给料泵依次送入一级预热器、二级预热器、三级预热器中，利用蒸汽对矿浆直接加热，一级预热器升温至110℃，二级预热器升温至160℃，三级预热器升温至200℃；

(3)高压酸浸：经三级预热后的矿浆经高压泵泵入高压釜，根据酸矿比250kg/t-干矿加入浓度为98％的硫酸，补加240～300℃的蒸汽至反应温度255℃，压力4.0MPa，反应时间90min；

(4)矿浆闪蒸：将高压酸浸后的矿浆使用高压泵依次送入一级闪蒸槽、二级闪蒸槽、三级闪蒸槽中，一级闪蒸后矿浆温度200℃，二级闪蒸后矿浆温度160℃，三级闪蒸后矿浆温度110℃，得到浆料浸出液。闪蒸产生的蒸汽对步骤(2)中的矿浆直接加热，三级闪蒸蒸汽对一级预热器进行加热，二级闪蒸蒸汽对二级预热器进行加热，一级闪蒸蒸汽对三级预热器进行加热。

步骤(2)中，分别加入红土镍矿干矿重量0％、0.1％、0.5％、1％及5％的六水硝酸亚铁，最终得到的浆料浸出液的检测结果如表3所示：

表3

由表3可以看出，预热过程加入红土镍矿重量的0.5％以上的硝酸亚铁后，浆料浸出液中基本不含Fe

实施例4

一种红土镍矿高压酸浸除亚铁的方法，与实施例1的区别在于：硝酸化合物于步骤(2)中与浓缩后的矿浆混合预热，硝酸化合物为硝酸钠，具体步骤如下：

(1)矿浆备料：红土镍矿经洗涤后与水按固液比1:3制浆，过筛50目，筛下物进球磨机球磨15min，过筛200目，筛下物≥90％，筛下物浓缩至固含30％；

(2)矿浆预热：1kg浓缩后固含为30％的矿浆与硝酸钠按不同比例混合，使用高压给料泵依次送入一级预热器、二级预热器、三级预热器中，利用蒸汽对矿浆直接加热，一级预热器升温至110℃，二级预热器升温至160℃，三级预热器升温至200℃；

(3)高压酸浸：经三级预热后的矿浆经高压泵泵入高压釜，根据酸矿比250kg/t-干矿加入浓度为98％的硫酸，补加240～300℃的蒸汽至反应温度255℃，压力4.0MPa，反应时间60min；

(4)矿浆闪蒸：将高压酸浸后的矿浆使用高压泵依次送入一级闪蒸槽、二级闪蒸槽、三级闪蒸槽中，一级闪蒸后矿浆温度200℃，二级闪蒸后矿浆温度160℃，三级闪蒸后矿浆温度110℃，得到浆料浸出液。闪蒸产生的蒸汽对步骤(2)中的矿浆直接加热，三级闪蒸蒸汽对一级预热器进行加热，二级闪蒸蒸汽对二级预热器进行加热，一级闪蒸蒸汽对三级预热器进行加热。

步骤(2)中，分别加入红土镍矿干矿重量0％、0.1％、0.5％、1％及5％的硝酸钠，最终得到的浆料浸出液的检测结果如表4所示：

表4

由表4可以看出，预热过程加入红土镍矿重量的0.5％以上的硝酸钠后，浆料浸出液中基本不含Fe

实施例5

一种红土镍矿高压酸浸除亚铁的方法，与实施例1的区别在于：硝酸化合物于步骤(2)中与浓缩后的矿浆混合预热，硝酸化合物为四水硝酸钙，具体步骤如下：

(1)矿浆备料：红土镍矿经洗涤后与水按固液比1:3制浆，过筛50目，筛下物进球磨机球磨15min，过筛200目，筛下物≥90％，筛下物浓缩至固含30％；

(2)矿浆预热：1kg浓缩后固含为30％的矿浆与四水硝酸钙按不同比例混合，使用高压给料泵依次送入一级预热器、二级预热器、三级预热器中，利用蒸汽对矿浆直接加热，一级预热器升温至110℃，二级预热器升温至160℃，三级预热器升温至200℃；

(3)高压酸浸：经三级预热后的矿浆经高压泵泵入高压釜，根据酸矿比250kg/t-干矿加入浓度为98％的硫酸，补加240～300℃的蒸汽至反应温度255℃，压力4.0MPa，反应时间60min；

(4)矿浆闪蒸：将高压酸浸后的矿浆使用高压泵依次送入一级闪蒸槽、二级闪蒸槽、三级闪蒸槽中，一级闪蒸后矿浆温度200℃，二级闪蒸后矿浆温度160℃，三级闪蒸后矿浆温度110℃，得到浆料浸出液。闪蒸产生的蒸汽对步骤(2)中的矿浆直接加热，三级闪蒸蒸汽对一级预热器进行加热，二级闪蒸蒸汽对二级预热器进行加热，一级闪蒸蒸汽对三级预热器进行加热。

步骤(2)中，分别加入红土镍矿干矿重量0％、0.1％、0.5％、1％及5％的四水硝酸钙，最终得到的浆料浸出液的检测结果如表5所示：

表5

由表5可以看出，预热过程加入红土镍矿重量的0.5％以上的硝酸钙后，浆料浸出液中基本不含Fe

对比例1

与实施例1的区别在于：直接利用硝酸作为酸液对红土镍矿进行高压酸浸，具体步骤如下：

(1)矿浆备料：红土镍矿经洗涤后与水按固液比1:3制浆，过筛50目，筛下物进球磨机球磨15min，过筛200目，筛下物≥90％，筛下物浓缩至固含30％；

(2)矿浆预热：1kg浓缩后固含为30％的矿浆使用高压给料泵依次送入一级预热器、二级预热器、三级预热器中，利用蒸汽对矿浆直接加热，一级预热器升温至110℃，二级预热器升温至160℃，三级预热器升温至200℃；

(3)高压酸浸：经三级预热后的矿浆经高压泵泵入高压釜，根据酸矿比250kg/t-干矿加入浓度为69％的硝酸，补加240～300℃的蒸汽至反应温度255℃，压力4.0MPa，反应时间60min；

(4)矿浆闪蒸：将高压酸浸后的矿浆使用高压泵依次送入一级闪蒸槽、二级闪蒸槽、三级闪蒸槽中，一级闪蒸后矿浆温度200℃，二级闪蒸后矿浆温度160℃，三级闪蒸后矿浆温度110℃，得到浆料浸出液。闪蒸产生的蒸汽对步骤(2)中的矿浆直接加热，三级闪蒸蒸汽对一级预热器进行加热，二级闪蒸蒸汽对二级预热器进行加热，一级闪蒸蒸汽对三级预热器进行加热。

闪蒸后浆料浸出液的检测结果如表6所示：

表6

通过对比例1与实施例1～5的数据可知，红土镍矿采用硫酸与硝酸化合物高压酸浸条件下，有价金属镍、钴浸出率更高。

另外，对于硝酸化合物，NO