王宇斌, 雷大士, 彭祥玉， 張小波， 張 威

(1.西安建筑科技大學(xué)材料與礦資學(xué)院， 陜西 西安 710055；2.河南洛陽欒川鉬業(yè)集團股份有限公司， 河南 欒川 471500)

用堆浸法從某選鎳尾礦中回收鎳的試驗研究

王宇斌1, 雷大士1, 彭祥玉1， 張小波1， 張 威2

(1.西安建筑科技大學(xué)材料與礦資學(xué)院， 陜西 西安 710055；2.河南洛陽欒川鉬業(yè)集團股份有限公司， 河南 欒川 471500)

某選鎳尾礦鎳品位為0.35%，其氧化率較高，屬難選礦石。試驗研究了采用碎磨- 堆浸- 沉淀工藝從尾礦中回收鎳，考察了試料粒度、硫酸用量、浸出時間、浸出溫度和液固比等對鎳浸出率的影響，在礦石粒度-0.074 mm占65%、硫酸用量160 g/L、浸出時間56 h、浸出溫度60 ℃、液固比3∶1的條件下，鎳的浸出率為61.11%。

選鎳尾礦； 氧化率； 堆浸

TF803.2; TD95； TF815

B

1672-6103(2017)03-0067-04

0 前言

鎳是一種重要的有色金屬，具有良好的機械強度、延展性和化學(xué)穩(wěn)定性，多用于軍工、航空、機械等領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有極其重要的地位[1-2]。目前世界上鎳產(chǎn)量的60%～65%來源于硫化鎳礦，其余則來源于氧化鎳礦。由于全球可供開發(fā)的硫化礦資源逐漸衰竭，而我國鎳資源的儲量和俄羅斯、加拿大、澳大利亞等國相比較少，導(dǎo)致我國每年都需進口大量的鎳礦,以滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的需要[3]。隨著礦業(yè)的發(fā)展，尾礦的綜合回收與利用越來越受到重視，同時鎳礦作為一種不可再生資源，有相當(dāng)一部分存在于尾礦中，不僅影響環(huán)境，也造成了資源浪費，因此從尾礦中回收鎳就顯得尤為重要。本研究對某選鎳尾礦進行堆浸試驗，以期為同類尾礦的綜合回收與利用提供依據(jù)。

1 礦石性質(zhì)

為確定礦石中主要有價元素的種類及其含量，對試樣進行了化學(xué)多元素分析和尾礦鎳物相分析，結(jié)果見表1、表2。

表1 尾礦多元素分析結(jié)果 %

表2 尾礦鎳物相分析結(jié)果 %

由表1可知，樣品中的主要元素有Ni、Cu、Fe、S、Zn等，其中鎳含量為0.35%，銅含量為0.23%，鐵含量為7.90%，均有回收價值。本研究主要對試樣中的鎳進行回收。由表2可知，原礦中的鎳77%賦存狀態(tài)是氧化礦，該試樣中金屬礦物主要有鎳磁黃鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦等，主要脈石礦物為石英、方解石、云母等。對試樣進行粒度分布研究，約70%的鎳元素分布在-200目的細(xì)粒中，表明鎳礦物嵌布粒度較細(xì)，同時結(jié)合物相組成分析，鎳元素主要以弱吸附形式存在于晶體礦物表面，其吸附作用表現(xiàn)為化學(xué)吸附，為該礦石的分選增加了一定難度。

2 浸出試驗

2.1 工藝流程

進行了重選、浮選等探索試驗，其回收率分別為34.37%和35.16%，表明該試樣用傳統(tǒng)物理選礦方案不能有效回收，故采用化學(xué)選礦方法進行回收。該礦物中鎳元素主要以弱吸附形式存在于晶體礦物表面，在常壓下需采用較強酸才能浸出，故用硫酸作為浸出劑，由于原礦品位較低，因此采用堆浸；為了進一步富集溶液中的Ni，采用硫化鈉進行沉淀。試驗采用碎磨—堆浸—過濾—硫化沉淀—干燥制備鎳精礦。

2.2 試劑及儀器

試驗所用的主要藥劑：硫酸(化學(xué)純，廣州德樹化工有限公司)，硫化鈉(工業(yè)純，西安裕華生物科技有限公司)。

試驗所用的主要儀器：pHs-3C型精密pH計(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，實驗室精密溫度計(常州雙波儀表有限公司)，浸出柱(直徑0.2 m，高度1.5 m)。

2.3 試驗方法

鎳的浸出試驗在浸出柱中進行，每次試驗均稱取1 kg礦樣并配成要求的礦漿濃度，然后置于浸出柱中加溫，反應(yīng)一定時間后過濾，最后對不同浸出條件下的浸出渣進行化驗，計算鎳的浸出率。

浸出液硫化沉淀試驗時，在浸出液中加入沉淀劑，控制沉淀過程的pH值、溫度和沉淀劑用量，沉淀結(jié)束后對精礦進行化驗，計算鎳的品位和回收率。

3 試驗結(jié)果和討論

分別考察了試料粒度，硫酸用量，浸出時間，浸出溫度，浸出液固比對鎳浸出率的影響。

3.1 礦石粒度試驗

圖1 試料粒度對鎳浸出率的影響

試驗條件為：H2SO4用量160 g/L，浸出時間56 h，浸出溫度60 ℃，浸出液固比3∶1，試料粒度為變量，試驗結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨著試料粒度的減小，鎳的浸出率先升高后降低，根據(jù)反應(yīng)動力學(xué)的相關(guān)理論，化學(xué)浸出的發(fā)生，是由溶液中的反應(yīng)分子與固體顆粒相碰撞引起的，浸出速率與固- 液接觸的表面積成正比，試料粒度小可以增大固液反應(yīng)面積，降低內(nèi)擴散阻力，有利于提高浸出速率，因此減小試料粒度，浸出率會增大[4-7]。當(dāng)粒度達到-200目占65%后，鎳的浸出率又逐漸降低，原因在于粒度過小，礦漿的黏度增大，外擴散速率降低，從而降低浸出速率，且原礦中含有部分嵌布粒度較細(xì)的鐵元素，當(dāng)達到一定細(xì)度時，暴露于反應(yīng)界面的鐵物相逐漸增多，增大硫酸的消耗量，進而導(dǎo)致鎳的浸出率降低，同時又給固液分離造成困難。綜合考慮磨礦篩分成本以及鎳的浸出率，確定最佳試料粒度為-200目占65%。

3.2 H2SO4用量試驗

試驗條件為：試料粒度-200目占65%，浸出時間56 h，浸出溫度60 ℃，浸出液固比3∶1，H2SO4用量為變量，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 硫酸用量對鎳浸出率的影響

由圖2可知，鎳的浸出率隨硫酸用量的增加而增大，因為浸出過程取決于浸出劑與物料的有效接觸，因此與浸出劑用量密切相關(guān)，故增加硫酸用量，可增大浸出劑與試樣中鎳元素的接觸機率，從而提高鎳的浸出率。當(dāng)硫酸用量為160 g/L時，鎳的浸出率為61.11%，進一步增加硫酸用量到180 g/L，鎳的浸出率僅提高了0.03%，而過量的酸會嚴(yán)重影響后續(xù)凈化及沉淀作業(yè)。綜合考慮鎳浸出率和生產(chǎn)成本，確定硫酸的最佳用量為160 g/L。

3.3 浸出時間試驗

試驗條件為：試料粒度-200目占65%，H2SO4用量160 g/L，浸出溫度60 ℃，浸出液固比3∶1，浸出時間為變量，試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 浸出時間對鎳浸出率的影響

由圖3可知，隨著浸出時間的延長，鎳的浸出率在逐漸增大，當(dāng)浸出時間為24 h時，浸出率為57.12%，浸出時間延長至56 h，浸出率為61.11%，提高了3.99%，繼續(xù)延長至72 h，鎳的浸出率變化不大，原因在于試料粒度較小時礦物的比表面積較大，與溶液中的硫酸接觸較為充分，反應(yīng)速率較快，反應(yīng)可在較短時間內(nèi)達到平衡，延長浸出時間對浸出率影響不大，故確定最佳浸出時間為56 h。

3.4 浸出溫度試驗

試驗條件為：試料粒度-200目占65%，H2SO4用量160 g/L，浸出時間56 h，浸出液固比3∶1，浸出溫度為變量，試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 浸出溫度對鎳浸出率的影響

由圖4可知，鎳的浸出率隨溫度的升高而逐漸增大，當(dāng)浸出溫度為50 ℃時，鎳的浸出率為58.77%，溫度提升至60 ℃時，浸出率為61.11%，提高了2.34%。提高浸出溫度，可降低溶液的黏度，使硫酸與固體物料之間的傳質(zhì)速度加快，因此加速礦漿中的分子運動，有利于離子擴散，故可縮短反應(yīng)時間，提高浸出效率。但繼續(xù)提高溫度至80 ℃，鎳的浸出率變化不大。綜合考慮操作環(huán)境及生產(chǎn)成本，選擇最佳浸出溫度為60 ℃。

3.5 液固比試驗

試驗條件為：試料粒度-200目占65%，H2SO4用量160 g/L，浸出時間56 h，浸出溫度60 ℃，浸出液固比為變量，試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 液固比對鎳浸出率的影響

由圖5可知，鎳的浸出率隨著液固比的增大而增加。增大液固比，即增加反應(yīng)時的液體體積，進而可增加硫酸與試料的接觸面積和接觸機率，故鎳的浸出率提高。當(dāng)液固比為2∶1時，鎳的浸出率為58.67%，液固比增大到3∶1時，鎳的浸出率為61.11%，提升了2.44%，繼續(xù)增大液固比到5∶1時，浸出率僅提高了0.30%，而增大液固比，即增大浸出液體積，會增加后續(xù)凈化的處理量。綜合考慮鎳的浸出率和生產(chǎn)投資，確定最佳液固比為3∶1。

3.6 浸出液沉淀試驗

浸出液中Ni的含量為0.98 g/L，其他金屬含量均較低，利用Ni與其他金屬硫化物溶度積的差異，通過硫化沉淀法進一步富集溶液中的Ni，主要反應(yīng)為：

(1)

在pH一定的情況下，硫化鈉用量過低會影響富集效果，硫化鈉過高則會促進硫化氫的生成，嚴(yán)重腐蝕設(shè)備和惡化操作環(huán)境，同時增加沉淀成本。試驗條件為：pH=5，沉淀溫度70 ℃，沉淀時間1 h，Na2S用量為變量，試驗結(jié)果如圖6所示。

圖6 硫化鈉用量對鎳精礦品位和回收率的影響

如圖6所示，鎳回收率隨著硫化鈉用量的增加逐漸增加，鎳精礦品位隨著硫化鈉用量的增加先增大后減小。綜合考慮鎳精礦品位和回收率，確定Na2S用量為12 g/L。

4 結(jié)論

(1)該鎳尾礦雜質(zhì)含量較低，鎳元素以弱吸附形式存在于晶體礦物表面，屬難選礦石，采用碎磨—堆浸—沉淀工藝可有效回收。

(2)在試料粒度-200目占65%，硫酸用量160 g/L，浸出時間56 h，浸出溫度60 ℃，液固體積質(zhì)量比3∶1的條件下，鎳浸出率可達61.11%。浸出液加硫化鈉沉淀后可獲得品位為9.80%的鎳精礦產(chǎn)品。

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Experimental study of nickel recovery from nickel tailings by heap leaching

WANG Yu-bin, LEI Da-shi, PENG Xiang-yu, ZHANG Xiao-bo, ZHANG Wei

The nickel grade in some tailings after the nickel separation is 0.35% and the oxidation rate is high, belonging to refractory ore. The process of crushing and grinding-heap leaching-precipitation is adopted for nickel recovery from tailings, the impact of experimental conditions such as particle size, sulfuric acid consumption, leaching time, leaching temperature and liquid-solid ratio on the leaching rate of nickel is studied. The leaching rate of nickel is 61.11% under the condition of particle size of 65% -0.074 mm, sulfuric acid consumption of 160 g/L, leaching time of 56 h, leaching temperature of 60 ℃, and liquid-solid ratio of 3∶1.

nickel tailings; oxidation rate; heap leaching

王宇斌(1972—)，男，河南偃師人，博士，副教授，主要從事礦物綜合利用研究。

陜西省科技廳基金項目(2014SJ-04)

2016-07-06