周安梁，霍松齡，余群波

（1.黑龍江紫金銅業(yè)有限公司，齊齊哈爾 161000；2.中國黃金集團有限公司，北京 100011；3.北京礦冶科技集團有限公司，北京 100070）

近年來，鎳的需求增長刺激了紅土鎳礦的大量開發(fā)利用。紅土鎳礦床具有規(guī)模大、埋藏淺、易于勘探開采且常伴生有鈷元素等特點，是蘊藏鎳、鈷金屬的重要資源之一[1-2]。印尼具有大量的紅土鎳礦礦床，本文基于印尼某地的大型紅土鎳礦礦床進行常規(guī)浸出試驗研究。

1 試驗研究方法

1.1 試驗原料

對印尼某紅土鎳礦試驗樣進行化學(xué)分析，分析結(jié)果如表1所示。

表1 紅土鎳礦試驗樣化學(xué)分析結(jié)果

該紅土鎳礦鎳含量1.14%，鈷為0.11%，鐵為40.15%，鎂為1.48%。從化學(xué)分析結(jié)果可知，該紅土鎳礦屬于褐鐵礦型紅土鎳礦。

1.2 試驗方法及原理

試驗在恒溫水浴鍋中的三口燒瓶內(nèi)進行，試驗裝置如圖1所示。試驗主要考察酸礦比、溫度、礦漿濃度、浸出時間等因素對鎳、鈷、鐵等金屬浸出率的影響，通過條件試驗，找出最優(yōu)化試驗條件。

酸浸過程中，褐鐵礦中的鎳、鈷、鐵、鋁、錳等金屬氧化物或復(fù)合鹽直接與硫酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化成為金屬離子進入溶液中，其化學(xué)反應(yīng)如式（1）所示。

鎂主要存在于含鎂硅酸鹽礦物中，浸出反應(yīng)可表示為：

圖1 浸出試驗裝置

2 試驗結(jié)果與分析

本試驗中褐鐵礦試驗樣初步破碎處理后，粒度在0～2 mm，采用試驗室球磨機將礦樣磨礦至-200目（大于90%）。

2.1 酸礦比對浸出率的影響

本試驗考察了酸礦比從0.2 t/t礦增大到1.2 t/t礦對金屬浸出率的影響，試驗結(jié)果如表2、圖2所示，固定試驗條件如下：浸出溫度95℃，礦漿濃度33%，浸出時間5 h。

表2 不同酸礦比條件下的金屬浸出率

由表2、圖2可看出，酸礦比對金屬浸出率的影響較大，隨著酸礦比的增大，鎳、鈷、鐵的浸出率不斷升高，浸出規(guī)律如下。

圖2 酸礦比對金屬浸出率的影響

2.1.1 鎳、鈷、鐵的浸出

當(dāng)酸礦比由0.2 t/t礦增大到1.2 t/t礦時，鎳、鈷、鐵的浸出率分別由40.55%、60.68%、21.48%提高到98.21%、88.71%、86.96%，上升趨勢比較顯著，鎳和鐵浸出率的升高比鈷更為顯著。同一酸礦比條件下，鎳的浸出率始終高于鐵，這是因為富集在褐鐵礦中的鎳不單分配在針鐵礦中，另有一部分鎳以吸附性鎳、氧化鎳、硫化鎳、硅酸鹽的形式存在，提取這部分鎳比提取針鐵礦中的鎳更加容易；鎳的浸出率與鐵的浸出率呈較好的線性相關(guān)性，其原因是分配在針鐵礦中的鎳占鎳總量的76%，而且鎳在針鐵礦相中的分布比較均勻，在溶解針鐵礦時鎳、鐵同時被浸出。

2.1.2 鎳與鈷的浸出

在酸礦比較低的條件下（0.2～0.6 t/t礦），鈷的浸出率一直高于鎳，其原因是鈷在氧化物、硫化物、硅酸鹽等反應(yīng)活性很強的礦物中的分配率大于鎳，分配在這些礦物中的鎳、鈷提取相對容易，在酸礦比較低的條件下即可實現(xiàn)鎳、鈷的浸出；當(dāng)酸礦大于0.6 t/t礦時，鎳的浸出率大于鈷，這說明鎳的浸出比鈷更依賴體系中初始酸的濃度，酸礦比是鎳浸出率的最主要影響因素，而鈷可能還受溫度、時間、添加的還原劑等因素影響，所以當(dāng)酸礦增大到1.2 t/t礦時，鎳的浸出率能達到98.21%，而鈷的浸出率只有88.71%。

本試驗旨在保證鎳、鈷浸出率盡可能達到最高的前提下確定最優(yōu)化的酸礦比條件。綜合考慮鎳鈷浸出率、后續(xù)中和等工序的負荷及成本，酸礦比確定為1.2 t/t礦。

2.2 溫度對浸出率的影響

試驗考察溫度為75℃、80℃、85℃、90℃和95℃。試驗結(jié)果如表3、圖3所示，其他固定試驗條件如下：酸礦比1.2 t/t礦，礦漿濃度33%，浸出時間5 h。

表3 不同浸出溫度下的金屬浸出率

圖3 溫度對金屬浸出率的影響

由表3、圖3可見，隨著溫度的升高，鎳、鈷、鐵的浸出率在不同程度上均得到提高，其中鎳、鐵的浸出率增加趨勢平緩，鈷的浸出率變化趨勢較大，這說明溫度對鈷、浸出率的影響比鎳、鐵大，溫度是影響鈷浸出率的主要因素而不是影響鎳、鐵浸出率的主要因素。為了盡可能提高鎳、鈷的浸出率，提高反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)時間，浸出溫度選擇95℃。

2.3 礦漿濃度對浸出率的影響

礦漿濃度是影響浸出動力學(xué)的主要因素之一。本試驗考察的礦漿濃度為27%、29%、31%、33%和35%，試驗結(jié)果如表4、圖4所示，其他固定試驗條件為：酸礦比1.2 t/t礦，溫度95℃，時間5 h。

表4 礦漿濃度對金屬浸出率的影響

圖4 礦漿濃度對金屬浸出率的影響

由表4、圖4可知，當(dāng)?shù)V漿濃度由27%增大至33%時，鎳、鈷、鐵的浸出率均有提高，這說明礦漿濃度增大，浸出劑的濃度增大，礦物與浸出劑有效碰撞的概率率增加，提高了金屬的浸出率；當(dāng)?shù)V漿濃度由33%增大至35%時，鈷的浸出率略有下降，這是因為浸出礦漿在進行固液分離時，較大的礦漿濃度增大了浸出礦漿的黏度，從而增加了鈷在浸出渣中的損失，鐵的浸出率有小幅提高，說明35%的礦漿濃度對鐵浸出的影響大于液固分離時損失的影響，鎳的浸出率幾乎沒有變化，即浸出與損失兩者互為平衡。綜合考慮，礦漿濃度選擇33%為最佳。

2.4 浸出時間對浸出率的影響

本節(jié)試驗考察浸出時間為1 h、2 h、3 h、4 h和5 h對金屬浸出率的影響，固定條件為：酸礦比1.2 t/t礦，浸出溫度95℃，礦漿濃度33%。試驗結(jié)果如表5、圖5所示。

表5 不同浸出時間下的金屬浸出率

圖5 浸出時間對金屬浸出率的影響

由表5、圖5可見，當(dāng)浸出時間為1 h時，鎳的浸出率為94.36%，浸出效果較好，這表明含鎳礦物的反應(yīng)活性大；當(dāng)浸出時間由1 h延長到3 h時，鎳、鈷、鐵的浸出率均得到提高，其中鈷的浸出率由81.12%提高到87.96%，變化趨勢較其他金屬而言更為顯著；當(dāng)浸出時間延長到5 h時，鎳、鈷、鐵的浸出率變化不大。綜合考慮，浸出時間選擇3 h為宜。

2.5 最優(yōu)試驗條件的確定

為了最大浸出鎳、鈷，減小鐵的浸出，結(jié)合以上各因素對金屬浸出率的影響，最優(yōu)化試驗條件確定為：酸礦比1.2 t/t礦，浸出溫度95℃，礦漿濃度33%，浸出時間3 h[3-4]。在此條件下進行浸出試驗，結(jié)果如表6所示。

表6 最優(yōu)化試驗條件下的浸出試驗結(jié)果

在最佳試驗條件下，鎳、鈷的浸出率分別為97.43%和88.56%，同時大部分鐵被浸出進入溶液。

3 結(jié)論

綜合考慮生產(chǎn)成本及操作條件，筆者確定了褐鐵礦常壓硫酸浸出的最優(yōu)化工藝條件為：酸礦比1.2 t/t礦、溫度95℃、礦漿濃度33%、浸出時間3 h[5-6]。在此條件下，鎳、鈷、鐵的浸出率分別為97.43%、88.56%、85.68%，渣率為17.48%，每噸干礦的硫酸耗量為1.2 t，其中鐵是最大的耗酸元素。

參考文獻

1 郭學(xué)益，吳 展，李 棟.鎳紅土礦處理工藝的現(xiàn)狀和展望[J].金屬材料與冶金工程，2009，37（2）：3-9.

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3 何 燦，肖述剛，譚木昌.印度尼西亞紅土型鎳礦[J].云南地質(zhì)，2008，27（1）：20-26.

4 王成彥，尹 飛，陳永強，等.國內(nèi)外紅土鎳礦處理技術(shù)及進展[J].中國有色金屬學(xué)報，2008，18（1）：1-5.

5 G K Das，S Anand，S Acharya，eta1.Characterisation and acid pressure leaching of various nickel-bearing chromite overburden samples[J].Hydrometallurgy，1997，44（1）：97-111.

6 Walter Curlook.Acid leaching of nickel laterite ores for the extraction of their nickel and cobalt values：US，6391089[P].2000-11-29.