紅土鎳礦濕法冶金鎳鈷沉淀新工藝

孫寧磊， 李少龍， 王魁珽， 曹永建， 皮關(guān)華， 賈露萍， 孔凡祥

(1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038； 2.瑞木鎳鈷(中冶)管理有限公司， 北京 100028)

紅土鎳礦濕法冶金鎳鈷沉淀新工藝

孫寧磊1， 李少龍1， 王魁珽1， 曹永建2， 皮關(guān)華2， 賈露萍2， 孔凡祥2

(1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038； 2.瑞木鎳鈷(中冶)管理有限公司， 北京 100028)

介紹了紅土鎳礦濕法冶煉過(guò)程中鎳鈷沉淀工序的新工藝及其應(yīng)用情況，新工藝應(yīng)用后，氫氧化鎳鈷中間產(chǎn)品含水率大幅降低，經(jīng)濟(jì)效果顯著。

紅土鎳礦； 濕法冶金； 氫氧化鎳鈷； 沉淀； 含水率

0 前言

褐鐵礦型紅土鎳礦處理一般采用高壓酸浸的工藝[1]。伴隨著有價(jià)金屬的浸出，紅土鎳礦中的鐵、鋁、錳、鎂等金屬元素也以離子的形態(tài)進(jìn)入上述浸出液體系中，這就需要將這些雜質(zhì)離子與鎳鈷離子進(jìn)行分離。目前生產(chǎn)企業(yè)很多采用除鐵鋁—沉鎳鈷工藝，獲得氫氧化鎳鈷中間產(chǎn)品，該方法先在較低pH值的條件下除鐵鋁，除鐵鋁后液用沉淀劑處理獲得硫化鎳鈷(MSP)或氫氧化鎳鈷(MHP)中間產(chǎn)品。目前工業(yè)上使用的MHP沉淀劑有多種：氫氧化鈉、氧化鎂、石灰乳等。

氫氧化鈉沉淀鎳鈷工藝簡(jiǎn)單，安全可靠，但產(chǎn)出的MHP顆粒小，沉降性能差，造成濃密機(jī)處理能力小，壓濾后濾餅含水率高。可見(jiàn)，通過(guò)調(diào)整工藝來(lái)得到粒度大、顆粒致密的鎳鈷氫氧化物是該工藝中的核心問(wèn)題。

本文介紹了中國(guó)恩菲開(kāi)發(fā)的采用氫氧化鈉沉淀MHP的新工藝。新工藝在瑞木項(xiàng)目應(yīng)用后，氫氧化鎳鈷中間產(chǎn)品含水率由73%大幅降低至56%，改善了產(chǎn)品沉降及過(guò)濾性能，提高了設(shè)備處理能力，節(jié)省了大量產(chǎn)品運(yùn)輸費(fèi)用。

1 傳統(tǒng)氫氧化鈉沉淀MHP工藝

氫氧化鈉沉鎳鈷工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，國(guó)內(nèi)外很多企業(yè)皆應(yīng)用這種方法，如RAMU、銀億項(xiàng)目。浸出液經(jīng)過(guò)除鐵鋁后，加入5%～10%氫氧化鈉溶液，沉淀溫度控制在60 ℃左右，沉淀時(shí)間一般在4 h，沉淀后進(jìn)行濃密分離，沉淀過(guò)程需返回晶種。為了限制MHP產(chǎn)品雜質(zhì)含量，此工藝一般采用兩段沉鎳鈷，一段終點(diǎn)pH控制在一定水平，鎳沉淀率控制在85%～90%，沉淀固體干基鎳含量可以超過(guò)40%；二段將沉淀礦漿濃密后底流返回浸出回收鎳鈷。

鎳鈷MHP除了對(duì)雜質(zhì)含量和鎳含量有要求之外，還需要考慮沉淀粒度大小、粒度分布、沉淀顆粒致密度。工業(yè)生產(chǎn)中希望獲得粒度分布范圍較窄、形貌均一、粒度相對(duì)較大、沉淀產(chǎn)物顆粒致密、水合程度較低的沉淀產(chǎn)物。這樣的沉淀產(chǎn)物沉降速率高，過(guò)濾速度快，濾餅洗滌性能好，最終含水率低，對(duì)工藝設(shè)備選型、生產(chǎn)工藝實(shí)施、產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)榷挤浅Ｓ幸?。然而，氫氧化鈉沉淀MHP顆粒細(xì)小，沉淀后漿體表觀粘度大，沉降非常困難，一般情況下要借助絮凝劑加速沉降過(guò)程；濃密底流過(guò)濾困難，過(guò)濾速度一般<30 kg/(m2·h)，過(guò)濾后濾餅含水>70%，運(yùn)輸1 t產(chǎn)品，其中的700 kg水白白消耗了能源。

因此，如何控制此工藝過(guò)程中沉淀粒子的生成與長(zhǎng)大是獲得高物理質(zhì)量產(chǎn)品的核心。理論上，化學(xué)沉淀過(guò)程有兩種機(jī)制：形核和生長(zhǎng)。若沉淀劑或硫酸鎳的過(guò)飽和度過(guò)大，均相沉淀機(jī)制占主導(dǎo)，則會(huì)導(dǎo)致大量細(xì)小核心的形成，從而阻礙顆粒的長(zhǎng)大，即過(guò)堿或“過(guò)鎳”都不可取。所以，理論上促使顆粒長(zhǎng)大的方式是控制堿和鎳濃度處于較低的水平，同時(shí)引入大量的生長(zhǎng)模板(晶種)促進(jìn)多相沉淀機(jī)制的發(fā)生[2]。

工業(yè)生產(chǎn)中，一般會(huì)在濃密機(jī)底部設(shè)置返晶種泵，將晶種底流打回反應(yīng)槽，提供生長(zhǎng)晶種；同時(shí)采用堿鎳“對(duì)加”的加料方式控制過(guò)飽和度。對(duì)于控制氫氧根的引入速度問(wèn)題，工業(yè)上采取氫氧化鈉分點(diǎn)加料、噴淋加料、稀釋加料來(lái)解決(見(jiàn)圖1)。但是，氫氧化鈉是完全電離的強(qiáng)堿，上述加料方式雖然效果優(yōu)于直接加料的方式，但是加入的料滴無(wú)論多小，都使得局部堿濃度過(guò)高，無(wú)法根本改變沉淀機(jī)制。實(shí)踐中，無(wú)論對(duì)加料方式如何改造，沉淀沉降過(guò)濾性能都沒(méi)有明顯的改善。

圖1 工業(yè)中的傳統(tǒng)加堿方式

2 氫氧化鈉鎳鈷沉淀新工藝

維持體系中氫氧根的低引入速率同時(shí)引入足夠量的生長(zhǎng)模板是解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在。中國(guó)恩菲研究團(tuán)隊(duì)對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了深入的實(shí)驗(yàn)室研究，開(kāi)發(fā)了獨(dú)特的氫氧化鈉沉淀鎳鈷工藝，申請(qǐng)了專利CN104140130A[3]。此工藝基本不改變?cè)性O(shè)備，不增加原料藥劑，不改變?cè)泄に囍械奈锪掀胶饧八胶?。在瑞木相關(guān)技術(shù)人員的配合下，中國(guó)恩菲前期在瑞木項(xiàng)目系統(tǒng)調(diào)試階段，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，隨后開(kāi)展新工藝工業(yè)試驗(yàn)，并獲得成功。目前濃密機(jī)底流濃度達(dá)到了15%，同時(shí)壓濾機(jī)單板濾餅重量由平均不足3.0 t/板上升至5.0 t/板以上，含水率目前最低為56%，且含Ni達(dá)到40%以上。通過(guò)長(zhǎng)期的摸索及調(diào)整，新工藝的控制方法已完全掌握。圖2為新工藝整體控制理念，其為產(chǎn)出低含水高質(zhì)量的MHP產(chǎn)品提供了技術(shù)保障。

圖2 氫氧化鈉沉淀鎳鈷新工藝整體控制理念

3 新工藝實(shí)施效果和優(yōu)勢(shì)

3.1 設(shè)備處理能力和產(chǎn)品品質(zhì)

表1為新工藝實(shí)施后濃密過(guò)濾設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)變化以及產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)變化?？梢钥闯?，濃密設(shè)備與壓濾設(shè)備的處理能力大幅提升，同時(shí)產(chǎn)品含水率逐步降低，產(chǎn)品干基鎳含量穩(wěn)步上升。

表1 新工藝實(shí)施前后設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量

圖3為新工藝實(shí)施前后壓濾機(jī)給料泵即時(shí)流量曲線的變化。

圖3 新工藝實(shí)施前后壓濾機(jī)給料泵即時(shí)流量曲線

可以看出，由于MHP產(chǎn)品顆粒的長(zhǎng)大，壓濾機(jī)進(jìn)料阻力變小，進(jìn)料更加順暢，工作效率大幅提高。

3.2 產(chǎn)品運(yùn)輸相關(guān)費(fèi)用

新工藝實(shí)施后，濾餅含水率降低帶來(lái)的最顯著的效果是產(chǎn)品運(yùn)費(fèi)大幅下降，從圖4濾餅含水與產(chǎn)品運(yùn)費(fèi)的關(guān)系可以看出，一定計(jì)算條件下，若含水率從73%降低至63%，則噸鎳運(yùn)輸費(fèi)用可以降低約110美元。此外，由于噸袋干基量提高，使得包裝袋用量相應(yīng)減少，倒運(yùn)次數(shù)相應(yīng)降低；并且，含水率較低的產(chǎn)品為后續(xù)精煉過(guò)程也節(jié)約了大量的能源。

4 結(jié)語(yǔ)

圖4 濾餅含水與產(chǎn)品運(yùn)費(fèi)的關(guān)系

氫氧化鈉沉淀鎳鈷新工藝應(yīng)用于瑞木項(xiàng)目，氫氧化鎳鈷產(chǎn)品含水率由原來(lái)75%減少至56%，產(chǎn)品運(yùn)輸費(fèi)用大幅降低，設(shè)備效率大幅提升。

[1] 劉大星. 從鎳紅土礦中回收鎳、鈷技術(shù)的進(jìn)展[J].有色金屬(冶煉部分)，2002，(3)：6-12.

[2] Cinziana Sist, George P. Demopoulos. Nickel hydroxide precipitation from aqueous sulfate media extractive metallurgy[J].JOM, 2003,55 (55):42-46.

[3] 陸業(yè)大，孫寧磊，劉誠(chéng)，等.氫氧化鎳制品及其制備方法[P]. 中國(guó)專利：CN104140130A，2014-11-12.

我國(guó)科學(xué)家構(gòu)建液態(tài)金屬應(yīng)用新領(lǐng)域

中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所低溫生物與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室和清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院組成的聯(lián)合小組，首次系統(tǒng)地提出并構(gòu)建了液態(tài)金屬生物醫(yī)學(xué)材料學(xué)新領(lǐng)域，并應(yīng)學(xué)術(shù)期刊《國(guó)際材料學(xué)評(píng)論》之邀，撰寫(xiě)了專題評(píng)述論文。這標(biāo)志著，我國(guó)科學(xué)家的研究開(kāi)辟了液態(tài)金屬的新領(lǐng)域。

聯(lián)合小組在液態(tài)金屬領(lǐng)域長(zhǎng)期開(kāi)展了大量研究，率先揭開(kāi)了諸多全新的科學(xué)現(xiàn)象、基礎(chǔ)效應(yīng)和變革性應(yīng)用途徑，在廣泛領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了全面突破，促成了若干高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展。

從基礎(chǔ)研究到技術(shù)突破，中國(guó)科學(xué)家在液態(tài)金屬生物醫(yī)學(xué)材料方面取得了原創(chuàng)性突破——液態(tài)金屬血管造影術(shù)、液態(tài)金屬栓塞血管治療腫瘤技術(shù)、堿金屬流體熱化學(xué)消融治療腫瘤法、注射式固液相轉(zhuǎn)換型低熔點(diǎn)金屬骨水泥、液態(tài)金屬柔性外骨骼技術(shù)、印刷式液態(tài)金屬柔性防輻射技術(shù)、注射式可植入醫(yī)療電子技術(shù)、人體皮表電子電路液態(tài)金屬直接打印成型技術(shù)。目前，在液態(tài)金屬研究方面，中國(guó)已經(jīng)走在世界前列。

A new Ni&Co precipitation process in nickel laterite hydrometallurgy

SUN Ning-lei, LI Shao-long, WANG Kui-ting, CAO Yong-jian, PI Guan-hua, JIA Lu-ping, KONG Fan-xiang

In this article, a new Ni&Co hydroxide precipitation (MHP) process in nickel laterite hydrometallurgy is introduced. with the adoption of the new process, the moisture content in MHP intermediate product is much lower with obvious economic benefits.

nickel laterite; hydrometallurgy; MHP; precipitation; moisture content

孫寧磊(1980—)， 男， 河北宣化人， 博士， 教授級(jí)高工； 研究方向： 有色金屬冶金。

2016-- 08-- 03

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