[发明专利]镍红土矿综合利用的绿色冶金方法

说明书

技术领域

本发明涉及镍氧化矿冶炼镍的冶金领域，具体涉及镍红土矿综合利用的方法。

背景技术

镍红土矿是镍的氧化型矿物，占世界镍资源储量的65％。随着世界对镍资源需求量的增加，镍红土矿的利用量也不断增加。目前，镍红土矿的冶金方法有两种，即火法和湿法。火法采用回转窑-电炉工艺，矿石多为低铁高镍的纹岩型矿，熔炼温度在1550～1600℃。能耗高，每吨干矿耗电550kWh，还需增加64kg燃料油。产品多为镍铁。

湿法工艺可以分为两种流程：一是还原焙烧氨浸法，适用于含硅酸盐较多、氧化镁较高的矿石。工艺流程为：矿石干燥-磨矿-选择性还原焙烧-碳氨浸出-分离钴-蒸氨得碱式碳酸镍-煅烧成氧化镍-还原烧结得烧结镍。二是酸浸法，适用于处理低镁的红土矿。工艺流程为：磨矿-湿矿浆化-硫酸浸出-固液分离-H₂S沉淀得镍、钴硫化物-精炼得到金属镍与钴。如果采用高压浸出，温度和压力分别为200～250℃和3.6MPa，在此条件下镍矿与硫酸接触，镍、钴、镁溶解，而铁则水解。

现有工艺存在的问题如下：

1火法工艺能耗大。

2湿法工艺对原料存在限制，如氨浸工艺适用于含硅酸盐较多、氧化镁较高的矿石，而酸浸法适用于处理低镁红土矿。

3火法和湿法两种工艺均存在大量废弃物排放，污染环境，矿石中的有价元素没有得到充分利用。

发明内容

针对现有镍红土矿冶炼工艺中只利用了镍和铁的现状，本发明提供一种可以使镍红土矿中的有价元素镍、铁、硅、镁均得到利用的冶金方法。

本发明方法是将镍红土矿磨细后，与氢氧化钠反应制备二氧化硅；将去除二氧化硅后的镍红土矿经水化分离出氢氧化镁；除镁后的固体物料与一定分压的氢气或一氧化碳反应，镍和少量铁选择性还原，经磁选分离得到镍铁；剩余物料进一步还原，经磁选分离制成富铁产品。实现镍红土矿资源的综合利用。

本发明由镍红土矿制备白炭黑、氢氧化镁和相应的镍铁产品的方法包括：

将镍红土矿磨细到50μm以下，将其与NaOH按质量比1∶1～5比例混合，在100～800℃下反应1h以上，其中氢氧化钠的浓度为60～100％。产物用水浸出，水温为20～100℃，用水量为固体体积的2～10倍，在60～90℃下恒温搅拌30～50min，硅酸钠进入滤液，镍、铁、镁化合物富集于渣相。过滤分离浸出液和滤渣。三次逆流清洗渣饼中的NaOH和Na₂SiO₃，每次加水量为反应前渣质量的5倍，在60～90℃下搅拌30～50min。将硅酸钠溶液浓度调节至SiO₂质量百分数为30％～50％后，加热至60～90℃，边搅拌边通入气体，气体中CO₂含量在20～100％，其余为氮气。通气速度控制在30～120ml/min。直至硅酸钠溶液的pH值降到9，然后在常温下，继续通入CO₂气体调节溶液pH值降到7，再过滤分离。以稀硫酸清洗沉淀，除去沉淀中含有的氢氧化铝和氢氧化铁沉淀；以清水清洗除杂后的沉淀，进一步除去沉淀中含有的金属离子。将清洗后的沉淀在60～80℃干燥5～12h，得到平均粒径约为12μm的SiO₂粉末。涉及的反应方程式为：

Na₂SiO₃+CO₂+H₂O＝Na₂CO₃+SiO₂·H₂O↓

2NaOH+CO₂＝Na₂CO₃+H₂O

碳分后所得溶液为碳酸钠溶液，将该溶液在65～90℃下与CaO粉苛化反应5～20min，其中CaO与碳酸钠的质量比为1～1.5，生成氢氧化钠溶液和碳酸钙沉淀。氢氧化钠溶液经浓缩，再用于镍红土矿的碱熔融反应，实现循环利用。碳酸钙加热分解生成CaO和CO₂，CO₂通入硅酸钠溶液制备SiO₂，CaO用于苛化提取SiO₂后的碳酸钠溶液。涉及的化学反应方程式为：

Na₂CO₃+CaO+H₂O＝CaCO₃↓+2NaOH

CaCO₃＝CaO+CO₂↑