从红土提取冶金的新技术.ppt

红土矿提取冶金新技术 东北大学 翟秀静 ; 镍的资源主要有两大类型：硫化镍矿和氧化镍矿（也称红土矿）。全球至今约探明的镍（金属）量约7000万吨，其中硫化镍约占42%，其余均为氧化镍矿。近几年，尽管全球范围内投入了大量地质勘探工作，但并没有探获新的大型硫化镍矿资源，导致国际上生产镍的大型企业纷纷进入开发利用氧化镍矿领域。 ; 红土矿的成因决定其主要分布于热带和亚热带地区，目前已探明的红土矿主要集中在围绕赤道、纬度22o左右的地区，例如印度尼西亚、菲律宾、古巴、澳大利亚、越南和巴新等国。 我国云南地区有红土矿资源，企业目前主要积极开发红土矿的海外市场。围绕红土矿提取的研究已经展开。 ;世界含镍红土矿的资源分布（以含镍量计） ; 红土矿床是由含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经过大规模的长期的风化而形成。红土矿主要有2种类型：褐铁矿型和硅酸盐型： （1）褐铁矿型镍红土矿：氧化镍主要与铁的氧化物组成固溶体，矿物组成为： (Fe，Ni)O(OH)·nH2O，镍被认为是进入针铁矿的晶格中； （2）硅酸盐型镍红土矿：镍、铁、钴的氧化物是以不同比例取代了硅镁矿中的氧化镁，矿物组成为〔Mg6Si4O10(OH)8〕，部分MgO被NiO取代，主要矿物为蛇纹石； ;褐铁矿型红土矿的化学成分（%）： Ni是0.8-1.5，Co是0.1-0.2，Fe是40-50， MgO 是0.5-5，还有SiO2、Al2O3和CaO等。 硅酸盐型镍红土矿（%）： Ni是1.8-3.0，Co是0.02-0.1，Fe是10-25，MgO是15-35， SiO2 大约在30-40。 ;1.红土矿的提取技术介绍;1.1.红土矿的火法冶炼; （1）镍铁工艺： 红土矿加入焦炭，于850-1000℃进行预还原焙烧，之后在1500-1600℃下电炉熔炼，得到镍铁和硅镁渣。镍铁工艺的镍收率约为93%，钴基本得不到回收。;（2）镍硫工艺： 与镍铁工艺基本相似，只是在熔炼过程中加入含硫的物质如石膏、黄铁矿等造锍剂，在还原的同时进行造锍熔炼，得到冰镍产品。镍锍工艺的镍收率为90%，同时还可回收50%的钴。 ;（3）碳还原工艺： 红土镍矿配入煤粉，经回转窑加热还原、冷却、出窑，再经过破碎、磁选、得到粒状镍铁。 回转窑内壁结圈是碳还原工艺的弱点。;1.2.红土矿的湿法冶金 ;（2）高压酸浸技术： 控制温度在230～270℃、压力在4～5MPa 的高温高压条件下，30%浓度的硫酸溶液为溶剂。镍的回收率达到90%～95%，钴的回收率为80%～90%。浸出液中镍的浓度为5-6g/L、钴的浓度为0.5g/L、铁的浓度为2-3g/L。大量的铁在高温高压下水解形成沉淀。 湿法冶炼工艺目前主要为高压酸浸技术，主要处理褐铁矿型镍红土矿。 ; 加压酸浸法近年来受到重视，近几年投产的和即将投产的工程均采用加压酸浸工艺，例如澳大利亚的布朗项目、马林项目、科斯和西斯汀项目，巴布亚新几内亚的拉穆河项目（我国）和新喀里多尼亚的戈罗项目等。 ; 高压酸浸工艺有三点问题需要解决： ①在水解过程中，铁及杂质在高压釜胆和管道内壁的结垢。垢的存在减少了高压釜的有效容积并且堵塞管道，严重影响生产的正常进行。据文献报道，高压釜的结垢速率为300mm/a，平均每月需要5天时间除垢。垢还导致体系热阻增加、能耗增高和增加生产成本。 ②目前采用硫化物和氢氧化物沉淀法回收浸出液中的镍钴，浸出液中的大约浓度为30%的硫酸需要中和，浪费严重。 ③高温高压的工艺条件相对苛刻，高压釜造价昂贵。; 针对上述问题，东北大学提出以下研究内容： 建立外场作用下的湿法冶金反应的新原理、新技术和新方法，为红土矿资源的高效率—选择性—低能耗的新工艺提供理论依据。 ●红土矿微波还原-选择性溶出研究 ●红土矿烧结-加压溶出的过程研究 ;3.红土矿微波还原-选择性溶出研究;3.1.微波-还原焙烧红土矿研究; 关于红土矿选择性还原焙烧的可能性，魏寿昆院士做过热力学计算。图3.1为CO-CO2气氛下镍、钴和铁的氧化物还原时的平衡相图，由于磁铁矿稳定存在时所需CO平衡分压甚低，在图3.1中其位置接近坐标轴的横轴，因此图中未示出磁铁矿的平衡曲线。;图3.1 CO-CO2气氛下的还原平衡相图; 但由于红土矿中镍、钴存在于针铁矿晶格中，没有单独矿物，因此还原焙烧产物中的镍实际以镍铁合金形式存在； 在实际生产中，为了保证还原反应的速度，一般取还原性气体比例略大于0.5，所以焙烧产物中的铁