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镍红土矿二段硫酸化焙烧-水浸工艺研究
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舒方霞李辉丛自范
（中国有色集团沈阳有色金属研究院，辽宁沈阳110141）

摘要:对采用硫酸化焙烧-浸出法从镍红土矿中提取镍、钴工艺进行了研究。实验主要考察酸料比、含水率、焙烧温度、焙烧时间、活化剂加入量等相关因素对红土矿中镍、钴、铁浸出率的影响。研究结果表明，在酸料比0.4，含水率40%的酸化条件下，采用二段焙烧工艺，加入2%Na2SO4活化剂，先在300℃预焙烧20min，再在700℃下焙烧90min，可使红土矿中镍、钴转变为可溶性的硫酸盐，在80℃时机械搅拌浸出1h，镍浸出率可达85%，钴浸出率可达95%，铁浸出率在5%以下。
关键词：硫酸化焙烧；浸出；镍红土矿；镍浸出率
1.引言
当前可供人类开发利用的镍资源只限于陆地的硫化镍矿和红土镍矿[1]。要满足国际镍消费需求，仅仅靠硫化镍矿扩大生产规模难以达到目的，况且硫化镍矿资源大多数均被开发利用，而红土型镍矿储量大，矿床规模大，目前仅仅开发了一部分[2]。随着世界镍需求的增长以及镍资源的短缺，红土型镍矿资源的开发利用必将成为未来几年世界镍工业发展的主要趋势[3]。目前采用的火法还原熔炼生产镍铁合金工艺能耗较大，且环境污染问题比较严重[4]。高压酸浸法虽已实现工业化和产业化，但由于其采用高压条件操作，对设备、规模、投资、操作控制等都有很高的要求，难以普遍推广[5]。常压浸出法投资少，操作方便，但铁浸出率较高，渣量大，过滤速度慢，酸耗较高，每吨矿约消耗600-800kg硫酸，且钴不易浸出[6]。
本研究采用硫酸化焙烧-浸出工艺处理镍红土矿，旨在通过控制一定工艺技术条件，实现镍、钴的优先硫酸化，使得镍、钴尽可能多地进入溶液，而铁则大部分留在残渣中，从而有选择性地提取镍、钴等有价元素。实验考察了酸料比、干矿加水率、焙烧温度、焙烧时间、活化剂加入量等相关因素对镍红土矿硫酸化焙烧-浸出效果的影响，以确定最佳工艺参数。
2.实验
2.1实验原料及试剂
本次实验中所用到的镍红土矿来自缅甸达贡山，其主要化学成分分析如表1所示。
表1镍红土矿化学成分分析
成分NiCoFeMnMgCrAlCaSiO2含量/%1.880.02827.530.237.720.1580.710.7518.44实验中用到的试剂包括浓硫酸、Na2SO4，均为分析纯试剂，水为自来水。
2.2实验方法
先将红土矿放置在室外自然风干，经破碎后放入球磨机中加磨15min取出，将其充分混合均匀后贮存在密封良好的容器中。每次称取100g烘干后的粉状矿样放入瓷皿中，加入一定量的水，使其成为约含60～75%固体颗粒的浆状物。然后按要求称取一定数量的硫酸缓慢匀速加入到瓷皿中并不断搅拌，务必使矿浆充分混合以使酸分布均匀，搅拌时产生的热有助于矿浆得到一定程度的干燥，但仍须在110℃下进一步烘干。
烘干后的试样具有一定硬度，将其破碎成-10目以下的小颗粒，同时加入适量活化剂，混合均匀后放入马弗炉内焙烧。到达预定时间后，迅速取出试样，待其冷却至室温后，用水进行机械搅拌浸出，浸出温度80℃，浸出时间1h，液固比5:1。浸出完毕后过滤，浸出渣用热水彻底冲洗3次，滤液总体积控制在700ml，以便于元素分析计算。浸出液中的镍、钴采用原子吸收光谱分析，铁采用容量法滴定分析，根据分析结果计算镍、钴、铁浸出率。
2.3实验机理分析
在矿样与硫酸混捏过程中，红土矿中的镍、铁、钴、镁等物质将部分与硫酸反应形成了各种硫酸盐。此过程即为硫酸化，可能发生如下化学反应：
(MgNi)2Si2O5(OH)4+H2SO4→MgSO4+NiSO4+SiO2+H2O
Fe2O3+H2SO4→Fe2(SO4)3+H2O
Al2O3+H2SO4→Al2(SO4)3+H2O
FeOOH+H2SO4→Fe2(SO4)3+H2O
MeO+H2SO4→MeSO4+H2O(Me=Ni、Co、Mg、Mn)
混捏好的矿样中含有相当数量的硫酸铁，而镍、钴硫酸盐仅仅是少部分而已。先将混捏矿样在较低温度（300~400℃）下预焙烧一段时间，因矿样中含有一定水分，预焙烧使得部分可溶性的硫酸铁转变为不溶性的碱式硫酸铁Fe(OH)SO4，从而有助于选择性提取镍钴。此过程中矿样水分起着非常重要的作用。
Fe2(SO4)3+H2O→Fe(OH)SO4+SO3
FeOOH→Fe2O3+H2O
MeO+SO3→MeSO4(Me=Ni、Co、Mg、Mn)
此后继续在一个较高温度下焙烧矿样，温度控制的要求为既有利于铁硫酸盐最大限度的分解，而又能使镍、钴硫酸盐极少分解。之前大部分未反应的镍、钴氧化物进一步被硫酸铁迅速分解而产生的SO3或SO2硫酸化，生成可溶性的硫酸盐。
Fe(OH)SO4→Fe2O(SO4)+H2O
Fe2O(SO4)→Fe2O3+SO3
SO3→SO2+O