一种通过联合浸出工艺从褐铁矿中回收镍、钴、铁和硅的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及褐铁矿的湿法冶金工艺技术领域，具体涉及一种通过联合浸出工艺从 褐铁矿中回收镍、钴、铁和硅的方法。
【背景技术】
[0002] 红土矿是由含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经过大规模长期风化淋滤变质而成 的氧化镍矿，由于存在地理位置、气候条件以及风化程度的差异，世界各地的红土矿类型不 完全相同。风化过程一般产生层状沉积，其中在表面附近存在着完全的或最彻底的风化产 物，随着深度增加渐变为程度较轻的风化产物，并最后在某个更深的深度处终止为未风化 的岩石。高度风化层通常将其含有的大部分镍细微分布在细碎的针铁矿颗粒中。该层通常 称为褐铁矿，它一般含有高比例的铁和低比例的硅和镁。风化较轻的层所含的镍一般更多 地包含于各种硅酸镁矿物中，例如蛇纹石。不完全风化带中可能有很多其他含有镍的硅酸 盐矿物。部分风化的高含镁带通常称为腐泥土或硅镁镍矿。它一般含有低比例的铁和高比 例的硅和镁。在一些矿床中还有另一种通常处于褐铁矿和腐泥土之间的主要含有绿脱石 粘土的带，称为过渡矿。"低品位红土矿"是指没有腐泥土矿的红土矿，也就是由褐铁矿和 过渡矿组成的红土矿。通常情况下，褐铁矿为红土镍矿的主要组成部分，占红土矿总量的 65%-75% ;腐泥土占15%-25% ;过渡矿占10%。从红土镍矿中回收镍、钴的困难之处在于，在进 行化学处理分离金属有用成分(如镍和钴）之前通常不能通过物理方式充分富集镍的有用 成分，即无法用选矿的技术进行富集，这使得红土镍矿的处理成本很高。并且由于褐铁矿和 腐泥土矿中不同的矿物和化学组成，这些矿石通常不适于使用同一处理技术进行处理。几 十年来一直在寻找降低处理红土镍矿的成本的方法。
[0003] 目前红土镍矿的处理工艺通常可分为火法工艺和湿法工艺两大类。火法冶金工 艺适合处理腐泥土矿。该工艺通常只能生产镍铁，不能回收钴，其应用受到限制。湿法冶 金工艺适合处理褐铁矿。湿法冶金技术包括高压酸浸和还原焙烧_氨浸以及近年来出现 的如常压酸浸、堆浸工艺等。堆浸技术浸出率较低，只适用于处理高镁含量的红土矿；还原 焙烧-氨浸工艺由于能耗较高，工艺流程长而较少被采用；常压酸浸技术操作简单，不需使 用昂贵的高压釜，但要使矿物完全溶解则所需酸耗量较大，且浸出液中含有各种金属离子， 使后续浸化分离工序变得复杂。高压酸浸（HPAL)工艺使用硫酸在高温（250°C)和高压 (50MPa)下浸出红土镍矿。在高温、高压条件下，矿石中的金属矿物几乎完全溶解。溶解的 铁在所采用的高温下迅速水解为赤铁矿（Fe 2O3 )沉淀，镍、钴等留在溶液中，在冷却之后含 铁和硅的浸出残渣通过在一系列洗涤浓缩，即所谓的逆流倾析洗涤（CCD)回路中浓缩而从 含镍、钴的溶液中分离。因此达到了浸出工艺的主要目的一将镍与铁分离。
[0004] 高压酸浸出（HPAL)工艺的优点是：镍、钴浸出率高；反应速度快、反应时间短；铁 在酸浸过程中理论上不消耗硫酸且水解产物为赤铁矿（Fe 2O3 )沉淀。但高压酸浸出（HPAL) 工艺的缺点也很突出：首先是它需要复杂的高温、高压的高压釜以及相关的设备，其安装与 维护都很昂贵；二是高压酸浸（HPAL)工艺消耗的硫酸比按化学计量溶解矿石中的非铁金 属成分所需的硫酸更多。因为在高压酸浸条件下多数由硫酸提供的硫酸根离子连接形成硫 酸氢根离子（HSCV)。也就是说硫酸在高压酸浸条件下只离解释放出一个质子（H+)。在浸出 液冷却及中和时，硫酸氢根离子分解成硫酸根（SO 42O和另一个质子。因此后一个质子（酸） 没有充分用于浸出，并导致过量的硫酸在后续处理是必须要进行中和而消耗中和剂；三是 HPAL工艺只限于处理主要为褐铁矿类的原料，因为腐泥土的存在会导致硫酸消耗量的大量 增加。这是由于腐泥土中镁的镁含量较高所引起的；四是HPAL工艺在运行过程中高压釜容 易结垢，需定期停产清理，开工率低；五是浸出渣量大，而且是硅和铁的混合渣，不能经济有 效的开发利用。
[0005] 美国专利No. 4,097, 575描述了对HPAL工艺的改进，包括在所述高压釜中发生褐 铁矿的高压浸出，高压浸出的排放物用在约820 °C以下焙烧的、与硫酸的反应活性更强的 腐泥土矿焙烧砂中和过量的酸，在这一中和过程中腐泥土矿中含有的镍大量溶解。这一工 艺的优点是它更好地利用褐铁矿加压浸出过程中添加的硫酸，减少了用于处理高压斧排放 液体的石灰石或其他昂贵的中和试剂的消耗，并且获得了对红土镍矿体中的褐铁矿成分 和腐泥土成分进行处理的能力。但这一工艺仍需要使用昂贵的高压釜用于褐铁矿的浸出， 而且需要对腐泥土矿进行焙烧处理，该处理工艺在资金投入和操作成本上都是很昂贵的。
[0006] 美国专利No. 6,379,636 B2描述了对美国专利No. 4,097,575中描述的工艺的 进一步改进，去除了腐泥土焙烧步骤，并将腐泥土原矿用于中和高压斧排放溶液中过量的 酸。此外，可以向排放液中加入更多的酸以增加腐泥土的可浸出量。但是这种工艺仍然需 要使用昂贵的高压斧。
[0007] 为了避免使用昂贵的高压釜，同时开发腐泥土和褐铁矿的红土矿镍资源，人们提 出了一些改进的常压酸浸技术。如公开号为CN101273146A的发明专利，提出了同时浸提褐 铁矿和腐泥土矿或先浸提褐铁矿后浸提腐泥土矿的两步常压浸提方法，此方法具有不使用 高压釜的优点，但该申请所述的流程中提出在对浸出溶液进行处理以除去Fe和/或Al时， 需要加入中和剂中和浸出液中的残酸，使大部分铁以氢氧化铁的形式沉积，这会造成镍钴 等有价元素的损失和料浆过滤困难。又如公开号为CN101541985A的发明专利，提出了一种 常压浸出褐铁矿和腐泥土矿的混合物的方法，但其铁沉淀产物为黄钾铁矾，黄钾铁矾中含 有硫酸根，因此会增加浸出过程的酸耗；且黄钾铁矾是一种热力学不稳定的化合物，堆积和 存放时会释放出硫酸，从而造成环境污染。再如公开号为CN101006190A的发明专利，提出 了一种用浓酸处理褐铁矿和腐泥土矿的混合物然后水浸出镍钴的方法，此方法产生的铁沉 积物为除黄钾铁矾以外的三价铁氧化物或氢氧化物，但该申请的浸出时间需要12_48h，浸 出时间较长，导致工艺周期较长，生产成本上升。
[0008] 再如公开号为CN102206749A的发明专利，提出了一种先用硫酸浸出褐铁矿，再用 一次浸出液浸提腐泥土矿，之后部分(或全部）二次浸出液再返回一次浸出褐铁矿的循环常 压浸出方法，该方法具备能同时处理褐铁矿和腐泥土矿及镍钴浸出率较高的优点，但工艺 流程较为复杂、硫酸消耗较高(平均值约为〇. 7g酸/I. Og矿）的缺点，并且所用腐泥土矿量 是褐铁矿量的1. 5倍以上，和红土矿的矿带构成相矛盾。再如公开号为CN101001964A的发 明专利，提出了一种先用足量的硫酸在常压（l〇〇°C -105°C)下浸出褐铁矿，再用褐铁矿的 常压浸出矿浆与腐泥土矿浆在中等压力（约〇. 5MPa、150°C )下浸出提取镍、钴的方法。该方 法的优点是：能同时处理褐铁矿和腐泥土矿；避免使用价格昂贵的高压釜而在中等压力条 件下用相对简单的加压设备实现了腐泥土矿较高的镍浸出率。但该方法存在以下缺点和不