从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与流程

本发明涉及冶金领域，具体而言，涉及一种从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法。
背景技术：
：目前，处理含镍钴红土矿以生产镍钴的常用方法有：一、常压酸浸法，铁质红土矿中氧化铁含量高，镍、钴的矿物处于氧化铁矿物晶体中，如果直接用硫酸、盐酸、硝酸等浸出不仅难以将镍、钴高效率提取(镍、钴浸出率一般低于40％)，并且还会导致大量的氧化铁溶解，浸出液中的铁离子成为杂质对镍、钴进一步提取和分离有影响；二、堆浸法，将红土矿堆成大堆，将酸溶液从大堆上方注入或喷入，需要长时间使反应充分，缺点：反应慢、堆浸周期长(周期长达半年或1年)、生产效率低，铁也进入浸出液，不适合于含铁高的铁质红土矿；三、高压酸浸法，在250摄氏度、0.5～0.6mpa压力下用硫酸浸出镍、钴浸出率高，铁浸出率低，但是，高压设备造价高、操作费用高、维护费用高、生产成本高；四、还原焙烧一氨浸法，具有工艺成熟、镍回收率高等优点，缺点是流程复杂、钴回收率低。目前，尚无从铁质红土矿中获得镍、钴元素的低成本、高效率的方法。技术实现要素：本发明的主要目的在于提供一种从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法，以解决现有技术中难以从铁质红土矿中获得镍、钴元素的问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法，铁质红土矿含有镍元素、钴元素和铁元素，方法包括下列步骤：s1，将硫酸水溶液与铁质红土矿混合搅拌，反应后，得到第一产物；s2，对第一产物进行焙烧，得到第二产物；以及s3，对第二产物进行浸出处理，得到含有镍、钴元素的浸出液和高铁浸出渣。进一步地，铁质红土矿中镍元素、钴元素和铁元素的含量分别为0.1～4wt％、0.01～1wt％和10～60wt％。进一步地，硫酸水溶液中硫酸与水的重量比为0.1～0.9：1，优选为0.2～0.8：1。进一步地，铁质红土矿与硫酸水溶液的重量比为1：0.3～1.0，优选为1：0.4～0.8。进一步地，步骤s1包括：在10～40℃的温度下将铁质红土矿与硫酸水溶液混合搅拌以进行反应，得到第一产物；优选混合搅拌的时间为0.5～8h，优选为1～5h。进一步地，步骤s2包括：在400～800℃下将第一产物焙烧1～4h，得到第二产物。进一步地，在步骤s3中，将第二产物与浸出剂混合，以进行浸出处理，浸出剂为水或稀硫酸，优选第二产物与浸出剂重量比为1：3～10，更优选为1：5～8。进一步地，稀硫酸中硫酸与水的重量比浓度为0.001～0.05：1。进一步地，在步骤s3中，浸出处理的温度为50～100℃，时间1～5h。进一步地，在浸出处理之后，得到浸出混合溶液，步骤s3还包括以下过程：将浸出混合溶液过滤分离，得到浸出液与高铁浸出渣分离，优选在40～90℃下进行过滤分离。进一步地，在将浸出混合溶液进行过滤分离的步骤之前，方法还包括将浸出混合溶液的ph调整为1.5～4的步骤；优选将浸出混合溶液的ph调整为2～3.5。应用本发明的技术方案，提供了一种从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法，该方法中先将硫酸水溶液与铁质红土矿混合搅拌，反应后，得到第一产物。由于红土矿中的铁主要以氧化铁形式存在，镍钴矿物被其包裹不易用酸溶出(浸出)，而铁更易被酸浸出，所以本发明先通过将铁质红土矿与硫酸水溶液搅拌混合反应，以通过将部分铁浸出，使镍钴能够从矿中释放。然后对第一产物进行焙烧，得到第二产物，并对第二产物进行浸出处理，得到含有镍、钴元素的浸出液和高铁浸出渣。在焙烧过程中能够将硫酸反应出的二价铁离子变为不可溶的赤铁矿和不稳定的三氧化硫，三氧化硫在水中反应复又形成硫酸。这样不仅降低了三氧化硫气体压强，促进硫酸铁和硫酸镍钴的脱硫反应，生成氧化物，而且生成的硫酸还能够进一步与铁质红土矿继续反应，促进硫酸铁、硫酸镍钴的生成；同时，由于赤铁矿在浸出过程中不易浸出，而硫酸镍钴在焙烧过程中变为易溶于低浓度酸溶液下的氧化镍钴，从而使其在浸出处理中更易被浸出。总之，采用本发明的上述方法实现了对铁质红土矿中镍、钴元素的有效分离和回收，同时铁质红土矿中的镍、钴浸出率高，铁元素浸出率低，使得到的含镍、钴的浸出液更加纯净。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。附图说明构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1示出了本发明实施方式所提供的一种从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法的流程示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。正如
背景技术：
所描述的，现有技术中目前尚无从铁质红土矿中获得镍、钴元素的有效方法。为了解决上述问题，本发明提供了一种从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法，铁质红土矿含有镍元素、钴元素和铁元素，如图1所示，该方法包括下列步骤：s1，将硫酸水溶液与铁质红土矿混合搅拌，反应后，得到第一产物；s2，将第一产物进行焙烧，得到第二产物；以及s3，将第二产物进行浸出处理，得到含有镍、钴元素的浸出液和高铁浸出渣。在本发明所提供的上述从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法中，先将硫酸水溶液与铁质红土矿混合搅拌，得到第一产物，由于红土矿中的铁主要以氧化铁形式存在，镍钴矿物被其包裹不易用酸溶出(浸出)，而铁更易被酸浸出，所以本发明先通过将铁质红土矿与硫酸水溶液搅拌混合反应，以通过将部分铁浸出，使镍钴能够从矿中释放；然后对第一产物进行焙烧，得到第二产物，并对第二产物进行浸出处理，得到含有镍、钴元素的浸出液和高铁浸出渣，由于浸出的铁在焙烧过程中能够变为不可溶的赤铁矿和不稳定的三氧化硫，硫酸水溶液中的水易于与三氧化硫反应形成硫酸，从而实现对红土矿中氧化铁的进一步浸出，而赤铁矿在浸出过程中不易浸出，同时硫酸镍钴在焙烧过程中变为易溶于低浓度酸溶液下的氧化镍钴，从而易于浸出，进而采用本发明的上述方法实现了对铁质红土矿中镍、钴元素的有效分离和回收，同时铁质红土矿中的铁元素浸出率低；并且，将镍、钴元素与铁元素分离，使得到的含镍、钴的浸出液更加纯净。下面将更详细地描述根据本发明提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。首先，执行步骤s1：将硫酸水溶液与铁质红土矿混合搅拌，反应后，得到第一产物。铁质红土矿与硫酸水溶液搅拌混合反应，水的存在使得反应混合物黏度降低，从而混合效果更好，反应效果更好。上述铁质红土矿的类型不受特别限制，只要其含有镍、钴元素即可。根据本发明的实施例，可以采用的铁质红土矿主要包含镍(ni)、钴(co)以及其它元素如铝(al)铁(fe)及硅(si)等的氧化物。具体地，上述铁质红土矿为含镍、钴的铁质红土矿，且该含镍、钴铁质红土矿主要包含10～60wt％的fe、0.1～4wt％的ni、0.01～1wt％的co以及其它元素(例如al、si、mg、ca、cr、mn等)。上述步骤s1中镍、钴元素与h2so4的主要反应式如下所示：(mm)o+h2so4→(mm)so4+h2o；上述mm可以包括ca、mg、mn、ni和co。上述步骤s1中铁与h2so4的主要反应式如下所示：fe2o3+3h2so4→fe2(so4)3+3h2o。在上述步骤s1中，红土矿通过与硫酸水溶液进行混合反应，能够使红土矿与硫酸的反应进行的更快、反应程度更高，并且反应自身生成的热量使反应体系温度升高，可使反应维持在100摄氏度以上。为了使红土矿与硫酸水溶液能够进行充分地混合，优选地，硫酸水溶液中硫酸与水的重量比为0.1～0.9：1，更优选为0.2～0.8：1。优选地，铁质红土矿与硫酸水溶液的重量比为1：0.3～1.0。通过将铁质红土矿与硫酸水溶液的重量比限定在上述优选的参数范围内，能够提高红土矿与硫酸水溶液的反应效率，从而进一步提高从铁质红土矿中浸出镍、钴元素的效率。更为优选地，铁质红土矿与硫酸水溶液的重量比例为1：0.4～0.8。通过对铁质红土矿与硫酸水溶液的重量比的进一步优化，能够进一步提高硫酸水溶液与铁质红土矿的反应效率，从而进一步提高从铁质红土矿中浸出镍、钴元素的效率。为了进一步提高红土矿与硫酸水溶液的反应效率，在一种优选的实施方式中，在10～40℃的温度下将铁质红土矿与硫酸水溶液混合搅拌以进行反应，得到上述第一产物；混合搅拌的时间优选为0.5～8h，更优选为1～5h。在上述优选的实施方式中，维持含镍、钴铁质红土矿混合硫酸后的方法不受特别限制，可以通过利用混合硫酸过程中释放的热量来维持温度。在完成步骤s1之后，执行步骤s2：对第一产物进行焙烧，得到第二产物。上述第二产物即经过焙烧的铁质红土矿；上述焙烧处理的工艺条件并不受特别限制，只要能够将镍、钴元素转化为可以浸出的化合物例如氧化物即可，本领域技术人员可以根据现有技术对其工艺条件进行合理设定。优选地，在400～800℃下将第一产物焙烧1～4h，得到上述第二产物。通过将焙烧处理的工艺条件限定在上述选的数值范围内，能够提高焙烧的效率，从而进一步提高从铁质红土矿中浸出镍、钴元素的效率。上述焙烧过程中发生的反应式如下所示：fe2(so4)3→fe2o3(赤铁矿)+2so3↑。(mm)so4→(mm)o+so3↑，上述mm可以包括ca、mg、mn、ni和co。在一种优选的实施方式中，在将第一产物进行焙烧，得到第二产物之后，对该第二产物进行加热处理，加热温度为50～100℃。通过上述加热处理能够提高后续浸出处理的效率，从而进一步提高从铁质红土矿中浸出镍、钴元素的效率。上述步骤s1中的混合搅拌以及步骤s2中的焙烧过程可以在间断静态生产的马弗炉、可连续生产的回转窑或隧道窑等炉窑中进行。为了避免上述工艺中产生的烟气对环境的污染，优选地，将焙烧产出的烟气经碱溶液吸收后排放。更为优选地，采用的碱液选自naoh、na2co3、cao和氨水中的任一种或多种。在完成步骤s2之后，执行步骤s3：对第二产物进行浸出处理，得到含有镍、钴元素的浸出液和高铁浸出渣。为了提高对第二产物中镍、钴元素的浸出效率，优选地，将第二产物与浸出剂混合，以进行浸出处理，上述浸出剂为水或稀硫酸；更为优选地，上述稀硫酸中硫酸与水的重量比浓度为0.001～0.05：1。在上述步骤s3中，为了提高对第二产物中镍、钴元素的浸出效率，优选地，上述浸出处理的温度为50～100℃，时间1～5h。当采用水或稀硫酸作为浸出剂对第二产物进行浸出处理时，上述第二产物与浸出剂重量比优选为1：3～10，更优选为1：5～8。通过将第二产物与浸出剂重量比限定在上述优选的参数范围内，能够进一步提高浸出的效率，从而进一步提高从铁质红土矿中浸出镍、钴元素的效率。在一种优选的实施方式中，在对上述第二产物进行浸出处理之前，对该第二产物进行冷却处理，以使得第二产物的温度能够保持在200～300℃。通过上述冷却处理，能够提高后续浸出处理的效率，从而进一步提高从铁质红土矿中浸出镍、钴元素的效率。在上述步骤s3中，通过对上述第二产物进行浸出处理，得到浸出混合溶液，此时，上述步骤s3还可以包括以下过程：将浸出混合溶液过滤分离，得到浸出液与高铁浸出渣分离。具体地，可以通过过滤工艺或者虹吸工艺将含有镍、钴元素的浸出液与高铁浸出渣分离。为了提高上述过滤分离的效率，优选地，在上述过滤分离的过程之前，可以先将浸出处理得到的ph调至1.5～4，然后再进行上述过滤分离，以得到浸出液与高铁浸出渣，更为优选地，将上述浸出混合溶液的ph调至2～3.5。在上述过滤分离的过程中，优选地，在40～90℃下进行过滤分离。通过将上述过滤分离的工艺温度限定在上述优选的参数范围内，能够进一步提高分离效率，从而进一步提高从铁质红土矿浸出镍、钴元素的效率；并且，优选地，通过向浸出混合溶液中加入絮凝剂，再进行上述固液分离，能够进一步提高分离的效率；上述用于进行浸出处理的方式不受特别限制，浸出处理可以采用单槽浸出，也可采用共流或逆流连续浸出，还可以对浸出渣进行水洗，并将洗涤液与浸出液进行混合，从而提高镍、钴元素的回收效率。下面将结合实施例进一步说明本发明提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法。实施例1本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法包括以下步骤：s1，取20g上述铁质红土矿与30g硫酸水溶液(其中，硫酸重量浓度为95％，即：硫酸水溶液中硫酸与水的重量比为0.95：1)混合并机械搅拌0.5小时(外界室温45℃)，以获得第一产物；s2，将上述第一产物置于马弗炉中于390℃下进行焙烧1.5h，以得到第二产物；s3，按照第二产物与浸出剂的质量比1：2，将第二产物与重量浓度为0.1％的稀硫酸溶液混合，并于45℃下进行搅拌浸出处理0.5小时，得到浸出混合溶液并将其ph调至1.2，然后在50℃下对浸出混合溶液进行过滤，以获得含有镍、钴元素的浸出液以及浸出渣。实施例2本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例1的区别在于：在步骤s1中，硫酸水溶液中硫酸与水的重量比为0.1：1。实施例3本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例1的区别在于：在步骤s1中，硫酸水溶液中硫酸与水的重量比为0.9：1。实施例4本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例1的区别在于：在步骤s1中，硫酸水溶液中硫酸与水的重量比为0.2：1。实施例5本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例1的区别在于：在步骤s1中，硫酸水溶液中硫酸与水的重量比为0.8：1。实施例6本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例5的区别在于：铁质红土矿与硫酸水溶液的重量比为1：0.3。实施例7本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例5的区别在于：铁质红土矿与硫酸水溶液的重量比为1：1。实施例8本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例5的区别在于：铁质红土矿与硫酸水溶液的重量比为1：0.4。实施例9本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例5的区别在于：铁质红土矿与硫酸水溶液的重量比为1：0.8。实施例10本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例9的区别在于：在40℃的外界温度下将铁质红土矿与硫酸水溶液混合，混合反应的时间为0.5h。实施例11本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例9的区别在于：在10℃的外界温度下将铁质红土矿与硫酸水溶液混合，混合反应的时间为8h。实施例12本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例9的区别在于：在20℃的外界温度下将铁质红土矿与硫酸水溶液混合，混合反应的时间为5h。实施例13本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例9的区别在于：在30℃的外界温度下将铁质红土矿与硫酸水溶液混合，混合反应的时间为1h。实施例14本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例13的区别在于：在400℃下将第一产物焙烧4h。实施例15本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例13的区别在于：在800℃下将第一产物焙烧1h。实施例16本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例15的区别在于：第二产物与浸出剂重量比为1：3。实施例17本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例15的区别在于：第二产物与浸出剂重量比为1：10。实施例18本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例15的区别在于：第二产物与浸出剂重量比为1：5。实施例19本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例15的区别在于：第二产物与浸出剂重量比为1：8。实施例20本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例19的区别在于：稀硫酸中硫酸与水的重量比浓度为0.001：1。实施例21本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例19的区别在于：稀硫酸中硫酸与水的重量比浓度为0.05：1。实施例22本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例21的区别在于：浸出处理的温度为50℃，时间5h。实施例23本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例21的区别在于：浸出处理的温度为100℃，时间1h。实施例24本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例23的区别在于：将浸出混合溶液的ph调至1.5，并在40℃下进行过滤分离。实施例25本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例23的区别在于：将浸出混合溶液的ph调至4，并在90℃下进行过滤分离。实施例26本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法与实施例25的区别在于：将浸出混合溶液的ph调至3.5，并在70℃下进行过滤分离。实施例27本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法包括以下步骤：s1，取20g上述铁质红土矿与10g重量浓度为33％的硫酸水溶液混合并机械搅拌3小时(外界室温30℃)，以获得第一产物；s2，将上述第一产物置于马弗炉中于600℃下进行焙烧3h，以得到第二产物；s3，按照第二产物与浸出剂的质量比1：6，将第二产物与重量浓度为0.1％的稀硫酸溶液混合，并于80℃下进行搅拌浸出处理2.5小时，得到浸出混合溶液并将其ph调至2，然后在60℃下对浸出混合溶液进行过滤，以获得含有镍、钴元素的浸出液以及浸出渣。实施例28本实施例提供的从铁质红土矿浸出镍、钴元素的方法包括以下步骤：s1，取20g上述铁质红土矿与12g重量浓度为40％的硫酸水溶液混合并机械搅拌3小时(外界室温20℃)，以获得第一产物；s2，将上述第一产物置于马弗炉中于700℃下进行焙烧2h，以得到第二产物；s3，按照第二产物与浸出剂的质量比1：7，将第二产物与重量浓度为1％的稀硫酸溶液混合，并于80℃下进行搅拌浸出处理2小时，得到浸出混合溶液并将其ph调至3，然后在70℃下对浸出混合溶液进行过滤，以获得含有镍、钴元素的浸出液以及浸出渣。上述实施例1至28中采用的含镍、钴元素的铁质红土矿，其主要成分如表1所示。表1单位％％％％％％％％％元素fenicomnsialcamgcr含量39.41.140.090.666.122.080.131.610.50对上述实施例1至27中得到的浸出液和浸出渣经进行分析检测，并分别计算ni、co和fe的浸出率，测试结果如表2所示。表2由上述测试结果可以看出，有价镍、钴元素大部分转移到浸出液中，得到了有效浸出，而主要杂质fe只有少量转移到浸出液中，大部分留在浸出渣中。从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本发明先通过将铁质红土矿与硫酸水溶液搅拌混合反应，以通过将部分铁浸出，使镍钴能够从矿中释放；然后对第一产物进行焙烧，得到第二产物，并对第二产物进行浸出处理，得到含有镍、钴元素的浸出液和高铁浸出渣，由于浸出的铁在焙烧过程中能够变为不可溶的赤铁矿和不稳定的三氧化硫，硫酸水溶液中的水易于与三氧化硫反应形成硫酸，从而实现对红土矿中氧化铁的进一步浸出，而赤铁矿在浸出过程中不易浸出，同时硫酸镍钴在焙烧过程中变为易溶于低浓度酸溶液下的氧化镍钴，从而易于浸出，进而采用本发明的上述方法实现了对铁质红土矿中镍、钴元素的有效分离和回收，同时铁质红土矿中的铁元素浸出率低；并且，将镍、钴元素与铁元素分离，使得到的含镍、钴的浸出液更加纯净。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12