论文摘要
随着世界镍需求的不断上升和硫化镍矿资源的逐渐枯竭,对于红土镍矿的研究要求迫切。国内对于红土镍矿处理工艺的研究,还处于起步阶段。本文针对低品位褐铁矿型红土镍矿研究了有机酸直接浸出新工艺及其机理。对红土镍矿工艺矿物学、浸出反应理论基础和热力学、浸出体系的选择、浸出过程各工艺参数的优化选择、镍、钴浸出动力学以及有机酸再生循环利用等方面进行了系统的分析和阐述。原矿工艺矿物特性研究表明:红土镍矿主要矿物成分为针铁矿和三水铝石。69.92%的镍赋存在针铁矿中,另外有13.53%存在于锰矿中。镍主要以类质同象形式点状分布于针铁矿中,与铁、铝等金属的赋存矿物紧密相连。43.08%的钴主要以氧化物形式存在,并有29.23%赋存于高价态的锰矿物中。有机酸浸出理论研究结果表明:柠檬酸—氟化氢铵联合浸出体系基于两者之间的协同浸出效用。氟化氢铵的水溶液呈酸性,破坏粘土矿物的层状硅酸盐骨架。柠檬酸具有较强的酸性和还原性,它能溶解部分针铁矿与碳酸盐,并可还原高价锰矿物,使束缚在里面的镍、钴等的氧化物裸露或游离出来。此外,柠檬酸具有较强螯合能力,反应时柠檬酸离解出来的酸根配位体能迅速与从矿物晶格中游离出来的Ni2+、Co2+反应,生成稳定的镍、钴柠檬酸配合物,使镍、钴转移到溶液中。金属-H2O体系Eh-pH图表明:FeOOH在碱性条件下是比较稳定的,只有pH≤6.51,Eh=—0.4402～0.7708V时,才开始溶解,转化为Fe2+;当pH≤6.233时NiO在水溶液中转变为Ni2+;CoO在pH=7.51时开始转变为Co2+。酸性条件下,镍、钴在水溶液中均能以二价金属离子形态稳定存在,使柠檬酸根配位体能进一步络合游离的Ni2+、Co2+形成较稳定的配合物转入溶液。浸出体系的选择研究表明:常规的无机酸（盐酸和硫酸）浸出体系并不能实现镍、钴的选择性浸出。由于红土镍矿中的铁含量很大,采用高浓度无机酸进行浸出,虽然可以大幅度地提高镍、钴的浸出率,但也伴随着铁离子的大量溶出。对于水杨酸、草酸、醋酸和柠檬酸以及相应的与氟化氢铵联合体系而言,柠檬酸与氟化氢铵联合体系对镍、钴的浸出效果最好,铁溶出少,较好地实现了选择性浸出。通过优化浸出过程的各工艺参数,试验研究得到了浸出过程的优化条件。即对于柠檬酸—氟化氢铵浸出体系而言,合适的柠檬酸浓度为30g/L、氟化氢铵浓度为10g/L、浸出时间2h、浸出温度30℃、反应釜转速23r/min,液固比1/10。镍、钴的浸出率可达49.56%和89.91%。对优化条件下镍、钴浸出反应动力学的研究结果表明:镍浸出过程符合内扩散反应控制模型,钴的浸出主要受化学反应控制和扩散反应控制的共同影响。浸出液的金属离子含量分析表明:镍、钴的富集比明显优于铁,体现了有机酸浸工艺良好的金属离子浸出选择性,降低了溶液净化的困难。通过对配合物稳定性的研究和试验验证,柠檬酸配合物将随着溶液静置时间的延长而逐渐水解,镍、钴等形成Ni（OH）2和Co（OH）2沉淀,使柠檬酸获得再生。