从红土镍矿中提取金属镍的方法

1524 编辑：管理员来源：中南大学

2021-11-18 16:05:21

权利要求

1.从红土镍矿中提取金属镍的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将红土镍矿经还原熔炼处理，获得镍铁合金；其中，镍铁合金的具体获得过程包括：

(a)将红土镍矿和水、助熔剂进行混合，得到原料混合物；

(b)将原料混合物制粒、干燥，得到干燥的、粒径小于1cm的球团；

(c)将干燥后的球团加入电弧炉中，通入氢气进行还原熔炼处理，得到镍铁熔体；所述还原熔炼处理是指在1400-1650℃温度下熔炼40-60min，氢气的通入量为标准大气压下每吨红土镍矿通入200-400m3氢气；

(d)将镍铁熔体由流槽排至粒化室内，并向由流槽流下的镍铁熔体喷射高压氮气，使其在下降过程中分散成细小的液滴并冷却凝结，形成镍铁合金颗粒并沉降于粒化室底部，得到粒化镍铁合金；

(2)使用锌和/或镁金属熔体作为萃取介质，将萃取介质熔化并与镍铁合金混合，对镍铁合金进行萃取处理，得到低熔点共熔体与萃余渣；所述镍铁合金与萃取介质质量比为(2：1)-(1：4)，萃取处理温度为900℃-1100℃，萃取处理的时间为2-5h；

(3)将所述低熔点共熔体进行真空蒸馏处理，得到冷凝萃取介质与蒸馏产物金属镍。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述真空蒸馏处理真空度为100-240Pa，蒸馏处理温度为1000-1300℃，蒸馏处理时间为0.5-2h。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(d)中，高压氮气的压力为0.2-2MPa。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)中，助熔剂包括石灰石、生石灰、熟石灰中的一种或多种；红土镍矿、水和助熔剂的质量比为(75-90)：(5-10)：(5-15)。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中，干燥的温度为80-120℃，干燥时间为30-60min。

6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，对步骤(3)获得的冷凝萃取介质熔体进行保温，保温的萃取介质熔体返回步骤(2)中。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，保温的温度为800-900℃。

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，尤其涉及从红土镍矿中提取金属镍的方法。

背景技术

近年来，我国不锈钢及新能源产业快速增长，对镍的需求量大幅增加。长期以来，全球镍资源供应60％来源于硫化镍矿，但随着镍需求量持续增长及硫化镍资源的逐渐枯竭，占镍资源储量70％的红土镍矿已成为重要的镍开发资源。

褐铁矿型红土镍矿具有铁高、镍低、硅镁低、钴含量高的特点，一般采用湿法工艺处理。湿法工艺主要通过高压酸浸获得镍浸出液，再采用硫化沉淀、溶剂萃取等技术分离镍，生产电镍、氧化镍或镍锍，湿法工艺存在流程复杂、处理成本高的缺点，且工艺过程产生的废水难以处理。硅镁镍矿型红土镍矿则硅镁含量高，铁、钴含量低，镍含量较高，通常采用火法工艺进行处理。火法工艺主要通过回转窑还原-电炉熔炼生产镍铁合金，用于不锈钢、合金钢等产品的制造，火法工艺最终产品为镍铁中间产品且存在能耗较高的问题。并且，传统火法冶炼工艺主要以碳为还原剂，无法避免地产生大量碳排放，当前严格的环保管控形势进一步限制了火法工艺的发展。如中国专利CN201710527995.0公开了一种红土镍矿处理方法，该方法在多级流态化反应器中使红土镍矿与一氧化碳接触并进行反应，得到含一氧化碳、二氧化碳以及羰基镍的第一混合气体和残渣；将第一混合气体进行冷却分离得到液态羰基镍和第二混合气体；将液态羰基镍进行分解处理获得一氧化碳和金属镍。该方法以一氧化碳为还原剂，无法避免地产生大量碳气体的排放。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种工艺流程短，能耗低，不产生碳排放，处理过程更清洁环保的从红土镍矿中提取金属镍的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种从红土镍矿中提取金属镍的方法，包括以下步骤：

(1)将红土镍矿经还原熔炼处理，获得镍铁合金；

(3)将所述低熔点共熔体进行真空蒸馏处理，得到冷凝萃取介质熔体与蒸馏产物金属镍。

上述的方法，优选的，步骤(3)中，所述真空蒸馏处理时真空度为100-240Pa，蒸馏处理温度为1000-1300℃，蒸馏处理时间为0.5-2h。

上述的方法，优选的，步骤(1)中，镍铁合金的具体获得过程包括：

(a)将红土镍矿和水、助熔剂进行混合，得到原料混合物；

(b)将原料混合物制粒、干燥，得到干燥的、粒径小于1cm的球团；

(c)将干燥后的球团加入电弧炉中，通入氢气进行还原熔炼处理，得到镍铁熔体；

(d)将镍铁熔体由流槽排至粒化室内，并向由流槽流下的镍铁熔体喷射高压氮气，使其在下降过程中分散成细小的液滴并冷却凝结，形成镍铁合金颗粒并沉降于粒化室底部，得到粒化镍铁合金。

本发明采用氢气还原熔炼红土镍矿，还原熔炼过程生成镍、铁形成合金熔体，而其它氧化物，如SiO2、MgO、未还原的FeO等形成熔渣，通过熔渣与金属熔体的分离直接获得镍铁合金。

上述的方法，优选的，步骤(c)中，还原熔炼处理是指在1400-1650℃温度下熔炼40-60min，氢气的通入量为标准大气压下每吨红土镍矿通入200-400m3氢气。

上述的方法，优选的，步骤(d)中，高压氮气的压力为0.2-2MPa。

上述的方法，优选的，步骤(a)中，助熔剂包括石灰石、生石灰、熟石灰中的一种或多种；红土镍矿、水和助熔剂的质量比为(75-90)：(5-10)：(5-15)。

上述的方法，优选的，步骤(b)中，干燥的温度为80-120℃，干燥时间为30-60min。

上述的方法，优选的，对步骤(3)获得的冷凝萃取介质熔体进行保温，保温的萃取介质熔体返回步骤(2)中。

上述的方法，优选的，保温的温度为800-900℃。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明从红土镍矿中提取金属镍的方法，首次使用锌、镁一元或二元金属熔体作为萃取介质，在高温下与镍铁合金中的镍形成低熔点共熔体，再利用不同金属饱和蒸气压的差异(镁、锌蒸汽压高，镍蒸汽压低)，对共熔体进行真空蒸馏分离萃取介质与金属镍，同时，金属萃取介质熔体可循环使用。本发明的从红土镍矿中提取金属镍的方法是一种环境友好，绿色可循环的金属镍提取方法。

(2)本发明从红土镍矿中提取金属镍的方法，对红土镍矿进行直接还原熔炼，获得镍铁合金，不需预还原焙烧工序，工艺流程短，能耗低。

(3)本发明从红土镍矿中提取金属镍的方法，采用氢气作为还原熔炼过程的还原剂，不产生碳排放，处理过程更清洁环保。

(4)本发明采用高压氮气对镍铁熔体进行冷却粒化获得粒化镍铁合金，代替后续熔体萃取前的破碎工序，为后续镍金属提取创造有利条件，也简化了工艺，降低能耗。

附图说明

图1是本发明实施例1从红土镍矿中提取金属镍的工艺流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的从红土镍矿中提取金属镍的方法，其工艺流程图如图1所示，包括以下步骤：

S1：取含镍1.72％，含铁18.38％的红土镍矿，添加助熔剂(质量比为1:1的石灰石和生石灰)在转速为17r/min的混合机中混合3min，然后加入水，继续混合5min，得到混合物；其中，红土镍矿、助熔剂和水的质量比为75:15:10；

S2：将混合物放入对辊压团机料盒中，在60MPa的压力下压制成粒径小于1cm的球团，该球团的落下强度95％、抗压强度143N/个、热爆裂指数0.60％；

S3：对球团进行干燥处理，干燥温度为105℃、干燥时间为30min；

S4：将干燥的球团输送至熔炼炉，通入氢气进行还原熔炼，熔炼炉温度范围为1550℃，通入氢气量为标准大气压下200m3/(吨红土镍矿)，总熔炼时间为45min，获得镍铁熔体；还原熔炼过程中产生的尾气返回S3中用于对球团的干燥；

S5：将S4获得的高温镍铁熔体由流槽排至粒化室内，向由流槽流下的镍铁熔体喷射压力为0.5MPa的氮气，使镍铁熔体下降过程中分散成细小的液滴并冷却凝结，生成镍铁合金颗粒沉降于粒化室底部，得到粒化镍铁合金；

S6：采用金属镁作为萃取介质，将金属镁熔化与粒化镍铁合金混合，对粒化镍铁合金进行萃取处理，得到萃取后低熔点共熔体与萃余渣；其中，粒化镍铁合金与金属镁质量比为1：1，萃取处理温度为900℃，萃取处理的时间为2.5h；

S7：对S6中萃取后共熔体进行真空蒸馏处理(真空度为150Pa，温度为1000℃，蒸馏处理时间为0.5h)，得到冷凝镁熔体与蒸馏产物金属镍。对冷凝镁熔体进行保温(保温处理温度为800℃)，得到循环镁熔体萃取介质，将循环镁熔体萃取介质返回S6进行多次萃取，直至反应体系中镍钴完全萃取完成，最后得到纯度为99.03％的金属镍，镍总回收率94.53％。

实施例2：

一种本发明的从红土镍矿中提取金属镍的方法，包括以下步骤：

S1：取含镍1.81％、含铁17.69％的红土镍矿，添加助熔剂(质量比为40:60的石灰石和生石灰)在转速为17r/min的混合机中混合3min，然后加入水，继续混合5min得到混合物；其中，红土镍矿、助熔剂和水的质量比为80:10:10；

S2：将混合物放入对辊压团机料盒中，在60MPa的压力下压制成粒径小于1cm的球团，该球团的落下强度92％、抗压强度135N/个、热爆裂指数0.40％；

S3：对球团进行干燥处理，干燥温度108℃、干燥时间36min；

S4：将干燥的球团输送至熔炼炉，通入氢气进行还原熔炼，熔炼炉温度范围为1570℃，通入氢气量为标准大气压下250m3/(吨红土镍矿)，总熔炼时间为50min，获得镍铁熔体；

S5：将S4获得的高温镍铁熔体由流槽排至粒化室内，向由流槽流下的镍铁熔体喷射压力为0.6MPa的氮气，使镍铁熔体下降过程中分散成细小的液滴并冷却凝结，生成镍铁合金颗粒沉降于粒化室底部，得到粒化镍铁合金；

S6：采用金属镁作为萃取介质，将金属镁熔化并对粒化镍铁合金进行萃取处理，得到萃取后低熔点共熔体与萃余渣；其中，粒化镍铁合金与金属镁质量比为1：2，萃取处理温度为970℃，萃取处理的时间为3.0h；

S7：对S6中萃取后共熔体，在进行真空蒸馏处理(真空度为125Pa，温度为1050℃，蒸馏处理时间为1.0h)，得到冷凝镁熔体与蒸馏产物金属镍。对冷凝镁熔体进行保温(保温处理温度为850℃)，得到循环镁熔体，将循环镁熔体返回S6进行多次萃取，直至反应体系中镍钴完全萃取完成，得到纯度为99.18％的金属镍，镍总回收率95.01％。

实施例3：

一种本发明的从红土镍矿中提取金属镍的方法，包括以下步骤：

S1：取含镍1.79％、含铁18.18％的红土镍矿，添加助熔剂(质量比为35:65的石灰石和生石灰)在转速为17r/min的混合机中混合3min，然后加入水，继续混合5min得到混合物；其中，红土镍矿、助熔剂和水的质量比为80:12:8；

S2：将混合物放入对辊压团机料盒中，在60MPa的压力下压制成球团，该球团的落下强度94％、抗压强度140N/个、热爆裂指数0.50％；

S3：对球团进行干燥处理，干燥温度100℃、干燥时间40min；

S4：将干燥的球团输送至熔炼炉，通入氢气进行还原熔炼，熔炼炉温度范围为1550℃，通入氢气量为标准大气压下300m3/(吨红土镍矿)，总熔炼时间为55min，获得镍铁熔体；

S5：将S4中的高温镍铁熔体由流槽排至粒化室内，向由流槽流下的镍铁熔体喷射压力为0.6MPa的氮气，使镍铁熔体下降过程中分散成细小的液滴并冷却凝结，生成镍铁合金颗粒沉降于粒化室底部，得到粒化镍铁合金；

S6：采用金属镁作为萃取介质，将金属镁熔化并对粒化镍铁合金进行萃取处理，得到萃取后低熔点共熔体与萃余渣；其中，粒化镍铁合金与金属镁质量比为1：3，萃取处理温度为1000℃，萃取处理的时间为3.5h。

S7：对S6中萃取后共熔体进行真空蒸馏处理(真空度为120Pa，温度为1000℃，蒸馏处理时间为1.5h)，得到冷凝镁熔体与蒸馏产物金属镍；对冷凝镁熔体进行分离保温(保温处理温度为850℃)，得到循环镁熔体，将循环镁熔体返回S6进行多次萃取，直至反应体系中镍钴完全萃取完成，得到纯度为99.30％的金属镍，镍总回收率95.79％。

实施例4：

一种本发明的从红土镍矿中提取金属镍的方法，包括以下步骤：

S1：取含镍1.86％、含铁17.97％的红土镍矿、添加助熔剂(质量比为60:40的石灰石和生石灰)在转速为17r/min的混合机中混合5min，然后加入水，继续混合5min，得到混合物；其中，红土镍矿、助熔剂和水的质量比为82:8:10；

S2：将混合物放入对辊压团机料盒中，在60MPa的压力下压制成粒径小于1cm的球团，该球团的落下强度94％、抗压强度136N/个、热爆裂指数0.40％；

S3：对球团进行干燥处理，干燥温度为100℃、干燥时间50min；

S4：将干燥的球团输送至熔炼炉，通入氢气进行还原熔炼，熔炼炉温度范围为1570℃，通入氢气量为标准大气压下300m3/(吨红土镍矿)，总熔炼时间为60min，获得镍铁熔体。

S5：将S4获得的高温镍铁熔体由流槽排至粒化室内，向由流槽流下的镍铁熔体喷射压力为0.8MPa的氮气，使镍铁熔体下降过程中分散成细小的液滴并冷却凝结，生成镍铁合金颗粒沉降于粒化室底部，得到粒化镍铁合金；

S6：采用金属镁作为萃取介质，将金属镁熔化与粒化镍铁合金混合，对粒化镍铁合金进行萃取处理，得到萃取后低熔点共熔体与萃余渣；其中，粒化镍铁合金与金属镁质量比为1：3，萃取处理温度为1000℃，萃取处理的时间为4.0h；

S7：对S6中萃取后共熔体，进行真空蒸馏处理(蒸馏处理真空度为100Pa，温度为1050℃，蒸馏处理时间为2.0h)，得到冷凝镁熔体与蒸馏产物金属镍；对冷凝镁熔体进行保温(保温处理温度为850℃)，得到循环镁熔体萃取介质，将循环镁熔体返回S6进行多次萃取，直至反应体系中镍钴完全萃取完成，得到纯度为99.56％的金属镍，镍总回收率96.32％。