銅精礦浸出脫鎳及浸出液脫銅新工藝研究

盧國儉,李人宇,孫德成,朱來東,湯德祥

(1.連云港師范高等?？茖W(xué)校,江蘇連云港 222006;2.西北礦冶研究院)

銅精礦浸出脫鎳及浸出液脫銅新工藝研究

盧國儉1,李人宇1,孫德成1,朱來東2,湯德祥1

(1.連云港師范高等?？茖W(xué)校,江蘇連云港 222006;2.西北礦冶研究院)

通過實驗確定了銅精礦氯化浸鎳和浸出液脫銅的最佳工藝條件和工藝流程,重點研究了采用鎳精礦脫除浸出液中的銅及如何通過提高鎳精礦的活性來提高鎳的回收率等問題,提出了加入多硫復(fù)合劑活化鎳精礦除銅的方法。工藝簡單、經(jīng)濟(jì)實用,浸出液脫銅率在 99%以上,銅精礦浸出脫鎳渣含鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降至 1.8%左右。實驗中使用鹽酸作為浸出劑,浸出速度快,鎳浸出率高 (>62%),銅的抑制性好。整個工藝未帶入雜質(zhì)離子,克服了傳統(tǒng)硫化法、鐵屑法、萃取法等試劑耗量大、成本高、操作困難和雜質(zhì)含量高等不利因素。

銅精礦;浸出脫鎳;浸出液脫銅;鎳精礦

銅精礦是由高冰鎳磨浮產(chǎn)生,含鎳較高,需要除去其中的鎳才能進(jìn)入銅冶煉系統(tǒng),而浸出液中溶有銅,需要除去銅才能用于生產(chǎn)鎳產(chǎn)品。銅精礦氯化浸鎳的主要目的是銅精礦浸出脫鎳和浸出液脫銅。目前,銅鎳分離的方法很多,如硫化物沉淀法[1]、鐵置換法、鎳精礦加陽極泥脫銅法、氯化亞銅結(jié)晶法、萃取分離法、銅鎳合金脫銅法等。由于銅精礦氯化浸鎳的全浸液中銅、鎳含量較高,氯離子也高,采用硫化鈉、硫化氫和鐵粉等方法脫銅,試劑耗量大、成本過高、操作困難,并且?guī)肓似渌x子。氯化亞銅沉銅,溶液中的氯離子濃度必須嚴(yán)格控制才能使二價銅離子沉淀完全,況且氯化亞銅結(jié)晶的提純非常復(fù)雜。筆者通過實驗確定了銅精礦氯化浸鎳和浸出液脫銅的最佳工藝條件和工藝流程,重點研究了采用鎳精礦脫除浸出液中的銅及如何通過提高鎳精礦的活性來提高鎳的回收率等問題,提出了加入多硫復(fù)合劑活化鎳精礦除銅的方法。

1 實驗原理

1.1 銅精礦浸出脫鎳機(jī)理

銅精礦鹽酸浸鎳,化學(xué)反應(yīng)方程式如下:

反應(yīng)過程中有 H2S氣體溢出。溶液中銅的存在形態(tài)隨著 Cl-濃度的提高而變化:Cl-達(dá)到一定濃度時會出現(xiàn)不溶性氯化亞銅 (CuCl);當(dāng) Cl-進(jìn)一步增加時,CuCl又會溶解、氧化生成 CuCl2;當(dāng) CuCl2濃度過高時,也能起到氧化劑的作用。其反應(yīng)過程為:

1.2 浸出液脫銅電化學(xué)反應(yīng)方程

浸出液脫銅電化學(xué)反應(yīng)方程如下:

當(dāng)溶液中有 CuCl2存在時,會造成脫銅的困難,因此,實驗過程中必須控制 CuCl2和 Cl-的生成量,減少 CuCl和 CuCl2的生成,從而保持和提高鎳精礦的活性,促進(jìn)精礦表面質(zhì)點的進(jìn)一步活化,提高鎳精礦的利用率并降低其用量。

2 實驗工藝流程

2.1 實驗原料

銅精礦化學(xué)成分:一號礦,w(Cu)=66.56%,w(Ni)=4.46%,w(Fe)=4.50%,w(S)=21.06%;二號礦,w(Cu) =70.40%,w(Ni) =4.60%,w(Fe)=4.40%,w(S)=20.61%。

2.2 工藝流程 (見圖 1)

圖1 銅精礦浸出脫鎳及浸出液脫銅工藝流程示意圖

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 銅精礦浸出脫鎳

3.1.1 浸出溫度的影響

實驗條件:銅精礦為 100 g,鹽酸濃度為2 mol/L,液固質(zhì)量比為 6∶1,浸出時間為 12 h。浸出溫度對銅精礦浸出脫鎳的影響見表 1。由表 1實驗結(jié)果可以計算出 4次實驗回歸方程為Y=4.050-0.026T(式中:Y為浸出渣中含鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;T為浸出溫度,℃),線性相關(guān)系數(shù)R=-0.997 1。由回歸方程可知,浸出溫度對鎳的浸出影響顯著,渣中含鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度的升高而降低。當(dāng)溫度較低時,銅的浸出率反而增大;當(dāng)溫度為 90℃時,渣含鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降到 1.7%,而銅的浸出率僅為 1.30%,實驗效果較好。

表1 浸出溫度對銅精礦浸出脫鎳的影響

3.1.2 鹽酸濃度的影響

實驗條件:銅精礦為 100 g,浸出溫度為 90℃,液固質(zhì)量比為 6∶1,浸出時間為 12 h。當(dāng)鹽酸濃度分別為 1.0,1.4,2.4,3.0 mol/L時,鹽酸濃度對鎳和銅的浸出率沒有顯著的影響 (鎳浸出率在 65%左右,銅浸出率小于 2%),浸出渣含鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均可降到 2%以下。鹽酸易揮發(fā)損失,為保證反應(yīng)進(jìn)行得充分,鹽酸加入量應(yīng)適當(dāng)過量。實驗中加入濃度為 1.5～2.0 mol/L的鹽酸,終點控制溶液殘酸量在0.3 mol/L左右為宜。

3.1.3 浸出時間的影響

實驗條件:銅精礦為 100 g,鹽酸濃度為2 mol/L,液固質(zhì)量比為 6∶1,浸出溫度為 90℃。當(dāng)浸出時間分別為 2,4,6,8,10 h時,時間的變化對銅、鎳浸出率沒有十分顯著的影響 (鎳浸出率在65%左右,銅浸出率小于 2.28%),浸出渣含鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在 2%以下,說明鹽酸浸鎳較快。為了縮短時間,提高處理量,浸出時間以 2～3 h為佳。

3.2 浸出液脫銅

3.2.1 溫度對脫銅率的影響

脫銅原液成分:ρ(Cu)=24.59 g/L,ρ(Ni)=102.75 g/L,ρ(Fe)=11.82 g/L,ρ(HCl)=8.03 g/L。鎳精礦加入量(鎳精礦加入質(zhì)量占溶液中含銅質(zhì)量的倍數(shù),下同)為 3.5倍,多硫復(fù)合劑加入質(zhì)量為鎳精礦質(zhì)量的 0.2倍,反應(yīng)時間為 6 h,溫度對脫銅率的影響見表 2。由表 2可以看出:溫度為 70℃時脫銅率已經(jīng)達(dá)到 99.90%,再升高溫度脫銅率變化不顯著。

試驗編號溫度/℃脫銅液ρ(Cu)/(g·L-1)脫銅渣成分w(Ni)/%w(Cu)/%脫銅率/%鎳精礦中鎳?yán)寐?CH-18 40 3.11 34.62 25.61 87.38 35.52/CH-19 50 0.27 35.26 27.14 89.89 33.52 CH-20 60 0.01 34.62 27.01 92.95 35.33 CH-21 70 0.02 34.61 27.95 99.90 35.10 CH-22 80 0.11 34.87 27.92 99.94 34.45 CH-23 90 0.02 33.33 28.94 99.94 36.34

3.2.2 鎳精礦用量對脫銅率的影響

表3為鎳精礦用量對脫銅率影響試驗結(jié)果。根據(jù)表 3實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸,得出函數(shù)關(guān)系式為:

表3 鎳精礦用量對脫銅率的影響

式中:y為脫銅終點脫銅液含銅質(zhì)量濃度,g/L;x1為溫度,℃;x2為鎳精礦加入量,倍。此式表示了溫度和鎳精礦加入量與脫銅液含銅量之間的關(guān)系,呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。由此可見,在不同的溫度下,改變鎳精礦的用量,脫銅效果不同。

綜上所述,為了盡量減少鎳精礦的用量、提高鎳的利用率、降低渣中含鎳量,應(yīng)適當(dāng)提高溫度。由多元回歸方程式計算可知:80℃時,鎳精礦用量在2.0～2.5倍時,脫銅液含銅質(zhì)量濃度為 0.421 6～0.142 1 g/L;90℃時,鎳精礦用量在 2.0～2.5倍時,脫銅液含銅質(zhì)量濃度為 0.316 4～0.106 5 g/L,滿足了下一工序的要求。因此,溫度控制在 80～90℃、鎳精礦用量控制在 2.0～2.5倍為宜。

3.2.3 多硫復(fù)合劑用量對脫銅率的影響

從生產(chǎn)實踐及有關(guān)資料可知,加入多硫復(fù)合劑可以增強(qiáng)鎳精礦的活性,提高鎳精礦的利用率。實驗條件:溫度為 60℃,時間為 6 h,多硫復(fù)合劑用量對脫銅率的影響見表 4。

試驗編號脫銅原液ρ(Cu)/(g·L-1)鎳精礦加入量/倍多硫復(fù)合劑加入量/倍脫銅液ρ(Cu)/(g·L-1)脫銅率/%鎳精礦中鎳?yán)寐?CH-31 30.00 2.5 0.02 10.72 21.64 44.77/CH-32 24.18 3.5 0.05 4.23 82.80 31.39 CH-33 24.18 3.5 0.10 0.01 99.94 30.08 CH-34 24.18 3.5 0.20 0.01 99.95 35.51

由表 4可見:當(dāng)加入 0.1倍多硫復(fù)合劑時浸出液中銅質(zhì)量濃度可降至0.01 g/L,達(dá)到脫銅要求,繼續(xù)增大多硫復(fù)合劑用量,脫銅液中殘銅量基本保持不變。但多硫復(fù)合劑用量過高,金屬離子濃度較高,溶液黏度增大,過濾困難。

3.2.4 浸出液脫銅實驗驗證結(jié)果

浸出液脫銅實驗驗證結(jié)果見表 5。由表 5可知鎳精礦脫銅最佳條件:溫度為 80～90℃,時間為2 h,鎳精礦加入量為溶液含銅量的 2.5倍左右,多硫復(fù)合劑加入量為鎳精礦的 0.1～0.2倍。

表5 浸出液脫銅實驗驗證結(jié)果

4 結(jié)論

1)采用鹽酸浸出銅精礦中的鎳,浸出速度快,銅的抑制性好。當(dāng)液固質(zhì)量比為 6∶1、反應(yīng)時間為2～3 h浸出溫度為 90℃、鹽酸濃度為 2 mol/L時,Ni的浸出率均在 62%以上。銅精礦浸出脫鎳渣中鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)可降至 1.8%左右,鎳浸出液除銅后可直接送鎳冶煉系統(tǒng)。2)試驗采用多硫復(fù)合劑較好地改善了鎳精礦的活性,極大地提高了鎳精礦利用率,除銅效果良好。當(dāng)溫度為 80～90℃、鎳精礦加入質(zhì)量為溶液含銅質(zhì)量的 2.0～2.5倍、多硫復(fù)合劑加入質(zhì)量為鎳精礦質(zhì)量的 0.1～0.2倍時,脫銅率大于99%,脫銅后溶液含銅質(zhì)量濃度可降到1 g/L以下,脫銅渣可以返回銅精礦鹽酸浸鎳系統(tǒng)。3)由于浸出過程有 H2S和 HCl氣體逸出,反應(yīng)容器必須保持密閉,尾氣必須進(jìn)行回收處理。

[1] 盧國儉,于江鴻.用鉬精礦生產(chǎn)鉬酸銨的試驗研究[J].無機(jī)鹽工業(yè),2004,36(1):29-31.

Study on new technology of leaching removal of n ickel in copper ore concentrate and removal of copper in lixivium

Lu Guojian1,Li Renyu1,Sun Decheng1,Zhu Laidong2,TangDexiang1
(1.Lianyungang Teacher′s College,Lianyungang222006,China;2.Northwest Institute of M ining and M etallurgy)

Optimum technological conditions and flow for removal of nickel in copper ore concentrate by leaching with hydrochloric acid and removal of copper in lixivium were confirmed in experiments.Problems,such as removal of copper in lixivium by nickel ore concentrate aswell as how to improve the recovery of nickel by increasing activity of nickel ore concentrate were specially studied,and method of removal of copper by addingmulti-sulfur complexing agent to activate nickel ore concentrate was proposed.Removal rate of copper in lixivium was above 99%and mass fraction of nickel in residue of leaching removal of nickel in copper ore concentrate reduced to about 1.8%,which showed that thiswas a simple and economic method.Hydrochloric acid was used as leaching agent,which could bring a fast and high leaching rate of nickel(more than 62%)and a good inhibitive ability to copper.There were no impurities imported in the whole process and disadvantages of large consumption of reagents,high cost,difficult operation,and high impurity in traditionalmethods,such as curingmethod,iron chip method,and extraction method,were overcome.

copper ore concentrate;leaching removal of nickel;removal of copper in lixivium;nickel ore concentrate

TQ138.13

A

1006-4990(2010)03-0054-03

2009-09-23

盧國儉 (1966— ),男,博士研究生,博士學(xué)位,高級工程師,已發(fā)表文章 12篇,其中 EI收錄 4篇,主要研究方向為固體廢物資源化利用及新材料研發(fā)。

聯(lián)系方式:luguojian813@163.com