紅土鎳礦中回收鎳的工藝研究進(jìn)展

龐寶龍

吉恩鎳業(yè)電解廠 吉林 吉林 132311

引言

隨著人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)需求，資源不斷地消耗。人們對(duì)化工產(chǎn)品的需求量越來(lái)越大，化工產(chǎn)品更是走入了人們的日常生活，尤其是不銹鋼產(chǎn)品，更是推動(dòng)了對(duì)鎳的需求增量。

1 紅土礦的分布狀況及鎳資源的簡(jiǎn)介

①紅土鎳礦床的結(jié)構(gòu)分布。紅土鎳礦床總共有三層，最上面一層為褐鐵礦層，這一層當(dāng)中鐵和鈷的含量比較高，鎳的含量比較低，由于上腳面長(zhǎng)期受到風(fēng)化侵蝕，鐵元素在此的化合物氧化以后形成了紅褐色的氧化鐵，中間層的各類元素含量分布比較均勻，也稱之為過(guò)渡層，最底層硅鎂的含量特別高，而鎳元素也主要分布在這一層，對(duì)鎳元素的提取也主要是對(duì)這一層進(jìn)行開采。②鎳金屬的應(yīng)用和分布情況。由于鎳這種金屬元素具備了許多良好的化學(xué)性質(zhì)，比如捏金屬具有很好的延展性，較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠適應(yīng)于高強(qiáng)度的機(jī)械作業(yè)，有很好的機(jī)械性能。鎳金屬元素含有兩類，主要分布于陸華礦床和紅土鎳礦當(dāng)中，在過(guò)去對(duì)鎳資源的開采過(guò)程中，主要是針對(duì)锍化礦進(jìn)行開采，傳統(tǒng)的硫化礦提取工藝具備了成熟的條件，所以有近60%的鎳產(chǎn)量來(lái)源于硫化礦，隨著人們對(duì)這一資源的不斷開采，也使得硫化礦資源日益枯竭，可供人們消耗的硫化礦資源已經(jīng)十分有限了。隨著人們對(duì)紅土鎳礦資源的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)這一資源分布廣泛，并且鎳含量豐富，對(duì)其進(jìn)行開采，不需要花費(fèi)太高，現(xiàn)代技術(shù)的進(jìn)步也使得冶煉工藝日趨成熟，所以許多工業(yè)廠商和企業(yè)選擇利用紅土鎳礦進(jìn)行鎳的提取，能獲得更高的回收鎳[1]。

2 國(guó)內(nèi)外紅土礦回收鎳處理工藝方式

（1）還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵。傳統(tǒng)的紅土鎳礦工藝，也是最常用的工藝處理法為火法處理工藝，其原理是還原熔煉礦石進(jìn)行鎳鐵的生產(chǎn)。首先把原材料鎳礦進(jìn)行粉碎篩分，得到不同直徑大小的鎳礦石材料，做完這一預(yù)處理以后，把這一原材料與溶劑和還原劑按照一定的比例在高爐內(nèi)鍛焙烘燒進(jìn)行反應(yīng)。礦石在高溫和催化劑的條件下，許多金屬元素在化合物中被還原出來(lái)，形成了海綿狀的鎳鐵合金。還有一部分殘?jiān)ㄟ^(guò)水的冷卻，再次進(jìn)行破碎和篩分等處理可以得到粗鎳鐵粒，通入空氣與其中的氧氣進(jìn)行充分接觸，再加入生石灰進(jìn)行吹煉最終得到鎳鐵合金的產(chǎn)品，爐渣則在爐內(nèi)的最底層，將其分離出來(lái)即可。

（2）還原硫化熔煉生產(chǎn)鎳。生產(chǎn)鎳中還常用到的一種工藝為鎳锍生產(chǎn)工藝，在溫度范圍為1500～1600℃的條件下，爐內(nèi)加入硫黃，通過(guò)爐內(nèi)的一系列化學(xué)反應(yīng)可以得到低含量的鎳锍，利用轉(zhuǎn)爐吹煉可以生產(chǎn)出高含量的鎳锍。該工藝與鎳鐵工藝的不同之處在于向爐內(nèi)進(jìn)行不同的爐料投放，反應(yīng)的原理也就隨之不同。爐料因?yàn)樾枰辛螯S，所以還原的硫化劑選用黃鐵礦和石膏，硫黃等含锍的鎳原料，這些化石能源不僅在自然界中含量充足，價(jià)格也比較便宜，其合理經(jīng)濟(jì)性受到了許多企業(yè)的歡迎。而使用硫黃作為硫化劑，可操作性強(qiáng)，在容量過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)面影響，幾乎可以忽略，熔煉后得到的各類成分也不受影響，處理起來(lái)十分方便，對(duì)電耗比起鎳鐵工藝也比較低。但是需要有一套硫黃融化的設(shè)備，還需要對(duì)原材料進(jìn)行輸送和噴灑，這大大增加了企業(yè)的成本。采用還原硫化熔煉紅土鎳礦的工藝有較高的靈活性，精煉后得到的鎳可以做進(jìn)一步的處理得到各類形式的鎳產(chǎn)品，從中回收鈷。

（3）濕法處理工藝。針對(duì)不同的礦石類型選用不同的處理工藝，褐鐵礦類型和紅土鎳礦還有低含量氧化鎂的硅鎂鎳礦會(huì)采用濕法處理工藝進(jìn)行處理。濕法處理工藝主要有兩大類，一類是用酸浸法，另一類是使用堿浸法。氨浸工藝通過(guò)配合使用還原配燒可以在最大限度上將硅酸鎳和氧化鎳中金屬還原。通過(guò)控制不同的催化條件和反應(yīng)物，能夠使得許多鐵的混合物還原成鐵的氧化物，初步處理下的鐵元素，只有很少的部分被還原成純鐵，加入的氨水通入二氧化碳與焙燒礦充分反應(yīng)將金屬轉(zhuǎn)為許多絡(luò)合物，通過(guò)水解反應(yīng)生成氫氧化鐵的沉淀，但是在這一過(guò)程中會(huì)造成鈷的損失，使回收率大大降低，所以氨浸法的處理工藝，目前不能夠適用于含銅和鈷較高的鎳礦，在一些紅土鎳礦中，鎳和鈷主要分布在第三層，所以這種工藝有時(shí)候也用于處理表面的紅土礦，與酸浸法相比仍然不夠經(jīng)濟(jì)。

（4）加壓酸浸工藝。通過(guò)高溫高壓，濕法處理工藝冶金已經(jīng)展現(xiàn)出了許多優(yōu)勢(shì)，液體與化石原料的充分接觸使得反應(yīng)速度大大加快，使用酸浸工藝可以對(duì)含氧化鎂較低的礦石進(jìn)行鎳礦的處理，酸浸處理工藝最大的特點(diǎn)是能夠把絕大部分的鈷完全分離出來(lái)，這大大提高了回收率，不僅在費(fèi)用上低于還原焙燒氨浸工藝，還得到了含量更高的鎳礦。酸浸工業(yè)城用到的酸為稀硫酸，使用稀硫酸能夠很好地將礦物中的鐵鋁等有價(jià)值金屬進(jìn)行溶解，通過(guò)控制pH值可以得到不同純度的金屬元素，這些礦物在液體中浸出后，利用硫化氫對(duì)其進(jìn)行還原中和，在過(guò)濾掉部分沉淀，就能夠得到高質(zhì)量的鎳鈷硫化物，使用加壓酸浸工藝不足之處是需要原材料含有的泥質(zhì)物質(zhì)較少，鎂鋁含量需要比較低，這樣既不會(huì)對(duì)稀硫酸造成較大的污染，也才能得到一定技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的鎳產(chǎn)品[2]。

（5）其他處理方法。隨著對(duì)紅土鎳礦的大量開采，利用火法工藝處理的鎳礦以變得十分有限，雖然濕法工藝已經(jīng)初具工業(yè)規(guī)模，能夠批量生產(chǎn)鎳資源，但是其反應(yīng)條件需要在高溫高壓下進(jìn)行操作，用到的設(shè)備投資較大，操作控制相對(duì)技術(shù)含量較高，在普遍推廣時(shí)遇到了重重阻礙，所以也有一定的局限性。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著全球各地對(duì)鎳需求的不斷上升，使得這種資源的提取和回收成為重要的研究方向 雖然其產(chǎn)量仍然受到了許多技術(shù)方面的因素限制，但是通過(guò)合理開發(fā)和高效利用就會(huì)使這一產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。加強(qiáng)對(duì)鎳資源狀況的探索，時(shí)刻對(duì)其儲(chǔ)量進(jìn)行關(guān)注，從國(guó)外引入鎳礦資源，重視研究開發(fā)海床的鎳礦資源，確保人民的生活的穩(wěn)定，企業(yè)的安全運(yùn)行。