一种硫化镍精矿的超细磨-氧压浸出工艺
阅读说明：本技术 一种硫化镍精矿的超细磨-氧压浸出工艺 (Superfine grinding-oxygen pressure leaching process for nickel sulfide concentrate ) 是由 孙峙 谢小平 蔡楠 党电邦 李青春 魏国 湛金 李鹏 谈伟军 于 2021-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种超细磨-氧压浸出工艺,所述工艺包括：将硫化镍精矿与溶剂混合调浆,以形成预定浓度的硫化镍精矿料浆；将所述硫化镍精矿料浆进行球磨,形成超细磨硫化镍精矿；将所述超细磨硫化镍精矿置于反应炉中并加入浸取液,向所述浸取液中通入预定压力的氧气,以浸出所述超细磨硫化镍精矿中的金属元素。所述工艺通过对硫化镍精矿进行细磨预处理,减少了硫化镍精矿的颗粒粒度,提高了比表面积,从而提高了硫化镍精矿的反应活性,有利于在浸出过程中降低氧压浸出温度和氧压浸出能耗,从而实现了硫化镍精矿的常压选择性高效浸出。(The invention provides a superfine grinding-oxygen pressure leaching process, which comprises the following steps: mixing and pulping the nickel sulfide concentrate and a solvent to form nickel sulfide concentrate slurry with a preset concentration; ball-milling the nickel sulfide concentrate slurry to form ultra-fine milled nickel sulfide concentrate; and placing the superfine grinding nickel sulfide concentrate into a reaction furnace, adding leaching solution, and introducing oxygen with preset pressure into the leaching solution to leach metal elements in the superfine grinding nickel sulfide concentrate. The process reduces the particle size of the nickel sulfide concentrate and improves the specific surface area by finely grinding the nickel sulfide concentrate, thereby improving the reaction activity of the nickel sulfide concentrate, being beneficial to reducing the oxygen pressure leaching temperature and the oxygen pressure leaching energy consumption in the leaching process and realizing the normal-pressure selective high-efficiency leaching of the nickel sulfide concentrate.)
技术领域
本发明属于硫化镍精矿处理
技术领域
，具体涉及一种硫化镍精矿的超细磨-氧压浸出工艺。背景技术
镍是重要的战略金属资源，因其延展性能，力学性能以及化学稳定性良好，被广泛应用于航空航天，军事以及民用工业领域。近年来，随着高镍三元锂电池行业的飞速发展，镍的市场需求量快速增加。在镍的矿产资源中，多金属硫化镍精矿是最重要的镍矿资源之一，在我国乃至世界镍资源中具有十分重要的地位。目前，全球探明的镍矿资源中硫化镍精矿资源约占40％。近年来，我国青海省夏日哈木地区发现了超大型岩浆铜镍硫化物矿床，探明332+333级镍金属量106万吨(平均品位0.7％)，并伴生333级铜资源量21.77万吨(平均品位0.166％)，钴资源量3.81万吨(平均品位0.025％)，成为国内第二大镍矿床。这一超大型镍矿的发现有效地缓解了我国镍资源市场短缺的现状。随着夏日哈木铜镍硫化矿逐步进入开发利用阶段，开发绿色、高效的硫化镍精矿提取技术具有十分重要的意义。
镍矿常用的处理方法有火法冶金工艺和湿法冶金工艺。湿法冶金工艺有高压氨浸法、硫酸化焙烧浸出法、高压酸浸法和氯化浸出法等，其中高压酸浸技术较为成熟，但这些方法普遍存在处理能耗高、设备投资大、处理成本高、处理效率低以及可能产生二次污染等特点。而目前硫化镍矿的主流处理工艺是火法冶金工艺，火法冶金过程采用高温造锍熔炼的方法将硫化镍矿转变为低冰镍，再吹炼得到高冰镍，之后采用高压浸出的方法提取镍，但该工艺也存在能耗高、设备投资大、二次污染严重等问题。因此，研发一种低温、清洁、能够高效提取硫化镍精矿中的镍元素的新工艺，成为众多企业亟需解决的瓶颈问题。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明提供一种硫化镍精矿的超细磨-氧压浸出工艺，以解决现有的硫化镍精矿的处理工艺中存在的浸出温度高、能耗高、有价金属选择性浸出效率较低等问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种硫化镍精矿的超细磨-氧压浸出工艺，包括：
S10、调浆：将硫化镍精矿与溶剂混合调浆，以形成预定浓度的硫化镍精矿料浆；
S20、细磨：将所述硫化镍矿料浆进行球磨，形成超细磨硫化镍矿；所述超细磨硫化镍矿的粒度为300目以下的矿料质量占比为90％以上；
S30、浸出：将所述超细磨硫化镍矿置于反应炉中并加入浸取液，向所述浸取液中通入预定压力的氧气，以浸出所述超细磨硫化镍矿中的金属元素。
优选地，所述步骤S10中，所述溶剂为水，所述硫化镍矿料浆的浓度为20％～30％。
进一步优选地，所述硫化镍精矿料浆的浓度为25％。
优选地，所述步骤S20中，将所述硫化镍精矿料浆置于球磨机中进行球磨，形成超细磨硫化镍精矿；所述超细磨硫化镍精矿的粒度为400目以下的矿料质量占比为90％以上。
优选地，所述步骤S30中，所述浸取液为硫酸溶液，所述硫酸溶液的浓度为50g/L～100g/L，所述超细磨硫化镍精矿与所述硫酸溶液的固液比为100g/L～300g/L。
进一步优选地，所述硫酸溶液的浓度为50g/L，所述超细磨硫化镍精矿与所述硫酸溶液的固液比为200g/L。
优选地，所述步骤S30中，所述预定压力为0.8Mpa～1.4Mpa。
进一步优选地，所述预定压力为1.4Mpa。
优选地，所述步骤S30中，浸出温度为110℃～160℃，浸出时间为100min～300min。
进一步优选地，所述浸出温度为110℃，所述浸出时间为300min。
本发明提供的硫化镍精矿的超细磨-氧压浸出工艺，通过采用机械活化手段预处理硫化镍精矿，在浸出前首先将硫化镍精矿进行超细磨预处理，减少了硫化镍精矿的颗粒粒度，提高了比表面积，从而提高了硫化镍精矿的反应活性，有利于在浸出过程中降低氧压浸出温度以及氧压浸出能耗，从而实现了在较低温度下硫化镍精矿的常压选择性高效浸出，解决了硫化镍精矿的处理工艺中存在的浸出温度高、能耗高、有价金属选择性浸出效率较低等问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的硫化镍精矿的超细磨-氧压浸出工艺的流程图；
图2为本发明实施例1中细磨粒度对超细磨硫化镍精矿浸出的影响结果图；
图3为本发明实施例2中硫酸浓度对超细磨硫化镍精矿浸出的影响结果图；
图4为本发明实施例3中氧气压力对超细磨硫化镍精矿浸出的影响结果图；
图5为本发明实施例6中浸出渣的XRD图谱；
图6为本发明实施例6中浸出渣的SEM-EDS分析图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
本发明实施例提供了一种硫化镍精矿的超细磨-氧压浸出工艺，参阅图1，所述工艺包括以下步骤：
步骤S10、调浆：将硫化镍精矿与溶剂混合调浆，以形成预定浓度的硫化镍精矿料浆。
优选地，所述溶剂为水，所述硫化镍矿料浆的浓度为20％～30％。
进一步优选地，所述硫化镍精矿料浆的浓度为25％。
步骤S20、细磨：将所述硫化镍矿料浆进行球磨，形成超细磨硫化镍矿。
优选地，所述超细磨硫化镍矿的粒度为300目以下的矿料质量占比为90％以上。
优选地，所述超细磨硫化镍精矿的粒度为400目以下的矿料质量占比为90％以上。
将硫化镍精矿进行细磨预处理，可以减少硫化镍精矿反应物颗粒的粒度，提高反应物颗粒的比表面积，从而提高硫化镍精矿的反应活性。
步骤S30、浸出：将所述超细磨硫化镍矿置于反应炉中并加入浸取液，向所述浸取液中通入预定压力的氧气，以浸出所述超细磨硫化镍矿中的金属元素。
优选地，所述浸取液为硫酸溶液，所述硫酸溶液的浓度为50g/L～100g/L，所述超细磨硫化镍精矿与所述硫酸溶液的固液比为100g/L～300g/L。
进一步优选地，所述硫酸溶液的浓度为50g/L，所述超细磨硫化镍精矿与所述硫酸溶液的固液比为200g/L。
优选地，所述预定压力为0.8Mpa～1.4Mpa。
进一步优选地，所述预定压力为1.4Mpa。
优选地，所述浸出的温度为110℃～160℃，所述浸出的时间为100min～300min。
进一步优选地，所述浸出的温度为110℃，所述浸出的时间为300min。
通过细磨预处理提高了硫化镍精矿的反应物活性，有利于硫化镍精矿在浸出过程中降低氧压浸出温度，降低氧压浸出能耗，从而实现硫化镍精矿的常压选择性浸出。
以下将结合具体的实施例来说明上述硫化镍精矿的超细磨-氧压浸出工艺，本领域技术人员所理解的是，下述实施例是本发明上述硫化镍精矿的超细磨-氧压浸出工艺的具体示例，而不用于限制其全部。
本发明实施例的硫化镍精矿由青海黄河矿业有限责任公司提供，所述硫化镍精矿的主要成分及物相分析如表1和表2所示。
表1：硫化镍精矿主要金属成分
表2：硫化镍精矿XRF元素分析
实施例1：细磨粒度对浸出的影响
步骤一、调浆：将硫化镍精矿与水混合调浆，以形成浓度为25％的硫化镍精矿料浆。
步骤二、细磨：将所述硫化镍精矿料浆置于球磨机中进行球磨，形成超细磨硫化镍精矿。
步骤三、浸出：将所述超细磨硫化镍精矿置于反应炉中并加入浓度为100g/L的硫酸溶液作为浸取液，向所述硫酸溶液中通入压力为1.4Mpa的氧气，以浸出所述超细磨硫化镍精矿中的金属元素；其中，所述超细磨硫化镍精矿与所述硫酸溶液的固液比为200g/L，浸出的温度为110℃，浸出的时间为300min。
在上述条件下，分别考察不同的细磨粒度对所述超细磨硫化镍精矿的金属元素浸出的影响；其中，球磨时间为3min时，所述超细磨硫化镍精矿的粒度为300目以下的矿料质量占比为90％以上；球磨时间为6min时，所述超细磨硫化镍精矿的粒度为400目以下的矿料质量占比为90％以上。
图2为细磨粒度对所述超细磨硫化镍精矿浸出的影响结果图，上述条件下获得的实验结果如图2所示。
由图2可知，在保持其他实验条件不变的情况下，未经过细磨预处理的硫化镍精矿，其镍、钴、铜的浸出率均明显低于经过细磨预处理的硫化镍精矿；当所述超细磨硫化镍精矿的粒度为300目以下的矿料质量占比为90％以上时，此时镍、钴、铜的浸出率为97％、98.8％和64.5％；继续减少颗粒粒度至粒度为-400目以下的矿料质量占比为90％以上，镍、钴、铜的浸出率为97.7％、99.8％和78.3％，而铁的浸出效率基本不变；因此，当球磨时间为6min，粒度为-400目以下的矿料质量占比为90％以上时，硫化镍精矿的金属选择性浸出效果最好。
实施例2：硫酸浓度对浸出的影响
步骤一、调浆：将硫化镍精矿与水混合调浆，以形成浓度为25％的硫化镍精矿料浆。
步骤二、细磨：将所述硫化镍精矿料浆置于球磨机中进行球磨，形成超细磨硫化镍精矿；其中，球磨时间为6min，所述超细磨硫化镍精矿的粒度为400目以下的矿料质量占比为90％以上。
步骤三、浸出：将所述超细磨硫化镍精矿置于反应炉中并加入预定浓度的硫酸溶液作为浸取液，向所述硫酸溶液中通入压力为1.4Mpa的氧气，以浸出所述超细磨硫化镍精矿中的金属元素；其中，所述超细磨硫化镍精矿与所述硫酸溶液的固液比为200g/L，浸出的温度为110℃，浸出的时间为300min。
在上述条件下，分别考察不同的硫酸浓度对所述超细磨硫化镍精矿中的金属元素浸出的影响。
图3为硫酸浓度对所述超细磨硫化镍精矿浸出的影响结果图，上述条件下获得的实验结果如图3所示。
从图3可以看出，在保持其他实验条件不变的情况下，不加入硫酸时，镍、钴、铜、铁的浸出效率分别为44％、29.3％、35.3％和29.9％；当硫酸浓度为50g/L时，镍、钴、铜、铁的浸出率为96.8％、99.5％、74.9％及30.4％；继续增加硫酸的浓度，镍、钴、铜的浸出率基本不变，而铁的浸出率呈增加趋势；因此，综合考虑，硫酸溶液的浓度优选为50g/L～100g/L，为了避免铁过多地浸出，硫酸溶液的浓度选择为50g/L时，超细磨硫化镍精矿的金属选择性浸出效果最好。
实施例3：氧气压力对浸出的影响
步骤一、调浆：将硫化镍精矿与水混合调浆，以形成浓度为25％的硫化镍精矿料浆。
步骤二、细磨：将所述硫化镍精矿料浆置于球磨机中进行球磨，形成超细磨硫化镍精矿；其中，球磨时间为6min，所述超细磨硫化镍精矿的粒度为400目以下的矿料质量占比为90％以上。
步骤三、浸出：将所述超细磨硫化镍精矿置于反应炉中并加入浓度为50g/L的硫酸溶液作为浸取液，向所述硫酸溶液中通入预定压力的氧气，以浸出所述超细磨硫化镍精矿中的金属元素；其中，所述超细磨硫化镍精矿与所述硫酸溶液的固液比为200g/L，浸出的温度为110℃，浸出的时间为300min。
在上述条件下，分别考察氧气压力分别为0.8Mpa和1.4Mpa条件下对所述超细磨硫化镍精矿中的金属元素浸出的影响。
图4为氧气压力对所述超细磨硫化镍精矿浸出的影响结果图，上述条件下获得的实验结果如图4所示。
从图4可以看出，在保持其他实验条件不变的情况下，随着通入的氧气的压力从0.8Mpa增加至1.4Mpa，硫化镍精矿中镍和钴的浸出率均有明显增加，铜的浸出率无明显变化，而铁的浸出率则会下降，因此，增加氧气压力，可以在提高镍、钴的浸出的同时抑制铁的浸出，从而实现有价元素的选择性浸出；综上考虑，选择氧气压力为1.4Mpa时为最佳。
实施例4：浸出温度的影响
步骤一、调浆：将硫化镍精矿与水混合调浆，以形成浓度为25％的硫化镍精矿料浆。
步骤二、细磨：将所述硫化镍精矿料浆置于球磨机中进行球磨，形成超细磨硫化镍精矿；其中，球磨时间为6min，所述超细磨硫化镍精矿的粒度为400目以下的矿料质量占比为90％以上。
步骤三、浸出：将所述超细磨硫化镍精矿置于反应炉中并加入浓度为50g/L的硫酸溶液作为浸取液，向所述硫酸溶液中通入压力为1.4Mpa的氧气，以浸出所述超细磨硫化镍精矿中的金属元素；其中，所述超细磨硫化镍精矿与所述硫酸溶液的固液比为200g/L，浸出的时间为300min。
在上述条件下，分别考察不同的浸出温度条件下对所述超细磨硫化镍精矿中的金属元素浸出的影响。
表3为浸出温度对所述超细磨硫化镍精矿中金属元素浸出效率的影响，上述条件下获得的实验结果如表3所示。
表3：浸出温度对超细磨硫化镍精矿中的金属元素浸出效率的影响
浸出温度/℃
Co
Cu
Fe
Ni
110
99.5
74.9
30.4
96.8
140
99.9
83.4
75.4
98.5
160
99.9
88.9
97.7
99.9
由表3可以看出，当浸出温度从110℃升高至160℃，此时，随着浸出温度的升高，钴和镍的浸出效率均无明显变化，而铁的浸出效率反而不断升高，因此，综合考虑镍、钴、铜和铁的浸出效果，选择浸出温度为110℃最佳，从而保证硫化镍精矿中镍、钴、铜的高效浸出的同时抑制铁的浸出。
实施例5：固液比的影响
步骤一、调浆：将硫化镍精矿与水混合调浆，以形成浓度为25％的硫化镍精矿料浆。
步骤二、细磨：将所述硫化镍精矿料浆置于球磨机中进行球磨，形成超细磨硫化镍精矿；其中，球磨时间为6min，所述超细磨硫化镍精矿的粒度为400目以下的矿料质量占比为90％以上。
步骤三、浸出：将所述超细磨硫化镍精矿置于反应炉中并加入浓度为50g/L的硫酸溶液作为浸取液，向所述硫酸溶液中通入压力为1.4Mpa的氧气，以浸出所述超细磨硫化镍精矿中的金属元素；其中，浸出的温度为110℃，浸出的时间为300min。
在上述条件下，分别考察所述超细磨硫化镍精矿与所述硫酸溶液不同的固液比对所述超细磨硫化镍精矿中的金属元素浸出的影响。
表4为所述超细磨硫化镍精矿与所述硫酸溶液不同的固液比对所述超细磨硫化镍精矿中金属元素浸出效率的影响，上述条件下获得的实验结果如表4所示。
表4：固液比对所述超细磨硫化镍精矿中的金属元素浸出效率的影响
固液比(g/L)
Co
Cu
Fe
Ni
100
99.8
86.7
53.2
99.9
200
99.5
74.9
30.4
96.8
300
85.6
70.3
39.8
89.5
由表4可以看出，当超细磨硫化镍精矿与硫酸溶液的固液比从100g/L增加到200g/L，此时，钴和镍的浸出效率均无明显变化，铜的浸出效率从86.7％下降至74.9％，铁的浸出效率从53.2％下降至30.4％；再将固液比从200g/L增加至300g/L，镍、钴、铜的浸出效率均有所下降，而铁的浸出效率则略有所升高，因此，综合考虑硫化镍精矿中镍、钴、铜和铁的浸出效果，固液比为200g/L最佳。
实施例6：最优工艺参数的实施例
综合上述各实施例的工艺条件，可获得所述硫化镍精矿的超细磨-氧压浸出工艺的最优化的工艺条件。
步骤一、调浆：将硫化镍精矿与水混合调浆，以形成浓度为25％的硫化镍精矿料浆。
步骤二、细磨：将所述硫化镍精矿料浆置于球磨机中进行球磨，形成超细磨硫化镍精矿；其中，球磨时间为6min，所述超细磨硫化镍精矿的粒度为400目以下的矿料质量占比为90％以上。
步骤三、浸出：将所述超细磨硫化镍精矿置于反应炉中并加入浓度为50g/L的硫酸溶液作为浸取液，向所述硫酸溶液中通入压力为1.4Mpa的氧气，以浸出所述超细磨硫化镍精矿中的金属元素；其中，所述超细磨硫化镍精矿与所述硫酸溶液的固液比为200g/L，浸出的温度为110℃，浸出的时间为300min。
在上述条件下，所述超细磨硫化镍精矿中镍、钴、铜和铁的浸出效率分别为96.8％、99.5％、74.9％和30.4％。
在上述超细磨硫化镍精矿的浸出反应结束后，将其进行过滤获得浸出渣和滤液。
图5为所述浸出渣的XRD图谱，从图5可以看出浸出渣中的主要物相为FeO(OH)、单质S和Mg3Si4O10(OH)2。
表5为浸出渣的浸出渣元素分析(XRF)。
表5：浸出渣元素分析(XRF)
从表5可以看出，浸出渣中的主要元素为：S的含量为10.07％，Fe的含量为42.34％，Mg的含量为2.11％，根据浸出前后Mg的含量的浸出渣的质量，可计算出Mg的浸出效率可达51.2％。
图6为浸出渣的SEM-EDS分析图，从图6中可以看出，浸出渣中单质S主要以小颗粒形式存在，无包裹现象，因而可通过浮选的方式分离浸出渣中的单质S物相。
本发明提供的超细磨-氧压浸出工艺，通过采用机械活化手段预处理硫化镍精矿，在浸出前首先将硫化镍精矿进行超细磨预处理，减少了硫化镍精矿的颗粒粒度，提高了比表面积，从而提高了硫化镍精矿的反应活性，有利于在浸出过程中降低氧压浸出温度和氧压浸出能耗，从而实现了在较低温度下硫化镍精矿的常压选择性高效浸出，解决了传统氧压浸出技术存在的浸出温度高、能耗高、有价金属选择性浸出效率较低等问题，并且，浸出过程中不会造成二次污染严重的问题，是一种低温、清洁、能够高效提取镍元素的工艺。在浸出反应结束后，获得的浸出渣中单质S主要以小颗粒形式存在，无包裹现象，可通过浮选的方式分离浸出渣中的单质S物相，从而还解决了浸出渣中S单质分离困难的问题。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
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