碱熔盐活化分解红土镍矿及硫酸低压浸出镍、钴的基础研究

Given the low resources utilization rate and the severe operation conditions for processing the laterite ores by traditional high-pressure acid leaching technology, a new technology called "alkali molten salt activation decomposition of limonitic laterite ore-low-pressure sulfuric acid leaching of Ni and Co-molten salt media recycling-green separation of Ni and Co from associated impurities" was developed. Based on the research, the key scientific issues of efficient, clean, and comprehensive utilization of laterite ore could be solved. In this topic research, activation decomposition mechanism of the laterite ore and phase transformation regularity of multi metals in alkali molten salt were studied. Besides, the reaction thermodynamics and kinetics of low-pressure sulfuric acid leaching to extract Ni and Co were investigated. These results indicate that the leaching of Ni and Co from alkali-leaching residue are clearly higher than that of direct pressure acid leaching using raw laterite ore under mild acid leaching conditions. The new technology can greatly improve laterite ore resource utilization rate, reduce energy consumption and acid leaching operation condition, and realize clean production. The breakthrough of the key scientific issues has vital scientific significance on further industrialization application of the new technology.

针对红土镍矿传统高压酸浸冶炼技术资源利用率低、浸出工艺条件苛刻等难题，以褐铁型红土镍矿为研究对象，开展碱熔盐介质活化分解红土镍矿-硫酸低压浸出Ni、Co-熔盐介质再生循环-Ni、Co与伴生杂质组分绿色相分离工艺基础研究，以解决低品位复杂红土镍矿资源高效-清洁-综合利用关键科学问题。本项目研究碱熔盐介质中红土镍矿活化分解机理，探讨熔盐反应过程多金属体系物相转化和迁移规律；研究硫酸介质中碱熔渣低压浸出镍、钴的反应热力学与动力学，阐明在相对温和的酸浸条件下，碱熔渣酸浸较原矿直接加压酸浸能够提高Ni、Co浸出率的机理信息。其研究可望进一步提高红土镍矿资源利用率、降低碱法处理时的能耗，并降低酸浸的操作条件，以实现清洁生产。其关键科学问题的突破，将对该新技术的产业化应用具有重要的科学意义。

随着高品位硫化镍矿的日益减少，红土镍矿的利用已逐渐成为镍冶金行业关注的焦点，近年来加压酸浸冶金工艺已成为湿法冶金领域的研究热点。然而，传统工艺均以提取镍、钴为目标，导致资源利用率低、能耗高和环境污染。本项目提出了降低温度碱熔盐介质活化分解红土镍矿—硫酸低压、高效、清洁浸出Ni、Co—熔盐介质循环再生—Ni、Co与伴生杂质组分绿色相分离的新工艺方案，并重点开展了熔盐活化分解红土镍矿及硫酸低压浸出Ni、Co相关机理及规律性的应用基础研究，实现降低碱法处理过程的能耗、并降低酸浸操作条件及清洁生产的目的。. 本项目完成了氢氧化钠熔盐活化分解红土镍矿过程热力学、动力学及机理研究。探明碱熔反应的热力学趋势和熟料浸出过程多金属含氧酸盐相平衡及物相转化和迁移规律。400~800 ℃时的脱铬、铝动力学研究表明，铬、铝浸出过程均符合Avrami方程。对碱熔活化处理红土镍矿过程进行的活化机理分析表明，红土镍矿经碱熔活化后，原矿的晶格结构被破坏，使包覆于其中的镍、钴氧化矿物暴露于晶格之外，利用活化后得到的碱浸渣在温和的条件下进行加压酸浸时，Ni、Co的浸出率可以达到95%以上。基于铬酸钠、铝酸钠在NaOH溶液中溶解度以及铝酸钠性质的研究，采用蒸发结晶方式将逆流洗涤一级滤液中的混合物二次排盐进行初步分离得到粗晶。碳化沉铝、苛化等方法探讨浸出液中铬、铝分离规律，并实现碱液循环。. 本项目完成了红土镍矿及碱浸渣酸浸过程Ni、Co、Fe等多金属反应热力学、动力学及工艺研究。探明酸浸反应的热力学趋势和酸浸机理。对不同体系的E-pH图进行分析研究，Fe水解生成氧化物的pH较Ni、Co、Mn水解生成氧化物的pH低，因此，理论上可以通过控制pH实现上述元素的浸出及分离。在优化浸出条件下，Ni，Co，Mn，Mg的浸出率分别为82.8%，88.1%，98.7%，71.7%；Fe的沉淀率为87.4%。Ni与Co的浸出过程符合未反应收缩核模型，受通过固相产物层扩散控制，浸出过程的表观活化能分别为11.6 kJ/mol，11.8 kJ/mol。