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1、镍钼矿加钙氧化焙烧-低温硫酸化焙烧-水浸提取镍钼彭俊,王学文,王明玉,肖彩霞,施丽华中南大学 冶金科学与工程学院,湖南 长沙,410083摘要:针对现行镍钼矿处理工艺存在的钼镍需要分别提取的缺陷,提出了镍钼矿经加钙氧化焙烧低温硫酸化焙烧水浸提取镍钼的新工艺。以贵州遵义镍钼矿为原料,对CaO参加量、氧化焙烧温度、氧化焙烧时间、硫酸参加量、硫酸化焙烧温度、硫酸化焙烧时间以及焙砂水浸工艺参数对镍钼浸出率的影响进行了研究。研究结果说明,在最正确工艺条件下钼的浸出率为97.33%,镍的浸出率为93.16%。最正确工艺参数为: 100g镍钼矿参加35gCaO,700 oC氧化焙烧2h,得到的焙砂参加70m

2、L浓硫酸,再经250 oC硫酸化焙烧2h;硫酸化焙烧得到的焙砂按液固比2:1加水搅拌,98 oC浸出2h。研究发现,参加CaO的参加量不仅能有效减少镍钼矿氧化焙烧烟气对环境造成的污染,而且能显著提高镍的浸出率。关键词:镍钼矿;氧化焙烧;硫酸化焙烧;水浸Extraction of molybdenum and nickel from Ni-Mo ore by oxidation roasting with CaO, sulphation roasting and water leachingPENG Jun, WANG Xue-wen, WANG Ming-yu, XIAOCai-xia, SH

3、I Li-hua(School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)Abstract: In order to A new process used to recoverleach molybdenum and nickel from Ni-Mo ore at one time, by the process of oxidation roasting with CaO, sulphation roasting and water leaching

4、was proposed to extract molybdenum and nickel is proposed, which overcomes the flaw that molybdenum and nickel need to be extracted fromfrom the Ni-Mo ore respectively in view of existing technique. The Ni-Mo ore obtained from ZunYi of Guizhou Province was used as raw material. The process parameter

5、s which effected the leaching rates of molybdenum and nickel, such as CaO addition of CaO, oxidation roasting temperature, oxidation roasting time, sulfuric acid addition volume, sulphation roasting temperature and sulphation roasting time and leaching with water for the calcineand so on, were inves

6、tigated. Experimental results showed that 97.33% Mo and 93.16% Ni were extracted from the NiMo ore by mixing 100g the raw NiMo ore with 35g CaO, then oxidation roasting the mixture of 100g NiMo ore with 35g CaO at 700 °C for 2 h, sulphation roasting the calcine with 70 ml 98% sulphuric acid at

7、250°C for 2 h, and then water leaching at 98 °C for 2 h with a the liquid/solid ratio of 2:1 under the best technology conditions. It was found that CaO addition can not only protected the environment against SO2 pollution effectively during the oxidation roasting but aslso observably incr

8、eased nickelthe leaching rate of nickelobservably.Key words: Ni-Mo ore; oxidation roasting; sulphation roasting; water leaching.中图分类号:TF111.3;TF841.2基金工程:国家高技术研究开展方案(“863方案)工程(2006AA06Z122)通讯 王学文,博士,副教授; E-mail: wxwcsu163 镍、钼是重要的战略金属,广泛应用于冶金、喷涂、电子等行业1-3。镍钼矿属于沉积型黑色页岩型矿

9、床,主要分布在我国贵州遵义、湖南张家界、湖北都昌、云南曲靖和浙江富阳等地4-6。镍钼矿是一种多金属复合矿,其中钼含量约为0.35%-8.17%,主要以碳硫钼矿的形式存在;镍含量约为0.17-7.03%,主要以硫镍矿、硫铁镍矿、针镍矿等形式存在7。由于其成分复杂,品位相对较低,采用物理及化学选矿技术很难将其中有用组分富集和别离8-10。目前,镍钼矿处理工艺主要有焙烧矿热炉熔炼Ni-Mo-Fe合金11,氧化焙烧-碱浸12,碳酸钠转化处理13,氧化焙烧N2CO3+NaOH浸出14,焙烧活氧碱浸出15,NaOH/NaClO直接浸出等工艺提取钼16-17,但镍留在渣中需要做进一步处理回收。焙烧矿热炉熔炼

10、Ni-Mo-Fe合金工艺虽然具有工艺简单,加工本钱低且钼镍能同时回收,但只能得到初级产品,需进一步加工处理回收镍和钼。为了同时回收镍钼矿中的镍和钼,缩短工艺流程,保护环境,降低生产本钱,本文采用镍钼矿加钙氧化焙烧低温硫酸化焙烧水浸的镍钼提取工艺,对镍钼矿焙烧和水浸工序进行系统研究。1 实验1.1 实验原料实验所用原料为贵州遵义镍钼矿,其主要化学成分XRF分析结果列于表1。从表1可以看出,镍钼矿中硫含量较高。为同时提取镍钼矿中镍和钼,并防止镍钼矿氧化焙烧产生的烟气对环境造成污染,实验采用了镍钼矿加钙氧化焙烧低温硫酸化焙烧水浸的矿物分解工艺。实验所用的石灰为分析纯CaO,硫酸为分析纯98%的浓硫酸

11、,实验分析所用的试剂均为分析纯。 表1 镍钼矿主要化学成分, wt%Table 1 Main cChemical compositions of Ni-Mo ore (mass fraction, %)MoNiFeMgAlSiSCaPVAs5.423.017.661.483.6711.0210.217.912.190.050.531.2 实验装置试验装置主要包括GM/F97密封式化验制样粉碎机;电热马弗炉;电子恒速搅拌器;真空抽滤设备;电热恒温枯燥箱。1.3 实验过程将镍钼矿与一定量的CaO混匀磨细至负0.075mm,镍钼矿磨细至-75µm,100g镍钼矿粉末参加一定量的CaO磨细混

12、匀,装入陶瓷钵内,放进马弗炉在预定温度下进行氧化焙烧;待氧化焙砂冷却至室温后,参加一定量的浓硫酸拌匀熟化2h后,放进马弗炉在预定温度下进行低温硫酸化焙烧;低温硫酸化得到的焙砂再按一定液固比参加烧杯中水浸,电炉加热搅拌浸出,搅拌速度控制为500r/min;浸出结束料浆真空抽滤,滤渣烘干称量,分别测定滤液和滤渣中钼、镍的含量。钼的分析用硫氰酸铵比色法,镍的分析用丁二酮肟分光光度法。2 结果与讨论2.1 镍钼矿加钙氧化焙烧2.1.1 CaO参加量对镍钼浸出率的影响 图1是100g镍钼矿粉参加一定量的CaO混匀磨细,700 oC下氧化焙烧2h;氧化焙砂冷却至室温后,参加70mL浓硫酸拌匀,室温熟化2h

13、后,再250oC下焙烧2h;焙砂按液固比2:1加水,98oC搅拌浸出2h得到的实验结果。图1显示,镍的浸出率随CaO参加量的增加而增加,当CaO的参加量增加到35g左右,镍浸出率到达最大值93.13%;之后继续增大CaO的参加量,镍的浸出率根本保持不变;但是,当CaO参加量增大到50g以后,镍的浸出率随CaO参加量增加而下降。钼的浸出率在CaO的参加量 为20g时已经到达最大值98.35%,之后随着CaO参加量的增加略有下降,当CaO参加量超过50g之后,钼的浸出率也随CaO参加量增加而下降。实验发现,CaO的参加量超过50g之后,浸出液的pH值显著上升。这说明100g镍钼矿粉CaO的参加量超

14、过50g已有过量,过量的CaO消耗硫酸,使镍钼与酸反响不完全,故镍钼浸出率都随着CaO参加量增加而下降。因此,100g镍钼矿粉参加35g CaO为宜。研究发现,当100g镍钼矿粉参加35g CaO混匀磨细,7000C氧化焙烧时,烟气中SO2的最大浓度为1073 mg/m3,已低于工业废气中SO2的排放标准。此外,假设镍钼矿未加CaO氧化焙烧得到的焙砂经硫酸化焙烧后水浸,镍的浸出率最多也只有80%左右【18】。因此,CaO的参加量不仅能有效减少镍钼矿氧化焙烧时对环境造成的污染,而且能显著提高镍的浸出率。图1 CaO参加量对镍钼浸出率的影响Fig.1 Effect of CaO addition

15、on the leaching rates of molybdenum and nickel.2.1.2 氧化焙烧温度对镍钼浸出率的影响 图2为加钙氧化焙烧温度对镍钼浸出率的影响。实验条件为:100g镍钼矿粉参加35gCaO混匀磨细,在指定温度下氧化焙烧2h;待焙砂冷却至室温,参加70mL的浓硫酸拌匀熟化2h后,250oC焙烧2h;焙砂按液固比2:1加水搅拌,98oC浸出2h。图2显示,在500 oC700 oC的温度区间,镍和钼的浸出率均随着焙烧温度的升高而增大,到达700 oC时,镍、钼的浸出率分别为93.16%和97.42%。继续提高焙烧温度,钼的浸出率有所降低,镍浸出率变化不大。这说明

16、,在500 oC700 oC的温度区间,镍钼矿氧化焙烧反响速度随温度的升高而增大。实验发现,温度超过750 oC物料明显烧结,这不利于钼的氧化,从而导致钼的浸出率下降,所以在后续的实验中镍钼矿氧化焙烧温度定为700 oC。图2 加钙氧化焙烧温度对镍钼浸出率的影响Fig.2 Effect of calcification roast temperature on the leaching rates of molybdenum and nickel.2.1.3 焙烧时间对镍钼浸出率的影响图3为焙烧时间对镍钼浸出率的影响。实验数据获得的条件为:100g镍钼矿粉参加35gCaO混匀磨细,在700 o

17、C下氧化焙烧一定时间;待焙砂冷却至室温,参加70mL的浓硫酸拌匀,熟化2h后在250 oC下焙烧2h;焙砂按液固比2:1加水搅拌,98oC浸出2h。从图3可以看出,在0.52h的时间范围内,镍和钼的浸出率都随焙烧时间的延长而增大,当焙烧时间为2h时,镍和钼的浸出率分别到达93.21%和97.36%,继续延长焙烧时间,镍和钼的浸出率变化不大,所以2h是最正确的焙烧时间。图3 加钙氧化焙烧时间对镍钼浸出率的影响Fig.3 Effect of calcification roast time on the leaching rates of molybdenum and nickel.2.2 低温硫

18、酸化焙烧2.2.1 硫酸参加量对镍钼浸出率的影响156g加钙氧化焙砂最正确焙烧条件下,100g镍钼矿粉参加35gCaO得到的焙砂重156g)参加一定量的浓硫酸拌匀熟化2h后,放进马弗炉250oC焙烧2h;焙砂按液固比2:1加水搅拌,98oC浸出2h。图4是硫酸参加量与镍钼浸出率的关系。图4显示,浓硫酸用量在50mL之前,镍和钼的浸出率都随硫酸用量的增加而显著增大;之后继续增加硫酸用量,镍和钼的浸出率的增幅变小。当硫酸用量为70mL时,镍和钼的浸出率分别到达93.16%和97.23%。实验发现,硫酸用量大于70mL之后,虽然镍和钼的浸出率还会略有增大,但杂质Fe、Al等大量浸出,这给后续的镍、钼

19、回收带来困难。因此,浓硫酸的参加量被定为100g镍钼矿粉参加70mL。图4 硫酸参加量对镍钼浸出率的影响Fig.4 Effect of sulphuric acid volume on the leaching rates of molybdenum and nickel. 2.2.2 硫酸化焙烧温度对镍钼浸出率的影响 图5是最正确焙烧条件下得到的156g加钙氧化焙砂参加70mL浓硫酸拌匀熟化2h后,放进马弗炉在预定温度下焙烧2h;焙砂按液固比2:1加水搅拌,98oC浸出2h得到的实验结果。由图5可以看出,在100-250oC温度区间,镍和钼的浸出率都随温度升高而增大,250oC左右时镍和钼的

20、浸出率到达最大,分别为93.18%和97.21%,之后镍和钼的浸出率均随焙烧温度的升高而减小。这是因为在100-250 oC时,硫酸与加钙氧化得到的焙砂反响速度随温度的升高而增大,在一定的焙烧时间内焙烧反响随温度升高趋于彻底;当焙烧温度升至250 oC以上,由于硫酸的分解和挥发,造成硫酸的有效利用率降低,进而导致镍和钼的浸出都下降,故硫酸化焙烧的最正确温度为250 oC。常规硫酸化焙烧的温度一般为550650 oC,因此本实验采用的是低温硫酸化焙烧。图5 硫酸化焙烧温度对镍钼浸出率的影响Fig.5 Effect of sulphation roasting temperature on the

21、 leaching rates of molybdenum and nickel.2.2.3 硫酸化焙烧时间对镍钼浸出率的影响 图6所示为硫酸化焙烧时间对镍钼浸出率的影响。实验条件为:156g加钙氧化焙砂参加70mL浓硫酸拌匀熟化2h后,放进马弗炉2500C焙烧一段时间;焙砂按液固比2:1加水搅拌,98oC浸出2h。由图6可以看出,2500C的温度下硫酸化焙烧的反响速度很快,在0.52.0的时间区间内,镍和钼的浸出率随硫酸化焙烧时间的延长增幅较小;焙烧1h后,镍和钼的浸出率分别到达93.05%和97.13%;焙烧2h后,镍和钼的浸出率分别为91.86%和97.13%。继续延长焙烧时间,镍和钼的

22、浸出率都几乎不变。故硫酸化焙烧的最正确时间为2h。图6 硫酸化焙烧时间对镍钼浸出率的影响Fig.6 Effect of sulphation roasting time on the leaching rates of molybdenum and nickel. 2.3 水浸2.3.1 浸出温度对镍钼浸出率的影响图7是最正确工艺条件下得到的硫酸化焙烧的焙砂,按液固比2:1加水搅拌,在预定温度下浸出2h得到的实验结果。从图7可以看出,焙砂中的镍和钼较容易浸出,它们的浸出率都随温度的升高缓慢增加,但浸出温度对镍浸出率的影响要明显大于对钼的影响;当浸出温度到达98 oC 时,镍和钼的浸出率分别到达

23、93.12%和97.21%。钼、镍的浸出过程实际上是其硫酸盐的溶解过程,温度升高有利于硫酸盐的溶解,所以在一定浸出时间内温度越高,镍和钼的浸出率越高。图7 浸出温度对镍钼浸出率的影响Fig.7 Effect of water leach temperature on the leaching rates of molybdenum and nickel. 2.3.2 液固比对镍钼浸出率的影响图8是硫酸化焙烧得到的焙砂98oC浸出2h液固比对镍钼浸出率的影响。由图8可以看出,液固比由1mL/g增至2mL/g,镍和钼的浸出率分别由91.58%和95.41%升至93.15%和97.25%,此时,浸出

24、液的pH1,说明低温硫酸化焙烧过程酸的利用率很高;之后继续增大液固比,镍和钼的浸出率都显著减小。这是因为液固比太小,硫酸盐溶解困难;液固比增大到2mL/g之后,随着液固比增大,浸出液酸度降低,浸出液中的Fe3+等杂质水解造成镍和钼的浸出率下降。因此,水浸液固比选2mL/g为宜。图8 液固比对镍钼浸出率的影响Fig.8 Effect of liquid to solid ratio on the leaching rates of molybdenum and nickel.2.3.3 浸出时间对镍钼浸出率的影响 图9是硫酸化焙烧得到的焙砂按液固比2:1加水98oC浸出得到的实验结果。从图9可以

25、看出,在0.5-2h内,镍和钼的浸出率都随浸出时间延长急剧增大;浸出2h后,镍钼的浸出率分别到达93.15%和97.21%,根本到达最大值,之后继续延长浸出时间,由于铁、硅等水解造成镍和钼的浸出率均有不同程度的下降。因此,浸出时间应选择2h较适宜。图9 水浸时间对镍钼浸出率的影响Fig.9 Effect of water water leach time on the leaching rates of molybdenum and nickel. 2.4 镍钼提取过程晶相变化图10为镍钼矿处理过程的XRD图。从图10-0可以看出,原矿中存在的矿相为石英(SiO2)、黄铁矿(FeS2)、钾云母

26、(K(Al,V)2(Si,Al)4O10(OH)2)、方解石(CaCO3)和羟磷灰石(Ca5(PO4)3OH),不存在镍和钼的晶相,也就是说镍钼都是以非晶态形式存在。图10-1显示,经加钙氧化焙烧后,镍钼矿中的黄铁矿、钾云母及方解石晶相均消失,并产生了赤铁矿、熟石膏、钼钙矿及氧化镍的新物相。比拟图10-1和10-2可以看出,经低温硫酸化焙烧后,焙砂中只留下熟石膏(CaSO4)和石英(SiO2) 的晶相,钼钙矿、氧化镍、赤铁矿和羟磷灰石晶相都消失。再经水浸后,浸出渣中含有熟石膏(CaSO4)、生石膏(Ca(SO4)(H2O)2)和石英(SiO2)三种晶相,见图10-3。由此看出,镍、钼等在低温硫

27、酸化焙烧过程形成了非晶态的硫酸盐:NiO + H2SO4 = NiSO4 + H2O (1)Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O (2)CaMoO4 + 2H2SO4 = CaSO4 + MoO2SO4 + 2H2O (3)2Ca5(PO4)3(OH) + H2SO4 = CaSO4 + 3Ca3(PO4)2 + 2H2O (4)图10 镍钼矿处理过程的XRD图0:原矿;1:加钙氧化焙砂;2:硫酸化焙砂;3:浸出渣。Fig.10 XRD patterns of experimental samples ( 0: raw NiMo ore; 1: calcifica

28、tion roasted ore; 2 :sulphation roasted ore; 3: leached cake).2.5 综合性试验根据最正确实验条件进行了综合性实验。实验过程为:先将105gCaO 参加300g镍钼矿粉混匀磨细,放进马弗炉700oC氧化焙烧2h;焙砂冷却后焙砂分成3等份,每份参加70mL浓硫酸拌匀熟化2h,再放进马弗炉2500C焙烧2h;焙砂按液固比2:1加水搅拌,98oC浸出2h,搅拌速度为500r/min。实验得到的结果列于表2。表2显示,在最正确工艺条件下,镍钼矿经加钙氧化焙烧低温硫酸化焙烧水浸后,镍和钼的浸出率分别可达93.16%和97.33%。表2 综合性

29、试验结果Table 2. Results of comprehensive experimentsTest No.Leaching rate of Mo,%Leaching rate of Ni,%123Average 97.5397.1897.2797.3393.2293.0893.2293.163 结论1实验结果说明,镍钼矿经加钙氧化焙烧低温硫酸化焙烧水浸可同时有效提取其中的镍和钼,在100g镍钼矿粉参加35gCaO混匀磨细,先700oC 焙烧2h,得到的焙砂冷却后参加70mL浓硫酸拌匀熟化2h后,再2500C焙烧2h,由此得到的焙砂按液固比2:1加水搅拌,98oC浸出2h,搅拌速度为50

30、0r/min的最正确工艺条件下,钼浸出率可达97.33%,镍浸出率可达93.16%。2镍钼矿加钙氧化焙烧不仅能有效减少镍钼矿氧化焙烧烟气对环境造成的污染,而且能显著提高镍的浸出率。3低温硫酸化过程可以有效强化矿物分解过程,提高酸的利用率和镍钼的浸出率,缩短反响时间。实验结果说明,镍钼矿经加钙氧化焙烧低温硫酸化焙烧水浸可同时有效提取其中的镍和钼,在100g镍钼矿粉参加35gCaO混匀磨细,先700oC 焙烧2h,得到的焙砂冷却后参加70mL浓硫酸拌匀熟化2h后,再2500C焙烧2h,由此得到的焙砂按液固比2:1加水搅拌,98oC浸出2h,搅拌速度为500r/min的最正确工艺条件下,钼浸出率可达

31、97.33%,镍浸出率可达93.16%。镍钼矿加钙氧化焙烧不仅能有效减少镍钼矿氧化焙烧烟气对环境造成的污染,而且能显著提高镍的浸出率。低温硫酸化过程可以有效强化矿物分解过程,提高酸的利用率和镍钼的浸出率,缩短反响时间。REFERENCES1 许洁瑜,杨晓明. 2021年中国钼工业开展报告J.中国钼业,2021,33(2):11-18.XU Jie-yu, YANG Xiao-ming. Report of China molybdenum industry development in 2021J.China Molybdenum Industry,2021,33(2):11-18.2 Arc

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