1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2013.01.002高壓酸浸法從鎳紅土礦中回收鎳鈷施洋（瑞木鎳鈷管理（中冶）有限公司，北京 100013）摘要：采用高壓酸浸法從Ramu鎳紅土礦中回收鎳鈷。詳細介紹了礦漿處理、高壓酸浸、循環(huán)浸出及礦漿中和、CCD逆流洗滌、中和除鐵鋁、氫氧化鎳鈷沉淀、深海填埋工藝（DSTP）等流程，并分析了工藝出現(xiàn)的問題及改進措施。全流程鎳回收率96%，鈷回收率94%。關(guān)鍵詞：鎳紅土礦；濕法冶金；高壓酸浸(HPAL); Ramu中圖分類號：TF815；TF816文獻標識碼：A文章編號：1007-7545（2013）01-0000-00Nickel an

2、d Cobalt Recovery from Laterite Type Nickel Ore with High Pressure Acid Leaching TechnologySHI Yang(Ramu NiCo Management (MCC) Limited, Beijing 100013, China)Abstract: Nickel and cobalt were recovered from Ramu laterite type nickel ore with high pressure acid leaching technology. The process introdu

3、ced in detail includes slurry treatment, high pressure acid leaching (HPAL), cycling leaching and slurry neutralization, CCD countercurrent washing, iron and aluminum removal with neutralization, precipitation of nickel hydroxide and cobalt hydroxide, deep sea tailings placement (DSTP). The problem

4、presented in the process was investigated and improvement measurements were put forward. The recovery rate of nickel and cobalt are 96% and 94% respectively.Key words: laterite type nickel ore; hydrometallurgy; high pressure acid leaching (HPAL); Ramu濕法工藝處理鎳紅土礦主要分為還原焙燒氨浸工藝（RRAL）和加壓硫酸浸出工藝（HPAL)。目前，全球

5、每年鎳金屬產(chǎn)量中，紅土型鎳礦約占30%1。截至2007年，全世界正在建設(shè)或者擴建的10個大型鎳紅土礦所選用的主要工藝大部分為HPAL。1 兩種濕法工藝的比較1.1 還原焙燒氨浸工藝（RRAL）美國在古巴建設(shè)的尼加羅鎳廠是最早采用RRAL工藝的代表性工廠2，氨浸工藝不適合處理含銅和含鈷高的氧化鎳礦，只適合處理表層的紅土鎳礦3，產(chǎn)品主要是鎳鹽、燒結(jié)鎳、鎳塊、鎳粉等4，生產(chǎn)成本高，而且全流程鎳回收率僅為75%80%，鈷約為40%50%5。這樣的弊端極大地限制了氨浸工藝的發(fā)展。所以目前新建鎳礦項目很少采用此工藝生產(chǎn)。而RRAL工藝則非常適合處理低品位紅土鎳礦，而且大大提高了鎳鈷的回收率。1.2 加壓硫

6、酸浸出工藝（HPAL)HPAL技術(shù)最早是在古巴的毛阿廠(Moa)采用6。此工藝適合處理含MgO比較低的褐鐵礦型紅土鎳礦。HPAL工藝最大的優(yōu)勢在于鎳鈷的回收率都能達到90以上。20世紀90年代末，澳大利亞的莫林莫林(MurrinMurrin)、科斯(Cawse)和布隆（Bulong)3個公司采用HPAL工藝的紅土鎳礦項目陸續(xù)投入生產(chǎn)，引起很大的關(guān)注。盡管這三個項目后來因機械設(shè)備選材不當、配套設(shè)備脫節(jié)等問題沒有達到生產(chǎn)預(yù)期目標，但它們?yōu)榻窈驢PAL的工藝發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗。根據(jù)最近幾年的鎳紅土礦HPAL技術(shù)可行性研究報告，如果包含鈷的價值，那么每千克鎳的生產(chǎn)成本均低于3.1美元7，與火法和氨浸

7、法比較，在技術(shù)和經(jīng)濟上都占有優(yōu)勢。2 Ramu項目介紹由于紅土鎳礦資源在我國境內(nèi)存在較少，因此我國對紅土鎳礦的冶煉技術(shù)起步也比較晚。2005年澳大利亞高地太平洋公司在巴布亞新幾內(nèi)亞勘探出了Ramu紅土鎳礦，隨后中國冶金科工集團花巨資經(jīng)過幾年的談判，最終從高地太平洋公司獲得了Ramu鎳礦的開采權(quán)。鑒于之前國外紅土鎳礦開發(fā)的實例，結(jié)合巴布亞新幾內(nèi)亞本地的實際情況，最終決定采用HPAL工藝處理Ramu紅土鎳礦，該紅土鎳礦的主要成分為（%）：Ni 1.2、Co 0.1、Fe 45、Cr2O3 3.5、MgO 2.3。收稿日期：2012-08-07作者簡介：施洋（1988-），男，遼寧本溪人，助理工程師

8、.2.1 Ramu項目冶煉工藝流程Ramu項目冶煉工藝流程見圖1。圖1 Ramu項目冶煉工藝流程Fig.1 Metallurgy process flowsheet of Ramu project2.2 Ramu項目HPAL工藝概述2.2.1 礦漿處理Ramu項目的紅土礦屬于含氧化鎂低的褐鐵礦型紅土礦，年處理來自選礦廠的礦漿（固體量）321萬t，產(chǎn)氫氧化鎳鈷79 331 t（干基），其中含Ni41%、Co4.2%，按金屬計為鎳32 601.1 t、鈷3 335.1 t。選礦廠將選好的礦漿稀釋成濃度為12%18.3%、粒度為D100D50=2004 m的礦漿，經(jīng)過185 km的管道輸送到冶煉廠的

9、原礦漿儲槽內(nèi)，然后泵送到高壓酸浸給料濃縮系統(tǒng)使礦漿濃度達到32%以上，濃縮后礦漿先在高壓酸浸給料槽內(nèi)貯存。2.2.2 高壓酸浸高壓酸浸系統(tǒng)分為3個系列，每個系列包括礦漿預(yù)熱器給料泵、三級礦漿預(yù)熱器、高壓釜給料泵、高壓釜、三級閃蒸槽、閃蒸密封槽和尾氣洗滌系統(tǒng)。由低溫預(yù)熱器給料泵送來的礦漿在低溫礦漿預(yù)熱器內(nèi)與低壓閃蒸蒸汽直接混合后，礦漿溫度從30 升到約94 后通過兩級串聯(lián)中溫預(yù)熱器給料泵將礦漿送至中溫礦漿預(yù)熱器內(nèi)，經(jīng)中壓閃蒸蒸汽直接加熱到約160 ，從中溫礦漿預(yù)熱器出來的礦漿通過三級串聯(lián)高溫預(yù)熱器給料泵將礦漿送至高溫礦漿預(yù)熱器內(nèi)，經(jīng)高壓閃蒸蒸汽直接加熱到約205 。從高溫礦漿預(yù)熱器出來的礦漿經(jīng)2

10、臺并聯(lián)工作的高壓釜給料泵連續(xù)送入高壓釜內(nèi)，并根據(jù)一定的酸礦比往釜內(nèi)加入濃硫酸和高壓蒸汽等，利用高壓蒸汽的潛熱、濃硫酸的稀釋熱以及反應(yīng)熱使礦漿溫度升高到約255 ，保持釜內(nèi)操作壓力約4.8 MPa。需要注意的是，為了使高壓釜中礦漿的溫度高于水的飽和壓力之下對應(yīng)的溫度且不沸騰，那么高壓釜內(nèi)的壓力就必須高于該溫度下水的飽和蒸汽壓。礦漿的浸出反應(yīng)會產(chǎn)生諸如二氧化碳等的不可冷凝氣體，造成高壓釜的壓力高于對應(yīng)溫度下水的飽和蒸汽壓，因此維持高壓釜內(nèi)一定的過壓對生產(chǎn)操作是非常必要的。高壓釜的壓力由高壓釜排氣控制閥實現(xiàn)自動控制。高壓釜的理想操作溫度和壓力分別為255 、4.8 MPa，其可以承受的最高操作溫度和

11、壓力分別為260 和5.172 MPa。一般生產(chǎn)狀態(tài)，保持釜內(nèi)壓力在4.8 MPa左右即可。礦漿在高壓釜內(nèi)停留5060 min，然后經(jīng)三級閃蒸降溫至礦漿溫度約105 ，其中高壓閃蒸槽蒸汽溫度約為220 ，中壓閃蒸槽蒸汽溫度約為160170 ，低壓閃蒸槽蒸汽溫度約105 ，低壓閃蒸礦漿進入閃蒸密封槽，通過閃蒸后礦漿輸送泵送往礦漿中和槽。低壓、中壓和高壓閃蒸排放出的蒸汽分別進入低溫礦漿預(yù)熱器、中溫礦漿預(yù)熱器和高溫礦漿預(yù)熱器，高壓釜排出的氣體主要為水蒸汽和部分不冷凝氣體，并夾帶少量的礦漿，此部分氣體與低溫、中溫和高溫礦漿預(yù)熱器排出的蒸汽一起進入尾氣洗滌系統(tǒng)洗滌掉夾帶的礦漿后排空，洗水送往尾渣中和進行

12、處理。2.2.3 循環(huán)浸出及礦漿中和循環(huán)浸出及礦漿中和為一個系列，采用6個中和槽串聯(lián)工作。從二段除鐵鋁和二段鎳鈷沉淀來的渣漿先分別送入各自中間貯槽，然后通過各自輸送泵與高壓酸浸工序送來的閃蒸后漿液一起首先送入1礦漿中和槽，使閃蒸后礦漿中剩余的酸與二段除鐵鋁和二段鎳鈷沉淀渣漿中的金屬氫氧化物在1中和槽反應(yīng)，進行循環(huán)浸出，然后依次進入26礦漿中和槽；30石灰石漿經(jīng)石灰石漿泵送入2礦漿中和槽和4礦漿中和槽中，使經(jīng)過循環(huán)浸出后礦漿中多余的酸從2槽開始逐步被石灰石漿中和，其中在2礦漿中和槽加入80%90%石灰石漿量，4礦漿中和槽加入10%20%石灰石漿量。礦漿在礦漿中和槽中停留1.5 h以上，控制礦漿中

13、和終點pH為1.52.0，盡量避免因pH過高而影響CCD礦漿沉降性能以及鎳、鈷損失。同時往各個礦漿中和槽中通入空壓站來的壓縮空氣等，促使中和產(chǎn)生的CO2氣體從溶液中逸出，并通過排氣管直接排放，中和后的礦漿送往CCD逆流洗滌系統(tǒng)。2.2.4 CCD逆流洗滌CCD逆流洗滌采用一個系列，一共7級，均采用高密度類型濃密機。中和后的礦漿首先進入CCD1，其底流依次進入CCD2CCD7，洗水從CCD7加入，CCD2CCD7濃密機的溢流作為洗水送往上一級洗滌濃密機，從而完成中和渣的逆流洗滌。CCD1溢流送到中和除鐵鋁工序；CCD逆流洗滌的洗水為經(jīng)酸化處理的部分氫氧化鎳鈷沉淀貧液，酸化后的洗水pH1.52.0

14、，洗滌比為2.51（洗水質(zhì)量濃密機底流中固體的質(zhì)量）。2.2.5 中和除鐵鋁中和除鐵鋁分為二段，采用一個系列配置。一段除鐵鋁采用7臺槽、二段除鐵鋁采用4臺槽串聯(lián)操作。CCD1的溢流液直接進入一段中和除鐵鋁槽，同時在中和槽中加入濃度為30%的石灰石漿液，控制中和終點pH為3.64.0，同時往除鐵鋁槽中通入空氣以氧化Fe2+并使其水解進入渣中。為改善中和除鐵鋁渣的沉降性能，促進固液分離效果，需返回一定量的濃密分離底流作為晶種，晶種比為41。一段中和除鐵鋁后的漿液進入一段除鐵鋁濃密機中進行液固分離，濃密分離后底流約80%返回一段中和除鐵鋁作為晶種，其余濃密底流送除鐵鋁渣洗滌過濾工序。除鐵鋁渣洗滌過濾

15、采用立式壓濾機作為洗滌過濾設(shè)備，采用2臺立式壓濾機連續(xù)過濾洗滌。用酸化處理后的貧液作為洗水進行洗滌，過濾后濾餅含水約35%，用螺旋輸送機送到漿化槽中加入酸化后貧液經(jīng)攪拌漿化后送到尾渣中和系統(tǒng)。一段除鐵鋁后濃密溢流泵送到二段中和除鐵鋁槽，同時在中和槽中加入30%的石灰石漿液，控制中和終點pH為4.65.0，同時往除鐵鋁槽中通入空氣促進Fe2+氧化水解沉淀。為改善中和除鐵鋁渣的沉降性能和固液分離效果，需返回一定量的濃密分離底流作為晶種，晶種比為41。二段中和除鐵鋁后的漿液進入2臺并列的二段除鐵鋁濃密機中進行液固分離。二段除鐵鋁濃密后溢流送溶液貯存，濃密底流約80%返回至二段中和除鐵鋁作為晶種，其余

16、返回循環(huán)浸出回收渣中鎳、鈷等有價成分。2.2.6 氫氧化鎳鈷沉淀氫氧化鎳鈷沉淀分為二段，采用一個系列配置。一段鎳鈷沉淀采用6臺槽、二段除鐵鋁采用4臺槽串聯(lián)操作。除鐵鋁后液泵送到一段鎳鈷沉淀槽，同時在沉淀槽中加入濃度約為10%的NaOH溶液，控制終點pH為7.68.0。為改善產(chǎn)品的沉降和過濾性能，采用晶種循環(huán)的方法促使顆粒長大，加入晶種比為（89）1。一段鎳鈷沉淀后的漿液通過溜槽自流到一段鎳鈷沉淀濃密機中進行液固分離；一段鎳鈷沉淀濃密分離后底流約90%返回一段鎳鈷沉淀作為晶種，其余濃密底流送氫氧化物過濾及包裝工序。一段鎳鈷沉淀濃密溢流泵送到二段鎳鈷沉淀槽，同時在沉淀槽中加入濃度約20%的石灰乳，

17、控制二段鎳鈷沉淀終點pH為8.18.5。為改善二段鎳鈷沉淀渣的沉降性能，促進固液分離效果，采用晶種循環(huán)的方法促使顆粒長大，加入晶種比為（89）1。二段鎳鈷沉淀后的物料通過溜槽自流到二段鎳鈷沉淀濃密機中進行液固分離。二段鎳鈷沉淀濃密后溢流一部分加硫酸控制pH為1.52送到CCD系統(tǒng)做為洗水，其余送貧液過濾。濃密底流約90%返回至二段鎳鈷沉淀作為晶種，其余返回循環(huán)浸出及礦漿回收渣中鎳、鈷等有價成分。2.3 深海填埋工藝Ramu項目根據(jù)當?shù)貙嶋H情況，為了保護當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，開創(chuàng)了令世界矚目的深海填埋工藝（Deep Sea Tailings Placement，簡稱DSTP)。來自水處理系統(tǒng)

18、的多余廢水（主要為高壓酸浸給料礦漿濃縮多余的溢流）、高壓酸浸洗水、CCD系統(tǒng)的濃密底流、二段氫氧化鎳鈷沉淀后精濾液以及冶煉廠其它廢水等進入尾渣中和槽，加入石灰乳進行中和處理，并通入壓縮空氣，調(diào)節(jié)漿液pH為8.18.5，使Mn2氧化水解沉淀除去，然后送至摻混槽用海水稀釋，由于密度大于海水密度，依靠密度差，通過一根外徑800 mm、長415 m、材質(zhì)為高密度聚乙烯（HDPE）的尾渣排放管道輸送到深海排放點。2.4工藝指標Ramu項目通過加壓酸浸的方法，紅土鎳礦中鎳回收率96%，鈷回收率94%；最終產(chǎn)品為pH 8.18.5的氫氧化鎳鈷，年產(chǎn)量79 331 t（干基），其中鎳鈷含量分別為 Ni 41%、Co 4.2%。3 Ramu項目HPAL工藝問題探討盡管我國在Ramu項目中采用HPAL工藝取得了舉世矚目的成就，但在生產(chǎn)過程中也存在一些問題：1）由于對酸浸過程認識時間短暫，沒有系統(tǒng)分析礦物中各主要組元在浸出過程中的分配及走向，導(dǎo)致礦物中的部分雜質(zhì)元素（如二價鐵等）在浸出液中超標，從而對凈化指標和氫氧化鎳鈷產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。2）因紅土礦高壓浸出在我國是一個全新的技術(shù)，鎳、鈷、錳、鐵等元素的浸出和選擇性沉淀分離過程缺乏基礎(chǔ)參數(shù)。在這種背景下，Ramu加壓浸出生產(chǎn)過程按設(shè)計沉淀條件獲得的氫氧化鎳鈷產(chǎn)品中雜質(zhì)的含量超標，造成生產(chǎn)過程的廢品率增大，影響生產(chǎn)線的正常運行。3）高含水率的氫氧化