CN112662892B - 一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法。本发明采用的技术方案为：向含镍和铁的酸浸液中加入含镍化合物，作为掺杂添加剂，充分搅拌均匀，得到镍铁分离前液；在第1级反应釜底部打入镍铁分离前液，以纯氧制造高氧分压环境，在搅拌、气扰和液体流动的综合作用下充分反应，反应液通过溢流方式，在3级釜内流动，在第3级反应釜顶部排出；排出液经卸压后得到镍铁分离后液，利用浓密+压滤+离心的组合进行液固分离，所得固体即为氧化铁粉，所得液体经SO2还原后进入萃取***作为萃镍原液。本发明可实现酸浸液的镍、铁元素快速分离，所得氧化铁渣杂质含量低，在减轻环保压力的同时，能够实现资源的充分综合利用。
Description
技术领域
本发明属于湿法冶金技术领域，涉及一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法。
背景技术
红土镍矿、粗制镍铜合金、粗制氢氧化镍是镍钴湿法冶炼行业常见的原料，这些资源具有锰镁等杂质含量低，后续处理工艺简单，萃取除杂压力及废水量少，副产品种类少等优点。但该类原料多伴有铁元素，酸浸液中往往含有较多的铁离子，选用常规的除铁法难以达到较好的除铁效果，所产生的除铁渣，渣量大且处置困难。如何高效分离镍、铁，并充分实现各元素的资源化，是降低生产成本和降低环保压力的关键。
国内现有镍湿法冶炼中镍铁浸出液除铁方法主要有以下两种：
中国专利公开号：CN101125587A介绍一种氯化镍浸出液除铁方法。采用将氯化浸出液制氢氧化铁法除铁，将浸出液升温后通入氯气，控制氧化还原电位，将浸出液中的二价铁氧化为三价铁，碳酸镍作为中和剂调节pH值，制成氢氧化铁后固液分离，达到深度除铁的目的。一方面，通入氯气氧化浸出液中的二价铁会造成氯气的浪费，同时氯气的溢出对人体和环境有害；另一方面，氢氧化铁除铁法中的氢氧化铁易形成胶体，导致过滤性能下降，会造成镍金属的大量损失，收率降低。
中国专利公开号：CN106148688A介绍一种湿法冶炼锌浸出沉铁工艺。第一段采用常规黄钾铁矾法沉铁，加入焙砂及碳铵，第二段采用碳铵与碳酸钙，所得除铁渣为铁矾渣。一方面除铁工艺分为两段进行除铁，除铁工艺复杂繁琐；另一方面引入除铁剂引入氨氮、钙等杂质元素，降低除铁渣中铁品位（Fe含量25%），同时增加了后续废水的处理压力。
在湿法冶金领域，酸浸液除铁本身是一项较为困难的工作，常规成熟的除铁方法在处理高铁浓度浸出液时都存在一定的问题。中和水解法会产生大量的氢氧化铁胶体，不仅难以实现液固分离，还容易造成镍离子的吸附损失。针铁矿法处理能力有限，一般适用于处理铁离子浓度在5g/L左右的浸出液，铁离子浓度较高时，该工艺难以施行。铁矾法适合处理铁离子浓度高的浸出液，但由于铁矾法产生的渣量大，且含硫高含铁低，很难再回收利用，造成资源浪费、废渣堆积。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法，其制备出铁含量高、镍含量低的氧化铁精矿粉，以实现铁资源的综合利用。
为此，本发明采用如下的技术方案：一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法，其以3级立式串釜为主反应器，以含镍化合物为掺杂添加剂，具体步骤如下：
A、向含镍和铁的酸浸液中加入含镍化合物，充分搅拌均匀，得到镍铁分离前液；
B、在第1级反应釜底部打入镍铁分离前液，以纯氧制造高氧分压环境，在搅拌、气扰和液体流动的综合作用下充分反应，反应液通过溢流方式，在3级釜内流动，在第3级反应釜顶部排出；
C、排出液经卸压后得到镍铁分离后液，利用浓密+压滤+离心的组合进行液固分离，所得固体即为氧化铁粉，所得液体经SO2还原后进入萃取***作为萃镍原液。
本发明的含镍化合物作为掺杂添加剂，起元素分离促进及pH调节作用。
进一步地，所述的酸浸液是指含镍铁的金属氧化物、金属氢氧化物（如氢氧化镍）或粗制合金（如镍铜合金）料的硫酸浸出液，其中，Ni2+离子浓度为30~80g/L，Fe2+离子浓度为10~50g/L。
进一步地，所述的含镍化合物为NiO、Ni(OH)2或NiCO3的一种或两种以上的混合物。镍化合物起到抢夺硫酸根和调节pH的作用，有利于促进铁反应沉淀析出，减少铁矾相的生成。
更进一步地，所述含镍化合物的加入量为5~100g/L。
进一步地，所述的镍铁分离前液，pH值在3~6，温度为65~70℃。
进一步地，所述的反应釜，每级单独搅拌，其中第1级不加热，温度在50~80℃，热量来源自镍铁分离前液温度和第2级釜内气相对流；第2级和第3级采用蒸汽盘管加热，温度维持在160~190℃。
更进一步地，利用纯氧制造高氧分压环境，氧分压维持在0.1~0.6MPa，氧气通过高压管路在侧壁底部处通入反应液中。
更进一步地，每级反应釜设有5个氧气进气口，以保障反应能够更高效均匀的进行。
进一步地，所述的镍铁分离后液，经卸压装置卸压，产生的蒸汽热资源返回前端用于维持分离前液温度，卸压后的镍铁分离后液，在60~90℃条件下进入浓密机，经絮凝沉降后，上清液通过压滤实现液固分离，底流通过离心分离实现液固分离，所得液体经SO2还原，以还原生成的高价金属离子，所得固体为氧化铁粉。
更进一步地，所述的氧化铁粉，含硫小于1wt%，含铁在60~65wt%，水分在10wt%以内，粒度过200目占比在90%以上。
与已有技术相比，本发明具有如下优点：
（1）NiO、Ni(OH)2或NiCO3的一种或它们的混合物作为掺杂添加剂，在反应过程中，会与产生的酸发生持续中和反应，因此具有调节pH的作用，可为Fe2O3提供稳定的生成pH环境。此外，掺杂添加剂反应产生的额外Ni2+离子会抢夺溶液中的硫酸根，从而促进铁离子发生水解反应，沉淀析出Fe2O3，该掺杂添加剂的引入能显著提升除铁的限度和除铁效率。
（2）本发明的掺杂添加剂不向溶液中引入其它杂质元素，还能进一步提高浸出液中的镍浓度，有利于降低后端的萃镍成本。
（3）本发明的密闭高压设备，氧气通过均匀分布在侧壁底部的多个进口打入，氧气以弥散形式直接冲入反应液底部中，形成气扰，在增加气液接触面积和接触时间的同时，提升了搅拌效率。
（4）本发明的反应釜采用3级串联，温度呈梯级设置，第1级不加热，第2级和第3级维持在160~190℃，保障氧化铁颗粒有一个生成和长大的过程，此外溶液在反应釜流动反应，能够实现连续化生产。
（5）在掺杂添加剂和高效设备结构的综合作用下，本发明可以在180℃以内制备出铁含量在60%以上，硫含量在1%以内，粒度过200目占比在90%以上的优质氧化铁精矿粉。
附图说明
图1为本发明实施例1得到的固体渣样的X衍射物相分析图（XRD）；
图2为本发明实施例1得到的固体渣样的扫描电镜图（SEM）；
图3为本发明对比例1得到的固体渣样的X衍射物相分析图（XRD）；
图4为本发明对比例1得到的固体渣样的扫描电镜图（SEM）。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域的技术人员应该明了，所述的实施例仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创新性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
某粗制氢氧化镍料经硫酸浸出后，得到含镍63g/L、含铁21g/L的浸出液，按35g/L浓度加入Ni(OH)2添加剂，加入量为51.3g/L，得到pH为4.27的镍铁分离前液。将其连续打入反应釜，2、3级在170℃、0.4MPa氧分压环境下进行反应，控制液体通入速度，使溶液在高压设备内流动反应5h左右，反应结束后，镍铁分离后液经卸压装置卸压，产生的蒸汽热资源返回前端用于维持镍铁分离前液温度。卸压后的镍铁分离后液，在83℃条件下进入浓密机，经聚丙烯酰胺絮凝沉降后，上清液通过压滤实现液固分离，底流通过离心分离实现液固分离，得到的液体为Fe2+含量0.82g/L、Fe3+含量1.28g/L低铁液，得到的固体为含铁61.3%、含硫0.92%、含镍0.29%的氧化铁精矿粉，除铁效率达到90.6%，镍入渣损失率0.28%。图1为固体渣样的X衍射物相分析图（XRD）和扫描电镜图（SEM），由XRD分析可以看出，固体渣样的主要成分为Fe2O3，未检测到铁矾、碱式硫酸铁、针铁矿等物质。SEM分析可以看出，固体渣样基本全部由球状的Fe2O3颗粒组成，颗粒大小分布均匀，表明所得固体渣样是纯度很高且粒度分布均匀的氧化铁精矿粉。
对比例1
所用条件与实施例1完全相同，但不添加Ni(OH)2。卸压后的分离后液，在83℃条件下进入浓密机，经聚丙烯酰胺絮凝沉降后，上清液通过压滤实现液固分离，底流通过离心分离实现液固分离，得到的混合液体为Fe2+含量0.67g/L、Fe3+含量2.38g/L的低铁稀释液，得到的固体为含铁43.99%、含硫6.6%、含镍0.17%的渣样，除铁效率达到83.6%，镍入渣损失率0.15%，渣中含铁低、含硫高，不能作为钢铁厂原料使用。图2为固体渣样的X衍射物相分析图（XRD）和扫描电镜图（SEM），由XRD分析可以看出，固体渣样的主要成分为Fe2O3和铁矾渣，由于铁矾物相中铁元素占比低，硫元素占比却高，因此明显降低了渣中的总铁含量，并提升了渣中硫含量。SEM分析可以看出，样品中除了球状的Fe2O3颗粒外，还含有较多棱角分明的块状物，这也进一步证明了渣样中存在一定的铁矾渣物质。
通过比较实施例1和对比例1可以看出，加入含镍添加剂，对除铁效果起着至关重要的作用，不添加掺杂添加剂，所得固体渣样的铁含量低、硫含量高，不能作为钢铁冶炼原料，难以实现铁资源综合利用。
实施例2
某酸浸液，含镍73g/L、含铁26g/L的浸出液，按40g/L浓度加入NiCO3添加剂，加入量为94.6 g/L，得到pH为4.06的镍铁分离前液。将其连续打入反应釜，2、3级在180℃、0.4MPa氧分压环境下进行反应，控制液体通入速度，使溶液在高压设备内流动反应4h左右，反应结束后，镍铁分离后液经卸压装置卸压，产生的蒸汽热资源返回前端用于维持镍铁分离前液温度。卸压后的镍铁分离后液，在88℃条件下进入浓密机，经聚丙烯酰胺絮凝沉降后，上清液通过压滤实现液固分离，底流通过离心分离实现液固分离，得到的液体为Fe2+含量0.76g/L、Fe3+含量1.19g/L的低铁稀释液，得到的固体为含铁64.1%、含硫0.75%、含镍0.31%的氧化铁精矿粉，除铁效率达到91.7%，镍入渣损失率0.3%。
实施例3
某酸浸液，含镍61g/L、含铁19g/L的浸出液，按40g/L浓度加入NiO添加剂，加入量为19.7g/L，得到pH为3.93的镍铁分离前液。将其连续打入反应釜，2、3级在190℃、0.3MPa氧分压环境下进行反应，控制液体通入速度，使溶液在高压设备内流动反应4h左右，反应结束后，镍铁分离后液经卸压装置卸压，产生的蒸汽热资源返回前端用于维持镍铁分离前液温度。卸压后的镍铁分离后液，在89℃条件下进入浓密机，经聚丙烯酰胺絮凝沉降后，上清液通过压滤实现液固分离，底流通过离心分离实现液固分离，得到的液体为Fe2+含量0.38g/L、Fe3+含量1.23g/L的低铁稀释液，得到的固体为含铁60.9%、含硫0.9%、含镍0.22%的氧化铁精矿粉，除铁效率达到91.3%，镍入渣损失率0.27%。
Claims (9)
1.一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法，其特征在于，以3级立式串釜为主反应器，以含镍化合物为掺杂添加剂，具体步骤如下：
A、向含镍和铁的酸浸液中加入含镍化合物，充分搅拌均匀，得到镍铁分离前液；
B、在第1级反应釜底部打入镍铁分离前液，以纯氧制造高氧分压环境，在搅拌、气扰和液体流动的综合作用下充分反应，反应液通过溢流方式，在3级釜内流动，在第3级反应釜顶部排出；
C、排出液经卸压后得到镍铁分离后液，利用浓密+压滤+离心的组合进行液固分离，所得固体即为氧化铁粉，所得液体经SO2还原后进入萃取***作为萃镍原液；
所述的含镍化合物为NiO、Ni(OH)2、NiCO3的一种或两种以上的混合物。
2.如权利要求1所述的一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法，其特征在于，所述的酸浸液是指含镍铁的金属氧化物、金属氢氧化物或粗制合金料的硫酸浸出液，其中，Ni2+离子浓度为30~80g/L，Fe2+离子浓度为10~50g/L。
3.如权利要求1所述的一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法，其特征在于，所述含镍化合物的加入量为5~100g/L。
4.如权利要求1所述的一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法，其特征在于，所述的镍铁分离前液，pH值在3~6，温度为65~70℃。
5.如权利要求1所述的一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法，其特征在于，所述的反应釜，每级单独搅拌，其中第1级不加热，温度在50~80℃，热量来源自镍铁分离前液温度和第2级釜内气相对流；第2级和第3级采用蒸汽盘管加热，温度维持在160~190℃。
6.如权利要求5所述的一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法，其特征在于，利用纯氧制造高氧分压环境，氧分压维持在0.1~0.6MPa，氧气通过高压管路在侧壁底部处通入反应液中。
7.如权利要求6所述的一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法，其特征在于，每级反应釜设有5个氧气进气口。
8.如权利要求1所述的一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法，其特征在于，所述的镍铁分离后液，经卸压装置卸压，产生的蒸汽热资源返回前端用于维持分离前液温度，卸压后的镍铁分离后液，在60~90℃条件下进入浓密机，经絮凝沉降后，上清液通过压滤实现液固分离，底流通过离心分离实现液固分离，所得液体经SO2还原，以还原生成的高价金属离子，所得固体为氧化铁粉。
9.如权利要求8所述的一种酸浸液的掺杂高压镍铁分离方法，其特征在于，所述的氧化铁粉，含硫小于1wt%，含铁在60~65wt%，水分在10wt%以内，粒度过200目占比在90%以上。
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