權(quán)利要求

1.從紅土鎳礦中提取金屬鎳的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將紅土鎳礦經(jīng)還原熔煉處理，獲得鎳鐵合金；其中，鎳鐵合金的具體獲得過(guò)程包括：

(a)將紅土鎳礦和水、助熔劑進(jìn)行混合，得到原料混合物；

(b)將原料混合物制粒、干燥，得到干燥的、粒徑小于1cm的球團(tuán)；

(c)將干燥后的球團(tuán)加入電弧爐中，通入氫氣進(jìn)行還原熔煉處理，得到鎳鐵熔體；所述還原熔煉處理是指在1400-1650℃溫度下熔煉40-60min，氫氣的通入量為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下每噸紅土鎳礦通入200-400m3氫氣；

(d)將鎳鐵熔體由流槽排至?；覂?nèi)，并向由流槽流下的鎳鐵熔體噴射高壓氮?dú)?，使其在下降過(guò)程中分散成細(xì)小的液滴并冷卻凝結(jié)，形成鎳鐵合金顆粒并沉降于?；业撞?，得到?；囪F合金；

(2)使用鋅和/或鎂金屬熔體作為萃取介質(zhì)，將萃取介質(zhì)熔化并與鎳鐵合金混合，對(duì)鎳鐵合金進(jìn)行萃取處理，得到低熔點(diǎn)共熔體與萃余渣；所述鎳鐵合金與萃取介質(zhì)質(zhì)量比為(2：1)-(1：4)，萃取處理溫度為900℃-1100℃，萃取處理的時(shí)間為2-5h；

(3)將所述低熔點(diǎn)共熔體進(jìn)行真空蒸餾處理，得到冷凝萃取介質(zhì)與蒸餾產(chǎn)物金屬鎳。

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)中，所述真空蒸餾處理真空度為100-240Pa，蒸餾處理溫度為1000-1300℃，蒸餾處理時(shí)間為0.5-2h。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(d)中，高壓氮?dú)獾膲毫?.2-2MPa。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(a)中，助熔劑包括石灰石、生石灰、熟石灰中的一種或多種；紅土鎳礦、水和助熔劑的質(zhì)量比為(75-90)：(5-10)：(5-15)。

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(b)中，干燥的溫度為80-120℃，干燥時(shí)間為30-60min。

6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對(duì)步驟(3)獲得的冷凝萃取介質(zhì)熔體進(jìn)行保溫，保溫的萃取介質(zhì)熔體返回步驟(2)中。

7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，保溫的溫度為800-900℃。

說(shuō)明書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于冶金領(lǐng)域，尤其涉及從紅土鎳礦中提取金屬鎳的方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，我國(guó)不銹鋼及新能源產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)，對(duì)鎳的需求量大幅增加。長(zhǎng)期以來(lái)，全球鎳資源供應(yīng)60％來(lái)源于硫化鎳礦，但隨著鎳需求量持續(xù)增長(zhǎng)及硫化鎳資源的逐漸枯竭，占鎳資源儲(chǔ)量70％的紅土鎳礦已成為重要的鎳開(kāi)發(fā)資源。

褐鐵礦型紅土鎳礦具有鐵高、鎳低、硅鎂低、鈷含量高的特點(diǎn)，一般采用濕法工藝處理。濕法工藝主要通過(guò)高壓酸浸獲得鎳浸出液，再采用硫化沉淀、溶劑萃取等技術(shù)分離鎳，生產(chǎn)電鎳、氧化鎳或鎳锍，濕法工藝存在流程復(fù)雜、處理成本高的缺點(diǎn)，且工藝過(guò)程產(chǎn)生的廢水難以處理。硅鎂鎳礦型紅土鎳礦則硅鎂含量高，鐵、鈷含量低，鎳含量較高，通常采用火法工藝進(jìn)行處理。火法工藝主要通過(guò)回轉(zhuǎn)窯還原-電爐熔煉生產(chǎn)鎳鐵合金，用于不銹鋼、合金鋼等產(chǎn)品的制造，火法工藝最終產(chǎn)品為鎳鐵中間產(chǎn)品且存在能耗較高的問(wèn)題。并且，傳統(tǒng)火法冶煉工藝主要以碳為還原劑，無(wú)法避免地產(chǎn)生大量碳排放，當(dāng)前嚴(yán)格的環(huán)保管控形勢(shì)進(jìn)一步限制了火法工藝的發(fā)展。如中國(guó)專(zhuān)利CN201710527995.0公開(kāi)了一種紅土鎳礦處理方法，該方法在多級(jí)流態(tài)化反應(yīng)器中使紅土鎳礦與一氧化碳接觸并進(jìn)行反應(yīng)，得到含一氧化碳、二氧化碳以及羰基鎳的第一混合氣體和殘?jiān)粚⒌谝换旌蠚怏w進(jìn)行冷卻分離得到液態(tài)羰基鎳和第二混合氣體；將液態(tài)羰基鎳進(jìn)行分解處理獲得一氧化碳和金屬鎳。該方法以一氧化碳為還原劑，無(wú)法避免地產(chǎn)生大量碳?xì)怏w的排放。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種工藝流程短，能耗低，不產(chǎn)生碳排放，處理過(guò)程更清潔環(huán)保的從紅土鎳礦中提取金屬鎳的方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種從紅土鎳礦中提取金屬鎳的方法，包括以下步驟：

(1)將紅土鎳礦經(jīng)還原熔煉處理，獲得鎳鐵合金；

(2)使用鋅和/或鎂金屬熔體作為萃取介質(zhì)，將萃取介質(zhì)熔化并與鎳鐵合金混合，對(duì)鎳鐵合金進(jìn)行萃取處理，得到低熔點(diǎn)共熔體與萃余渣；所述鎳鐵合金與萃取介質(zhì)質(zhì)量比為(2：1)-(1：4)，萃取處理溫度為900℃-1100℃，萃取處理的時(shí)間為2-5h；

(3)將所述低熔點(diǎn)共熔體進(jìn)行真空蒸餾處理，得到冷凝萃取介質(zhì)熔體與蒸餾產(chǎn)物金屬鎳。

上述的方法，優(yōu)選的，步驟(3)中，所述真空蒸餾處理時(shí)真空度為100-240Pa，蒸餾處理溫度為1000-1300℃，蒸餾處理時(shí)間為0.5-2h。

上述的方法，優(yōu)選的，步驟(1)中，鎳鐵合金的具體獲得過(guò)程包括：

(a)將紅土鎳礦和水、助熔劑進(jìn)行混合，得到原料混合物；

(b)將原料混合物制粒、干燥，得到干燥的、粒徑小于1cm的球團(tuán)；

(c)將干燥后的球團(tuán)加入電弧爐中，通入氫氣進(jìn)行還原熔煉處理，得到鎳鐵熔體；

(d)將鎳鐵熔體由流槽排至?；覂?nèi)，并向由流槽流下的鎳鐵熔體噴射高壓氮?dú)?，使其在下降過(guò)程中分散成細(xì)小的液滴并冷卻凝結(jié)，形成鎳鐵合金顆粒并沉降于粒化室底部，得到?；囪F合金。

本發(fā)明采用氫氣還原熔煉紅土鎳礦，還原熔煉過(guò)程生成鎳、鐵形成合金熔體，而其它氧化物，如SiO2、MgO、未還原的FeO等形成熔渣，通過(guò)熔渣與金屬熔體的分離直接獲得鎳鐵合金。

上述的方法，優(yōu)選的，步驟(c)中，還原熔煉處理是指在1400-1650℃溫度下熔煉40-60min，氫氣的通入量為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下每噸紅土鎳礦通入200-400m3氫氣。

上述的方法，優(yōu)選的，步驟(d)中，高壓氮?dú)獾膲毫?.2-2MPa。

上述的方法，優(yōu)選的，步驟(a)中，助熔劑包括石灰石、生石灰、熟石灰中的一種或多種；紅土鎳礦、水和助熔劑的質(zhì)量比為(75-90)：(5-10)：(5-15)。

上述的方法，優(yōu)選的，步驟(b)中，干燥的溫度為80-120℃，干燥時(shí)間為30-60min。

上述的方法，優(yōu)選的，對(duì)步驟(3)獲得的冷凝萃取介質(zhì)熔體進(jìn)行保溫，保溫的萃取介質(zhì)熔體返回步驟(2)中。

上述的方法，優(yōu)選的，保溫的溫度為800-900℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明從紅土鎳礦中提取金屬鎳的方法，首次使用鋅、鎂一元或二元金屬熔體作為萃取介質(zhì)，在高溫下與鎳鐵合金中的鎳形成低熔點(diǎn)共熔體，再利用不同金屬飽和蒸氣壓的差異(鎂、鋅蒸汽壓高，鎳蒸汽壓低)，對(duì)共熔體進(jìn)行真空蒸餾分離萃取介質(zhì)與金屬鎳，同時(shí)，金屬萃取介質(zhì)熔體可循環(huán)使用。本發(fā)明的從紅土鎳礦中提取金屬鎳的方法是一種環(huán)境友好，綠色可循環(huán)的金屬鎳提取方法。

(2)本發(fā)明從紅土鎳礦中提取金屬鎳的方法，對(duì)紅土鎳礦進(jìn)行直接還原熔煉，獲得鎳鐵合金，不需預(yù)還原焙燒工序，工藝流程短，能耗低。

(3)本發(fā)明從紅土鎳礦中提取金屬鎳的方法，采用氫氣作為還原熔煉過(guò)程的還原劑，不產(chǎn)生碳排放，處理過(guò)程更清潔環(huán)保。

(4)本發(fā)明采用高壓氮?dú)鈱?duì)鎳鐵熔體進(jìn)行冷卻?；@得粒化鎳鐵合金，代替后續(xù)熔體萃取前的破碎工序，為后續(xù)鎳金屬提取創(chuàng)造有利條件，也簡(jiǎn)化了工藝，降低能耗。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1從紅土鎳礦中提取金屬鎳的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和較佳的實(shí)施例對(duì)本文發(fā)明做更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體實(shí)施例。

除非另有定義，下文中所使用的所有專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常理解含義相同。本文中所使用的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體實(shí)施例的目的，并不是旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

除非另有特別說(shuō)明，本發(fā)明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設(shè)備等均可通過(guò)市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)得到或者可通過(guò)現(xiàn)有方法制備得到。

實(shí)施例1：

一種本發(fā)明的從紅土鎳礦中提取金屬鎳的方法，其工藝流程圖如圖1所示，包括以下步驟：

S1：取含鎳1.72％，含鐵18.38％的紅土鎳礦，添加助熔劑(質(zhì)量比為1:1的石灰石和生石灰)在轉(zhuǎn)速為17r/min的混合機(jī)中混合3min，然后加入水，繼續(xù)混合5min，得到混合物；其中，紅土鎳礦、助熔劑和水的質(zhì)量比為75:15:10；

S2：將混合物放入對(duì)輥壓團(tuán)機(jī)料盒中，在60MPa的壓力下壓制成粒徑小于1cm的球團(tuán)，該球團(tuán)的落下強(qiáng)度95％、抗壓強(qiáng)度143N/個(gè)、熱爆裂指數(shù)0.60％；

S3：對(duì)球團(tuán)進(jìn)行干燥處理，干燥溫度為105℃、干燥時(shí)間為30min；

S4：將干燥的球團(tuán)輸送至熔煉爐，通入氫氣進(jìn)行還原熔煉，熔煉爐溫度范圍為1550℃，通入氫氣量為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下200m3/(噸紅土鎳礦)，總?cè)蹮挄r(shí)間為45min，獲得鎳鐵熔體；還原熔煉過(guò)程中產(chǎn)生的尾氣返回S3中用于對(duì)球團(tuán)的干燥；

S5：將S4獲得的高溫鎳鐵熔體由流槽排至?；覂?nèi)，向由流槽流下的鎳鐵熔體噴射壓力為0.5MPa的氮?dú)?，使鎳鐵熔體下降過(guò)程中分散成細(xì)小的液滴并冷卻凝結(jié)，生成鎳鐵合金顆粒沉降于?；业撞?，得到?；囪F合金；

S6：采用金屬鎂作為萃取介質(zhì)，將金屬鎂熔化與粒化鎳鐵合金混合，對(duì)?；囪F合金進(jìn)行萃取處理，得到萃取后低熔點(diǎn)共熔體與萃余渣；其中，粒化鎳鐵合金與金屬鎂質(zhì)量比為1：1，萃取處理溫度為900℃，萃取處理的時(shí)間為2.5h；

S7：對(duì)S6中萃取后共熔體進(jìn)行真空蒸餾處理(真空度為150Pa，溫度為1000℃，蒸餾處理時(shí)間為0.5h)，得到冷凝鎂熔體與蒸餾產(chǎn)物金屬鎳。對(duì)冷凝鎂熔體進(jìn)行保溫(保溫處理溫度為800℃)，得到循環(huán)鎂熔體萃取介質(zhì)，將循環(huán)鎂熔體萃取介質(zhì)返回S6進(jìn)行多次萃取，直至反應(yīng)體系中鎳鈷完全萃取完成，最后得到純度為99.03％的金屬鎳，鎳總回收率94.53％。

實(shí)施例2：

一種本發(fā)明的從紅土鎳礦中提取金屬鎳的方法，包括以下步驟：

S1：取含鎳1.81％、含鐵17.69％的紅土鎳礦，添加助熔劑(質(zhì)量比為40:60的石灰石和生石灰)在轉(zhuǎn)速為17r/min的混合機(jī)中混合3min，然后加入水，繼續(xù)混合5min得到混合物；其中，紅土鎳礦、助熔劑和水的質(zhì)量比為80:10:10；

S2：將混合物放入對(duì)輥壓團(tuán)機(jī)料盒中，在60MPa的壓力下壓制成粒徑小于1cm的球團(tuán)，該球團(tuán)的落下強(qiáng)度92％、抗壓強(qiáng)度135N/個(gè)、熱爆裂指數(shù)0.40％；

S3：對(duì)球團(tuán)進(jìn)行干燥處理，干燥溫度108℃、干燥時(shí)間36min；

S4：將干燥的球團(tuán)輸送至熔煉爐，通入氫氣進(jìn)行還原熔煉，熔煉爐溫度范圍為1570℃，通入氫氣量為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下250m3/(噸紅土鎳礦)，總?cè)蹮挄r(shí)間為50min，獲得鎳鐵熔體；

S5：將S4獲得的高溫鎳鐵熔體由流槽排至粒化室內(nèi)，向由流槽流下的鎳鐵熔體噴射壓力為0.6MPa的氮?dú)?，使鎳鐵熔體下降過(guò)程中分散成細(xì)小的液滴并冷卻凝結(jié)，生成鎳鐵合金顆粒沉降于?；业撞?，得到粒化鎳鐵合金；

S6：采用金屬鎂作為萃取介質(zhì)，將金屬鎂熔化并對(duì)?；囪F合金進(jìn)行萃取處理，得到萃取后低熔點(diǎn)共熔體與萃余渣；其中，?；囪F合金與金屬鎂質(zhì)量比為1：2，萃取處理溫度為970℃，萃取處理的時(shí)間為3.0h；

S7：對(duì)S6中萃取后共熔體，在進(jìn)行真空蒸餾處理(真空度為125Pa，溫度為1050℃，蒸餾處理時(shí)間為1.0h)，得到冷凝鎂熔體與蒸餾產(chǎn)物金屬鎳。對(duì)冷凝鎂熔體進(jìn)行保溫(保溫處理溫度為850℃)，得到循環(huán)鎂熔體，將循環(huán)鎂熔體返回S6進(jìn)行多次萃取，直至反應(yīng)體系中鎳鈷完全萃取完成，得到純度為99.18％的金屬鎳，鎳總回收率95.01％。

實(shí)施例3：

一種本發(fā)明的從紅土鎳礦中提取金屬鎳的方法，包括以下步驟：

S1：取含鎳1.79％、含鐵18.18％的紅土鎳礦，添加助熔劑(質(zhì)量比為35:65的石灰石和生石灰)在轉(zhuǎn)速為17r/min的混合機(jī)中混合3min，然后加入水，繼續(xù)混合5min得到混合物；其中，紅土鎳礦、助熔劑和水的質(zhì)量比為80:12:8；

S2：將混合物放入對(duì)輥壓團(tuán)機(jī)料盒中，在60MPa的壓力下壓制成球團(tuán)，該球團(tuán)的落下強(qiáng)度94％、抗壓強(qiáng)度140N/個(gè)、熱爆裂指數(shù)0.50％；

S3：對(duì)球團(tuán)進(jìn)行干燥處理，干燥溫度100℃、干燥時(shí)間40min；

S4：將干燥的球團(tuán)輸送至熔煉爐，通入氫氣進(jìn)行還原熔煉，熔煉爐溫度范圍為1550℃，通入氫氣量為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下300m3/(噸紅土鎳礦)，總?cè)蹮挄r(shí)間為55min，獲得鎳鐵熔體；

S5：將S4中的高溫鎳鐵熔體由流槽排至粒化室內(nèi)，向由流槽流下的鎳鐵熔體噴射壓力為0.6MPa的氮?dú)?，使鎳鐵熔體下降過(guò)程中分散成細(xì)小的液滴并冷卻凝結(jié)，生成鎳鐵合金顆粒沉降于粒化室底部，得到?；囪F合金；

S6：采用金屬鎂作為萃取介質(zhì)，將金屬鎂熔化并對(duì)?；囪F合金進(jìn)行萃取處理，得到萃取后低熔點(diǎn)共熔體與萃余渣；其中，?；囪F合金與金屬鎂質(zhì)量比為1：3，萃取處理溫度為1000℃，萃取處理的時(shí)間為3.5h。

S7：對(duì)S6中萃取后共熔體進(jìn)行真空蒸餾處理(真空度為120Pa，溫度為1000℃，蒸餾處理時(shí)間為1.5h)，得到冷凝鎂熔體與蒸餾產(chǎn)物金屬鎳；對(duì)冷凝鎂熔體進(jìn)行分離保溫(保溫處理溫度為850℃)，得到循環(huán)鎂熔體，將循環(huán)鎂熔體返回S6進(jìn)行多次萃取，直至反應(yīng)體系中鎳鈷完全萃取完成，得到純度為99.30％的金屬鎳，鎳總回收率95.79％。

實(shí)施例4：

一種本發(fā)明的從紅土鎳礦中提取金屬鎳的方法，包括以下步驟：

S1：取含鎳1.86％、含鐵17.97％的紅土鎳礦、添加助熔劑(質(zhì)量比為60:40的石灰石和生石灰)在轉(zhuǎn)速為17r/min的混合機(jī)中混合5min，然后加入水，繼續(xù)混合5min，得到混合物；其中，紅土鎳礦、助熔劑和水的質(zhì)量比為82:8:10；

S2：將混合物放入對(duì)輥壓團(tuán)機(jī)料盒中，在60MPa的壓力下壓制成粒徑小于1cm的球團(tuán)，該球團(tuán)的落下強(qiáng)度94％、抗壓強(qiáng)度136N/個(gè)、熱爆裂指數(shù)0.40％；

S3：對(duì)球團(tuán)進(jìn)行干燥處理，干燥溫度為100℃、干燥時(shí)間50min；

S4：將干燥的球團(tuán)輸送至熔煉爐，通入氫氣進(jìn)行還原熔煉，熔煉爐溫度范圍為1570℃，通入氫氣量為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下300m3/(噸紅土鎳礦)，總?cè)蹮挄r(shí)間為60min，獲得鎳鐵熔體。

S5：將S4獲得的高溫鎳鐵熔體由流槽排至?；覂?nèi)，向由流槽流下的鎳鐵熔體噴射壓力為0.8MPa的氮?dú)?，使鎳鐵熔體下降過(guò)程中分散成細(xì)小的液滴并冷卻凝結(jié)，生成鎳鐵合金顆粒沉降于?；业撞?，得到?；囪F合金；

S6：采用金屬鎂作為萃取介質(zhì)，將金屬鎂熔化與?；囪F合金混合，對(duì)?；囪F合金進(jìn)行萃取處理，得到萃取后低熔點(diǎn)共熔體與萃余渣；其中，?；囪F合金與金屬鎂質(zhì)量比為1：3，萃取處理溫度為1000℃，萃取處理的時(shí)間為4.0h；

S7：對(duì)S6中萃取后共熔體，進(jìn)行真空蒸餾處理(蒸餾處理真空度為100Pa，溫度為1050℃，蒸餾處理時(shí)間為2.0h)，得到冷凝鎂熔體與蒸餾產(chǎn)物金屬鎳；對(duì)冷凝鎂熔體進(jìn)行保溫(保溫處理溫度為850℃)，得到循環(huán)鎂熔體萃取介質(zhì)，將循環(huán)鎂熔體返回S6進(jìn)行多次萃取，直至反應(yīng)體系中鎳鈷完全萃取完成，得到純度為99.56％的金屬鎳，鎳總回收率96.32％。