本發(fā)明屬于濕法冶金

技術(shù)領(lǐng)域：

，具體涉及一種紅土鎳礦高壓酸浸方法。該方法尤其適用于褐鐵礦型和過渡型紅土鎳礦生產(chǎn)氫氧化鎳。

背景技術(shù)：

：近年來，隨著新能源電動(dòng)汽車和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的不斷推廣和普及，全球鋰離子二次電池需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，作為鋰離子二次電池的關(guān)鍵材料——鎳及鎳基化合物需求旺盛，金屬鎳及鎳基產(chǎn)品的價(jià)格不斷上漲。從全球發(fā)展趨勢(shì)來看，隨著環(huán)保理念和可再生能源理念的進(jìn)一步深入人心，新能源電動(dòng)汽車和消費(fèi)類電子產(chǎn)品將全面普及，在沒有革命性的新能源解決方案之前，鋰離子二次電池將長期處于壟斷地位。作為產(chǎn)業(yè)鏈上游的鎳及鎳基化合物，其供應(yīng)不足的矛盾會(huì)更加突出。紅土鎳礦中蘊(yùn)含的鎳占陸基鎳儲(chǔ)量的65％～70％，是冶煉鎳及鎳基化合物的重要礦種。紅土鎳礦大致可分為三種類型，分別為褐鐵礦型、過渡型和腐泥土型。一般來說腐泥土型鎳含量在1.8％以上的，宜采用rkef火法冶金生產(chǎn)工藝，褐鐵礦型和過渡型鎳含量在1.8％及以下，宜采用高壓酸浸、常壓酸浸等濕法冶金生產(chǎn)工藝。高壓酸浸法與常壓酸浸法相比具有回收率高、酸耗低、反應(yīng)時(shí)間短以及成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最佳的褐鐵礦型和過渡型紅土鎳礦冶煉方法，因此近年來新建的紅土鎳礦濕法冶煉項(xiàng)目普遍采用高壓酸浸法。隨著紅土鎳礦的開發(fā)，近些年尤其是2008年以后，高壓酸浸法又形成一個(gè)新的研究熱潮，也提出了各種各樣的方案對(duì)該方法不斷進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。比如專利cn101899567b公開了礦石加壓浸出工藝；申請(qǐng)?zhí)枮閏n203530398的專利申請(qǐng)公開了一種紅土鎳礦聯(lián)合浸出系統(tǒng)；申請(qǐng)?zhí)枮閏n106929668的專利申請(qǐng)公開了一種提高紅土鎳礦高壓浸出中高壓釜給料泵單向閥壽命的方法；申請(qǐng)?zhí)枮閏n109234526a的專利申請(qǐng)公開了紅土鎳礦的處理方法，主要是采用石灰石漿或石灰乳沉淀鐵鋁，再用石灰乳沉淀鎳鈷，以期來降低生產(chǎn)系統(tǒng)中的廢水量并節(jié)約能源。高壓酸浸法雖然有眾多的優(yōu)點(diǎn)，但也存在明顯的缺陷，因此制約著該方法的發(fā)展。主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：(1)物料腐蝕磨損嚴(yán)重，設(shè)備要求高。尤其是預(yù)熱器、特殊渣漿泵、高壓泵、反應(yīng)釜、閃蒸器、濃密機(jī)以及儲(chǔ)槽等設(shè)備，往往需要采用鈦材、超級(jí)雙向不銹鋼、超級(jí)奧氏體不銹鋼、鉭、襯鉛和內(nèi)襯耐酸磚等材料。(2)項(xiàng)目投資大。一是項(xiàng)目往往地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施落后，需要配套硫酸廠、電廠。二是由于設(shè)備和管道大量使用昂貴的金屬材料，造成投資居高不下，三是關(guān)鍵泵、閥加工精度高制作難度大，一般全球范圍內(nèi)僅有少數(shù)幾個(gè)供應(yīng)商，往往需要特別定制。(3)溶液除雜困難。與眾多酸法工藝類似，在高壓酸浸條件下，不但有價(jià)金屬鎳鈷會(huì)浸出，鐵、鋁、錳、鈣、鎂、鉻等金屬都會(huì)相應(yīng)浸出，如何經(jīng)濟(jì)有效的除雜成為關(guān)鍵。(4)運(yùn)轉(zhuǎn)率低，維護(hù)費(fèi)用高。由于工況條件苛刻，關(guān)鍵運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備易損壞，故障率高，造成生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)率低，年運(yùn)轉(zhuǎn)小數(shù)難以突破8000h。加之零備件訂貨周期長、價(jià)格昂貴，因此維護(hù)費(fèi)用也居高不下。(5)環(huán)保隱患。以鎳含量1.3％的褐鐵礦型紅土鎳礦生產(chǎn)mhp為例，平均生產(chǎn)1噸鎳金屬需要排出約100噸渣和約400噸廢水，環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)安全衛(wèi)生存在隱患。傳統(tǒng)的紅土鎳礦高壓酸浸工藝，由于采用閃蒸二次蒸汽與進(jìn)料礦漿直接換熱，造成進(jìn)料礦漿帶有酸性(ph4-5)，對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，閃蒸帶料嚴(yán)重時(shí)，ph值會(huì)降到3左右，加之溫度在190～220℃左右，必須使用價(jià)格昂貴的鈦材、超級(jí)雙相不銹鋼和哈氏合金等材料，因此高壓泵投資較大。傳統(tǒng)的高壓酸浸工藝，高壓泵進(jìn)口溫度為190～220℃，高壓泵隔膜片為橡膠材質(zhì)，在高溫下容易老化，壽命大幅降低，難以承受如此苛刻條件，因此需要特殊設(shè)計(jì)的熱隔離型高壓泵。另外高壓泵進(jìn)出口單向閥在190～220℃條件下工作，極易被沖刷和腐蝕而出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響裝置運(yùn)轉(zhuǎn)率。國外紅土鎳礦項(xiàng)目熱隔離型高壓泵，進(jìn)出口單向閥平均壽命僅400h左右，個(gè)別項(xiàng)目通過多種方法改進(jìn)后，單向閥壽命也只能達(dá)到600h左右。傳統(tǒng)的紅土鎳礦高壓酸浸工藝，一般采用3級(jí)直接預(yù)熱器，分別是低溫預(yù)熱器(出料溫度90-95℃，壓力為常壓)，中溫預(yù)熱器(出料溫度150-155℃，壓力為0.6-0.8mpa)和高溫預(yù)熱器(出料溫度200-205℃，壓力為1.8-2.2mpa)。濃密后礦漿進(jìn)低溫預(yù)熱器需要1臺(tái)喂料泵，低溫預(yù)熱器出料到中溫預(yù)熱器需要2臺(tái)喂料泵串聯(lián)進(jìn)料，中溫預(yù)熱器出料到高溫預(yù)熱器需要3臺(tái)喂料泵串聯(lián)進(jìn)料，高溫預(yù)熱器出料后再進(jìn)入高壓泵繼續(xù)增壓，因此礦漿需要多次泵送，能耗較高。而且由于工況苛刻，為保證安全可靠，通常采用1組工作1組備用的設(shè)計(jì)思路，因此需要12臺(tái)特殊渣漿泵，設(shè)備投資較大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種紅土鎳礦高壓酸浸方法。采用本發(fā)明提供的方法可顯著降低項(xiàng)目投資，提高裝置運(yùn)轉(zhuǎn)率，降低維護(hù)費(fèi)用，節(jié)約能耗，從而提高項(xiàng)目盈利能力和生存能力。本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種紅土鎳礦高壓酸浸方法，包括以下步驟：(1)將固含量為20～35％的紅土鎳礦礦漿泵入多級(jí)管道化預(yù)熱器中，在非末級(jí)管道化預(yù)熱器中，紅土鎳礦礦漿通過與二次閃蒸蒸汽進(jìn)行間接熱交換，在末級(jí)管道化預(yù)熱器中，紅土鎳礦礦漿通過與生蒸汽、熔鹽或?qū)嵊瓦M(jìn)行間接熱交換，得到預(yù)熱的紅土鎳礦礦漿；其中紅土鎳礦礦漿在多級(jí)管道化預(yù)熱器中的流速為1.5～2.8m/s；(2)步驟(1)中預(yù)熱的紅土鎳礦礦漿進(jìn)入臥式高壓反應(yīng)釜中，加入濃硫酸進(jìn)行酸浸反應(yīng)，反應(yīng)后的礦漿流入多級(jí)閃蒸器中，閃蒸，降溫降壓，得到高壓酸浸的紅土鎳礦礦漿，其中酸浸反應(yīng)的壓力為3.0～6.5mpa，濃硫酸的質(zhì)量濃度≥95％。步驟(1)所述紅土鎳礦礦漿的固含量為25～30％。所述紅土鎳礦礦漿中的紅土鎳礦經(jīng)過洗礦、選礦和濃密后得到。步驟(1)所述紅土鎳礦礦漿中的紅土鎳礦為褐鐵礦型和/或過渡型紅土鎳礦。步驟(1)所述紅土鎳礦礦漿通過高壓泵泵入多級(jí)管道化預(yù)熱器中，所述高壓泵的出口壓力為5.5～6.5mpa；優(yōu)選為6.0～6.5mpa；所述高壓泵優(yōu)選為單缸三作用高壓隔膜泵。步驟(1)所述多級(jí)管道化預(yù)熱器為多級(jí)套管式預(yù)熱器；優(yōu)選為4～6級(jí)套管式預(yù)熱器；更優(yōu)選為內(nèi)套管數(shù)量為3～4根的4～6級(jí)套管式預(yù)熱器。多級(jí)套管式預(yù)熱器每一級(jí)均是由一個(gè)外管和多個(gè)獨(dú)立的內(nèi)管組成，其中外管套著內(nèi)管，形成管程和殼程，紅土鎳礦礦漿可以走管程或殼程；間接換熱指熱蒸汽不與紅土鎳礦礦漿直接接觸，二者隔著內(nèi)管管壁進(jìn)行間接熱交換。步驟(1)所述多級(jí)管道化預(yù)熱器的總長度為10～6000m。步驟(1)所述非末級(jí)管道化預(yù)熱器出料的紅土鎳礦礦漿的溫度為90～210℃；所述二次閃蒸蒸汽的溫度為100～230℃。步驟(1)所述二次閃蒸蒸汽來自步驟(2)中的多級(jí)閃蒸器，所述閃蒸器采用頂部進(jìn)料或側(cè)邊進(jìn)料式，優(yōu)選為帶有氣液分離裝置的側(cè)邊進(jìn)料閃蒸器；所述閃蒸器的閃蒸級(jí)數(shù)3～4級(jí)。步驟(1)所述生蒸汽、熔鹽和導(dǎo)熱油的溫度均為260～280℃。步驟(1)所述預(yù)熱的紅土鎳礦礦漿的溫度為230～260℃。步驟(1)所述多級(jí)管道化預(yù)熱器為四級(jí)管道化預(yù)熱器，二次閃蒸蒸汽來自三級(jí)閃蒸器，其中第三級(jí)閃蒸器的二次閃蒸蒸汽通入第一級(jí)管道化預(yù)熱器中，第二級(jí)閃蒸器的二次閃蒸蒸汽通入第二級(jí)管道化預(yù)熱器中，第一級(jí)閃蒸器的二次閃蒸蒸汽通入第三級(jí)管道化預(yù)熱器中，生蒸汽通入末級(jí)管道化預(yù)熱器中。步驟(2)所述臥式高壓反應(yīng)釜含4～8個(gè)隔室。步驟(2)所述高壓酸浸反應(yīng)的溫度為240～260℃，時(shí)間為30～60min。步驟(2)所述酸浸反應(yīng)的壓力為4.0～5.0mpa。步驟(2)所述濃硫酸中硫酸與紅土鎳礦礦漿中干礦的質(zhì)量比為0.2～0.5：1。步驟(2)所述閃蒸的溫度為100～230℃；所述多級(jí)閃蒸器為2～5級(jí)閃蒸器，優(yōu)選為3級(jí)閃蒸器。步驟(2)所述高壓酸浸的紅土鎳礦礦漿的溫度為100～120℃；優(yōu)選為100～105℃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：(1)本申請(qǐng)中高壓泵過流部件避免使用昂貴材料，投資顯著降低。采用本發(fā)明的方法后，濃密后礦漿呈中性，ph值為7左右，溫度為常溫，對(duì)普通碳鋼材料無腐蝕性，因此高壓泵可用碳鋼材料加工而成，高壓泵投資可減少1/3以上。(2)本申請(qǐng)所述方法無需使用特殊設(shè)計(jì)的熱隔離型高壓泵，故障率顯著降低，年運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)顯著提高。高壓泵隔膜片可采用普通橡膠材質(zhì)，使得高壓泵隔膜片和進(jìn)出口單向閥壽命大幅提高，單向閥壽命可達(dá)到1500h，故障顯著降低，因此年運(yùn)轉(zhuǎn)率可達(dá)到95％以上，運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)可提高到8300小時(shí)以上。(3)本申請(qǐng)所述方法完全省去中間泵送環(huán)節(jié)和特殊渣漿泵，顯著降低輸送能耗和設(shè)備投資。礦漿預(yù)熱采用多級(jí)管道化預(yù)熱工藝，由于是間接換熱，采用高壓泵可實(shí)現(xiàn)一泵到底，也就是礦漿從預(yù)熱器進(jìn)料口一直到高壓釜進(jìn)料口僅需一次泵送即可完成，完全省去了中間泵送環(huán)節(jié)和昂貴的特殊渣漿泵，因此可顯著降低輸送能耗和設(shè)備投資。附圖說明圖1為本發(fā)明所述方法的工藝流程示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。本發(fā)明實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或者制造商建議的條件進(jìn)行。所用未注明生產(chǎn)廠商者的原料、試劑等，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。實(shí)施例1某典型的褐鐵礦型紅土鎳礦。經(jīng)過洗礦磨礦后，得到的合格的原礦漿。原礦漿固含為10％，其成分為如下：元素nicofemgalcrsio2caomn含量1.300.0942％1.84.02.06.80.200.9經(jīng)過濃密后，濃密礦漿固含為28％，折合干礦量為125t/h，礦漿溫度約為25℃，采用三缸單作用高壓隔膜泵將濃密礦漿加壓到6.2mpa，泵進(jìn)入管道化預(yù)熱器，礦漿在管道化預(yù)熱器的流速2.35m/s。管道化預(yù)熱器共有4級(jí)，其中前3級(jí)采用二次閃蒸蒸汽預(yù)熱，最后一級(jí)采用生蒸汽預(yù)熱，管道化預(yù)熱器總長度為1400m，內(nèi)管數(shù)量為3根，其中二次閃蒸蒸汽來自三級(jí)閃蒸器。第一級(jí)管道化預(yù)熱器的熱源為第三級(jí)閃蒸器的二次蒸汽(二次蒸汽溫度為105℃)，礦漿預(yù)熱出料溫度約為93℃；第二級(jí)管道化預(yù)熱器的熱源為第二級(jí)閃蒸器二次蒸汽(二次蒸汽溫度為160℃)，礦漿預(yù)熱出料溫度約為152℃；第三級(jí)管道化預(yù)熱器的熱源為第一級(jí)閃蒸器二次蒸汽(二次蒸汽溫度為210℃)，礦漿預(yù)熱出料溫度約為197℃；第四級(jí)管道化預(yù)熱器的熱源為生蒸汽，生蒸汽溫度為270℃，礦漿預(yù)熱出料溫度約為250℃。預(yù)熱后礦漿進(jìn)入臥式高壓反應(yīng)釜中，臥式高壓反應(yīng)釜分為6個(gè)隔室，每個(gè)隔室均設(shè)有攪拌器，在反應(yīng)釜第一隔室中加入39噸/h濃度為98.3％濃硫酸(濃硫酸中硫酸與紅土鎳礦礦漿中紅土鎳礦干礦的質(zhì)量比為0.312t-硫酸/t-干礦)，維持反應(yīng)溫度250℃，反應(yīng)時(shí)間45min，此時(shí)鎳浸出率為98.15％，鈷浸出率為98.28％。反應(yīng)釜出料礦漿進(jìn)入3級(jí)閃蒸器降溫降壓，閃蒸器為雙側(cè)邊進(jìn)料式，可一側(cè)工作一側(cè)備用隨時(shí)切換，為減少?zèng)_刷閃蒸器內(nèi)襯耐酸磚。閃蒸器內(nèi)部設(shè)置有旋片式氣液分離裝置，避免閃蒸帶料。閃蒸器的操作溫度分別為210℃、160℃和105℃。經(jīng)過減壓降溫后浸出礦漿溫度約為105℃，通過泵將浸出礦漿送入下一工序處理。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12

技術(shù)特征：

1.一種紅土鎳礦高壓酸浸方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)將固含量為20～35％的紅土鎳礦礦漿泵入多級(jí)管道化預(yù)熱器中，在非末級(jí)管道化預(yù)熱器中，紅土鎳礦礦漿通過與二次閃蒸蒸汽進(jìn)行間接熱交換，在末級(jí)管道化預(yù)熱器中，紅土鎳礦礦漿通過與生蒸汽、熔鹽或?qū)嵊瓦M(jìn)行間接熱交換，得到預(yù)熱的紅土鎳礦礦漿；

其中紅土鎳礦礦漿在多級(jí)管道化預(yù)熱器中的流速為1.5～2.8m/s；

(2)步驟(1)中預(yù)熱的紅土鎳礦礦漿進(jìn)入臥式高壓反應(yīng)釜中，加入硫酸進(jìn)行酸浸反應(yīng)，反應(yīng)后的礦漿流入多級(jí)閃蒸器中，閃蒸，降溫降壓，得到高壓酸浸的紅土鎳礦礦漿，其中酸浸反應(yīng)的壓力為3.0～6.5mpa，濃硫酸的質(zhì)量濃度≥95％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種紅土鎳礦高壓酸浸方法，其特征在于，步驟(1)所述非末級(jí)管道化預(yù)熱器出料的紅土鎳礦礦漿的溫度為90～210℃；所述二次閃蒸蒸汽的溫度為100～230℃；步驟(1)所述生蒸汽、熔鹽和導(dǎo)熱油的溫度均為260～280℃；步驟(1)所述預(yù)熱的紅土鎳礦礦漿的溫度為230～260℃；步驟(2)所述閃蒸的溫度為100～230℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種紅土鎳礦高壓酸浸方法，其特征在于，步驟(2)所述高壓酸浸反應(yīng)的溫度為240～260℃，時(shí)間為30～60min。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種紅土鎳礦高壓酸浸方法，其特征在于，步驟(2)所述濃硫酸中硫酸與紅土鎳礦礦漿中干礦的質(zhì)量比為0.2～0.5：1。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種紅土鎳礦高壓酸浸方法，其特征在于，步驟(2)所述酸浸反應(yīng)的壓力為4.0～5.0mpa。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種紅土鎳礦高壓酸浸方法，其特征在于，步驟(1)所述紅土鎳礦礦漿的固含量為25～30％。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種紅土鎳礦高壓酸浸方法，其特征在于，步驟(1)所述紅土鎳礦礦漿中的紅土鎳礦為褐鐵礦型和/或過渡型紅土鎳礦；步驟(1)所述多級(jí)管道化預(yù)熱器為多級(jí)套管式預(yù)熱器，所述多級(jí)管道化預(yù)熱器為4～6級(jí)套管式預(yù)熱器。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種紅土鎳礦高壓酸浸方法，其特征在于，步驟(2)所述多級(jí)閃蒸器為2～5級(jí)閃蒸器。

9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種紅土鎳礦高壓酸浸方法，其特征在于，步驟(2)所述臥式高壓反應(yīng)釜含4～8個(gè)隔室；步驟(1)所述二次閃蒸蒸汽來自步驟(2)中的多級(jí)閃蒸器，所述閃蒸器采用頂部進(jìn)料或側(cè)邊進(jìn)料式。

10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種紅土鎳礦高壓酸浸方法，其特征在于，步驟(2)所述高壓酸浸的紅土鎳礦礦漿的溫度為100～120℃；步驟(1)所述紅土鎳礦礦漿通過高壓泵泵入多級(jí)管道化預(yù)熱器中，所述高壓泵的出口壓力為5.5～6.5mpa；步驟(1)所述紅土鎳礦礦漿中的紅土鎳礦經(jīng)過洗礦、選礦和濃密后得到。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種紅土鎳礦高壓酸浸方法。步驟為：洗礦選礦后的紅土鎳礦礦漿經(jīng)濃密后，通過高壓泵將濃密礦漿泵入管道化預(yù)熱器中，在管道化預(yù)熱器中礦漿與來自閃蒸器中的閃蒸二次蒸汽進(jìn)行間接換熱，末級(jí)管道化預(yù)熱器采用生蒸汽、熔鹽或?qū)嵊图訜?。預(yù)熱后礦漿進(jìn)入臥式高壓反應(yīng)釜中，在反應(yīng)釜中加入濃硫酸進(jìn)行高壓浸出，最后浸出礦漿通過閃蒸器降溫降壓，得酸浸后的紅土鎳礦礦漿，送入下一工序處理。該方法特別適用于褐鐵礦型和過渡型紅土鎳礦生產(chǎn)氫氧化鎳產(chǎn)品。采用本發(fā)明提供的方法可顯著降低項(xiàng)目投資，提高裝置運(yùn)轉(zhuǎn)率，降低維護(hù)費(fèi)用，節(jié)約能耗，從而提高項(xiàng)目盈利能力和生存能力。

技術(shù)研發(fā)人員：劉希泉;葉民杰;黎亮;王春軼

受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東邦普循環(huán)科技有限公司;湖南邦普循環(huán)科技有限公司;湖南邦普汽車循環(huán)有限公司;寧德邦普循環(huán)科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2019.12.11

技術(shù)公布日：2020.04.14