下载文档原格式
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟从红土镍矿中提取金属镁金属镁是近几十年才发展起来的新型轻质耐腐蚀金属材料，镁在许多领域都获得了广泛应用，成为重要的资源。
我国云南元江红土镍矿含镁高，储量丰富，其MgO 含量为28%，而镍平均含量0.83%，但在近年来的研究开发中，仅专注于金属镍的回收，而对矿中经济价值约为金属镍价值2 倍的金属镁，却在火法冶炼中，常被配入的CaO 造渣降熔点而除去。
这样，不仅浪费了资源，也给环境带来较大负担。
如何实现从这种红土镍矿中提取出金属镁，显然具有节能环保的重要意义。
为此，云南锡业有限公司研究设计院，在分析了红土镍矿的原料成分的基础上，开展了用碳热还原法从红土镍矿中提取金属镁的热力学研究，取得了一些值得注意的成果。
经分析，云南元江红土镍矿成分如下(wt%)：Ni：0.8～1.0，Co：0.04～0.08;Fe：12，MgO：28，SiO2：35，CaO：小于0. 5，Al2O3：3，H2O：10.0～20.0。
该研究院对红土镍矿的处理过程如下：对红土镍矿在1023K 进行恒温60 min 焙烧预处理将其与一定量的还原剂煤及添加剂混匀在制球机压力约为4MPa 下制备球团将球团置于内热式反应器内，在真空压力约为10 ～20Pa，温度为1473 K～1523K 下反应90min 在冷凝区域得到金属产物。
对所得冷凝物进行检测分析，结果显示，该冷凝物含金属镁的平均含量达98.5%以上，此外还含少量氧及硅。
据此可知，用热还原法从红土镍矿中提取金属镁是可行的。
研究表明，碳热还原提取金属镁过程主要由Mg2SiO4、Fe2O3、MgSiO3、MgFe2O4 及少量NiO 等参与反应。
热力学分析表明，常压下Mg2SiO4 与MgSiO3 碳热还原生成金属镁蒸汽与SiO 气体的温度均在2173K 以上，而Mg2SiO4 与MgSiO3 碳热还原生成金属镁蒸汽与SiC 的温度却在2073K 左。
红土镍矿真空碳热还原过程中镁的行为罗启;曲涛;刘大春;徐宝强;杨斌;戴永年【摘要】以云南元江红土镍矿为研究对象,采用XRD,EM-EDS和化学成分分析等手段,研究红土镍矿真空碳热还原反应的热力学、还原产物的物相转变和金属镁的挥发冷凝机理,探讨红土镍矿真空碳热还原过程中镁的行为.实验结果表明:真空中氧化镁的还原是固体碳直接还原的固-固反应,临界反应温度为1 476 K,生成的金属镁极易挥发,在冷凝系统凝华收集;还原产物主要有SiC,Fe-Si合金,Mg2SiO4,Mg和SiO气体;SiO在冷凝系统生成Si和SiO2;反应温度的升高、还原煤用量的增加和反应时间的延长,镁的还原率都显著增大;不同种类的添加剂催化效果不同,CaO和CaF2的催化效果较好:在温度较低的冷凝系统,Mg容易与CO,O2和Si发生反应生成MgO和Mg2Si,影响金属镁的纯度.%The thermodynamic of vacuum carbothermic reduction of Yuanjiang saprolite nickel laterite and the mineral phases transformation and the volatilization and condensation mechanisms of Mg were researched, and the vacuum carbothermic reduction behavior of Mg in saprolite nickel laterite was also researched by means of XRD, SEM-EDS and chemical composition analysis. The results show that the reaction between MgO and C is solid-state reduction in vacuum and the critical temperature is 1 467 K. The reduction Mg will extremely volatilized, and desublimated in condensing system. The SiC, Fe-Si alloy, Mg2SiO4, Mg and SiO are found during the reduction processes, and then the SiO disproportionates into Si and SiO2 in the condensing system. With the increases of temperature, carbon content and reaction time, the reduction ratio of Mg increases significantly; The catalytic effectare different from the kinds of additives, especially, CaO and CaF2 have better catalytic effect than other additives. Mg reacted with CO, O2 and Si transforms into MgO or Mg2Si in condensing system at low temperature, in which the purity of Mg metal decreases.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(043)011【总页数】9页(P4190-4198)【关键词】真空冶金;红土镍矿;氧化镁;还原率【作者】罗启;曲涛;刘大春;徐宝强;杨斌;戴永年【作者单位】昆明理工大学真空冶金国家工程实验室,云南昆明,650093;云南省复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室(培育基地),云南昆明,650093;云南省有色金属真空冶金重点实验室,云南昆明,650093【正文语种】中文【中图分类】TF801;TF803.4金属镍具有良好的延展性、机械强度和很高的化学稳定性等优异性能，使其广泛应用于生产不锈钢、各种合金和电镀等，已经成为现代社会中不可或缺的金属[1]。
镍红土矿碳热还原金属物相行为研究1003091215 何川摘要：镍在生活和社会发展过程中期这重要作用。
在开发镍红土矿提取镍的同时，也重视镁，铁等金属的综合回收利用。
在不同的温度下，利用不同量的焦炭作为还原剂，从红土矿中还原出镍，铁，镁等金属。
通过XRD测取还原产物的化学成分，来获得理想的实验温度和焦炭量。
关键字：镍红土矿，碳热还原，物相分析研究背景：随着世界硫化镍矿资源的日趋枯竭，开发利用红土镍矿是未来镍业发展的重要方向。
提取镍的同时，也重视镁，铁等金属的综合回收利用。
1.镍的简介镍是一种银白色金属，首先是1751年由瑞典矿物学家克朗斯塔特分离出来的。
镍属于亲铁元素，在地球中的含量仅次于硅、氧、铁、镁，居第5位。
已知含镍矿物约50余种，最主要的10多种含镍矿物列于表3.10.1中。
其中硫化物，如镍黄铁矿、紫硫镍铁矿等游离硫化镍形态存在，有相当一部分镍以类质同象赋存于磁黄铁矿中。
而氧化镍矿中，镍红土矿含铁高，含硅镁低，含镍为1%～2%；硅酸镍所含铁低，含硅镁高，含镍为1.6%～4.0%。
目前，氧化镍矿的开发利用是以镍红土矿为主，它是由超基性岩风化发展而成的，镍主要以镍褐铁矿(很少结晶到不结晶的氧化铁)形式存在。
2.镍矿的分布红土镍矿是含镍橄榄石长期风化淋滤变质而形成的矿物，由于矿床风化后铁的氧化，矿石呈红色红土镍矿资源为硫化镍矿岩体风化―淋滤―沉积形成的地表风化壳性矿床，世界上红土镍矿分布在赤道线南北30度以内的热带国家，集中分布在环太平洋的热带―亚热带地区，主要有：美洲的古巴、巴西；东南亚的印度尼西亚、菲律宾；大洋洲的澳大利亚、新喀里多尼亚、巴布亚新几内亚等。
我国镍矿资源储量中70％集中在甘肃，其次分布在新疆、云南、吉林、四川、陕西和青海和湖北７个省，合计保有储量占全国镍资源总储量的27％。
我国周边国家有镍矿储量1125万吨，只分布在少数国家，包括俄罗斯(660万吨)、印度尼西亚(320万吨)、菲律宾（41万吨）、缅甸(92万吨)和越南(12万吨)，但占世界总储量比例较大，约占23% 。
红土镍矿分解实验研究肖景波;陈居玲;宋丽峰【摘要】提出了酸碱交替分解、互为活化的工艺思路,通过实验确定了优化工艺条件和工艺流程.在优化工艺条件下,红土镍矿中Fe2 O3、NiO、MgO、Co、SiO2分解率分别达到96.78％、99.62％、94.39％、100％和98.60％,从而为实现对红土镍矿的全元素综合利用奠定了基础.【期刊名称】《河南化工》【年(卷),期】2014(031)003【总页数】5页(P35-39)【关键词】红土镍;分解;研究【作者】肖景波;陈居玲;宋丽峰【作者单位】南阳东方应用化工研究所,河南南阳473000;南阳东方应用化工研究所,河南南阳473000;南阳东方应用化工研究所,河南南阳473000【正文语种】中文【中图分类】TF111红土镍矿是一种含有镍、钴、铁、镁、锶等有价元素的重要有色金属资源，目前主要用于提炼Ni、Co等，处理方法有火法冶炼和湿法冶炼两种工艺［1-2］。
就湿法工艺而言，常压酸浸法较之于加压酸浸法具有操作条件温和、简单易控，可综合回收镍、钴，投资少，能耗低，收率高，处理成本低等优势，因此具有很好的发展前景［3］。
但从已报道的工艺看，无论采用什么处理方法，均未实现对红土镍矿的全元素综合利用。
这不仅造成了其中有价资源的流失，效益空间受到限制，而且由于废渣、废水的大量产生与排放，会对环境造成严重污染。
实现对红土镍矿的全元素综合利用，首先要解决红土镍矿中各元素的分解问题，这是最终实现红土镍矿全元素综合利用的基础和前提。
为此，我们开展了红土镍矿分解实验研究。
采用酸碱互为活化，交替浸出分解模式。
首先用硫酸在常压条件下对红土镍矿进行酸浸，使晶格中的镁、铁、镍、钴等金属元素大部分与硫酸反应而被溶出。
将酸浸后料浆分离，获酸浸出液和主要成分为多孔二氧化硅的酸浸残渣。
酸浸出液送往后续工序作为提取镍、钴、铁元素及制备镁化合物的原料，酸解残渣经与氢氧化钠反应，使其中的二氧化硅分解并转化为水玻璃，从而使酸浸过程因受硅酸盐的影响未被分解的镁、铁、镍、钴等金属元素得到活化。
专利名称：一种由红土镍矿制备氧化镁、二氧化硅及氧化镍产品的方法
专利类型：发明专利
发明人：翟玉春,牟文宁,刘岩,吴艳,解淑倩,赵昌明,许茜
申请号：CN200910010045.6
申请日：20090109
公开号：CN101525143A
公开日：
20090909
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种由红土镍矿制备氧化镁、二氧化硅及氧化镍产品的方法，该方法包括以下步骤：(1)将红土镍矿破碎，磨细后与硫酸铵一起焙烧；(2)焙烧产物水溶，过滤；(3)滤液蒸发，浓缩，结晶，制备硫酸镁；(4)硫酸镁脱水，煅烧制备氧化镁；(5)滤渣与碱溶液或熔融碱反应，经浸出、过滤得到硅酸钠溶液；(6)硅酸钠溶液碳化分解，过滤，洗涤，干燥，制备二氧化硅；(7)剩余滤渣采用碳酸铵溶液浸出，过滤；(8)滤液经过蒸氨、煅烧制得氧化镍。
剩余残渣为含少量杂质的三氧化二铁，可用作炼铁原料或深加工成高附加值产品。
本发明适宜处理各种红土镍矿，工艺流程简单、设备简便，无固、液、气的废弃物排放，不造成二次污染，以较低的成本实现了红土镍矿资源的高附加值绿色化综合利用。
申请人：东北大学
地址：110004 辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号
国籍：CN
更多信息请下载全文后查看。
红土镍矿酸浸沉镍后液中镁资源化的研究进展报告红土镍矿是我国重要的镍矿资源之一，其主要存在物种为镍、镁、铁等金属元素。
目前，为了提高镍的浸出率和回收率，大量使用酸浸法进行处理。
酸浸后的液中含有大量的镉镍和镁，其中镁的回收和利用一直受到广泛关注。
本文将对红土镍矿酸浸沉镍后液中镁资源化的研究进展进行综述。
一、镁资源化的研究现状对于红土镍矿酸浸沉镍后液中的镁资源化利用，已有学者进行了大量的研究。
其中，镁的回收方法主要包括溶剂萃取、离子交换、电析、沉淀等。
然而，这些方法存在许多问题，如工艺复杂、设备费用高、废料处理难等。
为了克服这些问题，近年来研究学者主要采用化学沉淀法和结晶法的方法进行镁的资源化利用。
其中，化学沉淀法通过反应生成镁富集的沉淀，可将液中镁的含量降低到很低的程度。
而结晶法则是通过溶液的浓缩和结晶来实现反应，具有更好的镁回收效率和成本效益。
二、镁资源化的研究成果化学沉淀法是将沉淀剂加入含镁液中，使沉淀剂与镁离子生成沉淀，并过滤分离得到富含镁的沉淀。
该方法在矿业的实际应用中具有高效、便捷、经济的特点。
研究者通过调节反应条件如pH值、药剂用量、反应时间等，得到了较好的镁回收率和沉淀品质。
结晶法则是在还原与氧化剂的存在下，通过水热反应利用过量红磷酸钠来制备具有高浓稠度和压缩强度的磷钙矿。
在经过该方法处理的镁含量极低的废水中，镁离子可与过量的红磷酸根离子反应生成Mg3(PO4)2，通过该反应得到了高效的镁回收效率。
三、镁资源化的研究前景在红土镍矿中，镁是一种高价值的金属元素。
相关研究表明，使用结晶法处理后，可以有效回收液中镁元素。
镁回收率可以达到95%以上，并且可以制备出高品质的磷钙矿产品。
因此，结晶法有望成为红土镍矿酸浸沉镍后液中镁资源化利用的主要方法之一。
而基于化学沉淀法的回收方案，虽然工艺流程相对简单，但沉淀后的产物需要进一步处理，从而增加了时间和成本。
总之，目前对红土镍矿酸浸沉镍后液中镁资源化的研究还有待进一步深入，特别是结晶法方面的各项技术的细节研究。
第60卷 第5期 化 工 学 报V ol 60 N o 52009年5月 CIESC Jo urnal M ay 2009研究简报红土镍矿脱硅渣碳化制备碳酸镁牟文宁,翟玉春(东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004)关键词:红土镍矿;脱硅渣;碳化;热解;碳酸镁中图分类号:T F 111 31;T F 815 文献标识码:A文章编号:0438-1157(2009)05-1332-05Preparation of magn esium carbonate from desilicon izationslag of laterite n ickel ore by carbon ationMU Wenning,ZH AI Yuchun(School of M ater ials and M etallur gy ,N or theas ter n Univer sity ,S heny ang 110004,L iaoning ,China )Abstract:M ag nesium car bo nate w as prepared by carbonization leaching fro m desiliconization slag o f later ite nickel ore,and the content of NiO in the residue r eached 2 96% T he results show ed that ex traction ratio of M gO increased w ith incr easing stir ring speed,reaction tim e and liquid to solid ratio,ho wever,the ex traction ratio increased firstly and then decreased w ith increasing reaction temperature When stirring speed w as 600r min -1,reactio n temperatur e w as 15 ,reaction tim e w as 36h and liquid to so lid ratio w as 40!1,the ex traction ratio of M g O could r each as hig h as 91 57% XRD analy sis indicated that the pro duct w as mag nesium car bonate,and its physical and chemical properties conformed to the state standards of chem ical industry.Key words:laterite nickel o re;desiliconizatio n slag;car bonizatio n;pyrog enatio n;mag nesium carbonate2008-11-19收到初稿,2008-12-09收到修改稿。
联系人:翟玉春。
第一作者:牟文宁(1982∀),女,博士研究生。
基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2007C B613603)。
引 言红土镍矿是含镍的岩石经长期风化淋滤变质而形成的,是由铁、铝、硅等含水氧化物组成的疏松的黏土状矿石[1 2]。
目前,国内外红土镍矿的处理工艺包括还原 氨浸法[3 4]、高压酸浸法[5 9]、常压酸浸法[10 11]、微生物浸出[12]及微波浸出法[13]等都仅着重于回收矿石中的镍,有的回收了钴和铁,而其他物质均成为废渣排放,严重污染环境。
因此,研究红土镍矿处理的新工艺和新技术,对红土镍矿进行高附加值绿色化综合利用具有重要的实际意义和应用价值。
刘岩等[14 15]提出了熔融碱法提取红土镍矿中的二氧化硅制备白炭黑的工艺,使镁、铁、镍等元素在脱硅渣中得到富集。
为进一步利用红土镍矿中的镁资源,本文建立了以红土镍矿脱硅渣为原料,通过碳化、热解制备碳酸镁的工艺。
Received date:2008-11-19.Correspon ding author:Prof.ZH AI Yuchun.E -mail:danae2007@yah oo cnFoun dation item :s upported b y the National Basic Research Pro gram of C hina (2007CB613603).1 实验原料和方法1 1 实验原料红土镍矿及其脱硅渣的主要化学组成见表1。
由表可知,红土镍矿经脱硅后镁、铁、镍等元素均得到了富集,其中NiO 的含量由1 08%(质量分数)表1 红土镍矿及其脱硅渣的主要化学组成Table 1 Composition of laterite nickel ore anddesiliconization slag /%(mass)Com positionOr e S lag S iO 234 584 47M gO 27 2040 65Fe 2O 315 8026 51Al 2O 35 053 87NiO1 081 62提高至1 62%。
红土镍矿及其脱硅渣的X 射线衍射分析结果如图1所示。
由图可知,红土镍矿中的主要物相组成是蛇纹石[M g 3Si 2O 5(OH )4]、游离的二氧化硅(SiO 2)和赤铁矿(Fe 2O 3)。
经脱硅后,渣的主要物相组成为氢氧化镁[M g (OH )2]和赤铁矿(Fe 2O 3)。
图1 红土镍矿及其脱硅渣的X 射线衍射分析Fig 1 XRD patter n o f later ite nickel o re anddesiliconizatio n slaga ∀des iliconization slag;b ∀laterite nickel ore1 2 实验原理红土镍矿脱硅渣碳化过程的主要化学反应为M g OH2+CO 2+2H 2OM gCO 3 3H 2O #M gCO 3 3H 2O +CO 2M g HCO 32+2H 2O渣中的氢氧化镁不断溶解到液相,生成碳酸氢镁。
碳酸氢镁溶液热解制备碳酸镁的化学反应为M g HCO 32+2H 2O M gCO 3 3H 2O #+CO 2∃1 3 实验过程将红土镍矿脱硅渣与水按一定液(ml)固(g)比混合,在一定温度下边搅拌边通入二氧化碳气体。
反应到达指定时间后,过滤分离,滤液为碳酸氢镁溶液,滤渣为碳化渣,铁、镍等有价元素富集在渣中。
将碳酸氢镁溶液在40 热解2h,过图2 以红土镍矿为原料制备碳酸镁产品流程图F ig 2 F lo wsheet of preparing magnesiumcar bo nate fr om laterit e nickel o re滤,滤饼经洗涤、干燥得到碳酸镁产品。
滤液及热解过程产生的二氧化碳均返回碳化工序,实现循环利用。
工艺流程如图2所示。
2 结果与讨论2 1 搅拌强度的影响在反应温度为15 ,反应时间为36h 及液固比为40!1的条件下,搅拌强度对氧化镁提取率的影响如图3所示。
由图可知,随着搅拌强度的增加,氧化镁的提取率逐渐增大,当搅拌强度大于600r min -1后,氧化镁的提取率增加不明显。
这是因为增加搅拌强度,加快了溶液与固体颗粒表面的相对速度,减小了扩散层的厚度,有利于反应的进行。
2 2 反应温度的影响在搅拌强度为600r min -1,反应时间为36h 及液固比为40!1的条件下,反应温度对氧化镁提取率的影响如图4所示。
由图可知,随着温度的升高,氧化镁的提取率呈现先增大后降低的趋势,在1333 第5期 牟文宁等:红土镍矿脱硅渣碳化制备碳酸镁15 时达到最大值为91 57%。
提高温度,虽然加快了化学反应速率,但不利于二氧化碳气体的溶解,而且还会导致碳化过程中生成的M g(H CO 3)2发生分解;温度过低,碳化过程的化学反应速率较慢,不利于反应的进行。
2 3 反应时间的影响在搅拌强度为600r min -1,反应温度为15 及液固比为40!1的条件下,反应时间对氧化镁提取率的影响如图5所示。
由图可知,氧化镁的提取率随着反应时间的增加而逐渐增大。
当反应时间超过36h 后,氧化镁的提取率曲线趋于平缓。
这是由于反应体系初始远离平衡,随着反应的进行,逐渐趋于反应完全所致。
2 4 液固比的影响在搅拌强度为600r min-1,反应温度为15 及反应时间为36h 的条件下,液固比对氧化镁提取率的影响如图6所示。
由图可知,氧化镁的提取率随着液固比的增加而逐渐增大。
当液固比大于40!1后,氧化镁的提取率增加不明显。
这是因为增加液固比,增大了液相的流动性,降低了液固界面间的传质阻力,使反应能够更好地进行。
2 5 碳化渣的分析红土镍矿脱硅渣经碳化得到的碳化渣的主要化学组成见表2。
从表中可以看出,镍、铁等元素进一步被富集,其中NiO 的含量达到2 96%(质量分数)。
表2 碳化渣的主要化学组成Table 2 Composition of carbonized residue /%(mass)Fe 2O 3M gO SiO 2Al 2O 3NiO 56 1310 289 244 962 96碳化渣的X 射线衍射分析结果如图7所示。
红土镍矿脱硅渣经碳化提镁后主要物相是赤铁矿(Fe 2O 3),仅有少量未反应完全的氢氧化镁[M g(OH )2]和蛇纹石[Mg 3Si 2O 5(OH )4]。
2 6 产品分析红土镍矿脱硅渣经碳化、热解制得的碳酸镁产品的X 射线衍射分析结果如图8所示。
由图可见,1334 化 工 学 报 第60卷产品为纯度较高的M gCO3 3H2O。
碳酸镁产品按国家化工行业标准H G/T2959∀2000进行指标检测,结果见表3。
可见红土镍矿脱硅渣经碳化、热解制得的碳酸镁产品符合国家标准。
表3 碳酸镁产品检测结果Table3 Determination results of national standardof magnesium carbonate productsItemStandard data ofH G/T2959∀2000Determ inatedresultcontent of M gO/%%40 042 52 content of CaO/%&0 70 56 content of H2O/%&3 00 95 content of uns olvablechlorhyd ric acidic/%&0 150 08m as s loss of heating/%54∀5856 1 content of chloride/%&0 15∀content of Fe/%&0 05∀content of M n/%&0 004∀content of sulfate/%&0 150 06 sieve r esidue(124 m)/%00 b ulk den sity/g ml-1&0 140 13 结 论(1)以红土镍矿脱硅渣为原料,采用碳化、热解工艺制备出符合国家标准(H G/T2959∀2000)的碳酸镁产品,同时使镍、铁等元素在渣中得到富集。
