[00138481]红土镍矿高附加值、绿色化综合利用的基础研究

2007年我们承担了国家973项目--“战略有色金属难处理资源高效分离提取的科学基础”的课题“氧化矿中金属硅酸盐的转化机制”,课题要求：研究红土镍矿碱法处理的基础理论,并形成技术原型,应用实践。 镍是重要的战略有色金属。世界上镍资源有硫化矿和氧化矿两类,硫化矿已开发殆尽。氧化矿由于不能选矿富集,只能直接冶炼原矿。而原矿品位低,现行工艺仅着眼于镍的提取,因而造成严重的环境污染。为了解决国家对镍资源的急需,解决从红土镍矿中仅提取镍或镍铁而不回收其他有价组元造成环境污染、企业亏损的问题。我们的研究工作从红土镍矿绿色化、高附加值综合利用的整体考虑,根据红土镍矿的化学组成和矿相组成,首次提出了碱法处理红土镍矿的方法,提出具体的技术路线和研究方案。 建立了碱法处理红土镍矿的技术原型;建立了红土镍矿绿色化、高附加值综合利用的完整工艺流程;解决了合理、高效利用红土镍矿的世界性难题,并已实现工业化。 通过实施本技术原型使红土镍矿中的镍、镁、铁和硅都得到利用。各组元的提取率：镍大于98%,镁大于96%,铁大于95%;硅大于98%。实现反应介质内循环。 建立的碱法处理硅酸盐型复杂金属矿的理论和技术推广应用到其它氧化型矿物资源及二次资源,如硼镁铁矿、氧化锌矿、高铁铝土矿、硼泥、粉煤灰以及高钛渣中,并均已取得实质性进展。 发明发现： 1) 发现了在熔融碱和高浓度碱液中,碱与红土镍矿中的硅酸盐相的反应历程和转化机制。 2) 发现了碱体系中红土镍矿各组元与碱作用的规律、转化机制和反应速率,相互间的耦合,产物析晶规律、过程和析晶速率,得到了动力学方程。 3) 发明了碱法分离提取红土镍矿的技术原型,实现了红土镍矿绿色化、高附加值综合利用,并实现工业化。申请了多项发明专利。 4) 将碱法工艺推广到硼镁铁矿、硼泥、高铁铝土矿等的综合利用,并完成扩大试验。 创新点 1) 开创了采用拉曼光谱方法原位研究在碱体系中硅酸盐型化合物的反应历程和转化机制,配合XRD、红外光谱,首次得到了碱与硅酸盐相的反应历程、步骤和转化机制及过程产物。 2) 采用不可逆过程热力学得到了碱与SiO2、Al2O3、Fe2O3、Cr2O3和TiO2反应过程中,各反应耦合作用,得到了耦合系数。 3) 创立了碱法处理红土镍矿的绿色化、高附加值综合利用的新工艺流程。 本项目截止目前已发表相关论文51篇,其中被SCI检索14篇,被EI检索35篇;申请专利16项,其中8项获得授权;不仅对碱法处理硅酸盐型红土镍矿的冶金过程进行了深入的理论研究,得了创新性的研究成果,并且建立了红土镍矿碱法分离的技术原型,给出了红土镍矿绿色化、高附加值综合利用的新工艺流程,并实际应用;各组元提取率：镍大于98%,镁大于96%,铁大于95%;硅大于98%,实现反应介质内循环。并将技术推广应用于氧化锌矿、高铁铝土矿、硼镁铁矿、硼泥、粉煤灰以及高钛渣利用中。 （1）研究碱处理红土镍矿过程中相关体系Na2O-MeO-H2O和Na2O-MeO-SiO2-H2O （Me=Mg,Ni,Fe）等复杂体系的相平衡,得到Na2O-SiO2-H2O, Na2O-Fe2O3-H2O, Na2O-NiO-H2O, Na2O-SiO2-Fe2O3-H2O, Na2O-SiO2-NiO-H2O体系的溶解度和相平衡与温度的关系。 （2）利用宏观动力学方法获得碱法提取红土镍矿中的二氧化硅的动力学方程和反应活化能;硅酸钠溶液碳分动力学;红土镍矿脱硅后提镁过程的动力学,得到强化反应和提高有价组元提取率的技术参数。 （3）采用不可逆过程热力学方法定量描述在硅酸钠碱性介质中碱与SiO2、Al2O3、Fe2O3、Cr2O3、TiO2反应的耦合,并给出了相关反应的耦合系数。 （4）得到了红土镍矿中NiO、Fe2O3、Al2O3在碱溶液中的析晶行为和析晶过程。明确了硅、铁、铝、钛、铬氧化物在硅酸钠碱溶液的析出过程。 （5）利用拉曼光谱原位检测、XRD、红外光谱等技术从矿相重构、化学键的断裂与重建、以及无机聚合物网络结构的破坏和重构等角度探究了红土镍矿主要矿相镁橄榄石和镁辉石在碱处理过程中变化,明确了在熔融碱和高浓度碱作用下硅酸盐的反应历程和转化机制。 （6）建立了红土镍矿绿色化、高附加值综合利用的新工艺,得到了碱法处理红土镍矿绿色化、高附加值综合利用的技术原型,已实现工业化应用。 （7）将该工艺扩展到其它氧化型矿物资源及二次资源,如硼泥（MgCO3-MgSiO3）、硼镁铁矿（MgO-B2O3-SiO2-Fe2O3）、高铁铝土矿（Al2O3-Fe2O3-SiO2）、粉煤灰（Al2O3-SiO2）、氧化锌矿（ZnO-Fe2O3-SiO2-PbO）以及高钛渣（TiO2-FeO-SiO2）中,并均已放大试验。