硝酸再生/耦合制备大长径比硫酸钙晶须及晶须微波改性的基础研究

Mildly extracting nickel/cobalt using nitric acid medium for nickel laterite ores is a innovative technology, which is also an important research orientation for high-value, cleaning and comprehensive utilization of nickel laterite ores. Generation of nitric acid is the key to this technology. The nitric acid leaching liquor can be changed to high concentrated calcium nitrate after a series of precipitations, deep removal of iron and aluminum by calcium carbonate and fractional precipitation for nickel/cobalt and magnesium by calcium oxide. The calcium nitrate is finally changed to nitric acid and high-purity calcium sulfate after coupling reaction with sulfuric acid. Focusing on nitric acid regeneration from calcium nitrate by sulfuric acid /homogeneous preparation of large slenderness ratio calcium sulfate whisker for morphology control and microwaves transformation, several scientific issues are studied systematically in this project: ① calcium sulfate crystal nucleus formation and growth mechanism during homogeneous/heterogeneous coupling regeneration; ② molecule controlling mechanism for calcium sulfate whisker morphology in high acidity environment; ③ impurity metal ions common-ion effect on homogeneous coupling regeneration; ④mechanism of calcium sulfate whisker dehydration/ transformation by microwaves. The integration production mechanisms of nitric acid regeneration and large slenderness ration calcium sulfate whisker preparation, and microwaves transformation will be established, a system for an original technology for mildly extracting nickel and cobalt from nickel laterite ores will be further improved.

硝酸介质温和提取镍/钴新技术是实现贫镍褐铁型红土矿清洁高效利用的重要研究方向，硝酸的再生循环利用是该技术的关键。硝酸浸出液经碳酸钙中和除铁/铝、氧化钙分步沉淀镍/钴及镁后，得到的硝酸钙溶液用硫酸耦合实现硝酸的再生，钙则以高纯硫酸钙产出。项目针对硝酸钙溶液硫酸再生硝酸/均相耦合制备大长径比硫酸钙晶须及晶须微波改性的科学问题：①均相/非均相耦合再生过程中硫酸钙晶须成核及成长机理；②高酸环境下硫酸钙晶须的生长及控制机制；③均相耦合过程杂质金属离子对晶须生产的影响规律；④再生硝酸中残留硫酸根的控制及对硫酸钙晶须生长行为的影响；⑤硫酸钙晶须微波脱水/改性的作用机理等进行系统研究，探究硝酸再生与大长径比硫酸钙晶须同步产出的耦合机制及硫酸钙晶须微波改性机理，进一步丰富和完善贫镍褐铁型红土矿硝酸介质温和提取镍/钴原创性新技术理论体系。

硝酸介质温和提取镍/钴新技术是实现贫镍褐铁型红土矿清洁高效利用的重要研究方向，硝酸的再生循环利用是该技术的关键。针对该技术存在的硝酸再生耦合工序难以稳定产出大长径比硫酸钙晶须，以及常规热处理过程硫酸钙晶须的断裂和粉化问题，申请者提出硝酸钙溶液硫酸再生硝酸/低温均相耦合制备大长径比硫酸钙晶须－晶须微波改性的新构思。. 本项目就新构思的关键科学问题展开系统研究，研究结果表明：（1）CaSO4·2H2O在HNO3介质中的溶解度随温度的升高或HNO3浓度的增加而增大，在硝酸再生耦合工序中降低反应温度有利于确保反应体系较低的Ca2+残余；（2）低酸性环境下，通过参数调控，促使硫酸钙溶解度增加，反应体系相对过饱和度减小，在结晶过程中，低过饱和度条件下晶体生长速度快于晶核成核速度，有利于制备大长径比硫酸钙晶须；高酸性环境下，滤液体积明显减小，有利于再生高浓度硝酸，适合制备粒度较细的硫酸钙产物；（3）通过硝酸、盐酸体系产物物相转变规律研究，构建了硝酸体系α-CaSO4·0.5H2O形成图，明晰了盐酸体系中物相转变是逐步进行的，且增大盐酸浓度对物相转变过程起到极大的促进作用；真实溶液验证实验表明杂质金属离子对产物物相和晶须形貌无明显影响；（4）对比干燥脱水实验表明：在常规加热方式下，水分扩散由内而外的压力梯度和常规加热由外而内的温度梯度相反，晶须断裂、粉化严重，长径比显著降低；而在较小微波功率下分段干燥脱水，水分扩散由内而外的压力梯度和微波加热由内而外的温度梯度相同，同时水蒸气受热扩散缓慢，可有效避免晶须断裂和粉化。. 通过溶解度测量，硝酸再生耦合过程硫酸钙晶核的成核/成长机制研究，低酸、高酸性环境下硫酸钙晶须的生长与调控机制研究，物相转变规律研究，晶须微波脱水/改性研究，建立了硝酸钙溶液硫酸再生硝酸/耦合制备大长径比硫酸钙晶须－微波改性理论基础；丰富了褐铁型红土镍矿硝酸介质温和提取镍/钴原创性新技术理论体系，促进该原创性新技术的工程化应用。