镍铬混合型氧化矿清洁高效综合利用的基础研究

Usually, nickel-chromium mixed oxide ore is a group of complicate low-grade ore containing 1-2% Ni and 1-3% Cr. So for, this kind of ore can’t be concentrated using any of beneficiation methods. Generally, it is used as nickel oxide ore in the field of traditional metallurgy. The valuable elements, such as Mg, Al and Si, especially Cr, are not utilized as resources, which have actually become wastes and pollute the environment. So, applicant exploits a green technology to realize the comprehensive utilization of valuable elements in the ore. The technical process is as follows. Ni, Cr, Fe, Al and Mg in the ore are transformed into dissoluble salts by low temperature roasting with strong acid weak base salt (NH4)2SO4, then silicon is separated via filtration. The above valuable elements are separated fractionally through controlling the properties of the filtrate. In the new technology, the reactant (NH4)2SO4 can be recycled and silicon can be developed products with high added value. Based on the new procedure, this application will focus on the mechanism studies of every process. The studies include: the changes and interactions of simple, pure compounds during roasting, dissolving and separation; the transformation action and transformation mechanism of compounds in complicate ores during roasting, dissolving and separation; finding the difference between the both to ensure the interaction in the complicate system; the physico-chemical properties of complicate multi-compounds solution, and the effects of their interaction on the fractional separation; obtaining the technological scheme of comprehensive utilization of nickel-chromium mixed oxide ore.

镍铬混合型氧化矿通常是含镍仅1-2%、铬1-3%的低品位共生矿，目前尚不能用选矿的方法富集。在传统冶金工艺中一直被用作氧化镍矿。其中的镁、铝、硅等有价元素，特别是铬，不仅没得到有效利用，还成为废弃物，污染环境。申请者提出采用弱酸性的硫酸铵低温焙烧镍铬混合型氧化矿，矿物中的镍、铬、铁、镁、铝转化为可溶于水的盐而与SiO2分离；通过调节溶液的物化性质实现镍、铬、铁、镁、铝等元素的分步转化；实现介质硫酸铵的内循环以及硅的高效利用。依托此工艺，本项目着重于各个过程的机理研究。内容包括：以纯组元为研究对象，研究它们在焙烧、溶出、相转变分离过程的变化和相互影响；以镍铬混合型氧化矿为研究对象，研究各矿相在焙烧、溶出和相转变过程中的转化行为和转化机制；找出差别，确定复杂体系中各组元的相互作用；研究多组元溶液的物化性质和多组元相互作用对分步相转变分离的影响；得到清洁高效综合利用镍铬混合型氧化矿的技术原型。

镍铬混合型氧化矿通常是含镍仅1-2%、铬1-3%的低品位共生矿，难以选矿富集。在传统冶金中一直被用作氧化镍矿，其中的镁、铝、硅等有价元素，特别是铬，不仅没得到有效利用，还成为废弃物，污染环境。申请者提出采用弱酸性的硫酸铵低温焙烧镍铬混合型氧化矿，矿物中的镍、铬、铁、镁、铝转化为可溶于水的盐而与SiO2分离；调节溶液物化性质实现镍、铬、铁、镁、铝等元素的分步转化；实现介质硫酸铵的内循环及硅的高效利用。本项目着重各个过程的机理研究，包括：研究反应组元在焙烧、溶出、相转变分离过程的相互影响及转化行为和转化机制；确定复杂体系中各组元的相互作用；研究多组元溶液的物化性质和组元相互作用对分步相转变分离的影响；得到清洁高效综合利用镍铬混合型氧化矿的技术原型。研究建立了硫酸铵法处理镍铬混合型氧化矿的全部工艺流程，建立了多相多元反应体系有价组元高效分离提取和反应介质循环利用的理论及方法，并形成技术原型。明确了各反应组元在硫酸铵介质中的反应过程，得到反应过程有价组元的转化行为和转化机制及多组元的相互作用，得到优化的工艺条件和动力学方程，确定反应的限制步骤。得到溶出过程有价组元的行为和转化机制，阐明了反应机理。得到有价组元相转变分离提取过程中的转化行为和转化机制及多组元的相互作用，得到分离提取过程的动力学方程。得到碱浸过程有价组元的转化行为以及碱浸过程的动力学，测定了浸出液的物化性质。明确苛化过程硅酸钙的生长过程和生长机制，实现了产品形貌和物相的精准调控。实现了反应介质硫酸铵和氢氧化钠的循环利用。由分离渣制备了网状多孔托贝莫来石、纤维状硬硅钙石、空心球形和花状羟基氧化铝和氧化铝、花球形氢氧化镁和氧化镁、多孔网状和空心球形碱式碳酸镍和氧化镍以及磁性核壳结构NiFe@SiO2等高附加值产品，并考察了在环保领域的利用。该研究可为难处理低品位矿物和二次资源的清洁高效利用提供参考。