随着经济的快速发展,镍的需求不断增加。含镍品位较高的硫化镍矿日益枯竭,有效开发利用红土镍矿越来越受到重视。火法处理红土镍矿的工艺存在着能耗高、渣量大的缺点;湿法硫酸加压浸出工艺存在操作条件苛刻的问题,现有工艺存在有价组元综合利用率低的缺点。因此,开展红土镍矿高效分离、综合利用的研究,具有重要的意义。本论文研究了红土镍矿综合利用工艺;设计了红土镍矿硫酸铵焙烧-水浸工艺流程;利用单因素实验研究了各因素对红土镍矿焙烧和溶出过程中有价组元转化的影响;利用正交实验优化了工艺条件;研究了红土镍矿中金属组元分离的工艺条件;制备出相应的产品;研究了红土镍矿焙烧和溶出的动力学;研究了硅酸钠溶液的结构和性质。获得红土镍矿中有价组元分离提取的技术原型和理论基础。并进行了放大实验,为红土镍矿的综合利用提供了理论依据和技术支持。1、采用单因素实验研究了红土镍矿硫酸铵焙烧工序的焙烧温度、焙烧时间、物料配比、矿物粒度对各金属组元提取率的影响。在单因素实验基础上进行了正交实验,得到了采用硫酸铵焙烧红土镍矿的优化工艺条件,为焙烧温度450℃;焙烧时间120 min;物料配比2:1;矿粉粒度小于80μm。在优化工艺条件下进行验证实验,铁、镍、铝、镁的提取率分别达到95%、98%、97%、99%以上。2、采用单因素实验研究了红土镍矿硫酸铵焙烧熟料溶出工序的溶出温度、溶出时间、液固比、搅拌强度对各金属组元溶出率的影响。在单因素实验基础上进行了正交实验,得到了红土镍矿硫酸铵焙烧熟料溶出金属组元铁、镍、铝、镁的优化工艺条件,为溶出温度60℃;溶出时间60min;液固比2.5:1;搅拌强度400 r·min-1。在优化工艺条件下进行验证实验,铁、镍、铝、镁的溶出率均达到99%以上。3、红土镍矿硫酸铵焙烧铁、镍、铝、镁反应速率受内扩散控制,其表观活化能分别为 20.83 kJ·mol-1、19.93kJ·mol-1、17.86kJ·mol-1、1 8.96kJ·mol-1。动力学方程分别为:铁:(1-2/3x)-(1-x)2/3=0.05955 exp(-20829/RT)t;镍:(1-2/3x)-(1-x)2/3=0.05673exp(-19925/RT)t;铝:(1-2/3x)-(1-x)2/3=0.03916exp(-17856/RT)t;镁:(1-2/3x)-(1-x)2/3=0.0506 1 exp(-18963/RT)t。4、红土镍矿硫酸铵焙烧熟料溶出铁、镍、铝、镁受外扩散控制,其表观活化能分别为7.23kJ.mol-1、8.08kJ.mol-1、6.36 kJ·mol-1、8.63kJ·mol-1。动力学方程分别为:铁:1-(1-x)2/3=0.2085exp(-7234/RT)t;镍:1-(1-x)2/3=0.2749exp(-8075/RT)t;铝:1-(1-x)2/3=0.1368exp(-6358/RT)t;镁:1-(1-x)2/3=0.3991 exp(-8632/RT)t。5、黄铵铁矾法沉淀铁,得到沉铁的优化工艺条件为反应温度为95℃;反应时间2h;溶液pH值2.5和搅拌强度400r.min-1。在优化工艺条件下进行验证,沉铁率99%以上。用氨沉淀氢氧化镍,得到沉镍的优化工艺条件为反应温度50℃;反应时间50min;溶液pH值7和搅拌强度400r·min-1。在优化工艺条件下进行验证,沉镍率99%以上。用氨沉淀氢氧化镁,得到沉镁的优化工艺条件为反应温度30℃;反应时间70 min;溶液pH值11和搅拌强度400 r.min-1。在优化工艺条件进行验证,沉镁率97%以上。6、研究硅酸钠溶液性质,测定了硅酸钠溶液中二氧化硅浓度在110—150 g·L-1范围内,硅酸钠溶液粘度随温度的升高而减小;测定了硅酸钠溶液密度随浓度的增加而增大,随温度的升高而减小;测定了硅酸钠溶液表面张力与温度和硅酸钠浓度的关系:当硅酸钠浓度增大时,表面张力增大;随着温度的升高,表面张力逐渐减少。7、通过放大实验验证了红土镍矿硫酸铵焙烧-水浸工艺可行,具有如下优点:(1)红土镍矿绿色化、高附加值综合利用将红土镍矿中的有价组元铁、镍、铝、镁、硅等全部分离提取。实现了资源高附加值综合利用。(2)新工艺流程中化工原料可以循环利用,无废气、废水、废渣的排放。实现了全流程绿色化。