随着中国经济的高速发展,镍需求不断上升和硫化镍矿资源的逐渐枯竭,如何经济开发利用这些低品位的红土镍矿资源显得日益迫切,也符合资源节约型的社会发展趋势。国内对于红土镍矿处理工艺的研究还处于起步阶段。为有效提取红土矿中镍钴资源,开发高效的湿法工艺,本文以巴布亚新几内亚玛穆巴尔(Mambare)低品位褐铁矿型镍矿为原料,对矿石进行矿相及成份分析,针对该红土镍矿中镍的赋存状态、化学浸染状态和矿物相的嵌布特性,通过对几种湿法处理工艺优缺点的比较,在总结国内外有关处理工艺的基础上,借鉴氧化镍矿的生产经验,对红土镍矿的常压浸出过程进行研究,系统地分析和探索硫酸化焙烧-水浸、还原焙烧-酸浸、微波还原焙烧-浸出、常压搅拌浸出和柱浸等方法,旨在通过理论和实验研究,开发出生产成本低、资源综合利用率高、环境污染小的红土镍矿处理新工艺,也为低品位红土镍矿的开发利用提供一些新的研究思路和借鉴。通过对原矿的化学成份、矿物组成、镍的物相和原矿筛分进行分析,该红土镍矿中铁含量高,硅镁含量相对较低,属于低品位褐铁矿型红土镍矿；原矿主要有蛇纹石类矿物(含镍蛇纹石-镍绿泥石、纤维蛇纹石、胶蛇纹石)、结晶程度很差的针铁矿(褐铁矿)、磁铁矿、赤铁矿、石英(包括玉髓)组成,并有少量以风化残余物存在的辉石、橄榄石、闪石和铬尖晶石等,以及很少量由风化过程形成的富含钴(Co)的锰-铁(Mn-Fe)氧化物相；绝大部分的镍(Ni)、钴以类质同相性质存在于蛇纹石类矿物和褐铁矿(针铁矿)中,不存在独立的富镍氧化物或硅酸盐；筛析结果表明,原矿粒度微细,泥化严重,且粒度越细,镍含量相对高。矿中镍的分布于-0.037mm占70%以上(镍品位1.03%Ni),-0.074-+0.037mm占11%以上(镍品位1.05%Ni),-0.246～+0.074mm占23.57%以上(镍品位0.84%Ni),+0.246mm占2.89%(镍品位0.6%Ni)。在硫酸化焙烧-水浸工艺研究中,本文对红土矿中镍、钻等有价金属在此过程中的浸出行为进行研究,考察各种因素对有价金属镍钴与铁等杂质金属浸出的影响,并对浸出渣与酸的反应特性及成分进行分析,确定了红土镍矿硫酸化焙烧-水浸工艺优化工艺参数为：焙烧温度250℃、焙烧时间2.5h、焙烧酸料比0.5mL·g-1、水浸温度60℃、水浸时间1.0h、水浸液固比(mL·g-1)8：1,在此条件下,镍、钴、铁的浸出率分别为75.65%、57.34%、67.85%。因此,低温硫酸化焙烧-水浸工艺处理低品位红土镍矿是可行的,但铁的浸出率较高。在热力学分析的基础上,采用褐煤作还原剂,对还原焙烧-两段酸浸工艺进行工艺研究,获得一段还原焙烧-酸浸的优化工艺参数为：焙烧温度700℃,还原剂用量40wt%,焙烧时间1.0h,酸料比0.5 mL·g-1,酸浸时间2.0h,酸浸液固比(mL·g-1)5：1,搅拌浸出,在此条件下,镍、钴、铁的浸出率分别为87.66%、90.88%、36.01%；二段浸出的最佳工艺参数为：酸料比0.3 mL·g-1,酸浸温度60℃,酸浸时间1.0h,液固比(mL·g-1)4：1,搅拌浸出,在此条件下,二段浸出后镍、钴、铁的浸出率分别为镍、钴的浸出率为93.55%、96.04%、67.50%。相比于一段浸出,二段浸出后镍、钴的浸出率分别提高了6%和5%,但大量的铁也被浸出,对后续镍和钴富集是很不利的。另外,在二段浸出时,终点酸度是相当高的(残酸很多),但镍和钻的浸出率并未大幅增加,说明浸出渣中的这部分镍和钴已不能溶于酸了,也说明二段浸出不可取。高温还原焙烧结果表明,红土镍矿中的蛇纹石等硅酸盐矿物结构发生转变,生成了可溶性的硅酸盐矿物,镍被还原成合金形式,大量的铁被还原为磁铁矿,只有少量浮氏体、脉石生成,从而使还原焙烧产物在稀酸中可以实现镍的选择性浸出。对微波辅助浸出的条件下,硫酸直接浸出红土镍矿中的镍和钴进行工艺研究,考察了浸出过程的时间、硫酸浓度、浸出温度和微波功率等因素对镍、钻浸出率的影响,依据单因素试验所得结果确定了正交试验因素和水平,获得微波辅助-硫酸浸出的优化工艺参数为：微波功率600 W；硫酸浓度25%(v/v),浸出时间1.5 h,温度90℃,在此条件下,镍和钴的浸出率分别为88.2%和74.3%。正交试验结果表明,影响镍浸出的因素是：微波功率>温度>酸度>浸出时间,影响钴浸出的因素为：酸度>温度>功率>浸出时间。浸出过程的动力学研究结果表明,镍的浸出过程受外扩散控制,而钴的浸出过程受内扩散控制,根据Arrhenius经验公式,镍浸出的表观活化能为39.1kJ/mol,钴浸出的表观活化能为87.7 kJ/mol。矿渣的SEM和XRD图对比可以看出,反应过程中矿物的形貌及晶形发生了变化,说明微波辐射矿物晶形的转化,从而有助于镍钴的浸出。在常压搅拌-硫酸浸出工艺研究中,本文对相关的浸出工艺进行研究,考察硫酸用量、浸出温度、浸出时间、液固比和浸出助剂等因素对红土镍矿镍钴浸出率影响,获得其优化工艺参数为：H2S04用量0.3 mL·g-1,浸出温度95℃,浸出时间3h,液固比(mL·g-1)5：1,在此条件下,镍、钴浸出率可达到59.18%和41.37%。采用常规搅拌浸出工艺虽然浸出工艺简单、投资费用较低、操作条件易于控制,但浸出液分离困难,浸渣中镍含量仍较高,浸出液镍浓度较低、含铁高,回收工艺复杂,耗酸量较大,生产成本高。通过制粒来解决红土镍矿矿石粒度细而引起堆浸时渗透性差的问题。堆(柱)浸试验结果表明,矿石不经粉碎,添加1.5%的水玻璃作为粘结剂、预加54kg·(t矿)-1浓硫酸制粒,固化48h,装在柱中进行柱浸试验,控制喷淋强度为15～40L·(m2·h)-,初始酸浓度为10%、耗酸量0.70t-(t矿)-、pH值0.5-1.0,浸出时间110天,镍、钴的浸出率分别为78.10%和50.19%,矿石颗粒未出现严重的破裂和泥化现象。虽然红土镍矿采用堆浸工艺时镍钴浸出率偏低等缺点,但由于堆浸工艺简单,投资低、生产成本低,特别适合于处理含镍小于1%的低品位红土镍矿。但制粒浸出会造成成本增加,且制粒受粘结剂影响,相当于增加矿石粒度,降低浸出速度。