腐泥土型紅土鎳礦高效提取及阻燃型氫氧化鎂的制備研究隨著全球范圍內(nèi)高品位硫化鎳礦資源的匱乏,大型、特大型紅土鎳礦床的發(fā)現(xiàn)和礦床具有規(guī)模大、埋藏淺、易于勘探及開采且經(jīng)常伴生有重要價(jià)值鉆礦等特點(diǎn)以及選、冶技術(shù)的進(jìn)步,從紅土鎳礦中提取金屬鎳及伴生金屬鈷必將成為未來(lái)全球金屬鎳、鉆生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。本文針對(duì)我國(guó)第二大鎳礦——云南元江腐泥土型紅土鎳礦,以工藝礦物學(xué)研究和熱力學(xué)分析為基礎(chǔ),采用常壓酸性攪拌浸出工藝高效提取紅土鎳礦中有價(jià)金屬,通過(guò)水解凈化酸性浸出濾液制備得到混合鎳鈷氫氧化物產(chǎn)品,利用表面活性劑模板法制備氫氧化鎂阻燃劑并研究其表面改性。論文的主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新成果如下：(1)紅土鎳礦工藝礦物學(xué)云南元江腐泥土型紅土鎳礦中金屬鎳含量達(dá)到工業(yè)開采品位,鎳在其中的主要賦存方式為以類質(zhì)同像取代利蛇紋石中的金屬鎂；而金屬鈷的含量較低,主要以類質(zhì)同像取代氧化鐵礦中的鐵。工藝礦物學(xué)的研究成果為確定紅土鎳礦中金屬鎳、鈷的合理提取工藝提供思路和方法。腐泥土型紅土鎳礦以硅質(zhì)巖和鐵質(zhì)巖為主,所含主要礦物為利蛇紋石,此外還含少量的石英、磁赤鐵礦、金云母、綠泥石和碳酸鹽。金屬鎳的含量為1.38%,主要以類質(zhì)同像取代利蛇紋石礦物晶格中的鎂,鎳在其中的分配率為72.46%,其余的鎳以吸附性鎳、硫化鎳、氧化鎳以及通過(guò)類質(zhì)同像取代氧化鐵礦中鐵的形式存在。金屬鈷的含量較低,僅為0.023%,主要以類質(zhì)同像的方式取代氧化鐵礦中的鐵,鈷在其中的分配率為68.38%,其余的鈷以氧化鈷、硫化鈷以及硅酸鹽的形式賦存于紅土鎳礦中。原礦中鎂含量為19.51%,硅含量為18.93%,鐵含量為7.48%,屬于典型的腐泥土型紅土鎳礦。(2)常壓酸性攪拌浸出體系的熱力學(xué)熱力學(xué)分析表明,賦存于利蛇紋石中的金屬鎳適于采用常壓酸性攪拌浸出提取。而金屬鈷由于主要賦存于氧化鐵礦中,無(wú)法在常壓下浸出。將熱力學(xué)引入到常壓酸性攪拌浸出體系之中,為實(shí)驗(yàn)工作提供了理論基礎(chǔ)和指導(dǎo),對(duì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和結(jié)果分析提供了有益的信息和幫助?；诟嗤列图t土鎳礦的工藝礦物學(xué)特征,針對(duì)常壓酸性攪拌浸出過(guò)程主要步驟以及溶液化學(xué)位圖的計(jì)算方法,較為詳細(xì)地繪制了298.15K和363.15K時(shí),Ni-H2O體系的Eh-pH圖和包含利蛇紋石酸解反應(yīng)的Ni-H2O體系Eh-pH圖；不同pH值下,Na2Si03溶液中含硅物種分布圖以及不同溫度、不同MgSO4含量下,MgSO4-H2O體系相圖。根據(jù)熱力學(xué)分析結(jié)果,明確了腐泥土型紅土鎳礦常壓酸性攪拌浸出的基本條件,為后繼的實(shí)驗(yàn)研究和結(jié)果分析提供理論指導(dǎo)。(3)腐泥土型紅土鎳礦常壓酸性高效攪拌提取在常壓酸性浸出體系中,采用高效攪拌浸出腐泥土型紅土鎳礦中有價(jià)金屬,短時(shí)間內(nèi)金屬鎳的浸出率即達(dá)到較高水平。這為腐泥土型紅土鎳礦高效提取引入了新的工藝路線,也為相關(guān)類型紅土鎳礦的提取工藝提供了借鑒和參考。以工藝礦物學(xué)為基礎(chǔ),以熱力學(xué)分析為依據(jù),研究了常壓酸性攪拌浸出體系中腐泥土型紅土鎳礦所含有價(jià)金屬的高效浸出。通過(guò)研究各種因素對(duì)腐泥土型紅土鎳礦中鎳浸出率的影響,得到最佳的浸出條件,即在原料粒度ds0=25μm,H2SO4濃度為10%(v／v),溫度90℃,液固比3,轉(zhuǎn)速500rpm的浸出條件下,反應(yīng)進(jìn)行12min后,鎳的浸出率即達(dá)到91.3%,并以此為依托,研究了浸出動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明,浸出反應(yīng)屬于收縮核模型,浸出過(guò)程受化學(xué)反應(yīng)過(guò)程控制,硫酸浸出腐泥土型紅土鎳礦中鎳和鎂的反應(yīng)活化能分別為53.9和59.4kJmol-1。(4)氫氧化鎂的制備與表征通過(guò)水解法對(duì)酸性浸出濾液進(jìn)行凈化并制備得到混合鎳鈷氫氧化物產(chǎn)品；利用表面活性劑模板法制備得到氫氧化鎂阻燃劑。這為從酸性浸出濾液中合成鎳鈷產(chǎn)品以及氫氧化鎂引入了新的方法,也為相關(guān)富鎂酸性浸出濾液制備氫氧化鎂提供了新的合成路線。以腐泥土型紅土鎳礦酸性浸出濾液為原料,氫氧化鎂為中和劑,水解凈化酸性浸出濾液,將溶液中的雜質(zhì)金屬離子以氫氧化物的形式除去,同時(shí)制備合格的混合鎳鈷氫氧化物產(chǎn)品,鎳和鈷的沉淀率分別達(dá)到99.9%和98.7%。采用表面活性劑模板法,以氨水為沉淀劑,十二烷基硫酸鈉為表面活性劑,在較溫和的條件下制備出氫氧化鎂,其產(chǎn)品純度達(dá)到98.3%,平均粒徑為d50=27μm。粒度尺寸介于中等尺度范圍且分布相對(duì)集中,顆粒尺寸比較均勻,外觀整體呈球狀形貌,球形內(nèi)部為薄層片狀結(jié)構(gòu)。(5)阻燃型氫氧化鎂的制備與表征利用脂肪酸和有機(jī)硅烷對(duì)由紅土鎳礦酸浸濾液制備得到的氫氧化鎂進(jìn)行表面改性,并對(duì)氫氧化鎂改性樣品進(jìn)行詳細(xì)地間接表征分析,這對(duì)于該類無(wú)機(jī)阻燃填料填充聚合物的力學(xué)、加工和阻燃性能的研究而言,具有重要意義。在較適宜的條件下,由硬脂酸改性得到的氫氧化鎂改性產(chǎn)品性能優(yōu)良,活化指數(shù)達(dá)到99.8%。改性劑用量、改性溫度和改性時(shí)間對(duì)改性效果影響顯著。25℃下,在不同pH值溶液中,γ-氨丙基三乙氧基硅烷(γ-APS)在氫氧化鎂表面的覆蓋密度和吸附取向隨溶液pH值的變化而改變。當(dāng)溶液的pH值為8.0