CN114604910B - 一种镁、镍溶液矿化co2同时得到碳酸镍的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含镁、镍溶液矿化CO2同时得到碳酸镍的方法，其方法包括：(1)向含镁、镍溶液通入氨气调节pH值；(2)向第一步获得的母液中通入CO2，得到碳酸镁固体和镍铵络合物溶液；(3)过滤后加热溶液蒸氨使得镍以碳酸镍形式沉淀；(4)将步骤3得到的氨气返回步骤1使用。

Description

一种镁、镍溶液矿化CO2同时得到碳酸镍的方法
技术领域
本发明属于CO2减排及矿产资源综合利用领域，主要涉及一种含镁、镍溶液矿化CO2同时得到碳酸镍的方法。
背景技术
自工业革命以来，化石燃料的使用产生了大量的温室气体，主要包括二氧化碳，一氧化二氮，甲烷，臭氧和氯氟烃。2018年人为温室气体排放量达到51.8 Gt，比1990年增长了57％，并以2.9％的速度在不断增长。其中CO2排放量最大，达到了37Gt，约占温室气体总排放增量的72％，这意味着CO2对全球变暖的“贡献”也最大。据美国国家海洋和大气管理局地球系统研究实验室记录，1980 年大气中CO2浓度仅为340ppm，21世纪以来大上升速度加快，平均每年上升2 ppm，截至2020年12月大气中CO2的浓度达到412ppm，并以2.94ppm/年的速率不断增长。CO2的大量排放引起的温室效应将对全球气候及生态系统产生严重的影响，包括：全球变暖、冰川融化、海平面上升、海水酸化、极端天气等。因此，如何降低CO2排放或者有效利用CO2，已经引起了全球研究者及政策制定者们的关注。CO2矿物封存，又称CO2矿化，它是模拟并加速自然界中岩石的风化过程，是利用二氧化碳与含钙镁硅酸盐矿物进行反应使之以稳定的碳酸盐 (CaCO3/MgCO3)形式而永久的封存。镍是国民经济发展中具有极高战略价值的金属之一。镍因其良好的延展性、耐腐蚀性、耐高温性、高强度等优良性能而不断受到人们的关注，被认为是制造高温高强合金、耐热材料、不锈钢的必备基础材料。它的应用涉及冶金、机械制造、交通、国防、航天等诸多领域。镍作为上述领域不可或缺的关键材料，其需求预计将出现爆发性增长，将溶液中镍元素分离并转化为镍产品具有十分重大的意义。
硅镁型红土镍矿是一种含镁硅酸盐矿物(主要物相为蛇纹石Mg3Si2O5(OH)4， 15％～40％MgO，0.8％～3％NiO)，不仅适用于CO2矿化，同时也是重要的镍资源。专利CN202110229712.0利用红土镍矿与绿矾包括其他添加剂混合焙烧，水浸提取镁、镍硫酸盐，通过向浸出液中添加硫化钠生成硫化镍沉淀提取镍，并用氨水调节pH进行CO2矿化。专利CN109399675A利用红土镍矿与硫酸进行错流浸取并结晶获得七水硫酸镁，再将七水流酸镁结晶溶解在水中，添加蛇纹石粉末，并通入CO2气体，制备碳酸氢镁溶液。之后，加热碳酸氢镁溶液获得碳酸镁实现 CO2矿化封存和金属镍与铁的富集。目前处理红土镍矿的方法主要通过助剂(强酸，弱酸，碱，盐类)破坏硅酸盐结构，通常对镁、镍元素不具有选择性，所以需要后续处理来分离镁、镍。专利CN201811552226.7利用有机萃取剂和树脂制备离子交换树脂，并用离子交换树脂分离溶液中的镁、镍。专利CN201110151956.8利用氢氧化钠调节溶液pH至7.5-8.5沉淀镍，镁留在溶液中与镍分离。由于红土镍矿焙烧浸出后溶液中镁离子浓度较高，远超镍离子浓度，并且含有铁，钠等杂质离子。因此，常规的萃取剂法和沉淀法分离效果不佳。本发明利用氨气将溶液pH调整至较高范围，此区间有利于碳酸镁形成，同时由于溶液中[NH4]+浓度高，与Ni2+形成镍铵络合物留在溶液中。再通过加热蒸氨使络合物分解，产生碳酸镍沉淀，达到分离溶液中镁、镍的目的。蒸发出的氨气返回调节pH循环利用。本发明解决了溶液中镁元素浓度过高导致镍萃取效果不佳的问题；同时氨气可以循环使用，节约能耗；把并且不使用萃取剂，仅利用pH改变实现镁、镍分离，避免了有机萃取剂污染环境。
发明内容
本发明针对CO2矿化工艺，以及高含镁溶液中镍元素分离困难的问题，提供一种含镁、镍溶液矿化CO2同时得到碳酸镍的方法。
本发明所述含镁、镍溶液矿化CO2同时得到碳酸镍的方法，以含镁、镍溶液为原料，工艺步骤依次如下：
1、氨气调节含镁、镍溶液pH
将含镁、镍溶液注入反应器，向含镁、镍溶液通入氨气，充分搅拌使溶液pH 值达到8-12，同时形成镍铵络合物；
2、CO2与溶液中镁矿化反应
向步骤1得到的碱性溶液通入CO2，在20-100℃下反应10-180min，过滤，得到碳酸镁(或碳酸镁水合物)固体和富含镍铵络合物的溶液；
3、蒸氨沉镍
将步骤2得到的含镍铵络合物的溶液加热至30-100℃，使镍铵分解，氨气挥发，得到碳酸镍(或碳酸镍水合物)沉淀和沉淀母液；
4、氨气循环利用
将步骤3蒸氨分离出的氨气返回步骤1继续利用。
上述方法是利用氨气调节溶液pH，首先将pH调整至较高水平，有利于碳酸镁沉淀，同时pH高有利于镍形成镍铵络合物。通入CO2后优先与溶液中镁反应生成碳酸镁沉淀，此时镍以镍铵络合物形式存在于溶液中，过滤后蒸氨，使镍铵络合物分解，同时pH降低至有利于碳酸镍生成的范围，碳酸镍优先沉淀，同时并不会产生碳酸镁沉淀。通过pH变化，两次沉淀以达到分离目的。蒸发出的氨气返回步骤1循环利用。
本发明与现有技术相比具有以下优点：(1)解决了溶液中镁元素浓度过高导致镍萃取效果不佳的问题；(2)氨气可以循环使用，节约能耗；(3)不使用萃取剂，仅利用pH变化实现镁、镍分离，避免了有机萃取剂污染环境。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明，但是本发明的保护范围不仅限于下面的实施例。
下面各实例所采用的含镁、镍溶液的主要化学组成(浓度)为Mg:20g/L， Ni:2g/L，Fe:3g/L，Na:5g/L。
实施例一
(1)将含镁、镍溶液注入反应器，向含镁、镍溶液通入氨气，充分搅拌使溶液pH值达到12，同时形成镍铵络合物；
(2)向步骤1得到的碱性溶液通入CO2，在20℃下反应180min，过滤，得到碳酸镁(或碳酸镁水合物)固体和富含镍铵络合物的溶液；
(3)将步骤2得到的含镍铵络合物的溶液加热至40℃，使镍铵分解，氨气挥发，得到碳酸镍(或碳酸镍水合物)沉淀和沉淀母液；
(4)将步骤3蒸氨分离出的氨气通入步骤1继续使用。整个流程，镁沉淀率90％，镍收得率77％。
实施例二
(1)将含镁、镍溶液注入反应器，向含镁、镍溶液通入氨气，充分搅拌使溶液pH值达到10，同时形成镍铵络合物；
(2)向步骤1得到的碱性溶液通入CO2，在80℃下反应60min，过滤，得到碳酸镁(或碳酸镁水合物)固体和富含镍铵络合物的溶液；
(3)将步骤2得到的含镍铵络合物的溶液加热至30℃，使镍铵分解，氨气挥发，得到碳酸镍(或碳酸镍水合物)沉淀和沉淀母液；
(4)将步骤3蒸氨分离出的氨气通入步骤1继续使用。整个流程，镁沉淀率92％，镍收得率78％。
实施例三
(1)将含镁、镍溶液注入反应器，向含镁、镍溶液通入氨气，充分搅拌使溶液pH值达到8，同时形成镍铵络合物；
(2)向步骤1得到的碱性溶液通入CO2，在100℃下反应10min，过滤，得到碳酸镁(或碳酸镁水合物)固体和富含镍铵络合物的溶液；
(3)将步骤2得到的含镍铵络合物的溶液加热至60℃，使镍铵分解，氨气挥发，得到碳酸镍(或碳酸镍水合物)沉淀和沉淀母液；
(4)将步骤3蒸氨分离出的氨气通入步骤1继续使用。整个流程，镁沉淀率73％，镍收得率69％。
实施例四
(1)将含镁、镍溶液注入反应器，向含镁、镍溶液通入氨气，充分搅拌使溶液pH值达到9，同时形成镍铵络合物；
(2)向步骤1得到的碱性溶液通入CO2，在30℃下反应30min，过滤，得到碳酸镁(或碳酸镁水合物)固体和富含镍铵络合物的溶液；
(3)将步骤2得到的含镍铵络合物的溶液加热至50℃，使镍铵分解，氨气挥发，得到碳酸镍(或碳酸镍水合物)沉淀和沉淀母液；
(4)将步骤3蒸氨分离出的氨气通入步骤1继续使用。整个流程，镁沉淀率78％，镍收得率73％。

Claims (4)

1.一种硅镁型红土镍矿得到的含镍、镁溶液矿化CO2同时得到碳酸镍的方法,其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将硅镁型红土镍矿得到的含镍、镁溶液注入反应器，向上述溶液通入氨气调节pH值，充分搅拌使溶液呈碱性；
步骤2：继续向步骤1得到的母液中通入CO2，在一定温度下反应一段时间，过滤，得到碳酸镁或碳酸镁水合物固体和富含镍铵络合物的溶液；
步骤3：将步骤2得到的含镍铵络合物的溶液加热蒸氨，使镍铵分解，溶液pH降低，得到碳酸镍或碳酸镍水合物沉淀和沉淀母液；
步骤4：将步骤3蒸氨分离出的氨气返回步骤1使用。
2.根据权利要求1所述硅镁型红土镍矿得到的含镍、镁溶液矿化CO2同时得到碳酸镍的方法，其特征在于步骤1所述母液pH为8-12。
3.根据权利要求1所述硅镁型红土镍矿得到的含镍、镁溶液矿化CO2同时得到碳酸镍的方法，其特征在于步骤2所述通入CO2后矿化反应温度为20-100℃，反应时间为10-180min。
4.根据权利要求1所述硅镁型红土镍矿得到的含镍、镁溶液矿化CO2同时得到碳酸镍的方法，其特征在于步骤3所述蒸氨反应温度为30-100℃。
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