[发明专利]一种红土镍矿提取镍同时矿化CO2

说明书

本发明公开了一种红土镍矿提取镍同时矿化CO₂的方法，其方法包括：(1)将破碎后的红土镍矿与绿矾、添加剂在一定温度下混和焙烧使红土镍矿中的镍镁元素转化为相应的硫酸盐；(2)将第一步获得的焙烧产物用水浸出，得到硫酸盐浸出液与富含SiO₂、Fe₂O₃的浸出渣；(3)向浸出液中加入硫化钠，获得硫化镍产品及沉淀母液；(4)将第三步获得的母液加入氨水并通入CO₂生成碳酸镁实现CO₂矿化。

技术领域

本发明属于CO₂减排及矿产资源综合利用领域，主要涉及一种红土镍矿提取镍同时矿化CO₂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51.8Gt，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2ppm，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。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。芬兰赫尔辛基理工大学Teir 等采用无机酸(HCl、H₂SO₄、HNO₃)和有机酸(HCOOH、CH₃COOH)作为助剂浸出红土镍矿，并在碱性条件下矿化CO₂。以硫酸为例，首先在70℃下采用2 mol/L的硫酸浸出蛇纹石，几乎所有的Mg可以提取到浸出液，同时约有65％的 Fe以及3％的Si被提取。进一步采用NaOH调节pH除去浸出液中的Fe后进行碳酸化反应，Mg的碳酸化率达94％。但是该过程中消耗的酸和碱过多，每净减排一吨CO₂需要2～4吨的酸及2.4吨的碱，尽管矿化产物为轻质碳酸镁或轻质碳酸钙具有一定的经济价值，但是矿化过程整体经济性仍然不高。芬兰奥伯学术大学Zevenhoven等将蛇纹石和硫酸铵在400～500℃进行混合焙烧，浸出后得到富含硫酸镁和硫酸亚铁的溶液，随后通入焙烧烟气调节pH除去铁等杂质并将硫酸镁转化为氢氧化镁，氢氧化镁在高温流化床中与CO₂反应，生成碳酸镁，实现 CO₂矿化，但是硫酸铵的循环能耗过高。为了降低矿化过程能耗，提升经济性，选择适合的助剂同时回收红土镍矿中的有价镍元素是关键。