镍作为我国战略性新兴矿产,广泛应用于合金、化学电池、电镀等领域,随着新能源产业的迅猛发展,动力锂电对硫酸镍需求几何倍增。高压酸浸(HPAL)工艺解决了低品位褐铁矿型红土镍矿的低成本、大规模提取难题,使红土镍矿成为全球硫酸镍的主要供给,其主要工序包括浸出—除杂—镍钴沉淀—过滤,其中镍钴沉淀是整个工艺流程的核心环节。
传统镍钴沉淀工艺直接采用硫化物、氧化镁或氢氧化钠等作沉淀剂,分别存在硫化氢沉淀剂剧毒导致的安全、环保隐患及制备设施与主工艺匹配性差的问题,对氧化镁活性要求极高导致的推广难度大、技术受国外专利垄断的问题,氢氧化钠强碱快速反应导致的产品颗粒小、沉降难度大、含水率高的问题。
针对以上技术难题,项目团队构建了“三个替代”的创新思路,即寻求以弱碱替代强碱控制反应速度、以原料镁界内循环替代外部引入、以MHP晶种前置重整替代爆发式形核,经过多年技术攻关,研发出碱基活化控制技术(AACP),并应用于多个大型红土镍矿项目。
(1)揭示了溶液中镁作为转碱介质的行为特性,创建了以镁为载体的组态转化与溶度重构机制,发明了氢氧化钠原位碱基转化技术,解决了MHP沉淀体系沉淀剂离子化过速而导致的均相爆发式成核问题,通过镁介质界内循环为MHP沉淀颗粒生长机制创造了先决条件。
(2)探明了MHP颗粒二次构建过程多因素影响规律,开发了前置晶种重整与模板诱导生长技术,解决了颗粒杂质含量高、水合度高和尺寸小的问题,使得MHP产品有较优的沉降性能,实现了MHP产品镁含量<1%,含水率<50%,镍含量>40%的效果,产品质量全面优于传统方法。
(3)创立了技术应用过程因果交互作用模型和动态逻辑,开发了收敛式系统调控技术,实现了工艺过程现象原因定性化及调控过程定量化,确保了MHP产品产能、品质稳定,不受其他外部条件影响。项目整体作业率、项目达产率分别超出氧化镁沉淀技术***%和***%。
刘诚,项目负责人,主持本项目的整体工艺理论研究、工艺及工程设计、方案论证及技术应用与实施等全面工作,在项目准备和执行过程中做出重大决策,对该成果工程化推进、实施及控制等方面作出突出贡献。作为本项目氢氧化镍制品及其制备方法(专利号***)主要发明人之一,承担工艺研究、工程合理布局及现场调试等工作。
殷书岩,技术发明人之一,主持、参与该技术前期的研发全过程工作,作为专业负责人负责该项目实际应用的瑞木项目前期可研、工艺方案、基本设计、详细设计、设备采购支持、现场施工、投产试车、生产服务等工艺及工程工作。在该技术应用过程中制定合理优化方案、现场调试等方面做出贡献。
评价单位:“科创中国”先进结构材料科技服务团 (中国有色金属学会)
评价时间:2023-08-03
综合评价
碱基活化控制技术(AACP)是中国恩菲等单位联合自主研发的红土镍矿高压浸出成套工艺中一项重大创新成果。项目团队构建了“三个替代”的创新思路,即以弱碱替代强碱控制反应速度、以原料镁界内循环替代外部引入、以MHP晶种前置重整替代爆发式形核,经过多年技术攻关,研发出碱基活化控制技术(AACP)。项目成果成功应用于中冶瑞木巴新项目(3.3万tNi/a,3300tCo/a)、力勤印尼哈马黑拉项目(4万tNi/a,5000tCo/a)和华越印尼项目(6万tNi/a,6000tCo/a),覆盖红土镍矿13.3万吨镍金属产能,占比全球红土镍矿湿法冶炼产能的45%。该技术近三年累积产出MHP产品镍金属量近20万吨、钴金属量近2万吨,产值超200亿元,技术可用于新、改、扩建各类项目,具有广阔的推广应用前景。该技术突破了红土镍矿湿法冶炼重大“卡脖子”技术难题,为我国镍钴资源—新能源产业链战略资源安全提供强力支撑,引领了全球红土镍矿湿法冶炼工艺的发展和技术进步。
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