[发明专利]多金属结核的回收方法及装置

说明书

本发明提供一种多金属结核的回收方法及装置，包括：通过阴极电解室对多金属结核原料进行选择性还原溶浸，得到多种金属元素的溶浸液和含铁的浸出渣；通过用于分隔阴极电解室和阳极电解室的阴离子交换膜，将溶浸液内的活性阴离子交换至阳极电解室内；在阳极电解室利用活性阴离子，提取合成酸的活性物种；将酸的活性物种经制酸处理后导入阴极电解室，以对阴极电解室的多金属结核原料进行再次选择性还原溶浸，形成酸循环；当阴极电解室内的再次选择还原溶浸结束，对多金属元素的溶浸液和含铁的浸出渣进行分离回收。利用本发明，能够解决目前的湿法回收多金属结核的方法存在溶浸药剂消耗大、浸液净化复杂、金属提取率低等问题。

技术领域

本发明涉及多金属结核的电化学湿法冶金技术领域，更为具体地，涉及一种多金属结核的回收方法及装置。

背景技术

海洋资源宝库蕴藏着巨大的待开发矿产资源，如浅海岸带的滨海砂矿、大陆架及大陆坡上的石油、天然气及天然气水合物、海洋盆地带的热液硫化物等。其中，海底区域孕育了丰富的多金属矿产，然而这类金属资源尚未被充分认识和开发利用，包括极具经济开发潜力的富集战略金属镍、铜、钴、锰的多金属结核，也受限于海底勘探、开采和选冶技术。因而，选冶技术的提高是突破深海金属资源开发瓶颈的重要途径。

已知的多金属结核系由晶质形态差的铁锰氧化物壳层包围硅酸盐质核心的多组分核形石。多金属结核各组分赋存细且混杂，壳层锰矿物相多有水羟锰矿、钠水锰矿和钡镁锰矿，铁主要为Fe(III)氢氧化物及氧化物，镍、钴、铜以吸附锰铁物种表面方式呈内圈配合物赋存，核心则以粘土和沸石居多，使其难物理分选，需冶炼处置。

国内外关于大洋多金属结核火法或湿法加工方法已有较多报道，其金属提取的关键是高价锰矿物的还原破坏。火法处理有还原熔炼、还原焙烧、氯化焙烧、硫酸化焙烧等，焙烧需后续加工，因为结核中主金属含量低、含水量大，焙烧能耗高且环境压力大，湿法加工成为优先选择。现有多金属结核湿法方法，根据还原体系可分为还原氨浸、还原酸浸和生物浸出。还原氨浸采用亚硫酸铵、亚铜离子、有机物等还原Mn(IV)同步选择性浸取镍铜钴，以美国Kennecott公司提出的亚铜离子氨浸工艺最具影响，但工业化生产难规避氨浸过程中氨性气体控制问题。生物法处理结核时，金属浸提过程十分缓慢，且浸矿微生物对重金属离子耐受性差，限制其产业化。

多金属结核还原酸浸是以酸为溶浸介质，利用还原活化剂将Mn(IV)氧化矿物还原为酸溶性Mn(II)物种，破坏结核中锰铁矿物结构，实现主金属酸溶。常见酸浸介质有硫酸、盐酸、硝酸等。其中，硫酸作为湿法工业生产应用最广泛的酸溶介质，可适用于多金属结核选择性还原提取，也是结核溶浸最具工业化前景的溶浸媒介。基于还原酸浸体系的使用，有关多金属结核还原溶浸研究集中于还原活性剂研发，如还原性含硫物种(如硫铁矿、H₂S、SO₂、H₂SO₃等)、Fe²⁺盐及有机物料等。以活性剂还原多金属结核，多出于动力学因素考虑，以高温溶浸环境，促使含S物种和Fe快速转变为SO₄²⁺和Fe₂O₃，实现硫酸体系主金属快速溶出、减少酸耗和铁溶出率，其需对溶浸矿浆加温，另需添加还原活性剂。以盐酸或硝酸作为结核溶浸介质时，其金属提取率高，但溶浸相对无选择性，溶浸酸耗较高。

综上所述，现有的多金属结核回收方法中，火法处理由于结核含水率高，金属品位低，使得处理成本较高；现有湿法处理工艺通常存在溶浸药剂消耗大、浸液净化复杂、金属提取率低等问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种多金属结核的回收方法及装置，以解决目前的湿法回收多金属结核的方法存在溶浸药剂消耗大、浸液净化复杂、金属提取率低等问题。

本发明提供一种多金属结核的回收方法，包括：

通过阴极电解室对多金属结核原料进行选择性还原溶浸，得到多种金属元素的溶浸液和含铁的浸出渣；