《Hydrometallurgy》：Selective impurity removal and magnetite production from laterite HPAL residue using combined leaching and reduction roasting techniques
编辑推荐：
•通过依次进行浸出、还原和磁分离，可高效从高压酸浸残渣中回收铁。•水浸、碱浸和酸浸能有效去除可溶性盐类、硫元素及各种杂质。•浸出预处理有助于提高铁的富集程度，并提升含铁相的反应性。•结合生物炭的还原焙烧可促进赤铁矿向磁铁矿转化。•通过磁分离可得到富Fe?O?的精矿，其铁含量和纯度
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通过依次进行浸出、还原和磁分离，可高效从高压酸浸残渣中回收铁。
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水浸、碱浸和酸浸能有效去除可溶性盐类、硫元素及各种杂质。
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浸出预处理有助于提高铁的富集程度，并提升含铁相的反应性。
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结合生物炭的还原焙烧可促进赤铁矿向磁铁矿转化。
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通过磁分离可得到富Fe?O?的精矿，其铁含量和纯度均有提升。
引言
红土镍矿是全球镍资源的重要组成部分，约占世界总储量的63%（Hui等人，2023；Mudd和Jowitt，2014；Zhang等人，2025）。湿法冶金处理工艺，尤其是高压酸浸工艺，因其较高的镍和钴提取效率——镍和钴的提取率可达约90%，而被公认为是处理低品位红土矿最有效的方法（?oban和Ba?，2024；Dickson等人，2025）。随着工业领域对镍需求的快速增长，湿法冶金工艺，特别是高压酸浸工艺的应用也日益增多。然而，这种需求的增加也导致了更多高压酸浸固体残渣的产生，这类残渣通常被称为尾矿。每生产一吨镍，大约会产生200–250吨尾矿（Chen等人，2026），这反映出金属回收与废物产生之间的严重失衡（Bana等人，2025；Cacciuttolo和Atencio，2023）。由于尾矿具有复杂的多元结构，难以实现高效分离和处理，这一问题至今仍是采矿和冶金行业面临的重大挑战。此外，尾矿中还含有残留金属以及具有环境危害性的成分，会对土壤和地下水系统造成威胁（Hao等人，2025）。因此，开发高效且可持续的处理方法至关重要，既能减轻环境影响，又能实现资源回收。目前，对于高压酸浸固体残渣的传统处理方式仅限于将其堆放在尾矿储存设施中、进行深海处置，或添加水泥类粘合剂后用作回填材料（Owen等人，2020）。但这些方法主要侧重于废物隔离，而非资源回收。堆放和深海处置需要大量的土地或海洋管理资源，且仍可能存在长期的环境风险；而回填材料则往往难以带来显著的经济价值。
鉴于高压酸浸残渣中仍含有较高比例的铁元素——占比为40–51.5％，这些铁主要以赤铁矿（Fe?O?）的形式存在（Ikhwani等人，2023；Rubisov和Papangelakis，2000）——将尾矿转化为高价值的铁产品，既是实现环境修复的有效途径，也能实现资源利用。尤其是将赤铁矿转化为磁铁矿，不仅能提升其磁性能，还能使其作为钢铁工业的二次铁资源得到更广泛的应用。不过，由于高压酸浸残渣中存在多种杂质，如含硫物质（占比2–3%）、氧化铝（约占5%）（Bulayani等人，2025；Lei等人，2020；Zhang等人，2023）、硫酸盐矿物（如CaSO?）、金属硫酸盐以及复杂的硅酸盐相（Duman和Can，2022；Qiu等人，2025），直接将其用于钢铁生产会面临诸多限制。因此，需要采取适当的预处理和升级策略：通常需要将硫含量降低到1%以下，以避免影响钢材质量；而过高的氧化铝含量则会在高温条件下促使耐火熔渣的形成（Qiu等人，2025）。尽管如此，由于含铁相与脉石矿物之间存在复杂的矿物学关联，在进行强力处理时还可能造成铁元素的损失，因此如何选择性地去除杂质仍然是一项艰巨任务。要想在保持高铁回收率和资源利用效率的同时实现尾矿的价值化，就必须采用高效且具有选择性的处理方法。
已有不少研究探讨通过碱浸法去除杂质，从而从高压酸浸残渣中回收铁。例如，Ang等人（2017）的研究表明，使用氢氧化钠进行碱浸可以有效去除含硫杂质，同时得到富含赤铁矿的固体产物。同样，Wu等人（2024）发现，结合碳酸钠浸出、脱硫处理以及粒度分级，不仅可以降低硫含量，还能提升残渣中的铁含量。虽然这些方法证明了从高压酸浸残渣中回收铁的可行性，但所得产品主要以赤铁矿为主。相比之下，磁铁矿由于其更强的磁性能，在磁分离以及后续的冶金加工方面具有明显优势。因此，还原焙烧作为一种将赤铁矿转化为磁铁矿的可行方法逐渐受到关注，这样处理后的磁铁矿具备更优异的磁性能，更适合后续的选矿和冶金利用。多项研究都表明，先进行还原焙烧再配合磁分离，能够有效提升磁铁矿的生成量以及铁的回收率。在这一过程中，人们会使用CO和CO?等还原气体，或是固体碳质还原剂，来促使赤铁矿部分还原为磁铁矿。比如，Bai等人（2024）在700℃的CO-N?气氛下研究了CO辅助的还原焙烧技术，结果发现，当CO的使用比例为30%时，铁的含量可达到52%，铁的回收率为80.1%。同样，Chen等人（2026）在混合N?-CO-CO?气氛下进行了同步脱硫和磁化焙烧实验。在900℃、CO使用比例为2.5%的焙烧条件下，硫含量可降至0.1%，而铁的含量和回收率分别达到了52.1%和82.2%。
尽管气体辅助的还原焙烧效果不错，但使用还原气体会增加操作复杂性，同时对气体处理也有更高要求。除了气体还原之外，传统的化石基碳质还原剂也被广泛用于铁的还原焙烧过程。例如，Zhao等人（2019）提出了一种循环利用方案，即在1100℃下使用30%的焦炭作为还原剂，反应时间为120分钟，此时铁的回收率可达78.1%。类似地，Cao等人（2022a）研究了在1200℃下加入CaF?辅助的无烟煤还原焙烧技术，结果发现，加入CaF?后铁的回收率从77.2%显著提升到了91.9%。另外，Baqer等人（2024）采用了粉碎、研磨、筛分以及以煤为还原剂的还原焙烧相结合的处理方法。在700℃下处理60分钟，矿石与煤的比例为1:0.25时，铁的含量从30.4%大幅上升至60.1%，铁的回收率则达到了84.3%。该工艺还有助于降低Al?O?、SiO?、CaO和S等多种杂质成分的含量。虽然这项研究显著提升了铁的含量并减少了杂质，但使用化石基还原剂仍然会引发关于工艺可持续性和碳足迹的担忧（Zhu等人，2025），而且较高的焙烧温度还会增加能源消耗。
因此，开发一种具有选择性且可持续的高压酸浸尾矿处理策略，对于在减少有害杂质的同时提高铁的回收率而言至关重要。本研究针对高压酸浸残渣的价值化利用，探索了一种集成化的处理方案，包括水浸、碱浸、酸浸、生物质衍生碳辅助的还原焙烧以及磁分离等多个步骤。与传统研究中主要使用化石基还原剂的不同，本研究采用了生物质衍生的碳作为还原剂，这种还原剂有望降低碳排放，更具可持续性，可用于磁化焙烧过程。该方案的目的是促使含铁相转化为磁性能更强的磁铁矿，同时进一步改善复杂高压酸浸尾矿中的杂质去除效果，提升铁的磁分离回收率。
章节要点
流程图与操作步骤
首先对湿法冶金处理后的固体残渣进行全面的物理化学特性分析，以此明确其矿物组成、元素构成以及形态特征。如图1所示，后续的处理流程包括依次进行水浸、用氢氧化钠进行碱浸，以及用低浓度盐酸浸出，这些步骤旨在去除可溶性杂质，溶解硅酸盐和铝酸盐相，同时除去可溶于酸的金属元素，从而
红土镍矿湿法冶金残渣的表征
通过ICP–AES技术测定的残渣化学成分显示，铁是其中最主要的元素，占比为38.2％，而硫（7.6％）、硅（5.6％）和铝（4.2％）则是需要重点去除的主要杂质。
通过X射线衍射和矿物解离分析技术对高压酸浸残渣的物相组成进行了研究，相关结果如图2和表2所示。XRD分析结果确认了残渣中存在Fe?O?、(H?O)Al?(SO?)?(OH)?以及SiO?等物质
实际应用意义与规模化生产考虑因素
在浸出阶段，试剂消耗是影响运营成本的主要因素。在最佳处理条件下，碱浸步骤每千克干残渣需要约0.16千克氢氧化钠（浓度为0.9摩尔/升，用量约为4毫升/克），而酸处理步骤每千克残渣则需要约0.07千克盐酸（浓度为0.5摩尔/升，用量约为4毫升/克）。这两种试剂都属于市场价较为稳定的常用化学品（工业用氢氧化钠的价格为0.4–0.6美元/千克，32％浓度的盐酸价格为0.10–0.30美元/千克），据此估算，试剂成本约为
结论
本研究证明了将湿法冶金与火法冶金工艺相结合，用于去除杂质并从红土镍矿高压酸浸残渣中生产出可磁分离的富Fe?O?精矿的可行性。
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通过依次进行水浸、碱浸和酸浸，可以针对性地去除不同类型的杂质。水浸能够去除那些会占用氢氧化钠的可溶性硫酸盐，碱浸则可以分解含有大部分铝和硫的明矾石相，而酸浸则可以进一步去除
作者贡献说明
Rompis Timothy Garatio Christo：负责文章的审阅与编辑、初稿撰写、数据可视化、实验研究以及正式分析工作。WenJuan Guan：负责文章的审阅与编辑、结果验证以及研究指导工作。WenKe Zhi：负责文章的审阅与编辑、结果验证、研究指导，同时还参与方法设计及概念构思工作。Situmeang Elfrida Margaretha：负责文章的审阅与编辑工作。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
作者感谢GEM（荆门）有限公司以及印度尼西亚政府通过教育基金管理机构（LPDP）提供的资金支持。
Rompis Timothy Garatio Christo|WenJuan Guan|WenKe Zhi|Situmeang Elfrida Margaretha
