Способ переработки кобальтового концентрата

 

Изобретение относится к технологии переработки кобальтового концентрата и может быть использовано для получения соединений кобальта и сопутствующих ему металлов - никеля, железа, меди. Способ переработки кобальтового концентрата предусматривает растворение исходного сырья в хлористоводородной кислоте, экстракцию железа из раствора, введение высаливателя в очищенный от железа раствор, экстракцию кобальта из получающегося раствора солями третичных аминов или четвертичных аммониевых оснований с последующей промывкой и реэкстракцией кобальта с получением очищенной соли кобальта в реэкстракте и очищенной соли никеля в рафинате. При этом исходное сырье предварительно прокаливают, в качестве высаливателя используют NiCl₂, экстракционное разделение кобальта и никеля осуществляют в две стадии, на первой из которых экстрагируют часть кобальта при поддержании равновесной концентрации CoCl₂ в рафинате, равной 20-80 г/л, а на второй стадии оставшийся кобальт экстрагируют из рафината экстракции первой стадии, предварительно упаренного до концентрации NiCl₂, равной 400-500 г/л. Достигается повышение степени извлечения кобальта, удешевление процесса, предотвращается выделение газообразного хлора при растворении, обеспечивается экологически чистый технологический процесс. 7 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к гидрометаллургии тяжелых цветных металлов, в частности к технологии переработки кобальтового концентрата, и может быть использовано для получения соединений кобальта и сопутствующих ему металлов - никеля, железа, меди.

Кобальтовые концентраты различных предприятий, как правило, содержат примеси никеля и железа, возможно меди, в меньшей степени - марганца, цинка и других металлов.

Известны схемы экстракционной переработки кобальтового концентрата, предусматривающие его растворение в серной или соляной кислоте в присутствии восстановителя и дальнейшее последовательное отделение сопутствующих металлов в виде тех или иных соединений [1,2].

Наиболее близким аналогом предлагаемого способа является способ переработки кобальтового концентрата, включающий растворение исходного сырья в хлористоводородной кислоте, экстракцию железа из раствора, введение хлорида натрия в качестве высаливателя в очищенный от железа раствор, экстракцию кобальта из полученного раствора с последующей промывкой и реэкстракцией кобальта с получением очищенной соли кобальта в реэкстракте и осаждением карбоната никеля из раствора после экстракции кобальта [3].

Недостатками указанного способа являются неполнота извлечения кобальта из исходного сырья, большие объемы перерабатываемых растворов, а также выделение газообразного хлора при растворении исходного сырья.

Предлагаемое изобретение позволяет достичь более полного извлечения кобальта при одновременном повышении степени очистки кобальта, никеля и железа. Кроме того, переработка концентрата согласно изобретению удешевляет и делает экологически более чистым технологический процесс за счет исключения восстановителей при солянокислом растворении сырья, предотвращения выделения газообразного хлора при растворении и, следовательно, исключения затрат на его утилизацию и очистку за счет исключения дополнительного высаливателя и сокращения объема перерабатываемых растворов.

Способ переработки кобальтового концентрата предусматривает предварительную термообработку исходного сырья, растворение его в хлористоводородной кислоте, экстракцию железа из раствора, введение высаливателя в очищенный от железа раствор, экстракцию кобальта из получающегося раствора солями третичных аминов или четвертичных аммониевых оснований, последующую промывку и реэкстракцию кобальта с получением очищенной соли кобальта в реэкстракте и очищенной соли никеля в рафинате. При этом высаливателем служит хлорид никеля (II), экстракционное разделение Co и Ni проводят в две стадии, на первой из которых экстрагируют часть кобальта при поддержании равновесной концентрации хлорида кобальта (II) в рафинате, равной 20-80 г/л, а на второй стадии оставшийся кобальт экстрагируют из рафината экстракции первой стадии, предварительно упаренного до концентрации хлорида никеля (II), равной 400-500 г/л.

Предварительную термообработку желательно проводить в две стадии, на первой из которых исходное сырье прокаливают при 350-500^oC в течение 1-3 ч, а на второй стадии прокаливают при 900-1050^oC в течение 1-3 ч. Предварительная термообработка, как показали результаты экспериментов, является восстановительной, то есть позволяет перевести весь кобальт, содержащийся в концентрате, в двухвалентное состояние. Прокалка в две стадии позволяет на первом этапе в более мягких условиях удалять из концентрата влагу и другие легколетучие примеси, после чего на втором этапе происходит собственно восстановление кобальта до двухвалентного, причем вторая стадия может проводиться прямо на воздухе без использования защитной атмосферы инертного газа.

Предпочтительным экстрагентом для железа является октанол. Экстракцию ведут, поддерживая суммарную концентрацию CoCl₂ и NiCl₂ в исходном растворе 350-550 г/л.

В случаях, когда в исходном концентрате содержатся заметные количества меди, предлагаемый способ предусматривает после экстракции железа из раствора осаждение меди из рафината экстракции цементацией. В предпочтительном варианте цементацию меди ведут порошком металлического никеля.

Высаливатель (NiCl₂) может вводиться в виде рециркулирующего раствора упаренного рафината первой стадии экстракции кобальта, который вводят в раствор, устанавливая его концентрацию по NiCl₂ 200-250 г/л. То есть не требуется введения дополнительного реагента в отличие от ранее известных способов.

Экстракты первой и второй стадий экстракции кобальта промывают раствором хлористого аммония с концентрацией 300-400 г/л (что можно сделать также после их предварительного объединения) и направляют на реэкстракцию кобальта, которую проводят водой до концентрации хлорида кобальта (II) в реэкстракте, равной 200-300 г/л.

Далее кобальт при добавлении щавелевой кислоты можно осадить в виде оксалата, который после фильтрования, сушки и прокалки может быть переведен в оксид кобальта.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Кобальтовый концентрат состава, %: Co₂O₃ - 9,4; CoO - 16,9; NiO - 1,5; Fe₂O₃ - 2,9, CuO - 0,07; MnO - 0,06; CO₂ - 1,0; ZnO - 0,005; SO₃ - 1,5, H₂O - 66,7, подвергли термообратботке: сначала при 450^oC в течение 2 ч и затем при 975^oC в течение 2 ч. Полученный материал перегрузили в реактор с 32%-ной хлористоводородной кислотой, взятой в количестве 2,5 кг на 1 кг сухого осадка. Пульпу нагрели до 95^oC и агитировали в течение 3 ч. После растворения пульпу охладили до 50^oC и расфильтровали. Осадок промыли пятикратным объемом воды и определили содержание компонентов в обеих фазах. В раствор (объединенный фильтрат) перешло 99,91% кобальта и примерно столько же железа и никеля. Фильтрат, содержащий, г/л: CoCl₂ - 490; NiCl₂ - 29,3; FeCl₃ - 64,3, CuCl₂ - 1,2; MnCl₂ - 1,1, ZnCl₂ - 0,09, HCl - 23, противоточно на трех ступенях обработали неразбавленным октанолом при объемном соотношении водной и органической фаз (B:O), равном 1,5:1. Насыщенную железом органическую фазу промыли дистиллированной водой на первой ступени при B:O = 1:10; а затем из отмытой органической фазы реэкстрагировали Fe₂Cl₃ водой на двух ступенях противотока при B: O = 1:3. В полученных продуктах экстракции - рафинате и реэкстракте определили содержание компонентов. В реэкстракт перешло более 99,9% железа, при этом суммарное содержание примесей - хлоридов кобальта, никеля, меди, марганца и цинка по отношению к FeCl₃ - составило 0,1%. Рафинат экстракции содержал практически такие же количества железа и никеля, что и в исходном растворе при концентрации FeCl₃, равной 3 мг/л. Полученный рафинат состава, г/л: CoCl₂ - 510; NiCl₂ - 30,6; CuCl₂ - 1,3; HCl - 25, перенесли в реактор, куда после нагревания раствора до 70^oC добавили порошок металлического никеля (99%) в количестве 11% от стехиометрически необходимого по отношению к меди по реакции цементации. Пульпу агитировали в течение 90 мин и затем расфильтровали с промывкой осадка пятикратным объемом дистиллированной воды. В твердую фазу перешло 99,7% меди от исходного раствора, а в жидкую фазу (объединенный фильтрат), содержащую 4 мг/л CuCl₂, - 99,5% кобальта. В полученный фильтрат, содержащий, г/л: CoCl₂ - 510, NiCl₂ - 30,6; MnCl₂ - 1,1; HCl - 24, для подготовки раствора перед экстракцией кобальта ввели высаливатель - хлорид никеля (II) в виде рециркулирующего раствора, содержащего, г/л: CoCl₂ - 112,6; NiCl₂ - 450; HCl - 30, который получали при упаривании рафината экстракции первой стадии экстракции кобальта. Расход оборачиваемого в рецикл упаренного рафината установили из расчета обеспечения концентрации NiCl₂ в смешанном растворе, равной 225 г/л. Подготовленный раствор, содержащий, г/л: CoCl₂ - 310, NiCl₂ - 225, HCl - 26, противоточно на пяти ступенях обработали экстрагентом состава, об.%: технический триалкиламин (С₇-С₉) по ТУ - 95.866-81-35, керосин - 60, октанол - 5; исходный экстрагент предварительно обработали 32%-ным раствором HCl при соотношении водной и органической фаз, В:О = 1:9,2, обеспечивающем с учетом насыщения органической фазы по CoCl₂, равного 27,5 г/л, концентрацию CoCl₂ в рафинате первой стадии экстракции кобальта, равную 56,3 г/л. Получающийся раствор, содержащий, г/л: CoCl₂ - 56,3; NiCl₂ - 225; HCl - 28,7, упарили до концентрации по NiCl₂, равной 450 г/л. Часть упаренного рафината в виде рециркулирующего раствора направили на операцию подготовки раствора для разделения кобальта и никеля (на смешение с фильтратом медеочистки), а оставшуюся часть противоточно на пяти ступенях обработали указанным экстрагентом при соотношении В: O = 1:4,1, обеспечивающем при насыщении органической фазы на уровне 27,5 г/л по CoCl₂ его сбросную концентрацию в рафинате второй стадии экстракции кобальта (II) на уровне ≅0,05 г/л. Выходной рафинат второй стадии содержал очищенный от кобальта NiCl₂ с концентрацией 450 г/л, при этом содержание примеси CoCl₂ по отношению к NiCl₂ составило 0,01%. Экстракты (насыщенные органические фазы) первой и второй стадий экстракции кобальта объединили и противоточно на двух ступенях промыли раствором хлорида аммония с концентрацией 350 г/л при соотношении В:O = 1:7,5, а из отмытой органической фазы на пяти ступенях противотока провели реэкстракцию хлорида кобальта (II) дистиллированной водой при соотношении В:O, обеспечивающем концентрацию его в водном реэкстрагенте, равную 250 г/л. Реэкстракт, содержащий очищенный от примесей CoCl₂, направили на выделение оксида кобальта путем осаждения основного карбоната кобальта (II) из раствора обработкой его углекислым аммонием, фильтрации пульпы с промывкой осадка с последующей его сушкой и прокалкой. Товарный оксид кобальта имел следующий состав, %: Co - 71,9, Fe - 0,003, Cu - 0,0001, Ni - 0,01, Mn - 0,002, Mg - 0,005, Ca - 0,01, Zn - 0,005, Na+K - 0,01, S - 0,005, Pb - 0,005.

Список литературы 1. Навтанович М.Л., Лугова Л.С. Состояние технологии кобальтового производства в СССР и задачи по его усовершенствованию. В сборнике научных трудов "Исследования в области технологии производства Ni и Co".- Л.: Гипроникель, 1986, с. 76-81.

2. Патент RU 2080398, C 22 B 23/00, 1997 г.

3. Майзлиш P.O., Навтанович М.Л., Хейфец В.Л. Экстракционная технология переработки кобальтовых концентратов с получением оксалата кобальта для твердосплавной промышленности. В сборнике научных трудов "Гидрометаллургические процессы в технологии Ni и Co".- Л.: Гипроникель, 1978, вып. 9, с. 11, рис. 3.

Формула изобретения

1. Способ переработки кобальтового концентрата, включающий растворение исходного сырья в хлористоводородной кислоте, экстракцию железа из раствора, введение высаливателя в очищенный от железа раствор, экстракцию кобальта из получающегося раствора солями третичных аминов или четвертичных аммониевых оснований, с последующей промывкой и реэкстракцией кобальта с получением очищенной соли кобальта в реэкстракте и очищенной соли никеля в рафинате, отличающийся тем, что исходное сырье подвергают предварительной термообработке, в качестве высаливателя используют хлорид никеля (II), экстракционное разделение кобальта и никеля осуществляют в две стадии, на первой из которых экстрагируют часть кобальта при поддержании равновесной концентрации хлорида кобальта (II) в рафинате, равной 20 - 80 г/л, а на второй стадии оставшийся кобальт экстрагируют из рафината экстракции первой стадии, предварительно упаренного до концентрации хлорида никеля (II), равной 400 - 500 г/л.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительную термообработку проводят в две стадии, на первой из которых исходное сырье прокаливают при 350 - 500^oC в течение 1 - 3 ч, а на второй стадии прокаливают при 900 - 1050^oC в течение 1 - 3 ч.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что экстракцию железа ведут октанолом при поддержании суммарной концентрации хлоридов кобальта (II) и никеля (II) в исходном растворе, равной 350 - 550 г/л.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после экстракции железа из раствора проводят осаждение меди из рафината экстракции цементацией.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что цементацию меди ведут порошком металлического никеля.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что высаливатель вводят в виде рециркулирующего раствора упаренного рафината первой стадии экстракции кобальта, который вводят в раствор, устанавливая его концентрацию по хлориду никеля (II) равной 200 - 250 г/л.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что экстракты первой и второй стадий экстракции кобальта объединяют, промывают раствором хлористого аммония с концентрацией 300 - 400 г/л и направляют на реэкстракцию.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что реэкстракцию кобальта ведут водой до концентрации хлорида кобальта (II) в реэкстракте, равной 200 - 300 г/л.