Способ переработки материала, преимущественно содержащего никель, кобальт, молибден, ванадий в неорганической, например оксидной, основе

 

Изобретение относится к гидрометаллургии, в частности к выщелачиванию содержащего никель, кобальт, молибден, ванадий материала с неорганической основой, и может быть использован для переработки отработанных катализаторов. Способ включает выщелачивание имеющего удельную поверхность 1000-100000 м²/кг твердого исходного материала (т), помещенного в жидкий реакционный раствор (ж) при выполнении условия 0,5<(ж:т)<10,0 (по массе). Новым в способе являются приложение электрического тока, предпочтительно переменного, к полученной реакционной смеси при плотности тока 1-10 А/дм² и напряжении 1-4 В/см. Способ позволяет ускорить растворение и увеличить концентрацию в растворе полезных компонентов. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к выщелачиванию материала (сырья), содержащего никель, кобальт, молибден, ванадий в неорганической основе, например оксидной, и может быть использован для переработки отработанных катализаторов.

Известны многочисленные способы извлечения полезных компонентов из твердого сырья, содержащего пустую породу, с помощью жидкофазных растворителей с последующим выделением их из раствора известными способами.

В настоящее время достаточно подробно рассмотрено влияние различных параметров (температуры, плотности пульпы, концентрации реагентов, катализаторов, окислительно-восстановительных условий и т.п.) на скорость растворения.

Известны гидрометаллургические технологии переработки содержащих никель, кобальт, молибден, ванадий минералов. В данных способах применяют выщелачивание - извлечение отдельных составляющих твердого материала с помощью растворителя, основанное на способности извлекаемого металла растворяться лучше, чем остальные составляющие (п. РФ 2146720, С 22 В 7/09, 23/00, oп. 20.03.2000, з. Японии 59-56356, С 22 В 7/00, заявл. 22.09.82, oп. 02.04.84, РЖ ВИНИТИ вып. 19, 3Г225П, 1979 г., 5Г230П, 1979 г., 11Л252П, 1985 г., 23Л281П, 1985 г., 4Л192 П, 1987 г.).

Известны, например, способы переработки рассматриваемых металлосодержащих материалов путем селективного выщелачивания одного из полезных компонентов. Так существуют способы извлечения выщелачиванием из полупродуктов только кобальта (п. РФ 2095451, С 22 В 23/00, oп. 10.11.97, з. РФ 96119064, oп. в бюл. 31, 1998 г., РЖ ВИНИТИ, вып. 15, 8Г67, 1997 г.).

Известны также способы переработки металлосодержащих материалов - отвальных хвостов молибденового производства (РЖ ВИНИТИ, вып. 15, 100Г200, 1998) с получением выщелачиванием только молибдена.

Кроме того, существует технология выщелачивания одного никеля из вторичного сырья - отработанных медно-никелевых концентратов (п. РФ 2082792, С 22 В 23/00, oп. 27.06.97 г.).

Известны и способы извлечения выщелачиванием такого полезного компонента, как ванадий, из содержащего его материала путем добавления к исходному материалу выщелачивающей жидкости (п. РФ 2090640, С 22 В 34/22, oп. 20.09.97., з. Великобритании 2294255, С 22 В 3/04, oп. бюл. "ИСМ" 3, 1998 г. , международная заявка 9712071, oп. Бюл. "ИСМ" 8, 1998 г.).

К недостаткам известных способов можно отнести неполную степень извлечения металлов в раствор возможно из-за образования нерастворимых осадков, зашламленности растворов, а также недостаточно высокую скорость растворения исходных материалов.

Известны также, например, способы гидрометаллургической переработки металлсодержащего сырья, полезные компоненты которых извлекаются с применением средств и методов механической активации (п. РФ 2095438, С 22 В 3/00, oп. 10.11.97).

Несмотря на широкое применение таких приемов механической активации, как перемешивание и подъем пульпы, либо наличие многостадийного противоточного процесса растворения, применяемых в известных способах, известны, однако, причины низкой эффективности механоактивации, одной из которых может быть активирование не прямой, а обратной реакции, у которой скорость становится выше скорости прямой реакции. Скорость извлечения рассматриваемых полезных металлов вследствие этого недостаточно высокая.

Известны также способы переработки металлосодержащих материалов с использованием выщелачивания, пригодные и для таких полезных компонентов, как никель, кобальт, молибден, ванадий, с дополнительным электровоздействием, приводящим к возникновению ультрафиолетовых, рентгеновских лучей, импульсного оптического излучения (п. РФ 20820779, С 22 В 3/02, оп. 27.06.97, п. РФ 2082780, С 22 В 3/02, oп. 27.06.97, п. Австрии 659359, С 22 В 33/08, oп. 09.09.94).

Например, импульсное оптическое излучение, воздействующее на пульпу, активирует ее, однако излучение не способно проникать в непрозрачную среду с высоким соотношением количества твердых частиц и жидкости. Этим ограничена возможность получения высоких концентраций растворяемого вещества, необходимых для его последующего выделения из раствора и др. технологических операций.

Известен также наиболее близкий аналог, являющийся способом переработки (растворения) металлосодержащего (металлизированного) материала, содержащего никель и кобальт (п. РФ 2140461, С 22 В 23/00, oп. 27.10.99 г.). Способ включает выщелачивание - обработку исходного материала раствором серной кислоты - в присутствии активатора - медьсодержащего катализатора, влияющего на растворение, с получением раствора, содержащего полезный компонент и твердый остаток.

Присутствие катализатора обеспечивает активацию процесса растворения и увеличение концентрации металлов в растворе, однако в известном способе требуется предварительное специальное приготовление катализатора путем растворения в серной кислоте медьсодержащего материала. Это удлиняет весь процесс извлечения ценного компонента и не способствует полному извлечению полезных компонентов в раствор (остается нерастворенный остаток полезного компонента).

Продолжительность выщелачивания исходного материала остается достаточно большой. При этом производительность процессов выщелачивания и переработки материалов невелика, несмотря на наличие медного катализатора, а кроме того механической активации в форме перемешивания и термической активации в виде нагрева до 85^oС.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение производительности процесса путем повышения скорости извлечения в раствор полезного компонента металлсодержащего материала, преимущественно содержащего никель, кобальт, молибден, ванадий в неорганической основе.

Технический результат выражается в активации электрическим током диффузионных процессов при растворении неэлектропроводного металлосодержащего оксидного материала за счет изменения свойств его поверхности: электрического потенциала, электрического заряда, поверхностного натяжения, смачиваемости - при наличии большой удельной реакционноспособной поверхности. При этом электрический ток течет только вдоль поверхности частиц.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки материала, содержащего преимущественно никель, молибден, кобальт, ванадий в неорганической основе, например оксидной, включающем выщелачивание в присутствии активатора, с получением содержащего полезные компоненты раствора и твердого остатка, согласно изобретению выщелачиванию подвергают имеющий удельную поверхность 1000-100000 м²/кг твердый исходный материал (т), помещенный в жидкий реакционный раствор (ж) при соотношении: 0,5<(ж:т)<10,0 (по массе) для получения реакционной смеси, а в качестве активатора выщелачивания применяют электрический ток плотностью 1-10 А/дм² поперечного сечения реакционной смеси по направлению тока. При этом применяют электрический ток промышленной частоты, кроме того, напряжение составляет 1-4 В/см толщины смеси в направлении тока.

При уменьшении удельной поверхности выщелачиваемого материала менее 1000 м²/кг производительность процесса не увеличивается, т.к. достаточной диффузионной поверхности для осуществления процесса активации растворения не формируется при увеличении удельной поверхности более 100000 м²/кг резко возрастают силы межчастичного взаимодействия, вследствие того что этой поверхности соответствует размер 1 мкм и менее. При этом образуются суспензии, не позволяющие осуществлять разделение раствора, содержащего полезные компоненты, и нерастворенного остатка.

При уменьшении плотности тока менее 1 А/дм² относительно поперечного сечения реакционной смеси, эффекта его воздействия на изменение электрических свойств и поверхностное натяжение выщелачиваемой поверхности не наблюдается вследствие его соизмеримости с обычным растворением. Увеличение же плотности тока более 10 А/дм² к поперечному сечению реакционной смеси является нецелесообразным, т. к. приводит к растворению неорганической, а конкретнее оксидной, основы, не являющейся полезным компонентом.

Соотношение 0,5<(ж: т)<10,0 необходимо для того, чтобы выщелачивающая жидкость могла с достаточной степенью эффективности проявить свойство растворения. При уменьшении данного соотношения либо реакционной жидкости будет недостаточно для прохождения выщелачивания, либо при увеличении соотношения и недостатке твердого исходного материала будет присутствовать лишняя жидкость, не участвующая в процессе выщелачивания и снижающая концентрацию.

Кроме того, заявляемый способ отличает материал, на который направлены действия способа. Рассмотрение выщелачивающих процессов заявляемого способа показало, что именно данный состав материала - никель, молибден, кобальт и ванадий в неорганической, а конкретнее оксидной основе, позволяет отнести его к тем смесям, для которых извлечение металлов выщелачиванием по данному способу наиболее эффективно. При этом основа не растворяется. Следует отметить, что все признаки заявляемого изобретения представляют количественные характеристики решения, которые не могут рассматриваться в отрыве от признака, к которому они относятся, и в отрыве от объекта в целом. Все отличительные признаки в совокупности с общими признаками изобретения обеспечивают новый технический результат изобретения, которое вследствие этого на дату подачи заявки является новым. Кроме того, прилагаемое решение соответствует изобретательскому уровню, т.к. аналогичных решений с отличительными признаками заявляемого решения, которые могли бы проявлять в аналогичных решениях тот же технический результат, не обнаружено.

Для подтверждения возможности осуществления изобретения приводим примеры проведения способа.

Брали твердый материал (т), содержащий полезный компонент в форме оксида никеля в неорганической основе (оксиде алюминия), соответствующий удельной поверхности 10000 м²/кг, затем заливали его реакционной жидкостью (ж) при соотношении ж: т= 0,7 (по массе), затем пропускали через полученную реакционную смесь переменный электрический ток промышленной частоты плотностью 3 А/дм² поперечного сечения реакционной смеси по направлению тока и соответствующем напряжении 3 В/см толщины смеси в том же направлении. В качестве реакционной жидкости использовали 1%-ный раствор серной кислоты в воде. Аналогичные испытания были проведены с материалами, содержащими кобальт, молибден, ванадий (при тех же режимах осуществления способа). Результаты испытаний занесены в таблицу. Испытания проводили при одинаковой температуре растворов 60^oС.

Из данной таблицы [п.1, п.9] видно, что применение электрического тока, например, в исходных материалах с никелем повышает скорость извлечения этого полезного компонента почти в два раза.

Аналогичным образом ведут себя остальные полезные компоненты при наложении переменного тока в процессе выщелачивания.

Следует отметить, что скорость извлечения полезного компонента в раствор получена путем деления прироста концентрации ионов полезного компонента в растворе на время растворения (выщелачивания).

Заявляемый способ предлагает выбор условий максимального извлечения полезных компонентов, позволяет проводить выщелачивание в одну стадию, повышать производительность извлечения полезных компонентов, уменьшить количество применяемых вредных химических компонентов (например, серной кислоты) за счет замены на экологически чистый активатор - электрический ток.

Формула изобретения

1. Способ переработки материала, преимущественно содержащего никель, молибден, кобальт, ванадий в неорганической основе, например оксидной, включающий выщелачивание в присутствии активатора с получением содержащего полезные компоненты раствора и твердого остатка, отличающийся тем, что выщелачиванию подвергают имеющий удельную поверхность 1000-100000 м²/кг твердый исходный материал (т), помещенный в жидкий реакционный раствор (ж) при соотношении 0,5<(ж: т)<10,0 (по массе), для получения реакционной смеси, а в качестве активатора выщелачивания применяют электрический ток плотностью 1-10 А/дм² поперечного сечения реакционной смеси по направлению тока.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяют электрический ток промышленной частоты.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что применяют напряжение 1-4 В/см толщины смеси в направлении тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1