Способ переработки окисленных никель-кобальтовых руд

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при проведении высокотемпературных восстановительных процессов. Способ включает восстановительное спекание окисленных никель-кобальтовых руд, измельчение спека и его магнитную сепарацию. В качестве основного и единственного химического реагента при спекании используют золу ТЭЦ от пылевидного сжигания каменных углей. Измельчение спека и его магнитную сепарацию ведут в растворе серной кислоты с концентрацией не более 45 г/л. Изобретение позволит значительно увеличить извлечение никеля и кобальта в магнитную фракцию, а также использовать общедоступные и дешевые реагенты. 5 табл.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано в других отраслях народного хозяйства при проведении высокотемпературных восстановительных процессов.

Окисленные никель-кобальтовые руды характеризуются сложным, постоянно меняющимся составом. Никель в них находится или в форме свободной окиси, или изоморфно замещает железо в рудах латеритного типа, или изоморфно замещает магний в рудах силикатного (нонтронит-серпентинового) типа. В обоих типах руд кобальт приурочен к соединениям марганца.

Способов переработки окисленных никель-кобальтовых руд известно много. Все они, по сути, сводятся к отысканию условий, приемов и реагентов, разрушающих сложные минеральные образования, включающие в себя никель, с переводом последнего в свободное фазовое состояние или элементарное, или сульфидное, или водорастворимое.

В практике наиболее часто используется метод сульфирования никеля и кобальта элементарной серой (гидросульфидирование), пиритом или гипсом (пиросульфидирование).

По технологии пиросульфидирования перерабатывают окисленные никель-кобальтовые руды никелевые заводы Урала (РФ), США, Канады и Швеции, технологию гидросульфидирования используют заводы фирмы " Ширит-Гордон". На ряде заводов используют прямой гидрометаллургический передел подвергнутых восстановительной прокалке руд. Обычно используется аммиачно-карбонатное или сернокислотное выщелачивание (заводы Кубы, Н-Каледонии). Другие заводы (Японии, Польши и т. д.) предпочитают кричный процесс и восстановительную плавку на ферроникель [1, 2, 3, 4]. В качестве восстановителя обычно используют бурый или каменный уголь, железные порошки, сажу, для разложения нонтронитов и серпентинов в руду добавляют известняк и кальцинированную соду, процесс спекания ведут при температуре 1250-1350^oС [5, 6].

В качестве прототипа предлагаемого технического решения принят метод восстановительного спекания руд с углем с последующим выделением восстановленных элементов из остывшей и измельченной спеченной массы магнитной сепарацией.

Все известные способы, в том числе и прототип, имеют ряд серьезных недостатков, главным из которых является высокая энерготепло- и реагентоемкость. Этот фактор становится особенно актуальным в период безмерного роста цен на электроэнергию и тепло ресурсы.

Задачей, на решение которой направленно данное изобретение, является нахождение условий ведения процесса спекания, мокрой магнитной сепарации, использования при спекании общедоступного и дешевого реагента, позволяющих при восстановительном спекании перевести никель и кобальт в элементарное магнитное состояние из минеральных образований латеритных и нонтронитно-серпентиновых типов руд при температурах 1100-1200^oС, железо при этом в основном переходит в слабомагнитную шлаковую форму, что позволяет значительно увеличить извлечение никеля и кобальта в магнитную фракцию при одновременном росте коэффициента их концентрирования.

В отличие от прототипа указанная цель достигается использованием в качестве "основного реагента" при восстановительном спекании окисленных никель-кобальтовых руд золы ТЭЦ от пылевидного сжигания каменных углей Кузнецкого угольного бассейна, взятой от 10 до 20% от веса руды в зависимости от содержания в ней извлекаемых металлов. Восстановительное спекание ведут при температуре 1100-1200^oС, измельчение спека никель и кобальт извлекают магнитной сепарацией.

Зола задается на стадии измельчения руды для обеспечения полного смешения.

Золы от сжигания Кузнецких углей содержат, %: углерод (недожог) в активном состоянии от 1 до 2%, железо от 10 до 12% в элементарном, насыщенном углеродом состоянии, и частично в форме вюстита, от 8 до 10% оксидов щелочных металлов, от 22 до 30% оксидов щелочноземельных металлов, до 30% оксидов никеля, ванадия, марганца, хрома, содержание сульфидной серы менее 0,1%.

Углерод, науглероженное железо и вюстит активно восстанавливают окислы никеля и кобальта, не только свободные, но и входящие в состав сложных минеральных образований, чему содействуют и оксиды щелочных и щелочноземельных металлов.

Технология отрабатывалась на окисленной никель-кобальтовой руде Шалапского (Алтайский край) месторождения. Усредненная, пропорционально запасам, партия руды имела состав, %: SiO₂ - 33,5 Al₂O₃ - 3,7 MgO - 7,2 CaO - 1,5 S - 0,01 P₂O₅ - 0,2 Fe₂O₃ - 31,2 FeO - 0,23 Ni - 1,05
Co - 0,16
Cu - 0,1
Zn - 0,84
Mn - 1,14
Методика исследований была следующей: навеска руды с расчетным количеством золы подвергалась сухому измельчению в стержневой мельнице, помещалась в фарфоровый стакан и спекалась при заданной температуре.

По прохождении установленного времени стакан извлекался из печи, спек охлаждался, измельчался до заданной крупности и подвергался сухой (CMC) и мокрой (ММС) магнитной сепарации. При проведении разделительного процесса ММС измельчение спека и МС проводились в слабом растворе серной кислоты. Магнитная (МФ), немагнитная (НМФ) подвергались одноразовой перечистке.

Все продукты разделительного процесса анализировались.

Микроскопическое (МИН 9) исследование спека, МФ и НМФ фракций показало, что свободный кварц и вторичные минеральные образования имеют мелкодисперсную срощенность с несущими никель и кобальт образованиями, частично экранируют восстановленные металлы. Наблюдается также эффект поляризационного прилипания разнородных в минералогическом образовании частиц спека друг к другу.

Явление сращивания и поляризационного прилипания снижают коэффициент обогащения и увеличивают потери извлекаемых металлов с пустой породой. Измельчение спека и проведение ММС в слабом растворе серной кислоты позволяет значительно повысить качественные показатели технологии передела руды в целом.

Пример 1.

Первоначально изучалось влияние расхода золы и температуры на показатели разделительного процесса. Руда вместе с золой в сухом состоянии измельчалась на 100% по классу минус 0,1 мм. Спек перед сухой магнитной сепарацией измельчался на 100% по классу минус 0,075 мм. Результаты опытов представлены в таблице 1.

Анализ данных таблицы 1 показывает, что устойчиво сравнительно высокое извлечение никеля и кобальта в магнитную фракцию достигается при расходе золы в переделе 15-20% от веса руды и температуре спекания в интервале 1100-1200^oС. Однако степень обогащения невысокая в 2-2,5 раза при довольно тонком помоле.

Пример 2.

Изучалось влияние продолжительности спекания в интервале температур 1100-1200^oС и тонины измельчения спека на качественные показатели процесса магнитного обогащения. Напряженность магнитного поля была постоянной и равнялась 3600 эрстет. Результаты опытов представлены в таблице 2. Результаты опытов и наблюдений за состоянием спека показывают, что продолжительность спекания в пределе 60 мин при заданном температурном режиме обеспечивает наилучшие показатели по магнитному разделению. Некоторое падение извлечения объясняется наличием вторичного окисления извлекаемых металлов, особенно по открытой поверхности.

Снижение тонины помола спека в интервале от 100 до 53 микрон приводит к повышению извлечения и содержания никеля и кобальта в магнитной фракции, но степень обогащения растет незначительно.

Контрольные опыты по мокрой магнитной сепарации (ММС) в различных средах показали, что наибольший коэффициент обогащения достигается при измельчении спека и ММС в слабых растворах серной кислоты.

Пример 3.

Изучалось влияние продолжительности обработки измельченного спека в растворе серной кислоты различной концентрации.

Было получено 5 кг спека. Температура спекания в интервале 1100-1200^oС, расход золы 20% от веса руды, продолжительность спекания 60 мин. Весь спек измельчен на 100% минус 0,075 мм, разделен на две равные части, и одна часть измельчена на 100% по классу минус 0,053 мм. На обработку серной кислоты и разделительный процесс на каждый опыт навеска спека равнялась 200 г. Т:Ж процесса в целом равнялось 1:1,5.

ММС проводилась при напряженности магнитного поля 3600 эрстет.

В таблице 3 приведены данные опытов по мокрой магнитной сепарации в воде. Время репульпации измельченного спека в воде 20 мин.

При ММС получаются более высокие показатели по извлечению никеля и кобальта в магнитную фракцию, но коэффициент обогащения практически не повышается. С магнитными компонентами спека увлекается много пустой породы.

В таблице 4 представлены данные по ММС, обработанного в растворе серной кислоты различной концентрации, измельченного на 100% минус 0,075 мм и 0,053 мм спека.

Время репульпации изменялось от 10 до 30 мин.

Полученные данные показывают, что обработка измельченного спека в растворе серной кислоты оказывает положительное влияние на все показатели обогащения, особенно заметно повышается извлечение. Однако при репульпации измельченного спека, особенно по классу 0,053 мм, более 20 мин в растворах серной кислоты, с концентрацией 45 г/л и выше наблюдается заметный переход никеля в раствор. Поэтому следует признать рациональным проведение репульпации спека в растворе серной кислоты, концентрацией не выше 45 г/л, в пределе 10-20 мин.

В таблице 5 приведены данные опытов перечистной ММС суммарной магнитной фракции, полученной от первичной ММС спека, измельченного на 100% по классу 0,053 мм и обработанного в растворе серной кислоты, концентрацией 30 и 45 г/л в течение 10 и 20 мин. Всего по четырем опытам получено 314 г магнитного концентрата со средним содержанием никеля 2,64% и кобальта 0,39%. Предварительно магнитный концентрат репульпировался в воде при Т: Ж=1:1,5 в течение 10 мин.

При перечистной ММС получен магнитный концентрат с содержанием никеля 4,4%, кобальта 0,64%. Степень обогащения превысила четыре. Суммарное извлечение в пересчете от руды составило никеля 95%, кобальта 91%.

Вторым продуктом ММС является НМФ (промпродукт), содержащий никеля 0,26% и кобальта 0,05%. Промпродукт направляется в голову процесса. Выход промпродукта от руды в пределе 10-12%. Возврат промпродукта в голову процесса приводит к снижению потерь никеля и кобальта с отвальными материалами.

Источники информации
1. Смирнов В.И., Цейдер А.А., Худяков И.Ф., Тихонов А.И. Металлургия меди, никеля, кобальта, ч. 2. М.: Металлургия, 1966 г., 404 с., c. 109-122.

2. Металлургия меди, никеля и кобальта. Сб. трудов международной конференции. /Под ред. А.А.Цейдлер. М.: Металлургия, 1965 г., 500 с., с. 241-252.

3. Пименов П.И., Михайлов В.И. Переработка окисленных никелевых руд. М.: Металлургия, 1972 г., 336 с. с ил., с. 32-44.

4. Севрюков Н.Н., Кузмин Б.А., Челищев Е.В. Общая металлургия. М.: Металлургия. 1976 г., 568 с., с. 153-158.

5. Худяков И. Ф., Тихонов А.И., Деев В.И., Набойченко С.С. Металлургия меди, никеля, кобальта, ч. 2. М.: Металлургия, 1977 г., 264 с, с. 196-200.

6. Буланов В.Я., Ватолин Н.А., Залазинский Г.Г., Волкова П.И. Гидрометаллургия железных порошков. М.: Наука, 1984 г., 212 с, с. 177-183.

7. А.с. СССР 123891, С 22 В 23/02.

Формула изобретения

Способ переработки окисленных никель-кобальтовых руд, включающий восстановительное спекание, измельчение спека и магнитную сепарацию, отличающий тем, что в качестве химического реагента при спекании используют золу ТЭЦ от пылевидного сжигания каменных углей, а измельчение спека и его магнитную сепарацию ведут в растворе серной кислоты с концентрацией не более 45 г/л.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5