Способ извлечения никеля и кобальта из никелевых руд
Изобретение относится к металлургии, а именно к способам получения никеля и кобальта из руд, преимущественно латеритного типа. Способ извлечения никеля и кобальта из никелевых руд включает обжиг руды с добавками серы и хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов в присутствии водяного пара с последующим охлаждением, сернокислотным выщелачиванием обожженной руды и дальнейшей переработкой раствора. При этом обжиг руды и ее охлаждение проводят без доступа воздуха, преимущественно обжиг проводят при температуре 400-600°С, а охлаждение - до температуры не выше 300°С. Добавки в руду серы и хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов составляют соответственно 2-3 и 1,0-1,5 процентов от массы сухой руды. Выщелачивание обожженной руды проводят при атмосферном давлении, соотношение Т:Ж выдерживают в пределах 1:1,5-2,0, начальную концентрацию серной кислоты в выщелачивающем растворе поддерживают не менее 200 г/л, а температуру раствора - 70-80°С, обеспечивается повышение степени извлечения никеля и кобальта. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к металлургии, а именно к способам получения никеля и кобальта из руд преимущественно латеритного типа.
Известны способы переработки руд, основанные на сернокислотном автоклавном выщелачивании, обеспечивающие высокую степень извлечения целевых компонентов [патенты РФ №2224036, 2221064, US №6379636, 4044096]. Недостатком их является дорогое и сложное в эксплуатации аппаратурное оформление, а также ограниченное применение (только для руд с низким содержанием оксида магния). Известны способы аммиачно-карбонатного выщелачивания предварительно восстановленной руды, однако эта технология обеспечивает извлечение никеля до 70%, кобальта - до 20% [И.Д.Резник, Г.Г.Ермаков, Я.М.Шнеерсон. Никель. Т.2. Москва, ООО "Наука и Технологии 2003"].
Известен способ получения никеля и кобальта из силикатных руд [РФ №2161658], включающий обжиг руды при температуре 300-700°С в присутствии водяного пара при температуре не менее 100°С с последующим выщелачиванием продуктов обжига в сернокислотном растворе с концентрацией 100-200 г/л Н2SO4 и дальнейшей переработкой полученного раствора. Способ является более экономичным и безопасным, однако характеризуется недостаточно высокой степенью извлечения целевых продуктов. Степень извлечения никеля и кобальта по данному способу составляет соответственно не более 80 и 85%.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ по патенту DE №1279330, включающий обжиг руды с добавками соединений серы и хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов в присутствии воздуха с последующим выщелачиванием продуктов обжига и селективном растворением - осаждением концентратов с получением целевых продуктов. Степень извлечения никеля и кобальта по данному способу составляет соответственно 67-75%.
Технической задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение степени извлечения никеля и кобальта. Задача решается тем, что способ извлечения никеля и кобальта из никелевых руд латеритного типа включает обжиг руды с добавками серы и хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов в присутствии водяного пара с последующим охлаждением, сернокислотным выщелачиванием обожженной руды и дальнейшей переработкой раствора. При этом обжиг руды и ее охлаждение проводят без доступа воздуха, преимущественно обжиг проводят при температуре 400-600°С, а охлаждение - до температуры не выше 300°С. Добавки в руду серы и хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов составляют соответственно 2-3 и 1,0-1,5 процентов от массы сухой руды. Выщелачивание обожженной руды проводят при атмосферном давлении, соотношение Т:Ж выдерживают в пределах 1:1,5-2,0, начальную концентрацию серной кислоты в выщелачивающем растворе поддерживают не менее 200 г/л, а температуру раствора - 70-80°С.
Отличие способа от прототипа заключается в том, что, во-первых, процессы обжига и охлаждения руды проводят без доступа кислорода воздуха, который при высокой температуре окисляет железосодержащие минералы до кислотоупорного гематита, что приводит к резкому снижению извлечения никеля и кобальта. Для этого печь для обжига со стороны загрузки и выгрузки должна иметь любое из известных устройств для герметизации подачи и выгрузки руды. Во-вторых, в данном способе оптимизируют условия обжига, охлаждения и чанового выщелачивания, обеспечивающие высокую степень извлечения целевых компонентов. Кроме того, способ пригоден для использования при содержании MgO в руде до 20%.
Максимальное извлечение никеля достигается при температуре обжига руды более 400°С и менее 600°С. При большей температуре происходит образование ферритов, усложняющих извлечение никеля. При температуре выщелачивания ниже 70 и более 80°С, концентрации серной кислоты менее 200 г/л, соотношении Т:Ж менее 1,5 падает извлечение никеля в раствор. Кроме того, снижение Т:Ж ниже 1,5 ухудшает перемешивание вследствие возросшей вязкости суспензии. Превышение этого соотношения выше 2,0 приводит к увеличению остаточной кислотности раствора и, следовательно, сложности дальнейшей его переработки.
Влияние количества добавок к руде показано в таблице 1. Содержание добавок не менее 1% NaCl и 2% S позволяет достигнуть приемлемого извлечения целевых компонентов. Повышение содержания этих добавок соответственно выше 1,5% NaCl и 3,5% S не улучшает извлечения целевых компонентов, но резко увеличивает коррозионную агрессивность смеси.
Вышеуказанные условия проведения процесса переработки руд позволяют повысить степень извлечения целевых компонентов не только при выщелачивании, но и позволяют увеличить скорость фильтрации осадков примерно в 1,8-2,0 раза, что в конечном счете способствует уменьшению потерь целевых компонентов.
Способ осуществляют следующим образом.
Пример 1
Измельченную силикатную никелевую руду, содержащую 0,8% Ni и 0,06% Со, с добавками серы (2%) и хлорида натрия (1%) загружают во вращающуюся печь через бункер с гидрозатвором. В печи обеспечивают нагрев до 500°С и подачу пара при соотношении к массе руды 1:1. После обжига материал выгружают через загрузочное устройство с гидрозатвором в герметичный контейнер, обеспечивающий естественное охлаждение без доступа кислорода до температуры не выше 300°С. Обожженную руду выщелачивают при Т:Ж=1,5, температуре 70°С и концентрации серной кислоты 200 г/л. Далее никель и кобальт извлекают осаждением содой в виде карбонатов или сульфидов известными приемами.
| Таблица 1 Влияние добавок серы и хлорида натрия при обжиге руды на концентрацию никеля в продуктивном растворе* | |||
| №п/п | Добавка хлористого натрия,% | Добавка самородной серы,% | Содержание никеля в растворе, г/л |
| 1 | 0 | 0,5 | 1,5 |
| 2 | 0 | 1,0 | 1,73 |
| 3 | 0 | 1,5 | 2,0 |
| 4 | 0 | 2,0 | 2,4 |
| 5 | 0 | 2,5 | 2,4 |
| 6 | 0 | 3,0 | 2,4 |
| 7 | 0,2 | 0 | 1,0 |
| 8 | 0,4 | 0 | 1,3 |
| 9 | 0,8 | 0 | 1,5 |
| 10 | 1,0 | 0 | 1,83 |
| 11 | 1,4 | 0 | 1,8 |
| 12 | 1,0 | 1,5 | 2,65 |
| 13 | 1,0 | 2,0 | 3,24 |
| 14 | 1,5 | 2,0 | 3,23 |
| 15 | 1,0 | 2,5 | 3,25 |
| 16 | 2,0 | 3,0 | 3,24 |
| * Выщелачивание производилось в растворе серной кислоты с концентрацией 200 г/л при температуре 80°С в течение 30 минут. Отношение твердого в жидкому Т:Ж=1:2. Приемлемым считается содержание никеля не менее 2,7 г/л. |
Примеры 2-8 проведены аналогично примеру 1 за исключением ряда характеристик, численные значения которых приведены в таблице 2. Из данных таблицы следует, что извлечение никеля и кобальта из руды по предложенному способу выше, чем в прототипе, и составляет 90-95 и 96-97% соответственно.
| Таблица 2 Характеристики способа и результаты его реализации | ||||||||||
| №п/п | Обжиг | Выщелачивание | Извлечение,% | Примечание | ||||||
| 1 прототип | Добавки,% | Температура,°С | Т:Ж | t p-pa, °С | конц. H2SO4,г/л | Ni | Со | |||
| S | NaCl | обжига | охлаждения | |||||||
| 8 | количественно не указано | 250-600 | - | количественно не указано | 67-75 | 67-75 | герметизация от доступа кислорода не предусмотрена | |||
| 2 | 2,0 | 1,0 | 600 | 250 | 1:1,5 | 70 | 200 | 93,6 | 96,8 | давление в печи не менее 100 Па |
| 3 | 2,5 | 1,0 | 600 | 300 | 1:1,5 | 70 | 200 | 94,4 | 97,0 | -//- |
| 4 | 3,0 | 1,0 | 500 | 300 | 1:1,7 | 80 | 200 | 95,0 | 97,0 | -//- |
| 5 | 2,0 | 1,0 | 400 | 90 | 1:2,0 | 80 | 200 | 93,7 | 96,4 | -//- |
| -//- | ||||||||||
| 6 | 2,0 | 1,0 | 500 | 90 | 1:2,2 | 65 | 180 | 75 | 81 | завышенная остаточная кислотность |
| 7 | 2,0 | 1,0 | 650 | 90 | 1:1,3 | 85 | 200 | 68,5 | 72,7 | давление в печи не менее 100 Па |
| 8 | 2,0 | 1,0 | 500 | 350 | 1:1,5 | 80 | 200 | 52 | 54 | -//- |
1. Способ извлечения никеля и кобальта из никелевых руд, включающий обжиг руды с добавками серы и хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов в присутствии водяного пара с последующим охлаждением, сернокислотным выщелачиванием обожженной руды и дальнейшей переработкой раствора, отличающийся тем, что обжиг руды и ее охлаждение проводят в бескислородной атмосфере, добавки серы и хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов вносят в количестве соответственно 2-3 и 1-1,5% от массы сухой руды, а температуру раствора при выщелачивании выдерживают в диапазоне 70-80°С.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обжиг руды проводят преимущественно при температуре 400-600°С, а охлаждение проводят до температуры не выше 300°С.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание проводят при атмосферном давлении, а соотношение Т:Ж выдерживают в пределах 1:1,5÷2,0.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальную концентрацию серной кислоты в выщелачивающем растворе выдерживают не менее 200 г/л.
