Способ извлечения никеля и кобальта из латеритных руд
Изобретение относится к области металлургии, в частности к извлечению никеля и кобальта. Способ извлечения никеля и кобальта из никель- и кобальтсодержащих латеритных руд включает обжиг исходной руды в восстановительной атмосфере во вращающейся обжиговой печи для селективного восстановления никеля и кобальта, причем перед обжигом к исходной руде восстановитель либо не добавляют совсем, либо добавляют в количестве менее 2,5 мас.% и проводят выщелачивание восстановленной руды аэрированным аммиачным раствором карбоната аммония для выделения никеля и кобальта в выщелачивающий раствор. Затем отделяют выщелачивающий раствор от рудных хвостов и извлекают никель и кобальт жидкостной экстракцией органическим реагентом, осаждением или ионным обменом. Техническим результатом изобретения является повышение энергетического КПД с достаточной степенью извлечения никеля и кобальта. 15 з.п. ф-лы, 5 табл.
Область техники
В целом настоящее изобретение относится к усовершенствованному способу извлечения никеля и кобальта из латеритных руд. В частности, в настоящем изобретении предложен усовершенствованный способ извлечения никеля и кобальта из никель- и кобальтсодержащих латеритных руд путем селективного восстановительного обжига руды во вращающейся обжиговой печи с последующим выщелачиванием этих металлов аэрированным аммиачным раствором карбоната аммония.
Уровень техники
Латеритные месторождения никелевых и кобальтовых руд обычно содержат руды оксидного типа, лимониты и руды силикатного типа, сапролиты, в одном и том же месторождении. Сапролиты с более высоким содержанием никеля удобнее обрабатывать методом электроплавки с получением ферроникеля. Большие расходы энергии для лимонита и смесей лимонита/сапролита с более низким содержанием никеля делает этот способ обработки слишком дорогостоящим, и такие руды обычно обрабатывают с использованием сочетания пирометаллургических и гидрометаллургических способов.
Известен способ восстановительного обжига и выщелачивания карбонатом аммония, впервые описанный Кэроном (М.Н.Caron) в 1924 г. Промышленные установки, в которых применяется данный способ, работают в Австралии, Бразилии и на Кубе. Способ был усовершенствован, однако обычно он включает в себя стадии сушки руды для удаления свободной влаги, измельчения руды, обжига руды в восстанавливающей атмосфере, охлаждения руды и выщелачивания восстановленной руды в аэрированном аммиачном растворе карбоната аммония, растворяющем никель и кобальт в виде аммиакатных комплексов. Затем никель и кобальт могут быть выделены из раствора различными способами, которые могут включать в себя жидкостную экстракцию, осаждение сульфида, осаждение смешанного карбоната путем отгонки паром аммиака и диоксида углерода или ионный обмен. В модифицированном способе Кэрона, применяемом компанией QNI в Австралии, используется процесс жидкостной экстракции из аммиачных растворов (ASX) с целью разделения никеля и кобальта для дальнейшей очистки, и этот способ описан в Австралийском патенте 605867.
Восстановительный обжиг латерита обычно осуществляют при температуре около 750°С в атмосфере, богатой водородом и монооксидом углерода и создаваемой путем субстехиометрического сжигания топлива, которая восстанавливает соединения никеля и кобальта в руде до металлического никеля и кобальта. Важный признак этой стадии восстановления заключается в том, что выбранные условия таковы, что восстановление является селективным для никеля и кобальта, при этом сводя к минимуму восстановление содержащегося в руде оксида железа. Избыточное образование металлического железа может привести к нежелательным воздействиям на стадию выщелачивания и конечное извлечение никеля и кобальта. Стадию селективного восстановительного обжига осуществляют на промышленных установках типа Кэрона в многоподовых обжиговых печах типа Херрешоффа (Herreschoff). Для достижения приемлемой степени извлечения никеля и кобальта помимо создания восстанавливающей атмосферы с измельченной рудой перед стадией обжига смешивают восстановитель, как правило, в виде тяжелого нефтяного топлива (мазута), создавая дополнительные восстанавливающие условия, максимально способствующие превращению никеля и кобальта в металлическую форму. К сожалению, доступные с экономической точки зрения виды тяжелого нефтяного топлива содержат большие количества серы, и при этом, хотя основы способа Кэрона и его более современные модификации известны из патента 605867 и научно-технической литературы, влияние соединений серы на химию раствора во время стадий выщелачивания и жидкостной экстракции описано в значительно меньшей степени.
Сера, присутствующая в виде сероорганических соединений в нефтяном топливе, используемом как для добавления перед восстановлением, так и сжигания в камере сгорания, во время аэрационного выщелачивания переходит, в основном, в аммиачный раствор карбоната аммония, в то время как остаток в виде металлических сульфидов сопутствует твердой фракции руды, выгружаемой в отвал после противоточной декантирующей промывки и отгонки паром с целью извлечения аммиака. Такие содержащие сульфиды твердые вещества могут со временем привести к подкислению грунтовых вод, что является нежелательным с экологической точки зрения. Свидетельством влияния серы в нефтяном топливе на этот процесс является то, что никелевая латеритная руда обычно содержит от 0,1 до 0,2% серы, однако после восстановительного обжига с использованием тяжелой нефти как для предварительного восстановления, так и для сжигания в камере сгорания, охлажденная обоженная руда может содержать от 0,3 до 0,35% серы. Обычно 60% такой содержащейся серы будет растворяться в аммиачном выщелачивающем растворе карбоната аммония.
В способе Кэрона для извлечения никеля из аммиачного раствора карбоната аммония этот раствор подвергают паровой дистилляции для удаления аммиака и диоксида углерода. Присутствующие соединения серы выпадают в осадок вместе с никелем, образуя смесь основного сульфата никеля/основного карбоната никеля. Для извлечения свободного от серы никелевого продукта данную смесь кальцинируют при высоких температурах для удаления серы в виде диоксида серы в дымовом газе, что также является нежелательной стадией с экологической точки зрения.
В модифицированном способе Кэрона, используемом QNI на его рафинировочном заводе Yabulu и описанном в патенте AU 605867, согласно которому в результате жидкостной экстракции никель извлекают из аммиачного выщелачивающего раствора карбоната аммония в виде неионного комплекса, анионные частицы серы остаются в растворе в основном в виде сульфата аммония. Этот раствор после обработки с целью извлечения летучего аммиака и диоксида углерода для повторного использования в данном процессе, либо направляют в сборники, либо обрабатывают при помощи обратного осмоса, делая его менее вредным для окружающей среды. Аммиак, дорогостоящий исходный материал, расходуется в этом процессе в количестве, эквивалентном содержанию анионных частиц серы в растворе.
Существует ряд других видов воздействия, которое оказывает присутствие в растворе частиц серы на извлечение никеля из выщелачивающих растворов жидкостной экстракцией в модифицированном способе Кэрона.
Если боковые смесители-отстойники жидкостной экстракции не работают с высокой эффективностью, то захват частиц серы в нагруженный органический реагент способен перенести серу в никель, извлекаемый во время отгонки, таким образом загрязняя конечный никелевый продукт серой.
Некоторое количество серы в виде тиосульфатов переходит со стадии обжига в выщелачивающий раствор. Уровень содержания тиосульфата, присутствующего в аммиачном растворе карбоната аммония, влияет на валентное состояние кобальта в растворе, способствуя образованию двухвалентного кобальта, а не предпочтительного трехвалентного кобальта. В модифицированном способе Кэрона с использованием стадии разделения никеля и кобальта путем жидкостной экстракции это приводит к эффекту повышения потребностей по использованию пероксида водорода, который добавляют к раствору, подаваемому на стадию жидкостной экстракции и содержащему никель и кобальт, с целью перевода основного количества кобальта в трехвалентное состояние. Тиосульфат также повышает потери кобальта в виде осадка на стадии предварительной дистилляции подаваемого раствора, и, предотвращая полное окисление двухвалентного кобальта на стадии жидкостной экстракции, снижает производительность участка жидкостной экстракции, позволяя двухвалентному кобальту фактически отравлять органический экстрагент, используемый для экстракции никеля из подаваемого раствора, вызывая необходимость непрерывной реабилитации органического реагента путем очистки кислотой и повторной оксимации, как описано в Австралийском патенте AU 612528.
Несмотря на то, что добавление серы к сапролитной руде является предпочтительным для стадии восстановительного обжига (хотя и необязательным при обжиге лимонита), ее присутствие в мазуте-восстановителе необязательно является полезным, поскольку оно мешает оптимальному управлению отношением серы к руде.
Следующее ограничение промышленных установок типа Кэрона заключается в том, что многоподовые обжиговые печи не обеспечивают той эффективности превращения никеля и кобальта, которая может быть получена в лаборатории, из-за плохого контакта газа и твердых веществ, внутреннего «проскакивания» твердых веществ и восстанавливающего газа, а также из-за плохого контроля температуры. Последнее может привести к недостаточному восстановлению из-за низкой температуры обжиговой печи или к перегреванию руды, что приводит к необратимым потерям никеля в результате образования оливиновой фазы, т.е. соединения никеля, магния и кремния вида ((Ni, Mg)2SO4). Для каждого предприятия по производству никеля и кобальта требуется большое количество многоподовых обжиговых печей. Обычно одна многоподовая обжиговая печь способна обрабатывать 25-30 тонн латеритной руды в час, что требует использования от 12 до 24 таких установок для обеспечения годовой производительности по никелю в 30000 тонн и делает эту часть процесса весьма высокозатратной. Такие печи также требуют больших расходов на ремонт и эксплуатацию из-за большого потребления энергии, происходящего по причине плохого термического кпд и предварительного смешивания восстановителя в виде тяжелой нефти с рудой.
Главное усовершенствование способа восстановительного обжига-выщелачивания аммиачным раствором карбоната аммония заключалось бы в том, если бы стадия обжига могла быть осуществлена с использованием меньшего количество единиц оборудования, предпочтительно - одной обжиговой установки, для снижения капитальных затрат, и если бы можно было обеспечить степени извлечения никеля и кобальта, приближающиеся к достигнутым в лаборатории, при этом сводя к минимуму непосредственное добавление восстановителя и, следовательно, серы, что привело бы к существенному снижению расхода энергии. Поэтому была бы желательной разработка усовершенствованного способа такого типа.
В действительности, предпринималось множество описанных попыток по разработке усовершенствованных способов, направленных на преодоление одного или более из вышеупомянутых недостатков.
Например, Моханти с соавторами (Mohanty et al.) провели лабораторные испытания с псевдоожиженным слоем на индийском лимоните и сообщают о степенях извлечения никеля и кобальта соответственно 90 и 70%. Во внутренних сообщениях об исследованиях, проведенных заявителем, описываются испытания по обжигу с псевдоожиженным слоем, обеспечивающие удовлетворительную степень извлечения никеля и кобальта, но приводящие к образованию рудных настылей, что исключает дальнейшую разработку.
Вращающиеся обжиговые печи используют для неселективного частичного восстановления руд сапролитного типа при производстве ферроникеля, целью которого является восстановление как железа, так и никеля, содержащихся в руде, перед конечной стадией электроплавки для получения металлов. В этом способе исходную руду не измельчают, и при этом полное восстановление не является целью. Уголь или кокс в качестве восстановителя обычно добавляют вместе с исходной рудой в количестве пять частей восстановителя на девяносто пять частей руды.
В патенте UK 1348031 на основании лабораторных испытаний описано селективное восстановление индийской латеритной руды с последующим выщелачиванием никеля и кобальта в растворе аммиака-карбоната аммония. Заявлено, что восстановление может быть осуществлено либо в вертикальной обжиговой печи (печь с псевдоожиженным слоем или многоподовая печь), либо в горизонтальной вращающейся обжиговой печи путем опосредованного или прямого нагрева, но с добавлением больших долей восстановителя - от 3 до 6 частей нефтяного топлива на 100 частей сухой кальцинированной руды, при этом пример иллюстрирует использование 4,5 частей нефтяного топлива. При таких расходах добавки способ является экономически невыгодным.
Обычной чертой испытаний по обжигу латерита является то, что испытания в лабораторном масштабе дают более высокие предсказываемые степени извлечения металлов, чем те, которые достигаются на полузаводском оборудовании среднего масштаба или на работающей промышленной установке. Этой проблемы касается патент США 3656934, который описывает селективное восстановление лимонитной руды, содержащей от 38 до 46% железа и примерно 1,5% никеля, во вращающейся обжиговой печи длиной 50 футов и диаметром 3 фута при подготовке к последующему аммиачному выщелачиванию, что обеспечивает достижение степеней извлечения никеля более 80%. В этом патенте США описана сложная модификация с добавлением восстанавливающего газа в нескольких местах вдоль обжиговой печи и указано, что к исходной руде может быть добавлено вплоть до 5% угля и 1% сульфида, такого как пириты.
Отсутствие серы в технологических схемах типа Кэрона и, в частности, в модифицированной технологической схеме Кэрона, которая включает в себя стадию жидкостной экстракции, оказало бы очень существенные положительные воздействия с экономической и экологической точек зрения, и поэтому любой «безсерный» способ, обеспечивающий подобные или улучшенные степени извлечения металлов по сравнению с достигнутыми в настоящее время, стал бы очень выгодным.
Вышеприведенное обсуждение документов, статей и т.п. включено в данное описание всего лишь с целью создания контекста для настоящего изобретения. Это не предполагает или не означает, что какой-либо или все эти документы представляют собой часть основополагающего уровня техники или являются общеизвестными в данной области техники, к которой относится настоящее изобретение, по состоянию в Австралии до даты приоритета каждого пункта формулы данной заявки.
Целью настоящего изобретения является преодоление или по меньшей мере частичное решение одной или более проблем, связанных с предшествующим уровнем техники.
Настоящее изобретение касается способа извлечения никеля и кобальта из никель- и кобальтсодержащих латеритных руд, включающего в себя:
a) обжиг исходной руды в восстановительной атмосфере во вращающейся обжиговой печи для селективного восстановления никеля и кобальта, причем перед обжигом к исходной руде восстановитель добавляют в количестве менее 2,5 мас.% или не добавляют совсем;
b) выщелачивание восстановленной руды аэрированным аммиачным раствором карбоната аммония для выделения никеля и кобальта в выщелачивающий раствор; и
c) отделение выщелачивающего раствора от рудных хвостов и извлечение никеля и кобальта жидкостной экстракцией органическим реагентом, осаждением или ионным обменом.
Заявители неожиданно обнаружили, что эффективное выделение никеля и кобальта может быть достигнуто с использованием вращающейся обжиговой печи для восстановительного обжига измельченной исходной руды перед выщелачиванием аммиачным раствором карбоната аммония. Что наиболее выгодно, заявители обнаружили, что при использовании вращающейся обжиговой печи практически отпадает необходимость в добавлении восстановителя к исходной руде, или же, самое большее, необходимо добавлять всего лишь 2,5 мас./мас.% тяжелой нефти в качестве восстановителя. Предпочтительно, добавляют менее 1 мас./мас.% восстановителя, однако наиболее предпочтительно - восстановитель не добавляют совсем.
Преимущество использования вращающейся обжиговой печи с добавлением небольшого количества или без добавления восстановителя совсем заключается в том, что добавляемые восстановители, такие как тяжелая нефть, содержат большие количества серы, которая обычно растворяется в аммиачном выщелачивающем растворе карбоната аммония во время стадии выщелачивания в виде тиосульфата или сульфата. Это приводит к повышенным потерям аммиака.
Кроме того, в предпочтительном варианте способа, когда никель и кобальт последовательно извлекают путем жидкостной экстракции, кобальт должен присутствовать в трехвалентном состоянии с тем, чтобы обеспечить адекватное разделение никеля и кобальта. Присутствие тиосульфата, образующегося из серы, присутствующей в тяжелых сортах нефти, используемых в качестве восстановителей, способствует образованию двухвалентного, а не трехвалентного кобальта. В случае способа, включающего в себя стадию жидкостной экстракции, к выщелачивающему раствору добавляют пероксид водорода для превращения двухвалентного кобальта в трехвалентный кобальт. Минимизация количества серы, растворяемой в выщелачивающем растворе, путем полного устранения или снижения количества содержащего серу восстановителя, используемого при восстановительном обжиге, уменьшает необходимость в использовании избытка пероксида водорода для обеспечения превращения кобальта в трехвалентное состояние.
Соответственно, в предпочтительном варианте осуществления изобретения никель и кобальт выделяют из аммиачного выщелачивающего раствора путем жидкостной экстракции. Предпочтительным органическим реагентом для жидкостной экстракции является 2-гидрокси-5-т-нонилацетофеноноксим, растворенный в носителе типа керосина. Альтернативные реагенты могут включать другие оксимовые реагенты или замещенные бета-дикетоновые реагенты. Пониженные уровни серы в способе по настоящему изобретению приводят к снижению потерь кобальта, уменьшению количества используемого пероксида водорода и повышению производительности (емкости) стадии жидкостной экстракции в данном способе.
Также может быть достигнуто существенное снижение затрат, поскольку вращающаяся обжиговая печь, которая может заменить 12 или более многоподовых печей, требует меньших капитальных затрат, а сами восстановители являются дорогостоящими и составляют основную часть технологических расходов.
В способе по изобретению высушенную и измельченную латеритную руду, которая может быть лимонитной, сапролитной или смесью двух этих руд, подают во вращающуюся обжиговую печь типа, хорошо известного в данной области техники, которая обогревается субстехиометрическим образом на конце выгрузки руды для создания в печи восстановительной атмосферы. Восстановительную атмосферу во вращающейся обжиговой печи поддерживают путем регулирования содержания водорода и монооксида углерода в атмосфере печи. Было установлено, что это является достаточным для того, чтобы обеспечить селективное восстановление никеля и кобальта и сделать восстановленную руду пригодной для выщелачивания аэрированным аммиачным раствором карбоната аммония. Альтернативно, к измельченной руде перед обжигом может быть добавлено всего лишь вплоть до 2,5 мас./мас.% восстановителя, такого как тяжелая нефть, что может оказаться желательным для максимизации восстановления присутствующих никеля и кобальта.
Температура в восстановительной зоне обжиговой печи может обычно варьироваться от 600 до 850°С, однако предпочтительно она будет составлять от 700 до 810°C. Обжиговая печь может обогреваться любым видом нефтяного топлива или газа, предпочтительно - нефтяным топливом или газом с низким содержанием серы, наиболее предпочтительно - газом, при этом количество воздуха для горения регулируют для достижения необходимых уровней содержания восстанавливающих водорода и монооксида углерода в атмосфере печи.
Общее время пребывания руды во вращающейся обжиговой печи может варьироваться от 65 до 260 минут путем регулирования скорости (вращения) печи, при этом время пребывания руды в восстановительной зоне печи, где температура составляет выше 600°С, может варьироваться от 13 до 52 минут.
Восстановленная руда, выгруженная из обжиговой печи, уже непосредственно готова к традиционному выщелачиванию при помощи аммиака/карбоната аммония для извлечения ценных никеля и кобальта. В способе по изобретению восстановленную руду обычно непрямым способом (опосредованно) охлаждают до температуры от 150 до 300°С в неокисляющей атмосфере и смешивают с аммиачным раствором карбоната аммония, содержащего от примерно 70 грамм на литр до примерно 150 грамм на литр аммиака и от примерно 50 грамм на литр до примерно 100 грамм на литр диоксида углерода. Шлам, образуемый в результате смешивания восстановленной руды с аммиачным раствором карбоната аммония, перемешивают и аэрируют для достижения растворения никеля и кобальта в виде аммиакатных комплексов. Шлам может быть охлажден при помощи холодильника либо сочетания холодильника и традиционного способа охлаждения шлама. Выщелачивание обычно происходит при температурах от 35 до 60°С и при атмосферном давлении. Богатый раствор, содержащий ценные никель и кобальт, отделяют от рудных хвостов, и далее он может быть обработан множеством известных способов для извлечения никеля и кобальта, таких как жидкостная экстракция, методы осаждения или ионный обмен, но предпочтительно - при помощи жидкостной экстракции.
ПРИМЕРЫ
В качестве примера три образца латеритной руды, т.е. лимонит, сапролит и смесь лимонита/сапролита в массовом соотношении 7:3, сушили, мелко измельчали и подвергали селективному восстановительному обжигу во вращающейся обжиговой печи, которая имела длину 10 метров и диаметр 0,4 метра. Обжиговая печь работала непрерывно с пропускной способностью 45 кг руды в час, при этом восстановительную атмосферу обеспечивали путем субстехиометрического сжигания газа в камере сгорания, расположенной на конце выгрузки руды из печи. Температуры в обжиговой печи варьировались от 700 до 780°С. Были проведены испытания без добавления и с добавлением к исходной руде тяжелого нефтяного топлива (мазута) в качестве восстановителя. Скорость вращения обжиговой печи регулировали для варьирования времени пребывания в ней руды. Обожженную руду, выходящую из печи, охлаждали непрямым способом до температуры менее 100°С в атмосфере инертного газа и выщелачивали в аэрированном аммиачном растворе карбоната аммония, содержащем 100 г/л NH3 и 80 г/л СО2.
Проанализированный состав образцов первоначальной сухой руды представлен в таблице 1.
| Таблица 1 Содержание Fe, Ni, Со в рудах | |||
| Образец | % Fe | % Ni | % Со |
| Сапролит | 14,19 | 1,73 | 0,06 |
| Смесь | 33,92 | 1,69 | 0,13 |
| Лимонит | 43,20 | 1,57 | 0,22 |
Пример 1
(с добавлением восстановителя в виде тяжелой нефти)
В таблице 2 представлены максимальная и средняя степени извлечения, полученные после проведения полной серии испытаний для каждой руды, в сравнении с теми степенями извлечения, которые могут быть получены в хорошо работающей многоподовой печи Херрешоффа. Как следует из таблицы 2, достигнутые извлечения демонстрируют значительное улучшение по сравнению с типичными извлечениями в многоподовой обжиговой печи, причем они намного ближе тех, которые получены в лабораторных испытаниях.
| Таблица 2 Извлечение Ni и Со | ||||
| % извлечения во вращающейся обжиговой печи | % извлечения в хорошо работающей многоподовой печи | |||
| Никель | Кобальт | Никель | Кобальт | |
| Лимонит макс. | 96,4 | 95,6 | ||
| средн. | 94,3 | 91,7 | 84,5 | 76,0 |
| Сапролит макс. | 97,6 | 89,1 | ||
| средн. | 82,9 | 83,6 | 75,0 | 70,0 |
| Смесь макс. | 95,2 | 96,0 | ||
| средн. | 92,4 | 92,6 | 84,0 | 75,0 |
Большая часть результатов, которые были учтены в представленных в таблице 2 средних значениях, была получена при добавлении к рудному сырью восстановителя в виде тяжелой нефти в количестве 2,5% по массе, что эквивалентно типичной доле восстановителя, используемой в промышленных многоподовых печах, но существенно ниже того количества, которое предусматривается в известных из уровня техники документах для вращающихся обжиговых печей.
Пример 2
(без добавления восстановителя в виде тяжелой нефти)
Однако большую важность имел восстановительный обжиг лимонита без добавления к руде восстановителя в виде тяжелой нефти. Как показано в таблице 3, степени извлечения никеля и кобальта были прекрасными, и при этом не наблюдается заметного снижения извлечения по сравнению с использованием 2,5% восстановителя. В таблицу включены также смоделированные результаты выщелачивания аммиачным раствором карбоната аммония с тем, чтобы продемонстрировать суммарный эффект селективного восстановительного обжига во вращающейся обжиговой печи без добавления тяжелой нефти в сочетании с аэробным выщелачиванием, и анаэробного выщелачивания, которое имеет место во время противоточного промывания хвостов в обычном способе.
| Таблица 3 Извлечение Ni и Со, полученное без добавления восстановителя | ||||
| % извлечения при обжиге во вращающейся обжиговой печи | % извлечения при сочетании восстановительного обжига во вращающейся обжиговой печи и аммиачного выщелачивания карбонатом аммония | |||
| Никель | Кобальт | Никель | Кобальт | |
| Лимонит макс. | 93 | 93,2 | 93,2 | 69,1 |
| средн. | 92 | 85 | 92,7 | 66,5 |
Пример 3
Восстановление смеси лимонита/сапролита при различных условиях
Вторую смесь лимонита и сапролита в массовом соотношении 7:3 подвергали серии селективных восстановительных обжигов во вращающейся обжиговой печи, используемой в примерах 1 и 2. Температуру в обжиговой печи и скорость вращения печи варьировали.
Анализ исследуемой смеси руд показал, что она содержит 1,86% Ni, 0,17% Со, 35,5% Fe и 0,13% С. Как показывают данные, указанные в колонках 2-7 таблицы 4, без использования тяжелой нефти в качестве восстановителя были достигнуты эффективности восстановления никеля вплоть до 90,8% и эффективности восстановления кобальта 89,4%, которые сравнимы с теми эффективностями, которые достигаются при добавлении 2,5% восстановителя (колонка 1).
| Таблица 4 | ||||||||
| Период испытания | Колонка | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Длительность периода | часы | 13 | 22 | 14 | 10 | 10 | 7 | 43,5 |
| Температура восстановления | °С | 809 | 801 | 761 | 848 | 803 | 802 | 802 |
| Связанный углерод | % | 1,4 | 0,4 | 0,4 | 0,3 | 0,5 | 0,4 | 0,6 |
| Водород на выходе из печи | % об. сухой вес | 15,3 | 15,1 | 14,1 | 15,3 | 14,8 | 14,7 | 15,6 |
| Монооксид углерода на выходе из печи | % об. сухой вес | 7,1 | 7,4 | 7,0 | 9,0 | 8,5 | 8,3 | 8,1 |
| Время пребывания в печи | мин | 260 | 260 | 260 | 260 | 65,5 | 130 | 260 |
| Время пребывания в горячей восстановительной зоне | мин | 51 | 51 | 51 | 51 | 13 | 26 | 51 |
| Расход нефти | % мас. к руде | 2,5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Эффективность извлечения никеля | % | 92,0 | 88,7 | 88,7 | 87, 7 | 89,2 | 88,6 | 90,8 |
| Эффективность извлечения кобальта | % | 92,4 | 81,2 | 89,0 | 86, 9 | 89,3 | 85,4 | 89,4 |
Пример 4
Подготовленную (обогащенную) лимонитную руду состава 1,96% никеля, 0,1% кобальта и 20,8% железа сушили, мелко измельчали и подвергали селективному восстановительному обжигу во вращающейся обжиговой печи, описанной в предыдущих примерах. Испытания проводили с восстановителем (колонка 1 таблицы 5) и без него (колонки 2 и 3) и с варьируемым временем пребывания в печи. Обожженную руду, выходящую из печи, охлаждали непрямым способом до температуры менее 100°С в атмосфере инертного газа и выщелачивали в аэрированном аммиачном растворе карбоната аммония, содержащем 100 г/л NH3 и 80 г/л СО2.
Эти испытания продемонстрировали, что даже без восстановителя и с относительно коротким периодом пребывания в восстановительной зоне выделение никеля и кобальта было существенно лучше, чем достигаемое в многоподовых обжиговых печах.
| Таблица 5 | ||||
| Период испытания | Колонка | 1 | 2 | 3 |
| Длительность периода | часы | 17 | 20 | 20 |
| Температура восстановления | °С | 803 | 799 | 805 |
| Связанный углерод | % | 1,6 | 0,5 | 0,9 |
| Водород на выходе из печи | % об. сухой вес | 16,4 | 17,9 | 16,2 |
| Монооксид углерода на выходе из печи | % об. сухой вес | 7,2 | 8,1 | 7,5 |
| Время пребывания в печи | мин | 260 | 260 | 65 |
| Время пребывания в горячей восстановительной зоне | мин | 51 | 51 | 13 |
| Расход нефти | % мас. к руде | 2,5 | 0 | 0 |
| Эффективность извлечения никеля | % | 92,0 | 88,1 | 89,5 |
| Эффективность извлечения кобальта | % | 75,4 | 67,3 | 75,9 |
Вышеприведенные примеры 2-4 показывают, что сочетание восстановительного обжига во вращающейся обжиговой печи без использования восстановителя с последующим аммиачным выщелачиванием карбонатом аммония для выделения никеля и кобальта из латеритных руд, описанное в данном изобретении, может обеспечить степени извлечения, равные или даже лучшие, чем достигаемые в самых эффективных многоподовых печах. Данное изобретение обеспечивает такие усовершенствования способа, которые позволят одной вращающейся обжиговой печи заменить несколько многоподовых установок и улучшить извлечение никеля и кобальта. Снижение количества или полное устранение обычно используемого серосодержащего восстановителя в виде тяжелого нефтяного топлива существенно улучшит энергетический кпд и обеспечит достижение важных положительных результатов при извлечении никеля и кобальта восстановительным обжигом с последующим аммиачным выщелачиванием карбонатом аммония, особенно при использовании для выделения никеля и кобальта из выщелачивающего раствора способа жидкостной экстракции.
Вышеприведенное описание предназначено для иллюстрации предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в настоящее изобретение может быть внесено множество вариаций или изменений без отклонения от его сущности.
1. Способ извлечения никеля и кобальта из никель- и кобальтсодержащих латеритных руд, включающий:
a) обжиг исходной руды в восстановительной атмосфере во вращающейся обжиговой печи для селективного восстановления никеля и кобальта, причем перед обжигом к исходной руде добавляют восстановитель в количестве менее 2,5 мас.%, или не добавляют совсем;
b) выщелачивание восстановленной руды аэрированным аммиачным раствором карбоната аммония для выделения никеля и кобальта в выщелачивающий раствор; и
c) отделение выщелачивающего раствора от рудных хвостов и извлечение никеля и кобальта жидкостной экстракцией органическим реагентом, осаждением или ионным обменом.
2. Способ по п,1, в котором добавляют менее 1 мас.%, восстановителя.
3. Способ по п.1 или 2, в котором восстановитель представляет собой тяжелую нефть.
4. Способ по п.1, в котором органический реагент для жидкостной экстракции выбран из оксимового реагента или замещенного бета-дикетонового реагента.
5. Способ по п.4, в котором органический реагент представляет собой 2-гидрокси-5-т-нонилацетофеноноксим, растворенный в носителе типа керосина.
6. Способ по п.1, в котором восстановительную атмосферу создают в обжиговой печи путем обогрева печи субстехиометрическим образом на конце выгрузки руды нефтяным топливом или газом любого типа и поддерживают восстановительную атмосферу за счет регулирования уровней водорода и монооксида углерода в атмосфере обжиговой печи.
7. Способ по п.6, в котором нефтяное топливо или газ представляют собой содержащие небольшое количество серы нефтяное топливо или газ.
8. Способ по п.1 или 2, в котором восстановитель, в случае его использования, перед обжигом добавляют к измельченной руде.
9. Способ по п.1, в котором температура в восстановительной зоне обжиговой печи составляет от 600 до 850°С.
10. Способ по п.9, в котором температура в восстановительной зоне обжиговой печи составляет от 700 до 810°С.
11. Способ по п.1, в котором время пребывания руды в восстановительной зоне вращающейся обжиговой печи составляет от 13 до 51 мин.
12. Способ по п.1, в котором восстановленную руду перед смешиванием с аммиачным раствором карбоната аммония охлаждают непрямым образом до температуры от 150 до 300°С в неокисляющей атмосфере.
13. Способ по п.1, в котором аммиачный раствор карбоната аммония содержит примерно от 70 до 150 г/л аммиака и примерно от 50 до 100 г/л диоксида углерода.
14. Способ по п.1, в котором при смешивании восстановленной руды с аммиачным раствором карбоната аммония получают шлам, который перемешивают и аэрируют для растворения никеля и кобальта в виде аммиакатных комплексов в выщелачивающем растворе.
15. Способ по п.14, в котором шлам охлаждают, и выщелачивание происходит при температуре от 35 до 60°С при атмосферном давлении.
16. Способ по п.15, в котором шлам охлаждают при помощи холодильника или сочетания холодильника и традиционного охлаждения.
