Способ переработки окисленных никелевых руд

Изобретение относится к способу переработки окисленных никелевых руд. Способ включает сульфатизирующий обжиг с использованием серной кислоты с получением сульфатного огарка. Далее ведут выщелачивание сульфатного огарка, отделение нерастворимого остатка от раствора и нейтрализацию раствора. Выщелачивание сульфатного огарка руды проводят в растворе серной кислоты. Полученный сульфатный раствор нейтрализуют водным аммиаком в две стадии до достижения pH среды 3,0-3,5 и 7,5-8,0 с отделением железо- и никельсодержащих гидратных осадков. Маточный раствор упаривают и выделяют кристаллы солей. Соли сушат и обжигают при температуре 500-600°С с получением сульфата магния. Техническим результатом является повышение эффективности переработки окисленных никелевых руд за счёт дополнительного извлечения магния, содержащегося в рудах, в товарную продукцию. 2 з.п. ф-лы, 6 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности металлургической переработке окисленных никелевых руд (ОНР).

В группе окисленных никелевых руд значительную долю составляют руды магнезиального и железисто-магнезиального технологического типа со средним содержанием в мас.%: 40-46 SiO2; 13-25 MgO; 8-17 Fe2O3; 3-7 FeO; 2-6 Al2O3; 0,2-0,5 MnO; 0,6-1,2 Ni; 0,01-0,04 Co. Основными минеральными компонентами таких руд являются серпентин Mg6[Si4O10](OH)8, монтмориллонит Mg3Al2Fe23+[Si4O10](OH)4·nH2O, кварц SiO2. В серпентинах никель входит в молекулу минерала изоморфно в виде иона металла, а в монтмориллонит входит изоморфно в кристаллические фазы в форме оксида NiO.

Известен способ переработки окисленных никелевых руд, включающий восстановительный обжиг руды с селективным восстановлением никеля и кобальта и последующим выщелачиванием огарка аммиачно-карбонатным раствором в присутствии кислорода с переводом цветных металлов в раствор (процесс Карона). К недостаткам технологии относят повышенные затраты, обусловленные необходимостью измельчения руды до крупности 85 % класса 0,075 мм, недостаточно высокое, на уровне 80 %, извлечение никеля и кобальта в раствор, ограниченность использования, поскольку рентабельность переработки ОНР достигается при содержании никеля в руде более 1 % [1].

Известен способ переработки окисленной никелевой руды, включающий сульфатизирующий обжиг руды с последующим выщелачивание огарка в воде и переводом цветных металлов в раствор, который принят за прототип, как наиболее близкое к заявляемому техническое решение [2].

По известному способу руду сушат и измельчают до класса крупности менее 0,15 мм. Измельчённую руду смешивают на грануляторе с концентрированной серной кислотой при расходе последней 0,51-0,57 т/т руды. Гранулы подвергают термообработке в трубчатой печи при температуре до 700 ºС в течение 4-5 часов. Полученный гранулированный сульфатный огарок ОНР выщелачивают в воде с последующим отделением нерастворимого остатка от раствора. Раствор нейтрализуют известняком или оксидом кальция до pH среды 3,0-5,5 , из полученной пульпы никель и кобальт сорбируют на ионит. Насыщенный металлами ионит отмывают водой и обрабатывают раствором серной кислоты. Полученные концентрированные никель-кобальтовые растворы направляют на осаждение карбонатов или гидроксидов металлов, которые являются целевыми продуктами технологии. Недостатком способа является низкая экономическая эффективность, вследствие того, что стоимость извлечённого из руды никеля и кобальта, на уровне 92,0-99,6 %, соизмерима с затратами на переработку окисленной никелевой руды.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности переработки окисленных никелевых руд за счёт дополнительного извлечения магния, содержащегося в рудах, в товарную продукцию.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе переработки окисленных никелевых руд, включающем сушку, измельчение и сульфатизирующий обжиг руды с использованием серной кислоты, выщелачивание сульфатного огарка, отделение нерастворимого остатка от раствора, нейтрализацию раствора, согласно изобретению сульфатный огарок выщелачивают в растворе серной кислоты, полученный сульфатный раствор нейтрализуют водным аммиаком в две стадии до достижения pH среды 3,0-3,5 и 7,5-8,0 с отделением железо- и никельсодержащих гидратных осадков, маточный раствор упаривают и выделяют кристаллы солей, соли сушат и обжигают при температуре 500-600ºС с получением сульфата магния MgSO4. Отличиями предлагаемого технического решения от прототипа являются введение новых операций.

Физико-химическая сущность заявляемого способа основывается на образовании сульфатов цветных металлов и железа в процессе термообработки смеси окисленной никелевой руды с серной кислотой. Исследованиями установлено, что при температуре 200-400°С протекает взаимодействие серной кислоты с минеральными компонентами руды - серпентином, монтмориллонитом и другими с образованием сульфатов цветных металлов и железа по реакции типа 1:

Mg6[Si4O10](OH)8 + 6H2SO4 → 6MgSO4 + 4SiO2 + 10H2O (1)

С повышением температуры до 600-700ºС происходит термическое разложение сульфата железа с образованием гематита Fe2O3 по реакции 2:

Fe2(SO4)3 → Fe2O3 + 3SO3 (2)

Верхний температурный предел сульфатизирующего обжига смеси ОНР с серной кислотой составляет 700 ºС, так как обжиг смеси при более высокой температуре сопровождается разложением сульфатов никеля и кобальта до оксидов и снижением извлечения этих металлов в раствор при выщелачивании огарка.

Полученный сульфатный огарок ОНР выщелачивают в слабом 3-4 % растворе серной кислоты при температуре 50-60 ºС и соотношении «твёрдое:жидкое» =1:(3-4). По завершении выщелачивания огарка пульпу фильтруют с отделением сульфатного раствора от нерастворимого остатка огарка ОНР. Кек огарка ОНР является отвальным продуктом.

Сульфатный раствор подвергают фракционной нейтрализации. На первой стадии сульфатный раствор нейтрализуют водным аммиаком при температуре 50-60 ºС до pH среды 3,0-3,5 с целью очистки раствора от железа и алюминия выведением этих металлов в осадок гидратных соединений. Для окисления ионов Fe2+ и Mn2+ до Fe3+ и Mn4+ и более эффективного осаждения этих металлов в пульпу подают кислородсодержащий газ - воздух, обогащённый кислородом. Исследованиями установлено, что в процессе нейтрализации железо выделяется из раствора преимущественно в виде оксониевого дигидрата сульфата - ромбоклаза (H5O2)[Fe(SO4)2(H2O)2], а алюминий аналогично в форме (H5O2)[Al(SO4)2(H2O)2]. Пульпу первой стадии нейтрализации фильтруют с отделением железосодержащего гидратного осадка от сульфатного раствора. Железосодержащие гидратные осадки являются отвальным продуктом.

На второй стадии нейтрализации очищенный сульфатный раствор нейтрализуют водным аммиаком при температуре 50-60 ºС до pH среды 7,5-8,0 с выделением в осадок никеля и кобальта. В процессе нейтрализации никель выделяется из раствора в виде осадков гидроксида никеля Ni(OH)2 и гексагидрата сульфата никеля NiSO4·6H2O. Никельсодержащие гидратные осадки отделяют фильтрацией и перерабатывают известными способами с извлечением никеля и кобальта.

Маточный раствор, содержащий сульфаты магния и аммония, упаривают и выделяют кристаллы солей. Соли сушат при температуре 130-160ºС. Основными компонентами получаемых солей являются ефремовит (NH4)2Mg2(SO4)3, буссингатит [Mg(NH4)2(SO4)2·6H2O] и кизерит [Mg(H2O)SO4]. В заявляемом способе высушенные соли обжигают при температуре 500-600ºС в процессе которого кизерит разлагается до безводного сульфата магния, а ефремовит и буссингатит разлагаются с образованием целевого кристаллического сульфата магния и газообразных продуктов - аммиака, серного ангидрида и воды по реакциям 3, 4:

(NH4)2Mg2(SO4)3тв → 2MgSO4тв+2NH+SO+H2Oг, (3)

[Mg(NH4)2(SO4)2·6H2O]тв → MgSO4тв+2NH+SO+7H2Oг (4)

Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного введением новых операций - фракционной в две стадии нейтрализации сульфатного раствора водным аммиаком с отделением железо и никельсодержащих гидратных осадков, упаривания маточного раствора, выделения кристаллов солей, сушки и обжига солей.

Для доказательства соответствия заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень» проводилось сравнение с другими техническими решениями, известными из источников, включённых в уровень техники. Заявляемый способ переработки окисленных никелевых руд соответствует требованию «изобретательского уровня», так как обеспечивает повышение эффективности переработки окисленных никелевых руд преимущественно магнезиального и железисто-магнезиального технологического типа, что не следует явным образом из известного уровня техники.

Пример использования заявляемого способа

Для экспериментальной проверки заявляемого способа использовали окисленную никелевую руду месторождения, расположенного в Российской Федерации, и химические реагенты марки «Ч», «ХЧ». Продукты, полученные в эксперименте, анализировали на содержание основных компонентов с использованием химических методов анализа. Состав окисленной никелевой руды представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Состав окисленной никелевой руды

Содержание компонентов: массовая доля, %
Ni Co Cu SiO2 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Al2O3
0,720 0,011 0,0029 46,0 8,0 2,4 0,284 20,6 3,16 3,31

Концентрированную серную кислоту объёмом 100 мл смешали с 70 мл воды. Полученный раствор серной кислоты смешали с 200,0 г сухой окисленной никелевой руды класса крупности менее 0,15 мм. Полученную смесь в виде пасты поместили в противень нержавеющей стали, загрузили в лабораторную камерную печь и последовательно выдержали по два часа при температуре 400ºС и 650°С. По завершении обжига противень с продуктом выгрузили из печи. Сульфатный огарок руды представлял собой частично агрегатированный порошок красно-жёлтого цвета массой 280,0 г.

В лабораторный реактор с термостатированием и перемешивающим устройством залили 900 мл воды и 20 мл концентрированной серной кислоты. Раствор нагрели до 55 ºС и затем загрузили в реактор 280,0 г сульфатного огарка ОНР и выщелачивали в течение двух часов. Полученную пульпу фильтровали с отмывкой кека водой на фильтре. Высушенный кек массой 135,0 г и коллективный сульфатный раствор объёмом 1000 мл и pH 1,07 анализировали на содержание контролируемых элементов. Содержание и распределение элементов в продуктах выщелачивания сульфатного огарка представлено в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 - Состав продуктов выщелачивания сульфатного огарка ОНР

Продукт Объём,
масса
Содержание элемента: мг/л; мас.%
Ni Co Mg Al Fe Mn S
Раствор 1 1000 мл 1355 20,7 21587 2488 7256 379 40385
Кек ОНР 135,0 г 0,063 0,001 2,38 0,75 5,84 0,045 1,62

Таблица 3 - Распределение элементов по продуктам выщелачивания сульфатного огарка ОНР

Продукт Объём,
масса
Извлечение элемента, %
Ni Co Mg Al Fe Mn
Раствор 1 1000 мл 94,1 93,9 87,0 71,1 48,1 86,2
Кек ОНР 135,0 г 5,9 6,1 13,0 28,9 51,9 13,8

Приведённые данные показывают достаточно высокое извлечение в сульфатный раствор целевых металлов, никеля и кобальта на уровне 94% и магния 87%. Коллективный сульфатный раствор объемом 1000 мл залили в лабораторный реактор, нагрели до 55ºС и дозированной подачей в реактор 25% водного аммиака в объёме 60 мл провели нейтрализацию до достижения pH в обрабатываемом растворе 3,5. В процессе нейтрализации сульфатного раствора в пульпу подавали воздух, обогащённый кислородом. Полученную пульпу фильтровали, гидратный осадок отмыли водой на фильтре и высушили. Продукты операции - железосодержащий гидратный осадок массой 46,9 г и сульфатный раствор объёмом 1070 мл анализировали на содержание контролируемых элементов. Результаты анализа продуктов приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Состав продуктов первой стадии нейтрализации раствора

Продукт
(количество)
Содержание элемента: мг/л; мас.%
Ni Co Mg Al Fe Mn S
Раствор 2
(1070 мл)
1202 16,7 19140 103 31 294 30860
Гидратный осадок 1
(46,9 г)
0,147 0,006 2,36 5,07 15,4 0,139 15,7

Очищенный сульфатный раствор объемом 1070 мл залили в лабораторный реактор, нагрели до 55 ºС и дозированной подачей в реактор 25 % водного аммиака в объёме 24 мл провели нейтрализацию до достижения pH в обрабатываемом растворе 8,0. Полученную пульпу фильтровали, никельсодержащий гидратный осадок отмыли водой на фильтре и высушили. Продукты операции - никельсодержащий гидратный осадок массой 8,4 г и сульфатный аммонийно-магниевый раствор объёмом 1100 мл анализировали на содержание контролируемых элементов. Результаты анализа продуктов приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Состав продуктов второй стадии нейтрализации раствора

Продукт
(количество)
Содержание элемента: мг/л; мас.%
Ni Co Mg Al Fe Mn S
Раствор 3
(1100 мл)
2,4 0,2 17895 0,2 0,5 59 29408
Гидратный осадок 2
(8,4 г)
15,307 0,213 9,46 1.31 0,40 2,97 8,01

Сульфатный аммонийно-магниевый раствор объемом 1100 мл и pH 8,0 выпарили, кристаллы полученных солей высушили при температуре 140 ºС. Масса соли белого цвета составила 203,0 г. Полученную соль поместили в корундовый тигель, загрузили в лабораторную камерную печь и выдержали два часа при температуре 550ºС. По завершении обжига тигель с продуктом выгрузили из печи. Масса солевого остатка составила 99,0 г, по данным рентгеноструктурного анализа соль представляла собой безводный сульфат магния MgSO4. Результаты анализа исходной соли и солевого остатка процесса обжига приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Состав соли упаривания маточного раствора и продукта обжига

Продукт
(количество)
Содержание компонента: мас.%
Ni Co Mg Al Mn [NH4] S
Соль
(203,0 г)
<0,005 <0,005 9,7 <0,10 0,04 11,3 22,9
Остаток
(99,0 г)
<0,005 <0,005 19,8 <0,10 0,09 0,15 26,7

Данные, приведённые в таблицах 2-6, показывают, что переработка окисленной никелевой руды заявляемым способом позволяет эффективно извлекать и концентрировать в целевые продукты никель, кобальт и магний. Никель и кобальт извлекаются на 89-90% в никельсодержащий гидратный осадок, при этом содержание никеля в осадке составило 15,3 %. Данный продукт удобен для переработки известными способами с получением товарного никеля и кобальта.

Прямое извлечение магния в сульфат магния составило 79,0 %. В зависимости от состава руды стоимость получаемого сульфата магния сопоставима или до двух раз превышает стоимость извлекаемых из руды никеля и кобальта. Таким образом, заявляемый способ, в сравнении со способом-прототипом, позволяет существенно повысить эффективность переработки окисленных никелевых руд преимущественно магнезиального и железисто-магнезиального технологического типа за счёт дополнительного извлечения магния в виде товарного сульфата магния.

Для доказательства критерия «промышленное применение» заявленный способ испытан в укрупненном масштабе на базе ООО НИиПИ «ТОМС».

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Резник И.Д. Никель / И.Д. Резник, Г.П. Ермаков, Я.М. Шнеерсон.
В 3 т. - М.: ООО «Наука и технологии», 2004. Т.1. С. 315-331.

2. Патент РФ №2287597, МПК7 С22В23/00. Способ переработки окисленной никель-кобальтовой руды / В.А. Синегрибов, В.Ю. Кольцов, И.А. Логвиненко, Д.В. Мельник, В.И. Батшев (Россия) - опубл. 20.11. 2006 г. - прототип.

1. Способ переработки окисленных никелевых руд, включающий сушку, измельчение и сульфатизирующий обжиг руды с использованием серной кислоты, выщелачивание сульфатного огарка, отделение нерастворимого остатка от сульфатного раствора и его нейтрализацию, отличающийся тем, что выщелачивание сульфатного огарка ведут в растворе серной кислоты, нейтрализацию сульфатного раствора выщелачивания осуществляют водным аммиаком в две стадии с последовательным отделением от раствора железосодержащих и никельсодержащих гидратных осадков, отделенный маточный раствор упаривают, выделяют кристаллы солей, соли сушат и обжигают при температуре 500-600°С с получением сульфата магния.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первую стадию нейтрализации сульфатного раствора ведут до достижения pH 3,0-3,5 с подачей в пульпу кислородсодержащего газа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторую стадию нейтрализации сульфатного раствора ведут до достижения pH 7,5-8,0.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии цветных металлов. Способ переработки сульфидного никелевого сырья включает обжиг шихты, содержащей сульфидное никелевое сырье и хлорид натрия, при температуре 350-400°С с доступом кислорода в течение 1,5-2 ч и выщелачивание полученного огарка водой при температуре до 100°С.

Изобретение относится к способу кучного выщелачивания золота из исходного сырья в виде золотосодержащих упорных руд и техногенного минерального сырья. Способ включает агломерацию исходного сырья путем добавки к нему связующего материала, формирование штабеля, выщелачивание золота путем подачи в штабель раствора выщелачивающего реагента, рециркуляцию рабочих растворов, сбор продуктивных растворов и выделение из них золота.

Изобретение относится к металлургии. Способ химического обогащения полиметаллических марганецсодержащих руд включает дробление и размол руды, который ведут до крупности минус 0,125, автоклавное выщелачивание присутствующих в руде элементов путем смешивания ее с 18%-ным раствором хлористого железа в соотношении 1:9 с последующим нагревом до температуры 475-500 K в течение 3 часов.

Изобретение относится к технологии извлечения скандия из различных видов сырья и техногенных отходов и может быть использовано для избирательного извлечения скандия из отходов производства алюминия (красные шламы), титана (отработанные расплавы), диоксида титана (гидролизная серная кислота или солянокислые раствора), циркония, олова, вольфрама, урана.

Изобретение относится к гидрометаллургической переработке золотосодержащих упорных руд и техногенного минерального сырья и предназначено для извлечения золота из них.

Изобретение относится к способу добычи ванадия, никеля и молибдена из остатков очистки тяжелой сырой нефти. Способ включает пиролиз и сжигание остатков при температурах до 900°C для образования золы.
Изобретение относится к технологии выделения редкоземельных элементов (РЗЭ) из природных фосфорсодержащих концентратов. Монацитовый концентрат обрабатывают при нагревании серной кислотой c получением спека, содержащего сульфаты редкоземельных элементов.

Изобретение относится к технологии редких и редкоземельных металлов и может быть использовано на рудоперерабатывающих предприятиях для вскрытия и переработки трудно разлагаемых концентратов для извлечения редкоземельных металлов (РЗМ), циркония, титана и других металлов.

Изобретение относится к области утилизации отходов гальванического производства, например шламов, путем переработки последних и может быть использовано на предприятиях цветной металлургии и предприятиях, использующих в своем производственном цикле соединения цветных металлов.

Изобретение относится к переработке полиметаллических руд грануляцией и последующим кучным выщелачиванием. Грануляцию руды осуществляют раствором серной кислоты с расходом 0,033-0,2 т/т руды.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов. Способ переработки сульфидного никелевого сырья включает обжиг шихты, содержащей сульфидное никелевое сырье и хлорид натрия, при температуре 350-400°С с доступом кислорода в течение 1,5-2 ч и выщелачивание полученного огарка водой при температуре до 100°С.

Изобретение относится к металлургии. Способ химического обогащения полиметаллических марганецсодержащих руд включает дробление и размол руды, который ведут до крупности минус 0,125, автоклавное выщелачивание присутствующих в руде элементов путем смешивания ее с 18%-ным раствором хлористого железа в соотношении 1:9 с последующим нагревом до температуры 475-500 K в течение 3 часов.
Изобретение относится к извлечению рутения из отработанного катализатора в виде оксида алюминия, содержащего рутений. Способ включает его сушку, прокаливание, охлаждение и измельчение в черный порошок, содержащий оксид рутения.

Изобретение относится извлечению металлического кобальта, рутения и алюминия из отработанного катализатора Co-Ru/Al2O3 для синтеза Фишера-Тропша. Катализатор подвергают воздействию прокаливанием и восстановительной обработке.
Изобретение относится к гидрометаллургическим способам переработки сульфидных концентратов, содержащих цветные металлы, железо и драгоценные металлы. Сущность изобретения заключается в том, что пентландит-пирротиновый концентрат, измельченный до частиц 6-25 мкм, выщелачивают при 90-105°C и давлении кислорода до 1,0 МПа в присутствии серной кислоты и сульфата натрия.

Изобретение относится к области утилизации отходов гальванического производства, например шламов, путем переработки последних и может быть использовано на предприятиях цветной металлургии и предприятиях, использующих в своем производственном цикле соединения цветных металлов.

Способ извлечения металлов включает выщелачивание руды путем непрерывного многостадийного противоточного кучного выщелачивания. На каждой промежуточной стадии подают выщелачивающий раствор, приготовленный из маточного раствора, полученного на следующей стадии выщелачивания предыдущей кучи.

Изобретение относится к извлечению металлов и металлических соединений из металлоносного сырья. Способ включает смешивание с водной средой металлоносной руды и/или источника сырья, содержащего первый металл в нерастворимой форме, хромоносный материал в качестве второго металла, и другие соединения, для получения суспензии, содержащей первый металл в нерастворимой форме, соединения Cr и другие соединения.

Изобретение относится к способу, c помощью которого ценные металлы и возможные благородные металлы извлекают из смешанного штейна, полученного в плавильной печи. Ценные металлы в материале, полученном в плавильной печи, выщелачивают кислым раствором, содержащим сульфат и хлорид, из которого каждый металл выделяют с помощью экстракции растворителем.

Предложен способ пирометаллургической переработки никельсодержащего сульфидного материала с использованием флюсовой композиции, содержащей соединение кальция.

Изобретение относится к способу переработки марганцевых руд. Способ включает получение шихты смешиванием руды с гидросульфатом натрия, взятого в количестве, стехиометрически необходимом для связывания марганца и примесей в сульфаты.

Изобретение относится к способу переработки окисленных никелевых руд. Способ включает сульфатизирующий обжиг с использованием серной кислоты с получением сульфатного огарка. Далее ведут выщелачивание сульфатного огарка, отделение нерастворимого остатка от раствора и нейтрализацию раствора. Выщелачивание сульфатного огарка руды проводят в растворе серной кислоты. Полученный сульфатный раствор нейтрализуют водным аммиаком в две стадии до достижения pH среды 3,0-3,5 и 7,5-8,0 с отделением железо- и никельсодержащих гидратных осадков. Маточный раствор упаривают и выделяют кристаллы солей. Соли сушат и обжигают при температуре 500-600°С с получением сульфата магния. Техническим результатом является повышение эффективности переработки окисленных никелевых руд за счёт дополнительного извлечения магния, содержащегося в рудах, в товарную продукцию. 2 з.п. ф-лы, 6 табл., 1 пр.

Наверх