способ переработки сульфидного пирротинсодержащего сырья

Формула изобретения

1. Способ переработки сульфидного пирротинсодержащего сырья, включающий окислительное автоклавное выщелачивание материала в виде водной пульпы при температуре выше точки плавления элементарной серы в присутствии поверхностно-активного вещества с поддержанием определенного отношения ж:т пульпы после выщелачивания, противоточную промывку окисленной пульпы с выделением раствора и осаждение цветных металлов из полученного раствора в виде сульфидов, отличающийся тем, что на выщелачивание направляют часть раствора после противоточной промывки пульпы, который дозируют в количестве 20 - 80% от общей массы жидкости, поступающей в автоклав, в период, соответствующий 5 - 50% общего времени выщелачивания, при этом значение отношения ж:т пульпы после выщелачивания поддерживают в пределах 2,5 - 3,5.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при подаче на выщелачивание более 40% оборотного раствора его подают порциями не менее, чем в две точки по ходу выщелачивания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности, к гидрометаллургическим способам переработки сульфидного сырья, содержащего цветные металлы.

Известен способ переработки пирротинсодержащих концентратов путем их окислительного автоклавного выщелачивания при температуре выше точки плавления элементарной серы в присутствии галогенсодержащего соединения с переводом в раствор до 95% никеля и до 80% меди. Окисленную пульпу методом противоточной промывки разделяют на раствор и сгущенный продукт. Из раствора осаждают цветные металлы в виде сульфидов [1].

Недостатками этой технологической схемы, предопределившими невозможность ее внедрения, явились низкие показатели сгущения гидратной пульпы (удельная производительность операции сгущения не превышает 1 т/м²сутки) и повышенная агрессивность пульпы, содержащей галоген-ион.

Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки пирротинсодержащего сырья, согласно которому выщелачивают водную пульпу пирротинсодержащего концентрата в автоклаве с использованием в качестве поверхностно-активного вещества концентрата сульфитно-дрожжевой бражки, а сам процесс выщелачивания ведут при значении Ж:Т в конечной пульпе 1,0-2,0. Окисленную пульпу после выщелачивания подвергают противоточной промывке с получением раствора, из которого выделяют цветные металлы. Слив после выделения цветных металлов содержит следы недоосажденных цветных металлов и может быть использован для поддержания водооборота в схеме [2].

Реализация процесса позволяет получать после противоточной промывки растворы, содержащие суммарно не менее 7-9 г/дм³ никеля и меди. Последнее условие необходимо для успешного осаждения цветных металлов из раствора на последующих операциях технологии.

Недостатками способа является относительно невысокая степень разложения сульфидов цветных металлов: переход в раствор никеля не превышает 90%, меди - 70% и низкая производительность. Кроме того, работа на густых пульпах (Ж:Т = 1-2) сопровождается высокой концентрацией железа в растворе выщелоченной пульпы - до 25-30 г/дм³. Получить высококачественные концентраты цветных металлов из таких железистых растворов невозможно, поэтому в схеме предусмотрена дополнительная операция - железоочистка. Ее проводят в последней секции автоклавов выщелачивания путем подачи туда пульпы известняка.

Целью изобретения является повышение извлечения никеля и меди в раствор на выщелачивании (94-96 и 80-85%, соответственно) и повышение производительности сгущения окисленной пульпы (удельная производительность - 3-3,5 г/м²сутки) при сохранении суммарной концентрации никеля и меди в растворе после декантации не ниже 7-9 г/дм³.

Сущность заявляемого способа переработки сульфидного пирротинсодержащего сырья, включающего окислительное автоклавное выщелачивание материала в виде водной пульпы при температуре выше точки плавления элементарной серы в присутствии поверхностно-активного вещества с переводом цветных металлов в раствор, противоточную промывку окисленной пульпы с выделением раствора и осаждение из него цветных металлов в виде сульфидов, заключается в том, что на выщелачивание направляют раствор, образованный в процессе противоточной промывки пульпы, который дозируют в автоклав в одну или две точки в период, соответствующий 5-50% общего времени выщелачивания. Количество оборотного раствора, содержащего цветные металлы, кислоту и железо, составляет 20-80% от массы жидкой фазы, поступающей в автоклав, при этом значение отношения Ж: Т окисленной пульпы должно быть в пределах 2,5-3,5.

Раствор после противоточной промывки содержит цветные металлы и свободную серную кислоту. Выщелачивание раствором, содержащим кислотсодержащие добавки, ускоряет реакции разложения сульфидов, что ведет к увеличению производительности процесса (несмотря на увеличение объема пульпы, направляемой на выщелачивание). Наличие в направляемом на выщелачивание растворе ионов цветных металлов способствует увеличению их концентрации в жидкой фазе окисленной пульпы, что благоприятно сказывается на показателях последующего осаждения этих металлов в богатые концентраты, а реализация процесса в разбавленных пульпах позволяет увеличить степень разложения сульфидов цветных металлов по никелю до 94-96%, по меди до 80-85%. Кроме того, при работе с разбавленными пульпами повышается скорость диффузии кислорода к реакционной поверхности, что также приводит к увеличению производительности процесса.

Подачу оборотного раствора осуществляют непосредственно в автоклав в частично окисленную пульпу, что достигается подачей оборотного раствора в определенном временном интервале. Раствор дозируют в одну или две точки в период времени, соответствующий 5-50% от общего времени процесса выщелачивания. При подаче оборотного раствора в период времени менее чем 5% от общего времени выщелачивания падает производительность операции промывки. А при подаче раствора в период времени более 50% от общего времени выщелачивания процесс идет недостаточно активно. Дозирование раствора в две точки необходимо для поддержания температурного режима процесса выщелачивания при обороте большого объема раствора (40-80% от общей массы жидкой фазы).

Увеличение плотности выщелачиваемой пульпы до значения Ж:Т менее 2,5 cнижает конечные показатели по переходу цветных металлов в раствор, а также ухудшает седиментационные характеристики окисленной пульпы. При разбавлении пульпы до Ж:Т более 3,5 значительно возрастает объем перерабатываемой пульпы, что приводит к снижению производительности автоклавного агрегата по твердому.

В противоположность цветным металлам железо при многократном обороте в растворе не накапливается. Концентрация его в конечном растворе (Ж:Т=3) не превышает 8 г/дм³, что обусловлено склонностью солей железа к гидролизу с выпадением в осадок при повышенных температурах и давлении кислорода. Это позволяет обойтись без специальной операции железоочистки перед осаждением цветных металлов.

Если количество направляемого на выщелачивание раствора невелико (менее 20% от загружаемой жидкой фазы), его добавка не оказывает должного влияния на интенсификацию процесса выщелачивания сульфидов. Кроме того, в этом случае концентрация цветных металлов в жидкой фазе выщелоченной пульпы возрастает незначительно - на 20-25% отн.

Верхний предел дозировки направляемого на выщелачивание раствора (80% от всей жидкой фазы, поступающей в автоклав) ограничен реально достижимой степенью обезвоживания исходной пульпы пирротинового концентрата.

Примеры осуществления способа (см. таблицу).

Пример 1. Опыт по известному способу.

Выщелачиванию подвергали пульпу пирротинового концентрата, содержащую,%: Ni 1,75; Cu 0,38; S 29,9. Условия выщелачивания: температура 150^oC; скорость вращения турбинной мешалки - 1500 мин^-1; парциальное давление кислорода 5 кгс/см²; продолжительность выщелачивания 90 мин. По окончании выщелачивания из автоклава отбирали пробу для химанализа, а оставшуюся пульпу охлаждали и автоклав разгружали. Извлечение никеля в раствор составило 90%, меди - 70%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 10,5; Cu 1,7; Fe_общ 31,5. Ж:Т пульпы после выщелачивания - 1,5:1. Полученную пульпу отстаивали в лабораторном цилиндре емкостью 0,5 дм³ с использованием флокулянтов на основе полиакриламида. После отстаивания пульпу фильтровали, кек сушили и по массе твердого с учетом плотности раствора и его объема определяли Ж:Т. Производительность операции сгущения по твердому в опыте, реализованном по известному способу (из расчета на конечное Ж:Т=1,2:1), составила 1,0 т/м²сутки.

Пример 2. Опыт по предлагаемому способу.

Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания аналогичны опыту 1. Отличием является то, что 10% жидкой фазы пульпы исходного пирротинового концентрата заменяли оборотным раствором после противоточной промывки. Выщелачивание проводили в аналогичных условиях в растворе, содержащем, г/дм³: Ni 5,8; Cu 1,15; Fe_общ 3,7; H₂SO₄ 26,3. Оборотный раствор подавали в автоклав через монжюс по истечении 15% от общего времени выщелачивания. Ж:Т пульпы после выщелачивания - 3:1. Извлечение никеля в раствор составило 95,5%, меди - 85,4%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 6,2; Cu 1,19; Fe_общ 3,8. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 2 составила 3,3 т/м²сутки.

Пример 3. Исходный пирротиновый концентрат, условия выщелачивания и отстаивания, а также отношение Ж:Т и время подачи оборотного раствора аналогичны опыту 2. Отличием является то, что оборотным раствором после промывки заменяли 20% жидкой фазы. Извлечение никеля в раствор составило 95,6%, меди - 84,8%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 7,0; Cu 1,29; Fe_общ 3,9. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 3 составила 3,2 т/м²сутки.

Пример 4. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также отношение Ж:Т и время подачи оборотного раствора аналогичны опыту 2. Отличием является то, что оборотным раствором после промывки заменяли 40% жидкой фазы. Извлечение никеля в раствор составило 95,0%, меди - 83,9%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 7,8; Cu 1,49; Fe_общ 4,5. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 4 составила 3,2 т/м²сутки.

Пример 5. Пульпу исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также отношение Ж:Т и время подачи оборотного раствора аналогичны опыту 2. Отличием является то, что оборотным раствором после промывки заменяли 60% жидкой фазы. Извлечение никеля в раствор составило 95,1%, меди - 84,1%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 8,9; Cu 1,70; Fe_общ 5,6. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 5 составила 3,1 т/м²сутки.

Пример 6. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также отношение Ж:Т и время подачи оборотного раствора аналогичны опыту 2. Отличием является то, что оборотным раствором после промывки заменяли 80% жидкой фазы. Извлечение никеля в раствор составило 94,7%, меди - 82,7%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 9,8; Cu 1,88; Fe_общ 5,8. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 6 составила 3,1 т/м²сутки.

Пример 7. Извлечение никеля в раствор составило 94,9%, меди - 83,7%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 8,8; Cu 1,68; Fe_общ 7,6. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 7 составила 1,1 т/м²сутки.

Пример 8. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также отношение Ж:Т и количество оборотного раствора (60% жидкой фазы) аналогичны опыту 5. Отличием является то, что оборотный раствор подавали по истечении 5% от общего времени выщелачивания. Извлечение никеля в раствор составило 94,7%, меди 84,5%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 8,7; Cu 1,72; Fe_общ 4,1. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 8 составила 3,0 т/м²сутки.

Пример 9. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также отношение Ж:Т и количество оборотного раствора (60% жидкой фазы) аналогичны опыту 5. Отличием является то, что оборотный раствор подавали по истечении 30% от общего времени выщелачивания. Извлечение никеля в раствор составило 94,5%, меди - 85,0%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 8,6; Cu 1,77; Fe_общ 4,3. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 9 составила 2,9 т/м²сутки.

Пример 10. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также отношение Ж:Т и количество оборотного раствора (60% жидкой фазы) аналогичны опыту 5. Отличием является то, что оборотный раствор подавали по истечении 40% от общего времени выщелачивания. Извлечение никеля в раствор составило 94,5%, меди - 84,3%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 8,6; Cu 1,71; Fe_общ 4,5. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 10 составила 2,9 т/м²сутки.

Пример 11. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также отношение Ж:Т и количество оборотного раствора (60% жидкой фазы) аналогичны опыту 5. отличием является то, что оборотный раствор подавали по истечении 50% от общего времени выщелачивания. Извлечение никеля в раствор составило 94,0%, меди - 83,6%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 8,4; Cu 1,62; Fe_общ 4,8. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 11 составила 2,8 т/м²сутки.

Пример 12. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также отношение Ж:Т и количество оборотного раствора (60% жидкой фазы) аналогичны опыту 5. Отличием является то, что оборотный раствор подавали по истечении 60% от общего времени выщелачивания. Извлечение никеля в раствор составило 93,2%, меди - 79,2%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 8,2; Cu 1,51; Fe_общ 8,6. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 12 составила 2,0 т/м²сутки.

Пример 13. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также отношение Ж:Т и количество оборотного раствора (60% жидкой фазы) аналогичны опыту 5. Отличием является то, что оборотный раствор подавали двумя равными порциями: первую - по истечении 5%, а вторую - 15% от общего времени выщелачивания. Извлечение никеля в раствор составило 95,2%, меди - 82,8%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 9,0, Cu 1,59; Fe_общ 4,3. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 13 составила 3,1 т/м²сутки.

Пример 14. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также отношение Ж:Т и количество оборотного раствора (60% жидкой фазы) аналогичны опыту 5. Отличием является то, что оборотный раствор подавали тремя равными порциями: первую - по истечении 5%, вторую - 15%, а третью - 30% от общего времени выщелачивания. Извлечение никеля в раствор составило 95,1%, меди - 83,0%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 8,9; Cu 1,60; Fe_общ 4,4. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 14 составила 3,2 т/м²сутки.

Пример 15. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также количество точек (2) и время подачи оборотного раствора (5 и 15% от общего времени выщелачивания) аналогичны опыту 13. Отличием является то, что конечным раствором после выщелачивания заменяли 40% жидкой фазы, а отношение Ж:Т в пульпе после выщелачивания составило 2,5 : 1. Извлечение никеля в раствор составило 94,5%, меди - 82,2%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 9,2; Cu 1,75; Fe_общ 7,0. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 15 составила 2,8 т/м²сутки.

Пример 16. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также количество оборотного раствора (40% жидкой фазы), количество точек (2) и время его подачи (5 и 15% от общего времени выщелачивания) аналогичны опыту 15. Отличием является то, что отношение Ж:Т в пульпе после выщелачивания составило 2,4:1. Извлечение никеля в раствор составило 93,1%, меди - 76,2%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 9,5; Cu 1,69; Fe_общ 12,4. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 16 составила 2,3 т/м²сутки.

Пример 17. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также количество оборотного раствора (40% жидкой фазы), количество точек (2) и время его подачи (5 и 15% от общего времени выщелачивания) аналогичны опыту 15. Отличием является то, что отношение Ж:Т в пульпе после выщелачивания составило 2:1. Извлечение никеля в раствор составило 90,5%, меди - 72,8%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 11,1; Cu 1,94; Fe_общ 22,4. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 17 составила 0,8 т/м²сутки.

Пример 18. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также количество оборотного раствора (40% жидкой фазы), количество точек (2) и время его подачи (5 и 15% от общего времени выщелачивания) аналогичны опыту 15. Отличием является то, что отношение Ж:Т в пульпе после выщелачивания составило 95,8%, меди - 85,5%. Состав раствора после выщелачивания, г/дм³: Ni 6,7; Cu 1,30; Fe_общ 2,8. Производительность операции сгущения по твердому в опыте 18 составила 3,6 т/м²сутки.

Пример 19. Пульпа исходного пирротинового концентрата, условия выщелачивания и отстаивания, а также отношение Ж:Т аналогичны опыту 5. Замена оборотным раствором более 80% жидкой фазы пульпы невозможна из-за невозможности обезвоживания исходной пульпы пирротинового концентрата более чем на 80%.

Пример 20. Пульпа исходного пирротинового концентрата условия выщелачивания и отстаивания, а также доля оборотного раствора аналогичны примеру 5. Отношение Ж: Т пульпы после выщелачивания поддерживали 3,6:1. Показатели по извлечению, удельная производительность, и содержание цветных металлов в растворе находятся на уровне предыдущих опытов. Однако, как и в примере 19, увеличение Ж:Т приводит к существенному увеличению объема оборотного раствора и уменьшению производительности на выщелачивании.

Из примеров 3-6, 8-11, 13, 15 и 18 видно, что, если количество оборотного раствора составляет 20-80% от исходной жидкой фазы на выщелачивании, оборотный раствор подается через 5-50% от общего времени выщелачивания в одну или две точки по ходу процесса, а Ж:Т в конечной пульпе колеблется в пределах 2,5-3,5:1, извлечение никеля в раствор составляет 94,0-96,2%. Содержание Ni в конечном растворе при этом не ниже 7,0 г/дм³, Fe³⁺ - не выше 7,0 г/дм³, а производительность операции сгущения по твердому колеблется в пределах 2,8-3,6 т/м²сутки. Во всех этих опытах по сравнению с опытом, проведенным по известному способу (пример 1), извлечение никеля в раствор повышается на 4-6%, а производительность операции сгущения по твердому возрастает в 3 раза.

Из примера 2 видно, что уменьшение количества оборотного раствора до 10% от исходной жидкой фазы на выщелачивании приводит к снижению содержания никеля в растворе (менее 7 г/дм³) без существенного повышения показателей операций выщелачивания и сгущения.

Пример 7 показывает, что подача оборотного раствора по достижении рабочей температуры непосредственно перед подачей кислорода приводит к снижению производительность операции сгущения по твердому в 2,5-3 раза.

Из примера 12 видно, что подача оборотного раствора позже, чем через 50% времени от общей продолжительности выщелачивания (в этом примере через 60%), приводит к повышению содержания в растворе Fe³⁺ до 8,6 г/дм³, а также снижению производительности операции сгущения по твердому до 2,0 т/м²сутки.

Пример 14 показывает, что подача оборотного раствора в три точки по ходу выщелачивания не оказывает влияния на извлечение никеля в раствор и на производительность операции сгущения по сравнению с опытом 13 (подача в 2 точки). Для поддержания теплового режима процесса нет необходимости рассредоточивать подачу раствора более чем в 2 точки.

Из примеров 16 и 17 видно, что снижение Ж:Т пульпы после выщелачивания до 2,4: 1 и менее приводит к ухудшению показателей как выщелачивания, так и сгущения. В этом случае извлечение никеля в раствор ниже 94%, содержание Fe³⁺ повышается (12 г/дм³ и более), а производительность операции сгущения не превышает 2,3 т/м²сутки.

Из примеров 19 и 20 видно, что увеличение доли оборотного раствора более 80% невозможно, а увеличение отношения Ж:Т пульпы после выщелачивания не ведет к улучшению показателей извлечения и производительности, но целесообразно из-за значительного увеличения объема оборотного раствора и уменьшения производительности на выщелачивании.

Из приведенных примеров следует, что лучшие результаты по извлечению никеля и составу раствора выщелачивания, а также производительности операции сгущения достигаются при обороте раствора в количестве 20-80% от исходной жидкой фазы на выщелачивании, подаче его через 5-50% от общего времени выщелачивания в одну или две точки по ходу процесса и получении пульпы с отношением Ж:Т=2,5-3,5:1.

Способ позволит повысить извлечение никеля по сравнению с известным способом на 4-6%, увеличить показатели сгущаемости окисленной пульпы приблизительно в 3 раза и получать растворы, пригодные для прямого осаждения цветных металлов без предварительной железоочистки.