способ переработки окисленных никель-кобальтовых руд

Формула изобретения

Способ переработки окисленных никель-кобальтовых руд, включающий восстановительное спекание и магнитное обогащение полученного спека с переводом никеля и кобальта в магнитную фракцию, отличающийся тем, что восстановительное спекание осуществляют в среде острого пара при 480-600^oС с использованием в качестве восстановителя карбамида или другого органического вещества с повышенной температурой кипения и не содержащего серы и извлекают никель и кобальт из магнитной фракции гидрометаллургическим способом или электростатической сепарацией.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработки окисленных никель-кобальтовых руд и продуктов их обогащения.

Все известные 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-серпентинвого) типа. В обоих типах руд кобальт в основном приурочен к соединениям марганца.

Способов переработки окисленных никель-кобальтовых руд известно много. Все они по сути сводятся к отысканию условий и приемов разрушения сложных минеральных образований, включающих в себя никель, с переводом последнего в свободное фазовое состояние или элементарное, или сульфидное, или водорастворимое.

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

По технологии пиросульфидирования перерабатывают окисленные никель-кобальтовые руды ЮУНК, В-Уфалейский НК (РФ), заводы США, Канады, Швеции и т.д. , по технологии гидросульфидирования перерабатывают окисленные никель-кобальтовые руды заводы фирмы "Ширит-Гордон" и др. На ряде заводов используется прямой гидрометаллургический передел подвергнутых восстановительной прокалке руд. Обычно используется аммиачно-карбонатное или сернокислотное выщелачивание (заводы Кубы, Н-Каледонии и др.). Другие предприятия (Канады, США и т.д.) предпочитают восстановительную плавку на ферроникель [1, 2, 3, 4].

В качестве прототипа предлагаемого технического решения принят метод восстановительного спекания с выделением восстановленных железа, никеля, кобальта из остывшей спеченной массы после ее измельчения магнитной сепарацией [5].

Все известные способы, в том числе прототип, имеют ряд серьезных недостатков, главными из которых являются много- стадиальность разделительных процессов, высокая энерго- и реагентоемкость, протекание восстановительных процессов при высоких температурах (значительно выше 1000^oС), а методы сульфидирования, особенно пиросульфидирования, способствуют ухудшению экологической обстановки в районе функционирования предприятий.

Задача настоящего технического решения состояла в нахождении способов и реагентов, позволяющих получить в спеке металлы в элементарном состоянии, а оксидные соединения железа перевести в магнетит при температурах значительно ниже прототипа.

В отличие от прототипа поставленная задача достигается спеканием руды в атмосфере насыщенного пара при 430-620^oС с использованием в качестве восстановителя карбамида или другого органического вещества, имеющего высокую температуру кипения и не содержащего серы. Восстановитель задается в шихту на стадии измельчения руды. Измельчение руды ведется в щелочной среде рН 7,5-8,5, регулируемой задачей крепкого раствора каустической или кальцинированной соды. При этом протекают реакции, выраженные для латеритных руд уравнением 1 и силикатных (серпентиновых) руд уравнением 2.

9(NiFe)О₃ + 6СО(NH₂)₂ = 9Ni + 3Fе₃О₄ + 3СО + 3СO₂ + 12Н₂О + 6N₂; (1)

3(NiOMgO)SiО₂ + СО(NH₂)₂ = 3Ni+3MgO+3SiО₂ +CО₂+2H₂О+N₂; (2)

Из спека элементарные никель и кобальт извлекаются магнитной сепарацией. Вместе с ними в магнитную фракцию переходит и магнитит. Из магнитной фракции никель и кобальт извлекаются любым из известных способов: флотацией, электростатической сепарацией или гидрометаллургическим путем с использованием различного рода растворителей, а магнитит остается в основном в нерастворимом остатке и может быть использован при производстве чугуна или стали.

Технология отрабатывалась на окисленной никель-кобальтовой руде Шалапского (Алтайский край) месторождения. Усредненная пропорционально запасами проба руды имела состав, %:

SiО₂-37 S-0,01 Ni-1,00;

Аl₂О₃-3,4 Р₂О₅-0,2 Со-0,10;

MgO-6,7 Fе₂О₃-32 Cn-0,09;

CaO-1,2 FeO-0,39 Zn-0,94;

Методика проведения исследований была следующей. Руда измельчалась до крупности 100% минус 0,25; 0,105; 0,075 мм. Соответствующая навеска руды шихтовались с одним из восстановителей, растворенным в воде для обеспечения более полного контакта. Шихта помещалась в фарфоровую трубку, которая вводилась в трубчатую печь в зону контролируемых температур. В процессе термической обработки шихты в трубке поддерживалась паровоздушная среда путем непрерывного вдувания в трубку острого пара. Материал в трубке перемешивался за счет ее непрерывного вращения со скоростью 5 об/мин. По истечении заданного времени трубка из печи вынималась, охлаждалась и из нее высыпался спек. Спек дезинтегрировался, и из него выделялась магнитная фракция при напряженности магнитного поля 3600 Э.

Из магнитной фракции никель и кобальт выщелачивались раствором серной кислоты при рН 1,5-2,5. Окислительный потенциал раствора поддерживался в пределе 0,40-0,45 В задачей раствора нитрита натрия. Выщелачивание проводилось во флотомашине, изготовленной из стали Х18Н9Т. Из раствора никель и кобальт цементировались сплавом "Ира". Все продукты разделительного процесса анализировались. Остаточное содержание в растворе суммы никеля и кобальта по окончании цементации контролировалось, обычно не превышало 1 мг/л и при расчетах распределения не учитывалось.

Пример 1.

Первоначально изучалось влияние крупности пролома руды и температуры кипения. При этом расход карбамида был постоянен и равнялся 15 г на 1 кг руды, т.е. 120% от стехиометрического расчета по реакциям, выраженным уравнениями 1 и 2.

Результаты опытов представлены в таблице 1.

Анализ данных таблицы показывает, что определяющее влияние на извлечение никеля и кобальта в конечный продукт в интервале температур спекания оказывает крупность помола, т.е. механическое вскрытие извлекаемых компонентов руды.

Пример 2.

Изучалось влияние расхода карбамида и дополнительно диметилформамида. Помол руды 100% минус 0,1 мм, навеска 1 кг, температура спекания 540^oС.

Результаты опытов представлены в таблице 2.

Из данных таблицы следует, что расход карбамида должен быть не менее 15 кг на 1 т руды, а время спекания при 540^oС не менее 30 мин. Контрольные опыты с диметилформамидом показывают, что аналогичные результаты могут быть получены при более низком расходе восстановителя. Применение диметилформамида улучшает показатели по извлечению кобальта.

Источники информации

1. В.И.Смирнов, А.А.Цейдлер, И.Ф.Худяков, А.И.Тихонов. Металлургия меди, никеля и кобальта, М.: Металлургия, 1966 г. (39-129).

2. Н.Н.Севрюков, Б.А.Кузьмин, Е.В.Челищев. Общая металлургия, М.: Металлургия, 1976 г., 153-163; 176-178.

3. Металлургия меди, никеля и кобальта. Сб. международной конференции, редактор А.А.Цейдлер, М.: Металлургия, 1965 г., 292-323.

4. И.Ф.Худяков, А.И.Тихонов, В.И.Деев, С.С.Набойченко. Металлургия никеля и кобальта. - М.: Металлургия, 1977 г., 196-200.

5. Л.И.Пименов, В.И.Михайлов. Переработка окисленных никелевых руд. - М. : Металлургия, 1972 г., 64-92.

6. М.Л.Поляков, А.В.Филатов и др. "Способ гидрометаллургической переработки материалов, содержащих никель, медь, железо, кобальт и серу". Авторское свидетельство 747141, 14.03.80.