способ переработки окисленной никелькобальтовой руды

Формула изобретения

1. Способ переработки окисленной никелькобальтовой руды, включающий сушку и измельчение руды, обработку руды серной кислотой, термическую обработку полученного продукта, перевод в раствор растворимых сульфатов и получение никелькобальтового концентрата, отличающийся тем, что руду смешивают с серной кислотой с использованием гранулятора, полученные гранулы сульфатизируют, а затем прокаливают в работающей в режиме противотока трубчатой вращающейся печи, из прокаленных гранул выщелачивают водой никель и кобальт и после нейтрализации раствора и осаждения железа и алюминия сорбируют на ионит никель и кобальт и насыщенный металлами ионит обрабатывают с получением никелькобальтового концентрата.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор, содержащий сульфаты металлов, нейтрализуют до оптимального для работы ионита рН в интервале его значений 3,0-5,5 и из полученной пульпы сорбируют никель и кобальт.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам извлечения никеля и кобальта из руд и может быть использовано при переработке окисленных никелевых и кобальтовых руд.

Известен способ автоклавного сернокислотного выщелачивания никеля и кобальта из окисленных руд [1]. По этому способу, например, на заводе Моа Бей пульпу, содержащую 45% руды, подогревают в нагревательных колоннах острым паром, а затем выщелачивают в цепочке из четырех паролифтных автоклавов. Обработку ведут при температуре 240-250°С (давление около 4,0 МПа). Необходимую серную кислоту (98%-ную) в количестве примерно 240 кг/т руды подают в первый автоклав. Перемешивание в автоклавах осуществляют острым паром. Время выщелачивания 1-2 часа, при этом в раствор переходит около 95% никеля и кобальта. Недостатки процесса: высокая стоимость аппаратуры для автоклавного выщелачивания, сложность эксплуатации автоклавов.

Наиболее близок к предлагаемому техническому решению способ извлечения никеля и кобальта из латеритовых руд в результате их смешивания с серной кислотой, термической обработки смеси и последующего выщелачивания металлов из огарка [2]. По этому способу измельченную до -0,15 мм руду распульповывают в воде с получением пульпы с содержанием около 60% твердого материала. Затем пульпу смешивают в течение 15 мин с заданным количеством концентрированной серной кислоты. Полученную пасту сушат при температуре выше 110°С, высушенную пасту дробят до крупности 4,7-1,65 мм, обжигают при температуре до 700-750°С, выщелачивают из огарка сульфаты и осаждают из раствора сульфиды никеля и кобальта. Испытаны образцы руды с содержанием 1,20-2,27% никеля и 0,03-0,26% кобальта. Получено извлечение 85% никеля и 90% кобальта. Недостатки способа - сложность подготовки шихты руды с серной кислотой к прокалке (распульповка руды в воде, сушка кислой пасты, дробление высушенной пасты со значительным выходом продукта некондиционной крупности), проведение двух термических операций (сушка и прокалка) и, соответственно, увеличение количества оборудования, относительно невысокое извлечение никеля из богатых окисленных руд, использование для осаждения металлов из растворов выщелачивания токсичного сероводорода.

Технический результат предлагаемого решения заключается в достижении высокой степени извлечения никеля и кобальта из окисленной руды, в том числе с низким содержанием металлов.

Технический результат достигается тем, что согласно предлагаемому способу окисленную руду сушат, измельчают и смешивают в грануляторе с серной кислотой, полученные гранулы последовательно сначала сульфатизируют, а затем прокаливают в одну стадию в работающей в режиме противотока трубчатой вращающейся печи, из прокаленного продукта водой выщелачивают никель и кобальт, после нейтрализации раствора и осаждения железа и алюминия сорбируют на ионит никель и кобальт и перерабатывают насыщенный металлами ионит с получением никелькобальтового концентрата. Нейтрализацию раствора ведут до оптимальной для работы ионита рН в интервале его значений 3,0-5,5 и сорбируют никель и кобальт из полученной пульпы.

Пример 1

Окисленную никелевую руду с содержанием никеля 0,70 и 1,25% высушили, измельчили до крупности 100% -0,15 мм и смешали на чашевом грануляторе с серной кислотой при расходе последней 0,47-0,52 т/т руды. Последовательно операции сульфатизации и прокалки проводили, помещая пробы загранулированной смеси в муфельную печь при комнатной температуре и нагревая ее до заданной в пределах 650-800°С. Время термообработки 4,5 часа. Прокаленный продукт выщелачивали водой в течение 1 часа при температуре 70°С и Т:Ж=1:1, операцию повторяли 3 раза, после каждой отделяли раствор, после последнего выщелачивания гранулы промыли водой. Объединенный раствор проанализировали. Полученные данные приведены в табл.1.

Таблица 1
Влияние температуры обжига руды на извлечение металлов
N п/п	Содерж. Ni в руде, %	Расход Н 2SO4 (92%), т/т руды	Температура, °С	Содержание в растворе, г/дм3				Извлечено из руды, %(Ni), кг/т руды
				Ni	Fe	Al	Mg	Ni	Fe	Al	Mg
1 2	0,70 1,25	0,54 0,53	20 650	1,15 3,02	6,55 10,9	1,2 2,5	4,6 5,9	79,9 88,8	31,8 40,2	5,8 9,2	22,4 21,8
3 4	0,70 1,25	0,57 0,51	20 700	1,80 3,35	6,97 19,9	1,6 3,2	5,9 6,4	99,6 99,2	27,0 73,4	6,2 11,8	22,8 23,8
5 6	0,70 1,25	0,54 0,56	20 750	1,98 3,35	4,26 7,8	1,6 2,2	8,1 6,0	93,3 98,0	12,9 29,1	4,8 8,4	24,5 22,6
7	1,25	0,65	20 800	3,15	2,0	1,7	8,1	75,2	6,1	5,1	24,3

Как видно из табл.1, при данных параметрах переработки и максимальных температурах прокалки 700-750°С для испытанных двух проб достигнуто одинаково высокое извлечение никеля в раствор.

Пример 2

Окисленную никелевую руду с содержанием, %, 1,25 Ni; 0,44 Со; 17,9 Fe смешали на чашевом грануляторе с серной кислотой при расходе последней 0,47 т/т руды. Полученные гранулы обработали в трубчатой вращающейся печи в течение 3,5 часов, а затем выщелачивали водой при соотношении Т:Ж=1:1 три раза в течение 1 часа, растворы объединили и проанализировали. Результаты проведенных экспериментов приведены в табл.2.

Таблица 2
Результаты последовательного выщелачивания гранул
Температура, °С	Извлечение в раствор, %
	Ni	Со	Fe
600	86,4	95,2	27,4
650	95,2	93,0	23,8
700	92,0	95,3	6,4
750	2,2	4,6	0,1

В данном примере наилучшие результаты по извлечению никеля в раствор при выщелачивании получены при температуре прокалки 650°С. Дальнейшее повышение температуры (до 700°С) приводит к более полному разложению сульфата железа и, по-видимому, частичному экранированию соединений никеля. В результате наблюдается некоторое снижение извлечения никеля, однако снижение количества железа, переходящего в раствор при выщелачивании никеля и кобальта, играет положительную роль при последующей очистке растворов от этого металла.

Перед сорбцией никеля и кобальта из сернокислых растворов необходимо перевести в осадок содержащееся в растворе железо. Для этого можно нейтрализовать раствор, например, известняком или оксидом кальция. Экспериментальные данные показывают, что эффективность действия указанных реагентов имеет существенное различие (табл.3), проявляющееся в различной степени соосаждения с железом никеля (соответственно, 5,3 и 9,4%) и алюминия (96,4 и 99,5%).

При увеличении рН выше 3,5 количество переходящих в осадок металлов возрастает как за счет их соосаждения с железом, так и за счет достижения рН собственного осаждения. Например, при осаждении железа из приведенного в табл.3 исходного раствора его нейтрализацией оксидом кальция до рН 5 содержание в растворе железа снижается до 0,38; никеля - до 1,38 (т.е. на 18,8%); алюминия - до 0,006 г/дм³.

Таблица 3
Осаждение гидроксида железа.
рН растворов после осаждения - 3.5-3.7
N п/п	Раствор	Содержание, г/дм3
		Fe	Ni	Al	Ca
1	Исходный	10,5	1,70	2,15	-
2	Осаждение СаСО3	1,95	1,61	0,077	0,41
3	Осаждение СаО	1,18	1,54	0,011	0,43

Минимизировать потери никеля и кобальта с осадком железа позволяет использование процесса сорбции этих металлов из пульпы, для чего полученную после нейтрализации пульпу при постоянных рН и температуре контактируют с ионитом в противоточном режиме. В качестве ионитов предлагается использовать пиридингидроксильные иониты, например, ВПГ, или иониты, содержащие пиридиниевый азот, например, DOWEX XWS 4195 фирмы DOW Chemical.

После сорбционного извлечения никеля и кобальта из сульфатного раствора насыщенный металлами ионит отмывают водой и обрабатывают при 40-45°С водным раствором минеральной кислоты (серной, соляной) с концентрацией не более 3н. Полученные концетрированные никель-кобальтовые растворы направляют на осаждение карбонатов или гидроксидов.

Пример 3

Сорбцию никеля и кобальта из нейтрализованной пульпы с рН 5,0-5,5 вели при механическом перемешивании, Т:Ж=1:5, загрузке ВПГ в H⁺/SO₄ ^2- - форме 30% к объему пульпы. Полученные результаты приведены в табл.4.

Таким образом, в присутствии ионита извлечение из пульпы (жидкой и твердой фаз) составило 97,6% никеля и 99,2% кобальта.

Аналогичные результаты по извлечению никеля и кобальта из нейтрализованной пульпы получены и при использовании ионита DOWEX XWS 4195 фирмы DOW Chemical. Однако в этом случае процесс проводится при более низком значении рН 3,0-3,5, что позволяет снизить расход нейтрализатора (СаСО₃) на 10-12%.

Емкость ионитов по никелю составляет, мг/г: ВПГ - 48,2; DOWEX XWS 4195 - 83,9.

Таблица 4
Результаты сорбции металлов
Состав продуктов			Стадия обработки
продукт	ед.изм.	элемент	0*	1	2	3	4	5
пульпа, ж. фаза	г/дм 3	Ni	8,625	3,880	1,120	0,354	0,009	0,0015
		Со	0,280	0,125	0,082	0,058	0,006	0,0004
пульпа, тв. фаза	%	Ni	1,600	0,240	0,155	0,060	0,060	0,0290
		Со	0,050	0,020	0,010	<0,010	<0,010	<0,010
ионит	мг/г	Ni	-	61,4	48,2	45,2	32,6	30,4
		Со	-	3,4	2,5	2,1	1,6	0,3
*исходная пульпа

Обработка ионитов, насыщенных никелем и кобальтом, водными растворами минеральных кислот, например серной, позволяет сконцентрировать металлы в виде раствора сульфатов, удобного для получения карбонатного концентрата известным способом. Полнота десорбции никеля и кобальта и степень их концентрирования зависят от концентрации кислоты и температуры процесса.

Пример 4

Раствором серной кислоты обработан ионит, насыщенный никелем и кобальтом в условиях, указанных в примере 3. Десорбцию металлов провели в динамических условиях, объем товарного десорбата составил 1,7-2,0 объема к объему ионита.

Наибольшая полнота десорбции (99%) достигнута при концентрации серной кислоты в десорбирующем растворе 100-120 г/дм и температуре 40-45°С. Концентрация никеля в товарном десорбате составила 8-10 г/дм ³ для ВПГ и 15-16 г/дм³ для DOWEX XWS 4195.

Из товарных десорбатов осадили карбонатный концентрат 15%-ным раствором кальцинированной соды при температуре 70-80°С. Полученный концентрат отфильтровали, промыли и высушили. В расчете на вес сухого продукта он содержал, %: 38-45 Ni; 0,08-0,1 Со; 2,0-2,8 Fe; 1,0-1,1 Al; 0,4-0,5 Mg.

Техническая эффективность предлагаемого способа переработки окисленной никелевой руды заключается в том, что в результате использования процессов смешивания окисленной никелевой руды с серной кислотой на грануляторе, твердофазной сульфатизации руды и прокалки гранул обеспечивается хорошее взаимодействие серной кислоты и соединений извлекаемых ценных металлов. Прокалка гранул позволяет резко снизить количество железа, переходящего в раствор при выщелачивании. В свою очередь сорбционное извлечение никеля и кобальта из пульп обеспечивает получение высококачественного никелькобальтового концентрата, сводит к минимуму потери этих металлов с осадком гидроксида железа.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. М.: ООО "Наука и технологии ", 2001. Т.2: Окисленные никелевые руды, стр.3 85-3 88.

2. Zubryckyj N., Evans D.J.I., Mackiw V.N. Preferential sulfation of nikel and cobalt in lateritic ores // Journal of metals. 1965. May. P.478-486.