CC BY
66
СЕКЦИЯ 2
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ И ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
УДК 669.23
ПЕРЕРАБОТКА ОСТАТКА ХЛОРНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ПЕСКОВ КЛАССИФИКАЦИИ ФАЙНШТЕЙНА
К.М. Волчек1, А.Г. Касиков2, Е.С. Кшуманева2, С.В. Дрогобужская2
1АО «Кольская горно-металлургическая компания», Мончегорск, Россия
2Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева
Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия
Аннотация
Изучена в лабораторных и промышленных масштабах переработка высокосернистого остатка хлорного выщелачивания песков второй стадии классификации файнштейна, содержащего драгметаллы. Основной проблемой переработки данного остатка по технологии жидкофазной сульфатизации является повышенное содержание элементарной серы (~45-55%), приводящей к неконтролируемому ходу процесса. Установлено, что элементарная сера может быть предварительно извлечена с помощью органических и неорганических реагентов, а остаток переработан по традиционной схеме с получением селективных концентратов драгметаллов.
Ключевые слова:
остаток выщелачивания, элементарная сера, жидкофазная сульфатизация, драгметаллы.
TREATMENT OF THE RESIDUE OF CHLORINE LEACHING OF THE CONVERTER MATTE CLASSIFICATION SANDS
K.M. Volchek1, A.G. Kasikov2, E.S. Kshoumaneva2, S.V. Drogobuzhskaya2
1Kola Mining Metallurgic Company, Monchegorsk, Russia
2I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia
Abstract
Treatment of the high-sulfur residue of chlorine leaching of the converter matte classification sands containing noble metals was investigated during laboratory and industrial experiments. The main problem of this treatment by liquid sulfatization method is an elemental sulfur, which leads to uncontrolled process behavior. In this case sulfur can be removed by unorganic and organic reagents.
Keywords:
leaching residue , elemental sulfur, liquid sulfatization, noble metals.
В настоящее время в АО «КГМК» производство металлического никеля осуществляется через электрорафинирование никелевых анодов. Черновые аноды содержат примеси: железо, кобальт, медь, серу. Часть электрического тока расходуется на растворение данных примесей. Незначительная часть никеля выводится с железистым кеком, кобальтовым концентратом и другими оборотными продуктами. В результате в технологической системе возникает дефицит никеля.
В АО «КГМК» реализовано восполнение дефицита по технологии хлорного выщелачивания никелевого порошка и осыпи никелевых анодов, одним из продуктов которой является остаток выщелачивания. Вследствие высокого содержания драгметаллов данный промпродукт перерабатывается по существующей технологии жидкофазной сульфатизации совместно с никелевым шламом до концентратов драгметаллов, а также на переделе анодной плавки никелевого производства с извлечением драгметаллов в никелевые аноды. Остаток выщелачивания обогащен по содержанию шлакообразующих элементов, в первую очередь кремнезема (до 15%), что приводит к существенному снижению кондиции основного концентрата драгметаллов - платинопалладиевого.
Одним из способов решения данной проблемы является поиск сырья со сниженным содержанием данных примесей.
117
Измельчение файнштейна сопровождается образованием песков второй стадии, которые представляют собой металлизированный промпродукт с содержанием никеля ~58%, серы ~10%. Лабораторные и промышленные исследования по хлорному выщелачиванию данного материала показали высокую степень извлечения никеля в раствор (~98%). Основу фазового состава остатка выщелачивания составляют: элементарная сера, CuS (ковеллин), Ni3S4 (полидимит) и y-NiS (у-миллерит), в меньшей степени присутствуют тенорит (CuO), оксид (Cu0.2Ni08)O и сульфаты: CuSO4 и Cu2O(SO4). Химический состав остатка, %: S элем. -~45-55; Pd - 0.6-1; Cu - 14-18; Ni - 11-15; Fe - 1.4-1.8; SiO2 - ~0.5%.
Основную трудность при переработке данного кека методом жидкофазной сульфатизации представляет поведение элементарной серы вследствие образования обильных возгонов, выраженного гарнисажа из-за агломерации и вскипания реакционной массы при взаимодействии серы с концентрированной серной кислотой. Данные процессы также сопровождаются повышенным расходом серной кислоты и увеличением объема оборотных растворов.
Предварительные опыты по пирометаллургическому удалению серы путем обжига или выплавки серы показали, что данное направление малоперспективно вследствие образования монолитных спеков.
С целью удаления серы из остатка были опробованы гидрохимические способы ее растворения с использованием растворов серосодержащих неорганических реагентов и органических растворителей. Контроль за содержанием благородных и других металлов осуществляли методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. Твердые остатки вскрывали автоклавным способом с привлечением микроволновой системы. Определение серы проводили на элементном анализаторе.
Эксперименты показали, что при использовании всех представленных в таблице реагентов достигается растворением основной массы элементарной серы. При этом в нерастворимом остатке остаются сульфидные, оксидные и металлизированные фазы. Однако кроме растворения серы наблюдали переход в раствор и других элементов. Наибольшая концентрация в растворах выщелачивания зафиксирована для селена. Переход благородных металлов для всех реагентов за исключением раствора гидроксида натрия был незначителен.
С учетом перехода благородных металлов в раствор и доступности реагента в дальнейшем для выщелачивания серы использовали растворы сульфита натрия. Исследования показали, что концентрация сульфита 220-240 г/л в исходном растворе выщелачивания является оптимальной, так как при хорошем извлечении элементарной серы в жидкую фазу (65-70% от общего исходного содержания) обеспечивается минимальный переход драгметаллов в раствор. Повышение концентрации сульфита относительно указанных пределов приводит к увеличению степени перехода в раствор драгметаллов, снижение концентрации сульфита приводит к резкому падению извлечения серы в раствор.
Однако при выщелачивании серы возникает проблема последующей утилизации серосодержащих растворов. Одним из возможных способов решения данной проблемы, опробованный в промышленных условиях, является оборот (в случае сульфита натрия) раствора на передел сгущения никелевого концентрата для осаждения переходящих в раствор драгметаллов. В случае перхлорэтилена проблема утилизации решается довольно просто, так как растворимость серы в органическом растворителе очень сильно зависит от температуры и после охлаждения сера выпадает в осадок в элементарном виде.
Ранее было показано, что эффективным способом утилизации серы может быть также использование ее щелочных растворов в процессах рудной и селективной флотации [1, 2]. В данной работе раствор выщелачивания с целью вовлечения в производственный цикл растворенных драгметаллов и оптимизации рН пульпы гидротранспорта никелевого производства предложено направлять в процесс сгущения пульпы никелевого концентрата, что позволяет исключить потери даже микроколичеств благородных металлов.
Влияние природы выщелачивающего агента на переход элементов в раствор при Т=80оС и Т:Ж=1:5
Элемент Концентрация элементов в растворах выщелачивания в зависимости от природы реагента, мг/л
Na2S, 150 г/л NaOH, 200 г/л Na2SO3, 240 г/л C2Cl4(100%)
Ni 0.40 32.9 3.9 10
Cu 0.64 7.7 35.6 1.4
Se 273 757 712 3400
Te 12.1 110 0.75 1.8
Ag 0. 01 6.7 0. 01 4.4
Au 0.03 15.7 10.6 0.1
Pd 0.74 188.2 8.9 0.1
Pt 0.51 37.4 3.3 0.02
Rh 0.001 5.1 0.002 0.06
Ru 0.02 1.6 0.06 0.03
Ir 0.087 0.72 0.031 0.01
118
Остаток сульфитного выщелачивания по существующей технологии производства концентратов драгметаллов подвергали двухстадийной жидкофазной сульфатизации. На первой стадии, при 200оС, происходило удаление примесных компонентов (цветные металлы, железо, сера), которые выводятся с фильтратом в гидрометаллургическое производство никеля. На второй стадии, при 280оС, происходит переход в растворимое состояние ~60% Rh, Ru, Ir, Ag, а также доизвлекаются примеси. Фильтрат второй стадии сульфатизации последовательно подвергается переработке для осаждения серебра хлоридом натрия с получением концентрата серебра и автоклавному осаждению родия, рутения, иридия с получением концентрата металлов - спутников платины.
Фильтраты первой стадии и растворы после осаждения родия, рутения, иридия направляли в гидрометаллургическое производство никеля для извлечения цветных металлов.
Общее извлечение примесей в оборотные растворы составило, %: Е Cu, Ni, Fe > 99; S ~95.Суммарное содержание драгметаллов в остатке сульфатизации - палладиево-платиновом концентрате - составило ~36% (Е Pd + Pt = 32%), примесей Е Cu + Ni + Fe + S = 3.4%; отношение Pd/Rh = 49.
По данной технологии в промышленных условиях переработано 4.8 т остатка хлорного выщелачивания песков классификации файнштейна.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет переработать материалы, основа которых представлена элементарной серой, гидрометаллургическими методами с получением концентратов драгметаллов и растворы цветных и примесных компонентов, пригодные для переработки в медно-никелевом производстве.
Литература
1. Касиков А.Г., Кшуманева Е.С., Максимов В.И. Использование элементарной серы для приготовления модификатора флотации медно-никелевых руд // Цветная металлургия. 2006. N° 2. С. 16-21.
2. Касиков А.Г., Максимов В.И. Получение флотореагентов из отходов медно-никелевого производства и их использование в процессах рудной и селективной флотации // Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья и синтеза на его основе функциональных материалов: сб. докл. всерос. науч. конф. с междунар. участием (Апатиты, 8-11 апреля 2008 г.). Апатиты, 2008. Ч. 1. С. 95-97.
Сведения об авторах
Волчек Константин Михайлович,
АО «Кольская горно-металлургическая компания», г. Мончегорск, Россия, Volchekkm@kolagmk.ru Касиков Александр Георгиевич,
к.х.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия, Kasikov@chemy.kolasc.net.ru Кшуманева Елена Сергеевна,
к.т.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия, kshum@chemy.kolasc.net.ru Дрогобужская Светлана Витальевна,
к.х.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия, Drogo_sv@chemy.kolasc.net.ru
Volchek Konstantin Mihailovich,
Kola Mining Metallurgic Company, Monchegorsk, Russia, Volchekkm@kolagmk.ru Kasikov Aleksandr Georgievich,
PhD (Chemistry), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, Kasikov@chemy.kolasc.net.ru Kshumaneva Elena Sergeevna,
PhD (Engineering), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, kshum_es@chemy.kolasc.net.ru Drogobuzhskaya Svetlana Vitaljevna,
PhD (Chemistry), Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, Drogo_sv@chemy.kolasc.net.ru
119
