CC BY
100
Оригинальная статья / Original article
УДК 669.213:669.2./.8.046.8
DOI: 10.21285/1814-3520-2017-7-152-157
СЕРНОКИСЛОТНОЕ КУЧНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ОКИСЛЕННОЙ НИКЕЛЕВОЙ РУДЫ
© А.М. Пунишко1, С.В. Баликов2, Ю.Е. Емельянов3, Н.В. Копылова4.
ОАО «Иркутский научно-исследовательский институт благородных и редких металлов и алмазов», Российская Федерация, 664025, г. Иркутск, бульвар Гагарина, 38.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Целью данной работы является изучение технологии сернокислотного выщелачивания бедной никельсодержащей руды. МЕТОДЫ. Обзор научной литературы, касающейся процесса кучного выщелачивания никелевых руд, а также анализ практического применения данной технологии на предприятиях. Исследование вещественного состава перерабатываемой руды. РЕЗУЛЬТАТЫ. Определены наиболее перспективные способы переработки никель-кобальтовых руд, реализацию которых можно произвести в существующих экономических условиях. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В данной работе представлена информация, определяющая порядок и возможность проведения работ по кучному выщелачиванию никельсодержащих руд, выбор режима переработки никельсо-держащих руд и оценки основных технологических параметров процесса кучного выщелачивания. Ключевые слова: никель, окисленные никелевые руды, кучное выщелачивание, кислотная агломерация, гидролитическая очистка.
Формат цитирования: Пунишко А.М., Баликов С.В., Емельянов Ю.Е., Копылова Н.В. Особенности кучного выщелачивания окисленных никелевых руд // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 7. С. 152-157. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-7-152-157
SULFURIC ACID HEAP LEACHING OF OXIDIZED NICKEL ORE A.M. Punishko, S.V. Balikov, Yu.E. Yemelianov, N.V. Kopylova
"Irkutsk Research Institute of Precious and Rare Metals and Diamonds" OJSC, 38, Gagarin blvd, Irkutsk, 664025, Russian Federation.
ABSTRACT. The PURPOSE of this work is to study the technology of sulfuric acid leaching of lean nickeliferous ores. METHODS. The study employs the following methods: the review of the scientific literature dealing with the process of heap leaching of nickel ores, the analysis of the practical application of this technology at enterprises as well as the research of the material composition of the ore processed. RESULTS. The most promising methods of nickel-cobalt ores processing, which can be implemented at current economic conditions have been identified. CONCLUSION. This paper presents information that determined the order and possibility of works on heap leaching of nickeliferous ores. In addition, it enables mode selection for nickeliferous ore processing and evaluation of main technological parameters of the process of heap leaching.
Keywords: nickel, oxidized nickel ores, heap leaching, acid agglomeration, hydrolytic purification
For citation: Punishko A.M., Balikov S.V., Emelianov Yu.E., Kopylova N.V. Sulfuric acid heap leaching of oxidized nickel ore. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 7, pp. 152-157. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-7-152-157
Введение
Месторождения окисленных никелевых руд привязаны к древней коре выветривания ультраосновных пород, состоящей
в основном из гидросиликатов и алюмосиликатов магния и железа. Характерно, что в рудах практически отсутствуют индивиду-
1Пунишко Артур Максимович, научный сотрудник лаборатории металлургии, e-mail: art_punish@mail.ru Artur M. Punishko, Research worker of the Metallurgy Laboratory, e-mail: art_punish@mail.ru
2Баликов Станислав Васильевич, доктор технических наук, главный научный сотрудник, e-mail: balikov@irgiredmet.ru
Stanislav V. Balikov, Doctor of technical sciences, Chief Researcher, e-mail: balikov@irgiredmet.ru
3Емельянов Юрий Евгеньевич, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории
металлургии, e-mail: maky@istu.edu
Yuri E. Emelianov, Candidate of technical sciences, Leading Researcher of the Metallurgy Laboratory, e-mail: maky@istu.edu
4Копылова Наталья Викторовна, научный сотрудник лаборатории металлургии, e-mail: maky@istu.edu Natalia V. Kopylova, Researcher of the Metallurgy, e-mail: maky@istu.edu
альные рудные компоненты и никелевые минералы, вследствие чего рудой является вся масса породы [1-4].
Согласно геолого-технологической классификации типов окисленных никелевых руд, для сернокислотного выщелачивания пригодны железистые руды с содержаниями оксида магния и кремнезема менее 15% каждого [5]. Это ограничение обусловлено высоким расходом серной кислоты при выщелачивании существенно магнезиальных и кремнистых руд.
В настоящее время в пирометаллур-гическом производстве попутно производится значительное количество серной кислоты, существенно превышающее ее потребность. Необходимость утилизации
Результаты
В настоящей статье приведены результаты лабораторных исследований и полупромышленных испытаний технологии кучного выщелачивания окисленной никелевой руды. Вещественный состав руды представлен глинистыми минералами: монтмориллонитом и нонтронитом (70%) и кварцевыми брекчиями (15%), гематитом и гетитом (10%), доломитом и анкеритом (5%). Никель (о,4%) и кобальт (0,02%) ассоциированы с нонтронизированными серпентинитами. 97% руды представлено классом крупности минус 15 мм. 95% никеля сосредоточено в классе крупности минус 2 мм.
Лабораторными опытами в перколя-ционных колоннах (рис. 1) определены оптимальный расход серной кислоты для окомкования руды - 150-200 кг/т и концентрация серной кислоты в выщелачивающем растворе - 50 г/л.
Результаты сернокислотного выщелачивания представлены на рис. 2.
Для гидролитической очистки продуктивных растворов опробована известняковая и известковая суспензии. Показана одинаковая эффективность данных реагентов. Концентрация железа в нейтрализованных до рН 2,9-3,2 продуктивных растворах составляла 1-5 мг/л, кремния 20-50 мг/л, алюминия и магния
избыточной серной кислоты создает предпосылки для сернокислотного выщелачивания окисленных никелевых руд, ранее считавшихся непригодными для этой технологии.
Исследования по сернокислотному кучному выщелачиванию окисленных никелевых руд месторождений Южного Урала показали, что для выщелачивания никеля необходимо кислотное разложение основной массы породы. Расход серной кислоты достигает 300-500 кг на тонну руды. Особую проблему представляет осаждение никеля из продуктивных растворов, содержащих высокие концентрации железа, алюминия, магния и кремния [6-8].
исследований
300-500 мг/л.
При использовании (в качестве реа-гентов-осадителей магнезии) соды и сероводорода, степень осаждения никеля превышала 95%, содержание никеля в осадках составила 17, 24 и 38%, соответственно.
Полупромышленные испытания проведены в титановой колонне высотой 6 м и диаметром 0,5 м. В колонну загружали 2000 кг (по сухому весу) окисленной руды. Процесс рудоподготовки включал оком-кование руды в барабанном окомкователе с серной кислотой (150 кг/т).
На орошение подавался раствор серной кислоты концентрацией 50 г/л. Плотность орошения в капельном режиме составляла 88-91 л/м2 в сутки. Общий расход кислоты в полупромышленных испытаниях составил 236 кг/т.
В начальный период из колонны поступили растворы, насыщенные солями железа (до 90 г/л), алюминия (до 25 г/л), магния (до 4 г/л) и кремниевыми кислотами (до 140 г/л) с плотностью до 1,46 г/м3. Через 60 суток плотность продуктивных растворов стабилизировалась на уровне 1,15-1,20 г/м3. Максимальная концентрация никеля в продуктивных растворах составляла 5 г/л и через 190 суток выщелачивания снизилась до 1 г/л.
Рис. 1. Установка перколяционного сернокислотного выщелачивания никеля Fig. 1. Installation for percolation sulfuric acid leaching of nickel
Рис. 2. Зависимость извлечения металлов в раствор в оптимальных условиях от продолжительности кучного сернокислотного выщелачивания Fig. 2. Dependence of metal recovery in solution under optimal conditions as a function of duration
of sulfuric acid heap leaching
Продуктивные растворы после выщелачивания подвергались гидролитической очистке известняком (строительный мел с содержанием СаСОз более 95%). Расход реагента определялся конечным показателем рН - на уровне 2,9-3,2.
Общий расход известняка составил 160 кг/т, выход гидратного осадка - 390 кг на одну тонну руды.
Полученную пульпу подвергали фильтрации на нутч-фильтре. Кек распуль-повывали подкисленными растворами после осаждения никеля с предыдущего цикла и повторно фильтровали на нутч-фильтре. Производительность фильтрации на вакуумном фильтре составляла 6-9 кг/м2 в сутки. Фильтрат направляли на осаждение металлов (никеля и кобальта).
Усредненный состав продуктов сернокислотного кучного выщелачивания и гидролитической очистки растворов представлен в табл. 1.
Осаждение никеля из очищенного раствора проведено гидроксидом магния (суспензией магнезии). Расход реагента определялся конечным показателем рН - на уровне 6,9-7,1. Средний расход гидроксида магния составил 10 кг/т руды или 3,4 кг на 1 кг никеля. Растворы после осаждения никеля направляли в оборот на приготовление сернокислого раствора и на распульповку гидратного осадка.
На рис. 3 показано изменение содержания никеля в товарном осадке в процессе полупромышленных испытаний.
Таблица 1
Химический состав отвальных продуктов сернокислотного кучного выщелачивания
окисленной никелевой руды
Table 1
Chemical composition of dump waste products of sulfuric acid heap leaching
of oxidized nickel ore
Компонент/ Component Продукт кучного выщелачивания / Heap leaching product Продукт гидролитической очистки растворов / Product of solution hydrolytic cleaning
Массовая доля, % / Mass fraction, %
SiO2 66 6
AI2O3 6 7
CaO 0,2 20
^еобщ 13 7
^бщ. 0,6 22
Mg 9,0 1,5
Cu < 0,001 0,01
Co 0,004 0,006
Ni 0,008 0,06
Класс опасности отходов / Waste hazard class 5 4
Рис. 3. Изменение массовой доли никеля в осадках в процессе полупромышленных испытаний
сернокислотного кучного выщелачивания Fig. 3. Nickel mass fraction variation in sediments during pilot tests of sulfuric acid heap leaching
На рис. 4 представлена зависимость извлечения никеля в товарный концентрат от продолжительности сернокислотного кучного выщелачивания.
Химический состав товарного никелевого концентрата представлен в табл. 2.
Продолжительность выщелачивания в процессе полупромышленных испытаний составила 192 суток. За это время балан-
совое извлечение никеля в товарный концентрат достигло 73,4%, кобальта - 76,6%.
По результатам полупромышленных испытаний разработан технологический регламент для проектирования промышленного предприятия кучного выщелачивания никеля производительностью 500 тыс. т руды в год.
О 20 40 60 SO 100 120 140 160 ISO 200
Продолжительность, сут / Duration, days
t Извлечение в раствор / , Извлечение в товарный продукт / Recovery in solution Recovery in commercial product
Рис. 4. Динамика извлечения никеля в раствор и в товарный продукт Fig. 4. Dynamics of nickel recovery in solution and in commercial product
Таблица 2
Химический состав товарного никелевого концентрата
Table 2
Chemical composition of commercial nickel concentrate
Компонент / Массовая доля, % /
Component Mass Fraction, %
SiO2 5,4
AI2O3 5,1
CaO 0,3
Feобщ. 2,1
^бщ. 7,2
Mg 22
Cu 0,05
Co 0,70
Ni 15,0
Заключение
1. Особенностью исследуемой никелевой руды является отсутствие никелевых минералов и поэтому никелевой рудой является вся масса породы.
2. Лабораторными исследованиями и полупромышленными испытаниями определены оптимальные условия сернокислотного кучного выщелачивания окисленной никелевой руды:
- расход серной кислоты на окомко-вание руды 150-200 кг/т;
- концентрация серной кислоты в выщелачивающем растворе - 50 г/л;
Библиогра
1. Вершинин А.С., Витовская И.В., Эдельштейн И.И., Вареня Г.Д. Технологическая минералогия гипергенных никелевых руд. Л.: Наука, 1988. 274 с.
2. Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Все о металлургии никеля: в 3 т. М.: ООО «Наука и технология». 2001. Т. 2. 468 с.
3. Левин В.Я., Антонова Л.Г., Золоев К.К., Катькалов А.В., Мормиль С.И., Самсонов А.В. Геология и осо-
- продолжительность сернокислотного кучного выщелачивания - 190 сут.;
- расход извести - 160 кг/т руды;
- расход гидроксида магния для осаждения никеля из раствора - 9,5%;
- содержание никеля в товарном осадке - 38%;
3. Разработан технологический регламент для проектирования промышленного предприятия сернокислого кучного выщелачивания никеля производительностью пятьсот тысяч тонн руды в год.
кий список
бенности рудогенеза Южно-Шамейского месторождения молибдена на Среднем Урале // Геология рудных месторождений. 1995. Т. 37. № 6. С. 530-539.
4. Орлов С.Л. Разработка технологии сернокислотного кучного выщелачивания никеля и кобальта из окисленных никелевых руд // Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообога-
тимого природного и техногенного минерального сырья: материалы международного совещания (г. Верхняя Пышма, 19-24 октября 2011 г.), Верхняя Пышма, 2011. С. 310-312.
5. Фазлуллин М.И., Авдонин Г.И., Смирнова Р.Н.. Результаты исследований по кучному выщелачиванию никеля // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012. № 7. С. 152-157.
6. Шнеерсон Я.М. Современное состояние гидроме-таплургической переработки окисленных никель-кобальтовых руд // Цветные металлы. 2000. № 8.
С. 76-83.
7. Чувашев П.Ю., Баталии Н.А., Халезов Б.Д., Са-пожникова Т.В. Оптимальные режимы выщелачивания никеля и кобальта из окисленных никелевых руд Серовского месторождения // Хим. технология. 2012. Т. 13. № 2. С. 72-74.
8. Холькин A.M., Гиндии Л.М., Новосёлов Р.И., Флейтлих И.Ю. и др. Очистка кобальтовых растворов от никеля экстракцией диалкилдитиофосфорной кислотой // Тезисы VI Всесоюзной конференции по химии экстракции. Кемерово, 1981. Ч. II. 197 с.
1. Vershinin A.S., Vitovskaja I.V., Jedel'shtejn I.I., Varenja G.D. Tehnologicheskaja mineralogija gipergen-nyh nikelevyh rud [Technological mineralogy of hyper-genic nickel ores]. Linengrad, Nauka Pabl., 1988, 274 р. (In Russian)
2. Reznik I.D., Ermakov G.P., Shneerson Ja.M. Use o metallurgii nikelja [All about nickel metallurgy]. Moskow. OOO «Nauka i tehnologija» Pabl. 2001, vol. 2, 468 р. (In Russian)
3. Levin V.Ja., Antonova L.G., Zoloev K.K., Kat'kalov A.V., Mormil' S.I., Samsonov A.V. Geologija i osoben-nosti rudogeneza Juzhno-Shamejskogo mestorozhdeni-ja molibdena na Srednem Urale [Geology and features of ore genesis of the South-Shamey molybdenum deposit in the Middle Urals]. Geologija rudnyh mestorozh-denij [Geology of Ore Deposits]. 1995, vol. 37, no. 6, рр. 530-539. (In Russian)
4. Orlov S.L. Razrabotka tehnologii sernokislotnogo kuchnogo vyshhelachivanija nikelja i kobal'ta iz okislen-nyh nikelevyh rud [Development of technology of sulfuric acid heap leaching of nickel and cobalt from oxidized nickel ores]. Novye tehnologii obogashhenija i kom-pleksnoj pererabotki trudnoobogatimogo prirodnogo i tehnogennogo mineral'nogo syrja: materialy mezhdu-narodnogo soveshhanija (g. Verhnjaja Pyshma, 19-24 oktjabrja 2011 g.), Verhnjaja Pyshma [New technologies of concentration and complex processing of refractory natural and technogenic mineral raw materials: Materials of the International Meeting (Verkhnyaya
Критерии авторства
Пунишко А.М., Баликов С.В., Емельянов Ю.Е., Ко-пылова Н.В. изучили особенности кучного выщелачивания окисленных никелевых руд, имеют равные авторские права и несут одинаковую ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 01.06.2017 г.
Pyshma, October 19-24, 2011)]. Verkhnyaya Pyshma, 2011, pp. 310-312. (In Russian)
5. Fazlullin M.I., Avdonin G.I., Smirnova R.N.. Rezul'taty issledovanij po kuchnomu vyshhelachivaniju nikelja [Results of researches about nickel heap leaching]. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten' [Mining informational and analytical bulletin]. 2012, no. 7, pp.152-157. (In Russian)
6. Shneerson JaM. Sovremennoe sostojanie gidrometaplurgicheskoj pererabotki okis-lennyh nikel'-kobal'tovyh rud [Current state of hydrometallurgical processing of oxidized nickel-cobalt ores.]. Cvetnye metally [Non-ferrous metals]. 2000, no. 8, pp. 76-83. (In Russian)
7. Chuvashev P.Ju., Batalii N.A., Halezov B.D., Sapozhnikova T.V. Optimal'nye rezhimy vyshhelachivanija nikelja i kobal'ta iz okislennyh nikelevyh rud Ser-ovskogo mestorozhdenija [Optimal regimes of nickel and cobalt leaching from oxidized nickel ores of the Serovskoe deposit]. Him. Tehnologija [Chemical technology]. 2012, vol. 13, no. 2. pp. 72-74. (In Russian)
8. Hol'kin A.M., Gindii L.M., Novosjolov R.I., Flejtlih I.Ju. i dr. Ochistka kobal'tovyh rastvorov ot nikelja jekstrakciej dialkilditiofosfornoj kislotoj [Purification of cobalt solutions from nickel by extraction with dialkyl dithiophosphoric acid] Tezisy VI Vsesojuznoj konfer-encii po himii jekstrakcii [Abstracts of the Sixth All-Union Conference on Extraction Chemistry]. Kemerovo, 1981, part. II, 197 p. (In Russian)
Authorship criteria
Punishko A.M., Balikov S.V., Emelianov Yu.E., Kopy-lova N.V. have studied the features of heap leaching of oxidized nickel ores, have equal copyrights and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
The article was received 01 June 2017
