CC BY
21
--© Г.И. Авдонин, Е.Ю. Михеев,
В.Ю. Кольцов, Н.В. Клочкова, П.Е. Олишевский, 2012
УЛК 622.775
Г.И. Авдонин, Е.Ю. Михеев, В.Ю. Кольцов, Н.В. Клочкова, П.Е. Олишевский
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОЦЕНКЕ ВЛИЯНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СУЛЬФАТА МАГНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ НИКЕЛЯ
Предложена методика проведения анализов никеля, магния, железа, кобальта и алюминия.
Ключевые слова: концентрация, сульфат магния, выщелачивание, градуировочный график, свободная кислота.
и елью работы являлось исследование влияния концентрации МдЭ04 в выщелачивающих растворах на такие показатели выщелачивания N1 из руд как:
• концентрация N1 в продуктивных растворах.
• зависимость съема N1 с горнорудной массы от величины Ж: Т и времени;
• степени извлечения N1 в режиме кучного выщелачивания из руд Бурук-тальского месторождения на фиксированный момент времени.
Основной целью этих исследований являлось определение средних концентраций полезных компонентов (N1, Мд, Со, Ре) в продуктивных растворах и оценка степени их извлечения.
Методика проведения лабораторных исследований
Исследования проводились на перколяционных колоннах диаметром 10 см и высотой 1 м с ложным днищем. В колонны загружался поступивший на исследование рудный материал. Каждая из колонн была загружена 8-ю кг руды. Руда замачивалась водопроводной водой в капельном режиме орошения, с плотностью орошения «40л/м2ч, до появления
растворов на выходе из колонки. Скорость подачи воды регулировалась зажимом Мора. Всего рудным гранулированным материалом было загружено 4 колонны. В первую колонну подавалась разбавленная серная кислота с концентрацией 50 г/л. В последующие колонны подавалась серная кислота той же концентрации с добавкой в нее расчетного количества сульфата магния:
• во 2-ую колонну - кислота с содержанием МдЭ04 100г/л,
• в 3-ю — 150г/л,
• в 4-ю — 2500г/л.
Продуктивные растворы анализировались на содержание свободной кислоты, никеля, кобальта, железа и алюминия. После определения концентрации кислоты и металлов растворы доукреплялись до исходной кислотности и вновь использовались в качестве выщелачивающих. После достижения в колонне № 1 максимальных концентраций N1 растворы всех колонн выводились из оборота. Новые растворы для колонн 1—4 готовились аналогично исходным. Опыты проводились в течение 72 суток.
После окончания опытов на 73 сутки колонны разгружались, вы-
щелоченный материал высушивался, взвешивался и измельчался до -2 мм на валковой дробилке. Измельченный материал (кек) сокращался до 1 кг и истирался до 200 меш. В кеках определялось содержание N1.
Исходное содержание полезных компонентов в колоннах определялось по сумме извлеченного в раствор металла и содержанию его в кеке выщелачивания.
Определение металлов в растворе проводилось спектрометрическим способом. Кислотность определялась прямым титрованием с фторидным буфером.
Методика проведения анализов никеля, магния, железа, кобальта и алюминия
Поступившие на анализ пробы растворов анализировались на никель, магний, железо, кобальт и алюминий методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (АЭС с ИСП). Метод основан на возбуждении атомов элементов в высокочастотном плазменном разряде аргона и измерении интенсивности спектральных линий определяемых элементов, которые пропорциональны массовой концентрации этих элементов в растворе.
Работа проводилась на аттестованной макет-установке (свидетельство № 38-01/40 от 05.12.2007 г.), созданной в ОАО ВНИИХТ, которая состоит из ВЧ-генератора (выходная мощность до 4 кВт, частота 40,68 МГц), трехвиткового водоохлаждае-мого индуктора, внутри которого помещена кварцевая горелка конструкции Сукача, состоящая из двух соос-ных трубок с двумя потоками аргона (плазмообразующего Упл. = 2,3 дм3/мин. и транспортирующего Утр. = 1,3 дм3/мин.), и системы водяного охлаждения внешней стенки горелки.
Плазменный факел находится внутри горелки, и регистрация излучения ведется с верхнего торца горелки по оси излучения. Из распылительной камеры с пневматическим уголковым распылителем, спектрометра ДФС-452 с дифракционной решеткой 1200 штр./мм, приемно-регистри-рующего устройства ЭРУ-15 и персонального компьютера с программным обеспечением для обсчета полученных данных.
Анализ проводился на базе методики определения содержания металлов в природных, питьевых и сточных водах методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой.
Длины волн аналитических линий и диапазоны массовых концентраций определяемых элементов, в которых интенсивность спектральных линий пропорциональна массовым концентрациям этих элементов, указаны в табл. 1.
Спектральные линии указанных элементов в измеряемом диапазоне содержаний (0,003 - 100,0) свободны от взаимных спектральных наложений.
Предел обнаружения (ПрО) для определяемых элементов был рассчитан как минимально обнаруживаемая концентрация (С,т), которой соответствует интенсивность аналитического сигнала, в три раза превышающая стандартное отклонение сигнала фона (Бф):
Сшт = 38ф/8,
где 8 - чувствительность линии, то есть наклон градуировочного графика (С1/СС).
Границы относительной погрешности результата измерений массовых концентраций железа, магния, никеля и кобальта приведены в таблице 2 для доверительной вероятности Р = 0,95.
Таблица 2
Метрологические характеристики методики выполнения измерений
Таблица 1
Длина волны аналитической линии
Элемент Длина волны аналитической линии, нм Диапазон массовых концентраций, мг/лм3
железо 365,15 0,003-30,0
магний 279,55 0,003-30,0
никель 352,45 0,01 - 100,0
алюминий 259,94 0,01 - 100,0
кобальт 345,35 0,01 - 100,0
Элемент Диапазон измеряемых массовых концентраций, мг/лм3 Границы относительной погрешности результата измерений (Р=0,95), А, %
железо 0,003 - 0,010 25
0,011 - 0,10 10
0,11 -10,0 5
10,0 - 30,0 3
магний 0,003 - 0,010 25
0,011 - 0,10 10
0,11 - 10,0 5
10,0 - 30,0 3
никель 0,01 - 0,10 12
0,11 - 10,0 5
10,1 - 100,0 2
кобальт 0,01 - 0,10 12
0,11 - 10,0 5
10,1 - 100,0 2
алюминий 0,01 - 0,10 12
0,11 - 10,0 5
10,1 - 100,0 2
Приготовление растворов металлов с известной концентрацией
Измерения проводили по методу «трех стандартов» с серией растворов сравнения в виде слабокислых растворов химически чистых солей алюминия, магния, никеля, железа и кобальта, приготовленных следующим образом:
Раствор магния с массовой концентрацией 1000 мг/дм3.
Навеску оксида магния МдО массой 1,6580 г растворяют в 25 см3
раствора соляной кислоты с массовой долей 25 % и доводят объём раствора до 1 дм3 водой.
Раствор железа с массовой концентрацией 1000 мг/дм3.
Навеску соли Мора (соль закиси железа и аммония двойная сернокислая, Рв8О4!,ШИ4)28О4*6И2О) массой 0,7020г растворяют в воде, содержащей 0,4 см3 раствора серной кислоты с массовой долей 16 %, и доводят объём раствора водой до 100 см3.
Таблица 3
Результаты лабораторных испытаний
Ж: Т, КОЛОНКА 1 КОЛОНКА 2 КОЛОНКА 3 КОЛОНКА 4
м3/т ЕМ, Мд, Ре, ЕМ, Мд, Ре, ЕМ, Мд, Ре, ЕМ, Мд, Ре,
г/л % г/л г/л г/л % г/л г/л г/л % г/л г/л г/л % г/л г/л
0,9 0,71 11,1 1,17 3,9 0,52 8,1 9,04 3,8 0,58 9,1 11,54 4,1 0,53 8,3 13,85 4,7
10,3 1Д 28,3 3,9 14,4 1,1 25,3 21,2 15,1 1,1 26,3 27,6 14,6 0,9 22,3 48,6 11,3
21,6 0,65 38,4 2,8 14,6 0,63 35,1 24,2 14,5 0,66 36,6 51,3 14,6 0,65 32,5 62,5 13,2
29,1 0,53 46,7 2,1 8,7 0,53 43,4 25,6 8,4 0,47 43,9 50 9,5 0,4 38,8 59,7 9,3
39,4 0,55 55,3 3,5 10,6 0,55 52,0 26,5 10,6 0,45 51,0 54,1 10,6 0,5 46,6 62,5 ИД
49,7 0,4 61,6 1,4 10,2 0,4 58,2 30,2 12,6 0,4 57,2 49,2 11,6 0,4 52,8 54,3 13,2
60,0 0,26 65,6 1,3 5,8 0,21 61,5 24 5,5 0,24 61,0 43,2 5,5 0,23 56,4 26,4 5,5
70,3 0,16 68,1 1,3 5,8 0,14 63,7 26,7 5,8 0,25 64,9 52,8 6,5
Таблица 4
Результаты отработки колонок
№ колонки Извлечение никеля, Е, % Величина Ж/Т, м3/т Расход кислоты, кг/т
1 65,6 60 809
2 63,7 60 794
3 60,9 60 787
4 56,4 60 738
Зависимость концентрации Ni от величины Ж/Т
ы
W
W Y \Г -w-
• Г -----
Рис. 1
величина Ж/Т доли единицы
Зависимость степени извлечения от величины Ж/Т
20.0 30.0 40.0 50.0
величина Ж/Т доли единицы
Рис. 2
Раствор никеля с массовой концентрацией 1000 мг/дм3.
Навеску никеля массой 1,0000г растворяют при нагревании в 20 см3 азотной кислоты (1:1), разбавляют водой до 50 см3 и кипятят до удаления окислов азота. Раствор охлаждают, переводят в мерную колбу вместимостью 1 дм3 и доливают до метки водой.
Раствор алюминия с массовой концентрацией 1000 мг/дм3.
Навеску 1,0000г алюминия растворяют в 16,5 см3 раствора соляной кислоты с массовой долей 25 % и доводят объём раствора водой до 1 дм3.
Раствор кобальта с массовой концентрацией 1000 мг/дм3.
Навеску кобальта сернокислого 7-водного СоБ04 * 7Н20 4,7690 г растворяют в воде и доводят объём раствора водой до 1 дм3.
Серию образцов сравнения готовили путем последовательного разбавления головных растворов сравнения дистиллированной водой.
Фоновым раствором служила дистиллированная вода.
Поступившие на анализ пробы разбавляли дистиллированной водой в соотношении 1:100 или 1:500 и подкисляли добавлением нескольких капель концентрированной азотной кислоты. Кратность разбавления пробы устанавливали в соответствии с диапазоном _,_ измеряемых содержаний.
70 0 Для каждого элемента из-
меряли попеременно серию 4 растворов сравнения (3 шт.) и
партию проб в 10 шт.
За результат анализа принимали среднее арифметическое трех параллельных измерений.
Контроль точности производился путем сравнения полученных результатов с методом атомно-абсорбцион-ного анализа. Было установлено, что расхождения не носят систематического характера и количественно незначимы.
Результаты лабораторных исследований
Основные результаты лабораторных исследований приведены в табл. 3 и 4 и отражены на рис. 1—4.
Как видно из рис. 1, заметное влияние концентрации Мд на выход N1 в раствор отмечается в колонке № 4 с содержанием сульфата магния в вы-
1.2
0.8
=Г n.fi
5 0.4
0.2
колонка 1
колонка 2
колонка 3
60
50
40
й 30
20
0.0
10.0
60.0
колонка 2
колонка 3
Зависимость концентрации Мд от величины Ж/Т
30,0 40,0 50,0 величина Ж/Т доли единицы
Рис. 3
Зависимость концентрации Ре от величины Ж/Т
30.0 40.0 50.0 величина Ж/Т доли единицы
Рис. 4
шелачиваюших растворах « 250 г/л, что подтверждается рис. 3, показы-ваюшим ход степени извлечения N1 в процессе опыгта. В колонках 2 и 3, отрабатываемых сернокислыми растворами с содержанием сульфата магния 100 г/л и 150 г/л, извлечение N1 и его концентрации в продуктивных растворах практически одинаковы.
На рис. 3 отчетливо видно, что на начальных этапах выщелачивания происходит снижение концентрации Мд за счет его поглошения глинисты-
ми минералами, а затем отмечается рост его концентраций за счет разложения этих минералов. Значительный вынос Мд в колонке 4 привел к её кольматации, связанной с разрушением структуры гранул рудного материала.
Выход железа в раствор практически не зависит от присутствия магния в вы-шелачиваюших растворах на ранних стадиях отработки, но сушественно увеличивается при содержании Мд более 60 г/л, характерном для завер-шаюших этапов выщелачивания.
Присутствие в вышела-чиваюших растворах сульфата магния несколько снижает расход серной кислоты в процессе вышела-
70.0 00.0 / л\
чивания (табл. 4).
Выводы
1. Увеличение концентрации сульфата магния в вышелачиваюших растворах (ВР) приводит к разрушению гранул руды и ухудшению фильтрационнык свойств ГРМ.
2. Концентрация Мд в вышелачи-ваюших растворах не влияет на выход Ре в раствор.
3. Высокие содержания Мд в вы-шелачиваюших растворах депресси-руют выход N1 в продуктивный раствор и снижают степень извлечения никеля.
4. Предельная концентрация Мд в ВР ~ 40 г/л. ЕШ
60
50
I 40
30
? 20
10
0
0,0
10,0
20,0
60,0
колонка 1
колонка 2
колонка 3
16
14
12
и- 10
0
6
4
2
0
0.0
10.0
20.0
60.0
колонка 2
колонка 3
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ-
Авдонин Г.И., Михеев Е.Ю., Кольцов В.Ю., Клочкова Н.В., Олишевский П.Е. — НПП «ГЕОТЭП», geotep@mail.ru
