CC BY
164
------------------------------------------- © Г.И. Авдонин, Е.Ю. Михеев,
В.А. Гуров, П.Е. Олишевский, 2011
УДК 622.7
Г.И.Авдонин, Е.Ю.Михеев, В.А. Гуров, П.Е. Олишевский
О ПЕРСПЕКТИВАХ КУЧНОГО ВЫЩЕЛА ЧИВАНИЯ НИКЕЛЯ
Определены принципиальные возможности извлечения никеля сернокислотными растворами из латеритовых руд в режиме кучного выщелачивания.
Ключевые слова: перколяционная колонка, латеритовая руда, серепентиниты, зажим Мора, месторождение, закал воды.
ТТ елью работы являлось определение принципиальной возможности извлечения никеля сернокислотными растворами из латеритовых руд в режиме кучного выщелачивания. Кучное выщелачивание никеля из окисленных руд кор выветривания серепен-тинитов в последнее время успешно осуществляется на ряде объектов Австралии и Турции. В нашей лаборатории проводились исследования по кучному выщелачиванию никеля из руд Кунгур-ского месторождения, которые показали принципиальную возможность извлечения никеля в раствор.
Исследования никелевых руд проводились в несколько этапов. На первом этапе изучался режим выщелачивания никеля и кобальта из 2-х типов руд (магнезиальных и железистых). Основной целью этих исследований являлось определение сред-них концентраций полезных компонентов (№, ^) в продуктивных растворах и оценка степени их извлечения.
На втором этапе проводилось сравнение кинетики выщелачивания из железистых руд с естественной крупностью и руд, агломерированных с серной кислотой.
1. Методика проведения лабораторных исследований.
На первом этапе лабораторные исследования проводились на перколяци-онных колонках диаметром 10 см и высотой 1 м с ложным днищем. Площадь поперечного сечения колонки — 78,5 см2. В колонки загружался поступивший на исследование рудный материал. Руда замачивалась водопроводной водой в капельном режиме орошения. После установления стабильного режима фильтрации определялся максимально возможный режим орошения. Скорость подачи воды регулировалась зажимом Мора, плотность орошения подбиралась из условия отсутствия зеркала воды на поверхности рудного материала. Всего было загружено 4 колонки: две магнезиальной рудой (колонки Mg1 и Mg2) и две железистой рудой (колонки Fe1 и Fe2). Загрузочные и фильтрационные характеристики колонок приведены в табл. 1.
В связи с тем, что первоначально предполагалось только проверить фильтрационную способность руд, влажность загруженной руды не определялась.
В качестве выщелачивающих в начале опыта использовались растворы
№ № колонки 0, см S, см2 Вес руды, h загрузки, Плотность
п/п начальная концентрация серной кислоты в опыте кг см орошения, л/м^ч
Fel (100 г/л) 10 78,5 7,8 0,80 6—13
Fe2 (75 г/л) 10 78,5 7,5 0,80 6—13
Mgl (100 г/л) 10 78,5 8,35 0,85 6,48
Mg2 (75 г/л) 10 78,5 8,0 0,85 6,55
серной кислоты с концентрацией 100 г/л (для колонок Fe1 и Mg1) и 75 г/л (для колонок Fe2 и Mg2). В последующем концентрация серной кислоты снижалась до 50 г/л в конце опыта. Опыт продолжался с 10.04.07 г. по 12.09.07 г.
Продуктивные растворы анализировались на содержание свободной кислоты, никеля, кобальта и железа. После определения концентрации кислоты и металлов растворы доукрепля-лись до исходной кислотности и вновь использовались в качестве выщелачивающих. После прекращения заметного роста концентрации никеля в продуктивных растворах последние заменялись «свежими». Для поддержания солевого состава в «свежие» выщелачивающие растворы добавлялся сульфат натрия из расчета 30 г/л.
На завершающем этапе, для интенсификации извлечения кобальта, было использовано двухвалентное сернокислое железо с концентрацией 1 г/л (по железу).
После окончания опыта колонки разгружались, материал высушивался, взвешивался и измельчался до -2 мм на валковой дробилке. Измельченный материал сокращался до 1 кг и истирался до 200 меш. В кеках определялось содержание № и Со.
Исходное содержание полезных компонентов в колонках определялось по сумме извлеченного в растр металла и содержанию его в кеке выщелачивания.
Определение металлов в растворе проводилось спектрометрическим способом. Кислотность определялась прямым титрованием с фторидным буфером.
На втором этапе проводилось сравнение динамики извлечения никеля из руды естественной крупности и из руды, агломерированной с серной кислотой. Опыты проводились в колонках из орг-стекола, диаметром 14 см и высотой 1 м.
На опыты поступали гранулы агломерированной руды 2-х типов:
I тип — гранулированные с концентрированной серной кислотой (расход кислоты — 301,56 кг/т);
II тип — гранулированные с раствором серной кислоты (1,6 л H2SO4 с плотностью р = 1,821 разведены 2,9 л Н2О). Расход кислоты — 116 кг/т.
Гранулы и руда естественной крупности загружались в колонны и орошались технической водой с плотностью орошения 10 л/м2ч. В процессе орошения определялись влагонасыщение и влагоудержание по колоннам. В параллельных пробах определялась влажность загруженного материала. Параметры загрузки колонн приведены в табл. 2.
Колонна № 5, загруженная гранулами I типа (с концентрированной серной кислотой), в процессе замачивания закольматировалась и не фильтровала.
После ее разгрузки опыт был повторен с тем же результатом. В даль-
№ п/п № колонны Материал Вес сухой вес, кг Влажность, % Влаго- удержание, % Влаго- насыщение, %
1 5 Гранулы с конц. н^о4 15,685 9,8 14,8 - —
2 6 Гранулы с разб. н^о4 14,12 8,82 28,7 8,4 5,48
3 7 Естественная руда 16,0 12,86 19,6 34,9 31,5
нейшем опыты проводились на колоннах 6 и 7 с использованием в качестве выщелачивающих растворов серной кислоты с концентрацией 40 г/л, плотность орошения поддерживалась на уровне 20 л/м2ч.
Исходное содержание никеля по обеим колоннам принималось равным 1,01 % и относилось к весу сухой руды.
2. Результаты лабораторных исследований
На первом этапе проводилось сравнение выходных параметров выщелачивания 2-х различных типов руд: магнезиального с ориентировочным содержанием никеля «0,6 % и железистого с содержанием № «1,02 %. По предварительному опыту работы с никелевыми рудами и для сравнения различных режимов кислотность выщелачивающих растворов на стадии закисления была выбрана 75 г/л в колонках Mg2 и Fe2 и 100 г/л для колонок Mg1 и Fe2.
На рис. 1—4 приведены графики концентраций металлов ^е, №, Со) в продуктивных растворах в зависимости от величины отношения Ж:Т. Как видно из графиков, свободная кислота появляется в продуктивных растворах одновременно с никелем на 4-5 сутки при Ж:Т « 0,5—1,0 практически во всех колонках.
Для орошения использовались доукре-пленные до исходной концентрации продуктивные растворы, поэтому в них шло постоянное увеличение концентрации ни-
келя. На 37 сутки доукрепление прекратили, и орошение проводили оборотными растворами.
После прекращения роста концентрации № растворы выводились из оборота и заменялись свежими. Для поддержания солевого состава в свежие растворы вводился сульфат натрия из расчета 30 г/л.
После замены растворов на свежие отмечался рост концентрации никеля в первой порции растворов. В следующей порции концентрация падала, а в последующих постепенно увеличивалась. Это связано с вытеснением поровых растворов с повышенной концентрацией из предыдущего цикла.
Извлечение кобальта происходило замедленно. Средние концентрации находились на уровне 100 мг/л. В связи с тем, что основное содержание кобальта приурочено к асболанам, в которых он находится в переокисленной форме, в выщелачивающий раствор было добавлено Fe2+ в виде сульфата. Добавка восстановителя привела к снижению ОВП продуктивных и выщелачивающих растворов и заметному росту концентрации кобальта в растворах — до 300— 500 мг/л.
Концентрации N¡*10 г/л, Fe г/л, Со мг/л
для колонки Fe1
Оборотный
Кислота 100 г/л раствор ь. Кислота 75 г/л
• •
• • • • ♦ * . • ♦
.... »1!** * • * • * ....... • : . . 1 I
D 2 4 6 ж 8 10 12 14 1 /Т в долях единиц
500
400
300
200
100
0
Рис. 1
Концентрация Ni • Концентрация Fe • Концентрация Со
концентрация М*10 Г/л
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0
Ж/Т
Fe1 • колонка 6 • Мд2 • Мд1——Fе2 • колонка 7
Рис. 2.
извлечение в %
Зависимость степени извлечения от Ж/Т
• колонка Ре 1 • колонка 6------колонка Ре2 • колонка Мд1 • колонка 7 ° кололнка Мд2
Рис. 3
извлечение в %
Зависимость степени извлечения от времени
60 50 40 30 20 10 0
0 5 10 15 20 25 30 35
время в сутках
• колонка 6 • колонка Ре1 • колонка 7—■—колонка Ре2 • колонка Мд1 • колонка Мд2
Рис. 4
№ колонны Извлечение, % Ж:Т Расход кислоты, кг/т
Fe-I 93,0 15,2 567,7
Fe-II 93,7 18,2 424,4
Mg-I 70,9 8,7 421,1
Mg-II 79,3 12,6 455,9
№ 6 57,2/72,2 13,2 179,2
№ 7 2,87/3,62 1,8 68,3
Таблица 4
№ колонны Вес материала, кг Содержание Ni, % Содержание Со, %
Fe-I 3,72 0,105 0,0085
Fe-II 2,86 0,108 0,005
Mg-I 5,79 0,157 0,005
Mg-II 5,45 0,150 0,005
Для оценки влияния скорости орошения были поставлены опыты с гранулированной рудой. Грануляция кислотой проводилась в двух вариантах: 1 — с концентрированной серной кислотой;
2 — с разбавленной серной кислотой.
В первом варианте использовалась концентрированная серная кислота с плотностью 1,82 г/см3. На агломерацию 25 кг влажной руды (влажность 28 %) пошло 4,14 л кислоты или 7,54 кг. Расход кислоты составил 301,6 кг/т влажной руды.
Во втором варианте использовалась разбавленная кислота (1,6 л H2SO4 на 2,9 л Н2О). Расход кислоты составил 116,5 кг/т влажной руды.
Колонка с гранулами I типа заколь-матировалась при замачивании и не фильтровала.
Колонка с гранулами, приготовленными с разбавленной кислотой, работала хорошо. Средняя плотность орошения составляла «20 л/м2.ч.
Результаты отработки колонн приведены в табл. 3.
Сравнение показателей отработки агломерированной руды (колонка № 6) с показателями для руды естественной крупности показывает, что на начальных этапах отработки скорость извлече-
ния никеля выше из гранулированной руды, однако концентрации Ni в продуктивных растворах гораздо ниже.
После окончания опыта колонки Fe-I, Fe-II, Mg-I и Mg-II были разобраны, руда высушена и взвешена. В ней было определено остаточное содержание Ni и Со.
Из результатов проведенных работ можно сделать следующие выводы.
1. Концентрация никеля в продуктивных растворах при текущих Ж:Т выше при более высокой кислотности выщелачивающих растворов (что более заметно для Mg руд).
2. Соотношение Fe/Ni в продуктивных растворах снижается при уменьшении кислотности выщелачивающих растворов.
3. Степень извлечения никеля из магнезиальных руд выше чем из железистых при одном уровне Ж:Т.
4. В процессе выщелачивания «проницаемость» железистых руд повышается, а магнезиальных руд снижается.
5. Извлечение никеля из железистых руд достигает 90 % при Ж:Т«15, при этом удельный расход кислоты составляет 560 кг/т. Из магнезиальных руд извлечение ниже, 70 % при Ж:Т 8,5. Это свя-
зано с ухудшением фильтрационных показателей.
6. В процессе оборота растворов концентрация в них никеля растет до определенного предела.
7. Агломерация руды приводит к интенсификации извлечения никеля, однако концентрация никеля в продуктивных
растворах значительно ниже, чем на рудах с естественной крупностью.
8. Рекомендуемая кислотность выщелачивающих растворов 40—50 г/л.
9. Для извлечения кобальта из железистых руд необходимо применение восстановителей. птш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------
Авдонин Г.И., Михеев Е.Ю., Гуров В.А., Олишевский П.Е. — ведущий научно-
исследовательский институт химической технологии (ВНИИХТ) info@vniiht.ru
--------------------------------------------- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(ПРЕПРИНТ)
ЭМУЛЬСИОННЫЕ ВВ, ГРАНЭМИТЫ И ANFO: СТРУКТУРА,
ИНИЦИИРОВАНИЕ, ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ
Горинов Сергей Александрович - кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института горного дела УрО РАН, Екатеринбург, akaz2006@yandex.ru
Кутузов Борис Николаевич - доктор технических наук, профессор Московского государственного горного университета, boriskutuzov@mail.ru
бина Егор Павлович - кандидат химических наук, доцент Уральского государственного университета им. А.М. Горького, Екатеринбург, sobina_egor@rambler.ru
Маслов Илья Юрьевич - директор ООО «Спецхимпром», Москва, ilmaslov@mail.ru Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-техничес-кого журнала). — 2011. — № 7. — 64 с.— М.: Издательство «Г орная книга»
Показано, что окислительная фаза эмульсии ЭВВ представлена высококонцентри-рованной суспензией нанокристаллов аммиачной селитры (селитр) в воде. Приведены методики расчета промежуточного детонатора и детонационных параметров ЭВВ, сенси-билизированных пластиковыми полимикросферами. Даны физико-технические основы создания и пути повышения работоспособности ЭВВ, гранэмитов и ANFO.
Ключевые слова: эмульсионные матрицы, взрывчатые вещества, пластиковые микросферы, скорость детонации
Gorinov S.A., Kutuzov B.N, Sobina E.P., Maslov I. Y. EMULSION EXPLOSIVES, GRANEMITES AND ANFO: STRUCTURE, INITIATION, PHYSICAL AND TECHNICAL BASIS FOR ITS PRODUCTION.
The articles shows that the oxidizing phase of the explosive emulsion is presented by the highly concentrated suspension of nanocrystals of ammonium nitrate (saltpeter) in water. The calculation methods for defining the intermediate detonator and detonation parameters of the emulsion explosives sensitized with plastic polymicrospheres are described. The physical and technical basis for production of emulsion explosives and ways to improve their efficiency as well as granemites and ANFO is given.
Key words: emulsion matrixes, explosives, plastic microspheres, the velocity of detonation.
