Результаты исследований по кучному выщелачиванию никеля Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© М.И. Фазлуллин, Г.И. Авдонин, Р.Н. Смирнова, 2012

УЛК 622.775

М.И. Фазлуллин, Г.И. Авдонин, Р.Н. Смирнова

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО КУЧНОМУ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЮ НИКЕЛЯ

Приведены результаты научно-исследовательских работ, позволяющих разработать технологические схемы кучного выщелачивания и переработки продуктивных растворов с получением никелевого концентрата.

Ключевые слова: кучное выщелачивание, магнезиальные и железистые руды, кислотность выщелачивающих растворов.

Кучное выщелачивание никеля из окисленных руд кор выветривания серпентинитов в последнее время успешно осуществляется на ряде месторождений Австралии и Турции. Активизировались исследовательские и опытные работы по этому направлению и в России.

Основной целью этих исследований являлось установление принципиальной возможности выщелачивания никеля и сопутствующих компонентов из магнезиальных и железистых руд сернокислотными растворами, определение средних концентраций металлов в продуктивных растворах и оценка степени их извлечения.

Проводилось также сравнение кинетики выщелачивания из железистых руд естественной крупности и руд, агломерированных с серной кислотой.

Исследование выходных параметров выщелачивания двух различных типов руд: магнезиального с ориентировочным содержанием никеля ~0,6 % и железистого с содержанием никеля ~1,02 %, проводилось с кислотностью выщелачивающих растворов 75 и 100 г/л.

Сравнение двух режимов кислотности выщелачивающих растворов в колонках с железистой рудой показывает:

• при большей кислотности выщелачивающих растворов отмечаются

более высокие концентрации металлов в продуктивных растворах;

• при большей кислотности выщелачивающих растворов железо переходит в раствор более интенсивно, чем никель;

• интенсивность извлечения несколько выше при большей кислотности выщелачивающих растворов, однако расход кислоты при этом значительно выше. 90 % извлечения достигается при Ж:Т=14,5 при кислотности 75^50 г/л, расход кислоты при этом 460 кг/т. В режиме выщелачивания 100^75^50 г/л 90 %-ное извлечение достигается при Ж:Т=11,5, расход кислоты при этом =520 кг/т.

Сравнение параметров выщелачивания колонок, загруженных магнезиальной рудой, показывает:

• кислотность выщелачивающих растворов слабо влияет на динамику выщелачивания никеля и расход кислоты;

• 70 %-ное извлечение достигается по обеим колонкам при Ж:Т=8,5—9 при расходе кислоты =450 кг/т.

• применение «жесткого» режима выщелачивания (100—75 г/л) приводит к снижению фильтрационных свойств руды (приемистость колонки по растворам заметно снижается).

Примечание

1) В случае прекращения работ на опытном участке выщелоченная руда w = 27% и растворы в буферной емкости нейтрализуются содой и утилизируются.

2) В случае продолжения работ на опытном участке выщелоченная руда оставляется на площадке КВ, а растворы из буферной емкости перерабатываются с извлечением никеля и кобальта и используются на влагонасыщение последующих штабелей.

Рис. 1. Технологическая схема процесса кучного выщелачивания на опытно-промышленном участке

Сравнение показателей отработки агломерированной руды с показателями для руды естественной крупности показывает, что на начальных этапах отработки скорость извлечения никеля выше из гранулированной руды, однако концентрация никеля в продуктивных растворах гораздо ниже.

Рекомендуемая кислотность выщелачивающих растворов находится в интервале 40—50 г/л.

Проектная технологическая схема кучного выщелачивания на опытно-промышленном участке представлена на рис. 1.

Исследования по переработке продуктивных растворов. Принципиальная схема переработки растворов представляет собой схему раздельного выделения никеля и примесей и включала следующие переделы:

• осаждение железа и алюминия карбонатом кальция;

• осаждение никеля и кобальта содой;

• осаждение магния и марганца известью;

• перечистку коллективного концентрата никеля, кобальта и марганца с выделением отдельных концентратов.

В связи с этим при проведении исследований решались следующие научно-технические задачи:

• изучение влияния значения рН осаждения железа и других примесей из исходного раствора на степень потери никеля с отвальным осадком;

• определение оптимального значения рН осаждения железа и других примесей;

• изучение влияния значения рН осаждения никеля из исходного раствора, освобожденного от железа, на качество концентрата никеля;

• изучение влияния концентрации железа при одинаковом соотношении с никелем и оптимальном значении рН на степень потери никеля с отвальным осадком;

• определение оптимальных параметров и показателей переработки продуктивных растворов с выделением отвальных осадков и коллективного концентрата никеля и кобальта;

• разработка параметров и показателей перечистки коллективного концентрата с выделением отдельных концентратов никеля, кобальта и марганца;

• разработка рекомендаций к технологическому регламенту переработки заводских продуктивных растворов.

Осаждение железа и алюминия.

Исходя из состава раствора и значений рН осаждения гидроокисей при использовании карбоната кальция вначале возможно коллективное осаждение железа, алюминия, хрома и кремнекислоты с предварительной нейтрализацией избыточной серной кислоты и выделением соответствующих гидроокисей и гипса. Химические реакции, протекающие при этом процессе нейтрализации, имеют следующий вид:

Н28О4 + СаСОз + Н2О = СаЭ04 • 2 Н2О + СО2 (1)

Ре2(Б04)з + ЗСаСОз + 9 Н2О = 2 Ре(ОН)з + 3СаЭО4 . 2 Н2О + + ЗСО2 (2)

Н2Э1Оз + Н2О = Н4Б1О4 (3)

Д12(8О4)з + 3 СаСОз + 9 Н2О = = 2Д1(ОН)3 + 3Са8О4 . 2 Н2О + + 3СО2 (4)

Сг2(8О4)з + 3СаСОз + 9 Н2О = = 2Сг(ОН)з + 3Са8О4 . 2 Н2О + + 3СО2 (5)

При использовании карбоната кальция вначале протекает быстрая нейтрализация серной кислоты с бурным выделением углекислого газа, примерно до рН 2,5, затем более медленные реакции осаждения железа — до рН=3,0, алюминия — до рН=4,0— 4,5 и хрома — до рН=4,5—5,0.

При осаждении железа и алюминия полученная пульпа не сгущается и не фильтруется.

Для решения задачи по разделению пульпы были проведены эксперименты по разбавлению пульпы водой, нагреву пульпы и дробному осаждению вначале железа, затем алюминия.

Разбавление проводилось последовательно в 1,3; 1,5; 1,6; 1,7 и 2,0 раза. С увеличением разбавления наблюдалось улучшение показателей осаждения.

Нагрев пульпы не приводит к существенному улучшению показателей отстаивания.

При дробном осаждении железа и алюминия наиболее оптимальным является осаждение железа при рН=2,8, а алюминия — при рН=4,3.

Осаждение никеля. При осаждении никеля раствором соды возможно протекание следующих реакций:

3№8О4 + 3^СОз + 2Н2О = №СОз • 2ЩОНЬ • 2Н2О| + 3На28О4 + 2СО2 (6) 2№8О4 + ^СОз + 7Н2О = №8О4

№(0Н)2 6Н2О | + №2804 + СО2 (7) Со804 + На2С0з = СоСОз! + + №2804 (8)

Мп804 + №2С0з = МпС03 + + На2Э04 (9)

МдЭ04 + На2С0з = МдС0з + +№2804 (10)

СаЭ04 + ^С0з = СаС0з + + №2804 (11)

Осаждение никеля осуществлялось содой в виде ее концентрированного раствора 180 г/л. Реакция протекает очень быстро и время определяется только скоростью ввода раствора соды и интенсивностью перемешивания пульпы. Время реакции при доведении рН до заданных значений в интервале 7,5— 8,5 составило 25 минут.

Осаждение никеля из разбавленных растворов (1 г/л никеля) наиболее полно — на 88—95 % — протекает при рН= 8,2—8,4, при этом содержание никеля в концентрате составляет 19—21 %. Удельный расход соды — 5,5—5,6 кг/кг N1.

Осаждение магния и марганца. При осаждении магния и марганца при рН=9,5-10 известью возможны следующие реакции:

Мд804 + Са0 + ЗН20 ^Са804-2Н20| + Мд(0НЫ (12) Мп804 + Са0 + ЗН20

^Са804-2Н20| + Мп(0НЫ (13)

2 Мп(0НЫ + 02 = 2 Мп02| + 2Н20 (14)

Для осаждения магния и марганца использовалась негашеная известь (ГОСТ-9179-77) с содержанием СаО 92 % в виде 20 % известкового молока. Использовались растворы, полученные после осаждения никеля. Осаждение велось до значений рН = 9,5-10,5. Время реакции — 40 минут. Реакция протекает также очень быстро, и время определяется только скоростью ввода реагента и интенсивностью перемешивания пульпы.

Наиболее эффективное осаждение магния и марганца из раствора происходит при рН=9,8—10. Остаточное содержание магния в растворе составляет 0,15—0,24 г/л, марганца-0,02—0,05 г/л, выход осветленного раствора составляет 79 %, сгущенного осадка — 21 %. Удельный расход извести 5,1—5,2 кг/кг никеля. Полученный раствор может вновь использоваться в обороте на кучном выщелачивании.

Рекомендуемая технологическая схема переработки продуктивных растворов КВ никеля по гидратной технологии представлена на рис. 2 и включает следующие операции:

• осаждение основной части железа из продуктивных растворов КВ в реакторах с мешалкой тонкоизмельчен-ным известняком при рН = 2,7—2,8 с последующим сгущением пульпы в радиальном сгустителе и добавлением в пульпу раствора полиакриламида (ПАА), фильтрацией сгущенного продукта и направлением осветленного раствора на осаждение алюминия, а железистого осадка — в отвал;

• осаждение алюминия и других примесей из осветленного раствора в реакторах с мешалкой тонкоизмель-ченным известняком при рН = 4,3— 4,5 с последующим сгущением пульпы в радиальном сгустителе и добавлением в пульпу раствора полиакрила-мида (ПАА), фильтрацией сгущенного продукта и направлением осветленного раствора на осаждение никеля и кобальта, а алюминиевого осадка — в отвал;

• осаждение никеля и кобальта из осветленного раствора в реакторах с мешалкой концентрированным раствором соды при рН = 8,2 — 8,4 с последующим сгущением пульпы в радиальном сгустителе с добавлением в пульпу раствора полиакриламида (ПАА), фильтрацией сгущенного

Рис. 2. Технологическая схема переработки продуктивных растворов кучного выщелачивания

продукта и направлением осветленного раствора на осаждение магния, а железистого осадка — в отвал;

• осаждение магния и сульфатов из осветленного раствора в реакторах с мешалкой известковым молоком при рН = 9,5—10 с последующим сгущением пульпы в радиальном сгустителе с добавлением в пульпу раствора поли-акриламида (ПАА), фильтрацией сгущенного продукта и направлением осветленного раствора в оборот на кучное выщелачивание никеля, а гидратно-гипсового осадка магния — в отвал.

Выполненный комплекс научно-исследовательских работ позволил сделать следующие выводы по разделам.

Выщелачивание никельсодер-жашей руды

1. Концентрация никеля в продуктивных растворах при текущих Ж:Т выше при более высокой кислотности выщелачивающих растворов (что более заметно для Мд руд).

2. Степень извлечения никеля из магнезиальных руд выше чем из железистых при одном уровне Ж:Т.

3. В процессе выщелачивания «проницаемость» железистых руд повышается, а магнезиальных руд снижается.

4. 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 связано с ухудшением фильтрационных показателей.

5. В процессе оборота растворов концентрация в них никеля растет до определенного предела.

6. Агломерация руды приводит к интенсификации извлечения никеля, однако концентрация никеля в продуктивных растворах значительно ниже, чем на рудах с естественной крупностью.

7. Рекомендуемая кислотность выщелачивающих растворов 40—50 г/л.

8. Для извлечения кобальта из железистых руд необходимо применение восстановителей.

Переработка продуктивных растворов

1. Оптимальными значениями рН являются: для осаждения железа — 2,8, для осаждения алюминия — 4,3, никеля и кобальта — 8,3, магния и марганца — 9,8.

2. Коллективное осаждение железа и алюминия из растворов данного состава приводит к получению несгущаемых и нефильтруемых осадков.

3. При осаждении никеля из очищенного от Ре и А1 раствора на качество концентрата влияет концентрация самого никеля и концентрация марганца в растворе — повышение содержания № повышает качество, повышение содержания Мп — снижает качество концентрата.

4. Степень извлечения никеля и кобальта в коллективный концентрат (N1

— 25 %, Со — 2,6 %) составила 90 %.

5. Выход отвальных осадков с 1мз исходного раствора составил: осадок Ре — 90кг, осадок А1 — 75 кг, осадок Мд и Мп — 45 кг.

6. Удельные расходы реагентов на 1кг никеля составили, кг: известняка

— 44; соды — 6,0; извести — 5,0; флокулянта — 0,2.

7. Разработаны основные параметры и показатели переработки продуктивных растворов КВ никеля в 25 % его концентрат.

8. Разработаны рекомендации к технологическому регламенту переработки продуктивных растворов.

9. Проведены исследования по разделению коллективного никелевого концентрата.

Результаты научно-исследовательских работ позволили разработать технологические схемы кучного выщелачивания и переработки продуктивных растворов с получением никелевого концентрата. Время работы опытного участка до извлечения ~80 % никеля составит порядка двух лет. гтттг?

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Фазлуллин М.И., Авдонин Г.И., Смирнова Р.Н. — ВНИИ химической технологии (ВНИИХТ), E-mail: info@vniiht.ru

д