CC BY
54
© 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: [email protected]
д
