СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МЕДНЫХ НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩИХ ШЛАКОВ Российский патент 2000 года по МПК C22B7/04 

Изобретение относится к области металлургии тяжелых цветных металлов, в частности к переработке свернутых медных никельсодержащих шлаков.

Свернутый шлак образуется при конвертировании медных никельсодержащих штейнов в период варки черновой меди.

Известен способ переработки сухого медного никельсодержащего конвертерного шлака (Мечев В.В., Конвертирование никельсодержащих медных штейновю - М. : Металлургия, 1973, с.9), включающий плавку шлака совместно медно-никелевым штейном в процессе его конвертирования на медно-никелевый файнштейн. По данному способу в результате сульфидирования из медного шлака в штейн извлекается медь, никель и кобальт, а железо переходит в конвертерные шлаки.

Известный способ не решает задачи отделения меди от никеля и кобальта с целью их раздельной переработки в медной и никелевой ветвях производства и приводит к ухудшению качества файнштейнов из-за увеличения содержания в них меди. Кроме того, способ характеризуется низкими показателями извлечения кобальта, высокими эксплуатационными затратами, многопередельностью технологической схемы и возвратом большого количества меди, никеля и кобальта для повторной переработки на никелевый и медный концентраты.

Известен способ переработки свернутого медного никельсодержащего конвертерного шлака (Сухарев С.В., Князев М.В. М.В., Альтерман Л.С. Промывка сухого свернутого шлака богатым медным никельсодержащим штейном на НГМК, Цветные металлы, 1989, N 1, c. 47), включающий плавку шлака совместно с медным никельсодержащим штейном в процессе его конвертирования на черновую медь. В результате сульфидорования из медного шлака в никельсодержащий медный штейн извлекается часть меди, а другая ее часть, а также никель, кобальт и железо переходят в медные конвертерные шлаки.

Известный способ только частично решает задачу отделения меди от никеля и кобальта с целью их раздельной переработки в медной и никелевой ветви производства. Способ характеризуется низкими показателями по извлечению никеля и кобальта, многопередельностью схемы, значительными затратами на переработку шлаков.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ раздельной переработки свернутых медных никельсодержащих шлаков (Ежов Е.И., Огородникова Л.А., Сиркис А.Л., Желдыбин О.И., Емелина Л.Н. Разработка и внедрение ресурсосберегающих процессов в никель-кобальтовом производстве, сб. науч. трудов, Гипроникель, Ленинград, 1988, с.62), включающий крупное и среднее дробление, измельчение, магнитную сепарацию, получение магнитного и немагнитного продуктов, извлечение меди в немагнитный продукт, а никеля, кобальта и железа в магнитный продукт, классификацию по крупности немагнитной фракции шлака, плавку крупной части (фракция +6 мм) и мелкой части (фракция -6 мм) после ее окомкования на черновую медь с медным штейном, и плавку магнитного продукта после окомкования с медно-никелевым штейном.

К недостаткам известного способа относится низкое извлечение кобальта и никеля, многопередельность схемы и высокие затраты на переработку, значительный объем возврата никеля, кобальта и меди с магнитной фракцией в медно-никелевый штейн на повторную переработку.

Предлагаемый нами способ решает следующую техническую задачу; повышение извлечения цветных металлов, селективное отделение меди от никеля и кобальта, получение никель-кобальтовых растворов для электроэкстракции меди, снижение затрат на переработку медных шлаков, упрощение технологической схемы.

В производстве меди из медных сульфидных концентратов от флотационного разделения медно-никелевых файнштейнов медные никельсодержащие шлаки образуются при конвертировании медных штейнов или сернистой меди (с содержанием серы 1,5 - 3%) на черновую медь. Медные шлаки содержат, %: никель 12 - 18, медь 31 - 36, кобальт 0,16 - 0,2, железо 16 - 25 (или 0,5 - 2,0% при конвертировании сернистой меди с содержанием серы 1,5 - 3,5%). Выход шлаков от черновой меди по массе составляет до 30%.

Способ раздельной переработки шлаков, выработанный в качестве прототипа, включает получение трех составляющих: немагнитного продукта фракции +6 мм, немагнитного продукта фракции 0 - 6 мм и магнитного продукта фракции -2 мм. Распределение меди в данные продукты соответственно: до 8%; 40 - 70%; 22 - 52%;. На распределение металлов влияет неоднородность состава шлака, скорость его охлаждения, крупность частиц шлака после измельчения, режимные параметры технологии конвертирования.

Медь в шлаке 78 - 85% находится в виде металлических сростков - "корольков" и на 14 - 20% в виде оксидных соединений, связанных с оксидами никеля, железа и кобальта, и 0,5 - 2,0% в виде сульфидных соединений.

Никель, кобальт и железо в шлаке на 95 - 98% находятся в виде сложных оксидных образований. Содержание сульфидных минералов в шлаке не более 2%, количество шлакообразующих оксидов SiO₂, Al₂O₃, CaO и MgO обычно не превышает 6%.

В немагнитной части шлака медь находится преимущественно в виде металлических сростков - "корольков". Крупная немагнитная часть шлака фракции +6 мм по химическому составу приближения к черной меди. В немагнитной части шлака фракции 0 - 6 мм никеля содержится до 10%.

В магнитной части шлака медь находится в двух формах: металлической не менее 70% и оксидной до 30% и сульфидной не более 0,5 - 2,0%. Никель, кобальт, железо в форме оксидных соединений, растворимых и не растворимых в серной кислоте.

Предложенный нами способ переработки медных никельсодержащих шлаков, включает дробление, измельчение, магнитную сепарацию, получение магнитного и немагнитного продуктов, классификацию немагнитного продукта по фракциям и дальнейшую их переработку, отличается тем, что магнитный продукт подвергают двухстадиальному выщелачиванию с получением на первой стадии никель-кобальтовых растворов и нерастворимого остатка, который подвергают вторичному выщелачиванию совместно с немагнитным продуктом фракции -6 мм при интенсивной аэрации с получением медных растворов, выщелачивание проводят растворами, содержащими свободную серную кислоту, при pH не более 3,5 и температуре раствора 50 - 80^oC. Аэрацию осуществляют при расходе воздуха 5 - 8 нм³/ч на 1 нм³.

Рациональной температурой процесса выщелачивания определен диапазон температур 50 - 80^oC, который по верхнему пределу обеспечивает в кислотой среде удовлетворительный износ реактора, ограничивает испарение растворов и образование аэрозолей. Снижение температуры ниже 50^oC вызывает замедление процесса выщелачивания, причем как растворимых в серной кислоте соединений никеля, кобальта и железа, так и меди при аэрации раствора воздухом.

Кислотность процесса выщелачивания должна быть не более 3,5, т.к. при снижении кислотности происходит образование взвесей гидрозакиси никеля и железа, которые плохо фильтруются.

Процесс осуществляют следующим образом. Выщелачивание магнитного и немагнитного продуктов фракции -6 мм ведут в реакторе с подогревом, при атмосфере давлении и работающей вытяжной вентиляции, при постоянном перемешивании пульпы. Сернокислый раствор, содержащий свободную серную кислоту, закачивают в реактор, подогревают до 50 - 80^oC, включают мешалку и загружают магнитную фракцию шлака в количестве, достаточном для нейтрализации серной кислоты из расчета перевода в раствор 30 - 45% никеля, кобальта, железа и 20 - 35% меди и завершении процесса при pH не более 3,5. Селективность отделения никеля, кобальта и железа от меди, содержащейся в магнитном продукте, обеспечивается тем, что в раствор переходят кислоторастворимые оксидные соединения никеля, кобальта, железа. Медь, находящаяся в магнитном продукте на 85 - 95% в виде металлической фазы, при отсутствии окислителя (аэрации) растворяется ограничено. Окончание процесса выщелачивания магнитного продукта определяется по уменьшению скорости срабатывания серной кислоты, измеряемой в граммах на литр раствора в единицу времени, которая по окончанию выщелачивания уменьшается в 8 - 10 раз по сравнению с началом выщелачивания.

Полученный никель-кобальтовый раствор отфильтровывают и обезмеживают известными способами, например, экстракцией или электроэкстракцией меди с нерастворимым анодом или цементацией никелевым порошком. Очищенный никель-кобальтовый раствор с содержанием меди до 3 г/л направляют в гидрометаллургическое никелевое производство.

Нерастворимый остаток, полученный после первой стадии растворения магнитного продукта, содержащий кислотонерастворимые соединения никеля, кобальта и железа и металлическую медь, загружают совместно с немагнитным продуктом фракции -6 мм в следующий реактор на вторую стадию растворения. Предварительно в реактор заливается сернокислый раствор, содержащий свободную серную кислоту, раствор подогревается до температуры 50 - 80^oC. Загрузка продуктов ведется при интенсивной аэрации раствора при расходе воздуха 5 - 8 нм³/ч на нм³ раствора. В ходе выщелачивания в раствор селективно переходит медь. Процесс ведут при pH не более 3,5 с переводом в раствор 95 - 98% меди из остатка первой стадии выщелачивания и из немагнитного продукта шлака. Окончание процесса контролируют по уменьшению скорости срабатывания серной кислоты. Полученный медный раствор с содержанием меди 45 - 55 г/л и примесей никеля, кобальта и железа суммарно не более 5 г/л направляют в гидрометаллургическое медное производство.

Нерастворимый остаток второй стадии выщелачивания, содержащий в основном оксидные соединения никеля, кобальта и железа и, как примесь, порядка 5% меди, направляют в никелевое рафинировочное производство на восстановление (или после сушки на плавку анодов для электролитического производства никеля).

Предлагаемый способ обеспечивает извлечение меди в растворы до 95 - 98%. Никель, кобальт, железо извлекаются на 25 - 45% в никель-кобальтовые растворы и на 55 - 75% в твердый остаток.

Таким образом, предлагаемый способ переработки медных никельсодержащих шлаков обеспечивает селективное отделение меди от никеля, кобальта и железа, а также получение никель-кобальтовых и медных растворов для гидрометаллургии никеля и кобальта и меди.

Способ отработан в лабораторном и полупромышленном масштабе.

Примеры выполнения способа.

Опыт 1. Переработан медный никельсодержащий шлак, предварительно разделенный на магнитный (МП) и немагнитный (НП) продукты в соотношении, вес.%: 80,5 и 19,5.

Состав МП, вес.%: никель 13,9, медь 27,5 кобальт 0,8, железо 20,8. Размер зерен МП: 78% (-0,2 мм), 14% (0,2 - 1 мм), 8% (1 - 2 мм).

Состав НП, вес.%: никель 4,2, медь 77,5, кобальт 0,3, железо 1,2. Размер зерен НП: 48% (-0,2 мм), 32% (0,2 - 1 мм), 20% (1 - 6 мм).

В реактор с мешалкой, подогревом, рабочим объемом 80 дм³ было закачано 60 дм³ раствора с содержанием серной кислоты 100 г/л, включен подогрев и, после нагрева раствора до 75 ± 0,5^oC, включена мешалка со скоростью вращения 55 об/мин. Затем был загружен МП в количестве 6 кг. Через 3 часа, после резкого замедления и при остаточном содержании серной кислоты 25 г/л, процесс первой стадии выщелачивания МП был прекращен, раствор отфильтрован, а остаток выщелачивания совместно с НП загружен в другой реактор, в который предварительно был залит и нагрет до 75 ± 0,5^oC раствор с содержанием серной кислоты 80 г/л. Загрузку остатка растворения и НП во второй реактор проводили при включенной мешалке с числом оборотов 55 об/мин и при интенсивной аэрации раствора воздухом в количестве 6 нм³/ч воздуха на 1 нм³ раствора. Через 3,5 часа после резкого замедления срабатывания кислоты и при остаточном содержании кислоты 30 г/л процесс второй стадии выщелачивания был прекращен, раствор отделен от нерастворимого остатка фильтрованием.

Раствор первой стадии выщелачивания 55 дм³ был залит в третий реактор с мешалкой и подогревом при температуре 75 ± 0,5^oC, в него был загружен никелевый порошок 1,5 кг для обезмеживания, через 1,5 часа обезмеженный раствор был отделен от остатка фильтрованием.

Аналогично были проведены опыты с другими параметрами процесса выщелачивания: при температуре 40, 50, 80 и 90^oC и расходе воздуха на аэрацию во второй стадии выщелачивания 4, 5, 8 и 9 нм³ /ч на 1 нм³ раствора. В результате было установлено, что скорость выщелачивания в интервале температур 50 - 80^oC на 25 - 40% выше, чем при температуре 40^oC. При температуре 90^oC раствор интенсивно испаряется, на 5 - 10% интенсивнее по сравнению с интервалом температуры 50 - 80^oC. Соответственно предложенный в способе интервал температуры процесса выщелачивания 50 - 80^oC является оптимальным.

При аэрации воздухом 4 нм³/ч на 1 нм³ раствора скорость окисления и соответственно выщелачивания меди снижалась на 18 - 34 отн.% по сравнению с режимом аэрации 5 - 8 нм³/ч на 1 нм³ раствора, а при аэрации 9 нм³/ч на 1 нм³ раствора наблюдалось вспенивание и брызгоунос раствора и частиц МП с образованием аэрозолей. Поэтому режим аэрации раствора воздухом, предлагаемый в данном изобретении, - 5 - 8 нм³/час на 1 нм³ раствора является оптимальным.

Усредненные экспериментальные данные для интервала режимных параметров, заявленных в предлагаемом способе, приведены на фиг. 1, 2 и в таблице.

Кинетические характеристики извлечения никеля, кобальта, железа и меди в растворы первой и второй стадий выщелачивания подтверждают возможность предварительного растворения и получения никель-кобальтовых растворов на первой стадии растворения МП и медных растворов на второй стадии растворения МП и НП.

Данные таблицы подтверждают возможность очистки известными способами обезмеживания никель-кобальтовых растворов первой стадии растворения МП с получением растворов пригодных для использования в гидрометаллургии никеля.

Таким образом, экспериментальные данные свидетельствуют, что совокупность заявленных признаков обеспечивает переработку медных никельсодержащих шлаков в соответствии с предложенной формулой изобретения.

Список использованной литературы
1. Мечев В. В., Конвертирование никельсодержащих медных штейнов. - М.: Металлургия, 1973, с.9.

2. Сухарев С.В., Князев М.В., Альтерман Л.С. - Промывка сухого свернутого шлака богатым медным никельсодержащим штейном на НГМК, Цветные металлы, 1989, N 1, c.47.

3. Ежов Е.И., Огородникова Л.А., Сиркис А.Л., Желдыбин О.И., Емелина Л. Н. , Разработка и внедрение ресурсосберегающих технологических процессов в никель-кобальтовом производстве, сб. науч. трудов. Гипроникель. - Л., 1988, с.62.

Изобретение относится к области металлургии тяжелых цветных металлов, в частности к переработке свернутых медных никельсодержащих шлаков. Способ переработки медных никельсодержащих шлаков включает дробление, измельчение, магнитную сепарацию, получение магнитного и немагнитного продуктов, классификацию немагнитного продукта по фракциям и дальнейшую их переработку. Полученный магнитный продукт подвергают двухстадиальному выщелачиванию с получением на первой стадии никель-кобальтовых растворов и нерастворимого остатка, который подвергают вторичному выщелачиванию совместно с немагнитным продуктом фракции -6 мм при интенсивной аэрации с получением медных растворов, выщелачивание проводят растворами, содержащими свободную серную кислоту, при рН не более 3,5 и температуре раствора 50-80°С. Аэрацию осуществляют при расходе воздуха 5-8 нм³/ч на 1 нм³ раствора, обеспечивается селективное отделение меди от никеля, кобальта и железа, а также получение никель-кобальтовых и медных растворов для гидрометаллургии никеля, кобальта и меди. 1 з. п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ переработки медных никельсодержащих шлаков, включающий дробление, измельчение, магнитную сепарацию, получение магнитного и немагнитного продуктов, классификацию немагнитного продукта по классам и дальнейшую их переработку, отличающийся тем, что магнитный продукт подвергают двухстадиальному выщелачиванию с получением на первой стадии никель-кобальтовых растворов и нерастворимого остатка, который подвергают вторичному выщелачиванию совместно с немагнитным продуктом фракции -6 мм при интенсивной аэрации с получением медных растворов, выщелачивание проводят растворами, содержащими свободную серную кислоту, при pH не более 3,5 и температуре раствора 50 - 80^oC. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что аэрацию осуществляют при расходе воздуха 5 - 8 нм³/ч на 1 нм³ раствора.