СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОМПРОДУКТОВ МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2000 года по МПК C22B7/00 C22B23/00 C22B15/00 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к переработке промежуточных продуктов технологии, содержащих драгоценные металлы, и может быть использовано применительно к металлизированным и сульфидным материалам, образующимся в процессе производства цветных металлов из медно-никелевых руд.

Известен способ (Новикова Е.И. Цветная металлургия, бюлл. ЦНИИцветмет, М. , N 3, 1975, с. 34-35) переработки медно-никелевого промпродукта, выделяемого магнитной сепарацией при разделении медно-никелевого файнштейна, включающий сульфатизирующую плавку, выделение вторичного промпродукта, отливку из него анодов и их электролитическую переработку с получением шламов, богатых платиноидами.

Известен способ (Авт.свид. N 383752 СССР, кл. C 22 B 23/02, 1971) переработки медно-никелевого промпродукта, в том числе магнитной фракции файнштейнов, включающий сульфидизирующую плавку на вторичный файнштейн, флотационное разделение файнштейна на никелевый и медный концентраты, извлечение из них платиновых металлов.

Недостатками известных пирометаллургических способов переработки промпродуктов медно-никелевого производства являются высокие эксплуатационные затраты, многопередельность технологических схем, образование значительных объемов оборотных продуктов с концентрацией в них платиновых металлов.

Известен способ (Патент N 2144091 РФ, МПК C 22 B 3/08, C 22 B 15:00; 23: 00, 1999) гидрометаллургической переработки промпродуктов медно-никелевого производства, включающий атмосферное, двухстадийное окислительное выщелачивание сернокислым, содержащим ион Cu⁺², раствором при нагревании и аэрации, переход в сульфатный раствор никеля, кобальта, железа и меди, получение остатка растворения, содержащего металлы платиновой группы.

Недостатком известного способа атмосферного сернокислотного выщелачивания продуктов является низкое содержание драгоценных металлов в нерастворимом остатке.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является гидрометаллургический способ (Гутин В.A. Выделение и переработка магнитной фракции файнштейна - один из путей повышения извлечения драгметаллов., Цветные металлы, N 12, 1988, с.28-29) переработки медно-никелевого промпродукта методами обогащения при разделении файнштейна, включающий автоклавное сернокислотное окислительное выщелачивание крупнозернистого промпродукта, перевод в сульфатный раствор никеля, меди и кобальта, а железа и платиновых металлов - в нерастворимый остаток. При этом поддерживается конечный pH раствора 1,4-3,5. Дальнейшее выщелачивание железа из остатка ведут в сернокислом растворе в присутствии восстановителя - сернистого газа - и выделяют платиновые металлы в нерастворимый остаток.

Недостатками известного способа автоклавной переработки промпродуктов являются высокие технологические энергозатраты, значительный выход нерастворимого остатка, необходимость дополнительной операции для извлечения железа из остатка растворения.

Предлагаемый нами способ решает следующую техническую задачу: повышение извлечения цветных, в том числе платиновых металлов, снижение затрат на переработку, снижение выхода нерастворимого остатка и повышение содержания в остатке драгоценных металлов.

В медно-никелевом производстве промпродукты, обогащенные по содержанию драгметаллов, получают при выделении из файнштейна и никелевого концентрата металлизированной фазы, а также при атмосферном выщелачивании металлизированной фазы (сплава) в сернокислых растворах.

Металлизированный сплав выделяют методами обогащения и гидродинамической классификацией. Наиболее употребительные наименования этих продуктов - магнитная фракция файнштейна (МФФ) и магнитная фракция никелевого концентрата (МФН).

МФФ по грансоставу является крупнозернистым материалом (крупность зерен более 0,3 мм), содержит до 15% меди. Продукт целесообразно подвергать атмосферному сернокислотному выщелачиванию при нагревании с аэрацией раствора. В процессе химического растворения должно происходить естественное измельчение материала до крупности менее 0,3 мм.

МФН является мелкодисперсным материалом (крупность зерен менее 0,3 мм), содержит до 10% меди и может поступать как на атмосферное выщелачивание, так и на растворение в аппараты автоклавного типа.

Основная фаза составляющей магнитной фракции - металлический сплав на никелевой основе, содержание которого колеблется в пределах 50-70% по массе, остальное - сульфиды меди, железа и кобальта, незначительное количество кремнезема и магнетита. Магнитная фракция содержит значительное количество металлов платиновой группы, в 10-14 раз больше, чем в файнштейне. Содержание серы в магнитной фракции составляет 3-8%. Основная фазовая составляющая остатка атмосферного растворения - смесь сульфидов и невскрытой металлизированной фазы. Содержание серы в остатке не менее 15%.

Остаток атмосферного выщелачивания металлизированного сплава является мелкозернистым (крупность зерен менее 0,3 мм) и обогащен металлами платиновой группы до содержания 0,6-1,4%.

Содержание металлов платиновой группы в исходных файнштейнах и, соответственно, в выделенных МФФ и МФН существенно разное и, кроме того, в зависимости от состава файнштейна и скорости его охлаждения изменяется структура фаз файнштейна и магнитной фракции, в которой изменяется соотношение между металлической и сульфидной составляющими.

Остаток от растворения магнитной фракции при переработке атмосферным сернокислотным выщелачиванием разной по качеству магнитной фракции содержит переменное количество металлов платиновой группы. При повышенном содержании сульфидов магнитной фракции требуются значительные затраты на доработку остатка растворения методом жидкофазной сульфатизации.

Предложен способ, включающий окислительное сернокислотное выщелачивание под давлением при нагревании и аэрации раствора, перевод никеля, кобальта и меди в раствор, а металлов платиновой группы в нерастворимый остаток, переработка нерастворимого остатка методом жидкофазной сульфатизации с получением концентрата драгметаллов, в котором в отличие от известного способа окислительное сернокислотное выщелачивание осуществляют при давлении 0,8-1,6 МПа в растворе, содержащем ион Cu⁺² 2-40 г/л, при этом в раствор переводят железо, никель, кобальт, медь и поддерживают конечный pH раствора не более 1,0. Аэрацию осуществляют кислородсодерщащим газом в количестве 1,4-4,0 нм³ кислорода на 1 м³ раствора.

Выщелачивание осуществляют в автоклавных установках. Серная кислота необходима для перевода металлов в сульфат, т.к. содержание сульфидной серы в исходном промпродукте недостаточно для перевода всех металлов в сульфатную форму и для создания оптимальной кислотности среды. Процесс выщелачивания протекает наиболее интенсивно, если кислотность конечного раствора составляет 8-10 г/л (pH менее 1,0). Снижение кислотности раствора (pH более 1,0) уменьшает степень извлечения цветных металлов в раствор и значительно железа, ухудшается фильтруемость пульпы, увеличивается выход кека, осложняется его дальнейшая переработка. Повышение кислотности более 10 г/л приводит к увеличению удельного расхода серной кислоты.

Для нагревания пульпы используют пар. При взаимодействии промпродукта с кислотным раствором возможно выделение сероводорода, который подавляется при содержании в исходном растворе иона Cu⁺² 2-40 г/л. Кроме того, Cu⁺² служит катализатором растворения никеля, кобальта и железа. Содержание иона Cu⁺² менее 2 г/л не обеспечивает поглощения выделяющегося сероводорода. При содержании иона Cu⁺² более 40 г/л увеличения скорости процесса не наблюдается, а происходит загрязнение раствора медью, что увеличивает в дальнейшем нагрузку на передел очистки раствора от меди.

Наиболее оптимальным выбрано давление в автоклаве в пределах 0,8-1,6 МПа. Снижение общего давления ниже 0,8 МПа приводит к увеличению продолжительности выщелачивания и ухудшению фильтруемости конечной пульпы; повышение давления более 1,6 МПа практически не оказывает влияния на технологические показатели, но ужесточает требования к оборудованию автоклавной установки.

Процесс осуществляют следующим образом.

Промпродукт с крупностью зерен менее 0,3 мм доставляется на автоклавную установку и загружается в приемный репульпатор с механическим перемешиванием, объемом 10 м³, в который добавляется оборотный, кислый, медьсодержащий раствор. При необходимости повышения требуемой кислотности (180-280 г/л) добавляется необходимое количество серной кислоты, а для снижения концентрации предусмотрено разбавление промывочными водами действующего цеха. Данный уровень концентрации кислоты обеспечивает достаточно полное растворение промпродукта в присутствии иона Cu⁺² и при интенсивной продувке раствора кислородсодержащим газом. При содержании серной кислоты более 280 г/л снижается извлечение и увеличивается износ кислотостойкой футеровки автоклава.

В качестве исходного материала используют металлизированную фазу никелевого концентрата или остаток атмосферного растворения МФФ и МФН. Загрузку продукта осуществляют в расчетном на заданный объем кислоты количестве, необходимом для нейтрализации кислоты до требуемого pH с переводом в раствор 95% никеля, кобальта, железа и ~ 50% меди. Усредненная исходная пульпа с содержанием в растворе 2-40 г/л Cu⁺² и 180-280 г/л серной кислоты насосами подается в головную колонну нитки автоклавов (в одной нитке 12 колонн). Туда же непрерывно под давлением подается пар для подогрева пульпы и кислородсодержащий газ в количестве 1,4-4,0 нм³ на 1 м³ раствора для окисления и перемешивания пульпы. В автоклаве поддерживается давление в пределах 0,8-1,6 МПа и температура 120-160^oC. При более высоких температурах наблюдается частичное растворение спутников металлов платиновой группы. Продолжительность выщелачивания в заданных условиях составляет 0,6-1 час и обеспечивает получение нерастворимого остатка, обогащенного металлами платиновой группы.

После завершения процесса при pH раствора не более 1,0 выщелоченную пульпу из последней колонны направляют в сепараторы, где происходит отделение пульпы от парогазовой смеси, и далее на фильтрацию, после чего сульфатный раствор используют для производства катодного никеля или солей никеля. Нерастворимый остаток, содержащий металлы платиновой группы, направляют на II стадию выщелачивания, которая осуществляется аналогично первой стадии. Остаток после II стадии выщелачивания направляют на переработку методом жидкофазной сульфатизации для получения концентрата драгоценных металлов.

Способ отработан в лабораторном режиме и опробован в промышленном масштабе.

Примеры выполнения способа.

Пример 1. В промышленной нитке автоклавов переработано 1200 кг магнитной фракции никелевого концентрата состава, %: Ni - 69,91; Cu - 10,24; Co - 2,086; Fe - 8,55; Pd - 0,14; S - 8,52. Крупность частиц промпродукта: 8% - менее 0,3 мм, 92% - менее 0,2 мм.

Условия выщелачивания: давление -1,3 МПа, температура -140^oC, содержание Cu⁺² в растворе для приготовления исходной пульпы - 17 г/л, серной кислоты -220 г/л, продолжительность выщелачивания - 0,8 часа. После фильтрации выщелоченной пульпы получен остаток состава, %: N - 21,0; Cu-26,7; Co - 0,75; Fe - 4,8; Pd - 1,12, S - 34. Сокращение массы в 8 раз.

Извлечение в раствор, %: Ni - 96,3; Cu - 67,4; Co - 95,58; Fe - 93. pH конечного раствора 1,0. Расход кислорода в воздушной смеси для аэрации пульпы - 3,7 нм³ на 1 м³ раствора.

Пример 2. Магнитная фракция никелевого концентрата в количестве 5 кг, состава, %: N - 70,3; Cu - 10,41; Co - 1,98; Fe - 8,18; S - 8,87; Pd - 0,15, аналогичного грансостава переработана в опытном автоклаве объемом 25 л при следующих условиях: давление - 0,9 МПа, температура - 130^oC, содержание меди в растворе для приготовления пульпы концентрата 20 г/л, продолжительность выщелачивания 0,6 часа, pH конечного раствора 0,9 ед. Воздух для продувки обогащен кислородом до 2,3 нм³ на 1 м³ раствора. Получен осадок состава, %: Ni - 23; Cu - 24,2; Co - 0,9; Fe - 4,5, S - 36. Извлечение в раствор, %: Ni - 95,3; Cu - 66,9; Co - 94; Fe - 92,4. Сокращение массы материала в 7 раз. Содержание палладия в остатке - 1,05%.

Пример 3. Остаток от атмосферного выщелачивания магнитной фракции никелевого концентрата состава,%: Ni - 42,0; Cu - 13,5; Co - 1,8; Fe - 3,0; Pd - 0,635; S - 38, в количестве 200 г переработан в лабораторном автоклаве объемом 1 л при условиях: давление - 1,2 МПа, температура - 130^oC, содержание меди в исходном растворе - 27 г/л, серной кислоты 190 г/л, продолжительность выщелачивания 1 час, pH конечного раствора 0,9 ед. Расход кислорода в кислородсодержащей смеси для аэрации - 1,7 нм³ на 1 м³ раствора. Получен остаток состава, %: Ni - 7,0; Cu - 13,0; Co - 0,45; Fe - 1,33; Pd - 1,4. Сокращение массы - в 2,2 раза. Выход остатка - 45,5%. Извлечение в раствор, %: Ni - 92,4; Cu - 56,2; Co - 89: Fe - 79,8.

Таким образом, совокупность заявленных признаков изобретения по сравнению с прототипом позволяет повысить извлечение цветных металлов в раствор и платиновых металлов в остаток выщелачивания, снизить выход нерастворимого остатка от выщелачивания и, соответственно, снизить эксплуатационные расходы на переработку остатка.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к переработке промежуточных продуктов технологии, содержащих драгоценные металлы, и может быть использовано применительно к металлизированным и сульфидным материалам, образующимся в процессе производства цветных металлов из медно-никелевых руд. Способ включает окислительное сернокислотное выщелачивание под давлением при нагревании и аэрации раствора, перевод никеля, кобальта и меди в раствор, а металлов платиновой группы в нерастворимый остаток, переработку нерастворимого остатка методом жидкофазной сульфатизации с получением концентрата драгметаллов, причем окислительное сернокислотное выщелачивание осуществляют при давлении 0,8 - 1,6 МПа в растворе, содержащем ион Cu⁺² 2 - 40 г/л, при этом в раствор переводят железо, никель, кобальт, медь и поддерживают конечный pH раствора не более 1,0. Аэрацию осуществляют кислородсодержащим газом в количестве 1,4 - 4,0 нм³ кислорода на 1 м³ раствора, обеспечивается повышение извлечения цветных и платиновых металлов, снижение затрат на переработку и выхода нерастворимого остатка. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ переработки промпродуктов медно-никелевого производства, включающий окислительное сернокислотное выщелачивание под давлением при нагревании и аэрации раствора, перевод никеля, кобальта, меди в раствор, а металлов платиновой группы в нерастворимый остаток, переработку остатка методом жидкофазной сульфатизации до концентрата драгметаллов, отличающийся тем, что окислительное сернокислотное выщелачивание осуществляют при давлении 0,8 - 1,6 МПа в присутствии иона Cu⁺² 2 - 40 г/л, при этом в раствор переводят железо, никель, кобальт, медь, и конечный pH раствора поддерживают не более 1,0. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что аэрацию осуществляют кислородсодержащим газом в количестве 1,4 - 4,0 нм³ кислорода на 1 м³ раствора.