СПОСОБ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ОЧИСТКИ ОТ ЖЕЛЕЗА СУЛЬФАТ-ХЛОРИДНЫХ ЖЕЛЕЗО-КОБАЛЬТ-НИКЕЛЕВЫХ РАСТВОРОВ Российский патент 2006 года по МПК C22B3/20 C22B23/00 

Изобретение относится к области металлургии тяжелых цветных металлов, в частности, к области очистки от примесей растворов при производстве кобальта.

Известен способ скоростной окислительной очистки от железа сульфат-хлоридных железо-кобальт-никелевых растворов, включающий перекристаллизацию и четырехстадийную нейтрализацию раствором карбоната натрия. При этом перекристаллизацию проводят в реакторе-диспергаторе, изготовленном из нержавеющей стали или титана ВТ-1 при температуре 115-140°С, а нейтрализацию ведут в 40 м³ пачуках содовым раствором Na₂CO₃ - 180-190 кг/м³, который подают в пачуки через стояк при постоянном перемешивании циркуляцией раствора и барботажем воздуха (Касимов A.M. Малоотходные и энергосберегающие технологии в производстве редких и тяжелых цветных металлов. М.: Металлургия, 1990. С.64-67).

Недостатками известного способа являются: малый срок службы реактора-диспергатора по причине высокого абразивного износа. Выделение большого количества гидроаэрозолей солей тяжелых металлов в процессе нейтрализации из-за перегрева пульпы на стадии перекристаллизации. Высокий расход воды в технологии железоочистки сульфат-хлоридных железо-кобальт-никелевых растворов, складывающийся из расходов воды на приготовление содового раствора и промывку полученного железистого кека в процессе его фильтрования. Высокое содержание никеля и кобальта в отвальном железистом кеке.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ окислительной очистки от железа сульфат-хлоридных железо-кобальт-никелевых растворов, включающий перекристаллизацию и четырехстадийную нейтрализацию раствором карбоната натрия. При этом перекристаллизацию и нейтрализацию проводят в 40 м³ пачуках при температуре 90°С. В процессе нейтрализации используют содовый раствор с концентрацией Na₂CO₃ - 180-190 кг/м³, который подают в пачуки через стояк при постоянном перемешивании циркуляцией раствора и барботажем воздуха (Борбат В.Ф., Волков В.И., Казанский Л.А. Производство кобальта из сульфидных руд. М.: Металлургия, 1983. С.48-53).

Недостатками данного способа являются: высокий расход воды в технологии железоочистки сульфат-хлоридных железо-кобальт-никелевых растворов, складывающийся из расходов воды на приготовление содового раствора и промывку полученного отвального железистого кека в процессе его фильтрования, а также высокое содержание в последнем никеля и кобальта.

В связи с этим, задачей изобретения являлось снижение расхода воды в технологии железоочистки сульфат-хлоридных железо-кобальт-никелевых растворов с одновременным снижением содержания в отвальном железистом кеке никеля и кобальта.

Технический результат изобретения состоит в снижении удельного расхода воды на тонну готовой кобальтовой продукции и повышении извлечения никеля и кобальта в товарную кобальтовую продукцию.

Сущность заявленного решения состоит в том, что в процессе окислительной очистки от железа сульфат-хлоридных железо-кобальт-никелевых растворов, включающем перекристаллизацию и четырехстадийную нейтрализацию раствором карбоната натрия, на стадию перекристаллизации вводят в качестве "затравки" 5-6 кг/м³ основного сульфата железа-натрия, а на последующих стадиях нейтрализации используют раствор карбоната натрия с концентрацией 210-240 кг/м³, который подают в реактор при помощи парового инжектора.

Экспериментально установлено, что:

Снижение расхода "затравки" ниже 5 кг/м³ приводит к уменьшению производительности фильтрования, увеличению расхода воды на промывку железистого кека и, как следствие, к увеличению потерь никеля и кобальта с железистым кеком и сточными водами.

Увеличение расхода "затравки" свыше 6 кг/м³ приводит к уменьшению производительности фильтрования, увеличению расхода воды на промывку железистого кека и, как следствие, к увеличению потерь никеля и кобальта с железистым кеком и сточными водами.

Снижение концентрации карбоната натрия в растворе, используемом на стадиях нейтрализации, ниже 210 кг/м³ приводит к уменьшению производительности фильтрования, увеличению расхода воды на приготовление содового раствора, вследствие чего увеличивается объем образующихся сточных вод и, как следствие, возрастают потери никеля и кобальта со сточными водами.

Увеличение концентрации карбоната натрия в растворе, используемом на стадиях нейтрализации, свыше 240 кг/м³ приводит к уменьшению производительности фильтрования, увеличению расхода воды на промывку железистого кека и, как следствие, к увеличению потерь никеля и кобальта с железистым кеком и сточными водами.

Подача раствора карбоната натрия в реактор без использования парового инжектора приводит к уменьшению производительности фильтрования, увеличению расхода воды на промывку железистого кека и, как следствие, к увеличению потерь никеля и кобальта с железистым кеком и сточными водами.

Способ окислительной очистки от железа сульфат-хлоридных железо-кобальт-никелевых растворов осуществляют следующим образом. Предварительно готовят раствор карбоната натрия заданной концентрации растворением определенной навески карбоната натрия в горячей технологической воде. В реактор перекристаллизации подают раствор после восстановления-растворения железо-кобальтовой пульпы с концентрацией серной кислоты 40-45 кг/м³, нагревают его до 90°С, после чего в него при постоянном перемешивании рециркуляцией и барботаже воздуха вводят заданное количество кека основного сульфата железа-натрия. Полученную в процессе перекристаллизации пульпу направляют на четырехстадийную нейтрализацию раствором карбоната натрия, который подают в реакторы при помощи паровых инжекторов. Полученную пульпу железистого кека фильтруют и промывают на фильтр-прессах "Диемме".

Конкретные примеры осуществления способа окислительной очистки от железа сульфат-хлоридных железо-кобальт-никелевых растворов представлены в таблице.

Пример 1 (Опыт 1 таблицы - реализация способа-прототипа)

Предварительно готовили раствор карбоната натрия с концентрацией 185 кг/м³ растворением навески карбоната натрия в горячей технологической воде. В реактор перекристаллизации подавали раствор после восстановления-растворения железо-кобальтовой пульпы с концентрацией серной кислоты 40-45 кг/м³, нагревали его до 90°С, после чего выдерживали его при постоянном перемешивании рециркуляцией и барботаже воздуха. Полученную в процессе перекристаллизации пульпу направляли на четырехстадийную нейтрализацию раствором карбоната натрия, который подавали в реакторы через стояки. Полученную пульпу железистого кека фильтровали и промывали на фильтр-прессах "Диемме".

В ходе опыта контролировали:

производительность фильтрования железистого кека;

- расход воды на приготовление раствора карбоната натрия;

- расход воды на промывку железистого кека;

- объем образующихся сточных вод;

- концентрацию никеля и кобальта в сточных водах;

- содержание никеля и кобальта в железистом кеке.

Пример 2 (Опыт 2 таблицы - предлагаемый способ)

Опыт осуществляли аналогично опыту 1 с тем отличием, что концентрация карбоната натрия в заранее приготовляемом растворе составляла 225 кг/м³, в реактор перекристаллизации вводили дополнительно 5,5 кг/м³ кека основного сульфата железа-натрия, а раствор карбоната натрия подавали в реакторы нейтрализации при помощи паровых инжекторов.

Пример 3 (Опыт 3 таблицы)

Опыт осуществляли аналогично опыту 1 с тем отличием, что концентрация карбоната натрия в заранее приготовляемом растворе составляла 225 кг/м³, в реактор перекристаллизации вводили дополнительно 5,0 кг/м³ кека основного сульфата железа-натрия, а раствор карбоната натрия подавали в реакторы нейтрализации при помощи паровых инжекторов.

Пример 4 (Опыт 4 таблицы)

Опыт осуществляли аналогично опыту 1 с тем отличием, что концентрация карбоната натрия в заранее приготовляемом растворе составляла 225 кг/м³, в реактор перекристаллизации вводили дополнительно 6,0 кг/м³ кека основного сульфата железа-натрия, а раствор карбоната натрия подавали в реакторы нейтрализации при помощи паровых инжекторов.

Пример 5 (Опыт 5 таблицы)

Опыт осуществляли аналогично опыту 1 с тем отличием, что концентрация карбоната натрия в заранее приготовляемом растворе составляла 210 кг/м³, в реактор перекристаллизации вводили дополнительно 5,5 кг/м³ кека основного сульфата железа-натрия, а раствор карбоната натрия подавали в реакторы нейтрализации при помощи паровых инжекторов.

Пример 6 (Опыт 6 таблицы)

Опыт осуществляли аналогично опыту 1 с тем отличием, что концентрация карбоната натрия в заранее приготовляемом растворе составляла 240 кг/м³, в реактор перекристаллизации вводили дополнительно 5,5 кг/м³ кека основного сульфата железа-натрия, а раствор карбоната натрия подавали в реакторы нейтрализации при помощи паровых инжекторов.

Пример 7 (Опыт 7 таблицы)

Опыт осуществляли аналогично опыту 1 с тем отличием, что концентрация карбоната натрия в заранее приготовляемом растворе составляла 225 кг/м³, в реактор перекристаллизации вводили дополнительно 4,5 кг/м³ кека основного сульфата железа-натрия, а раствор карбоната натрия подавали в реакторы нейтрализации при помощи паровых инжекторов.

Пример 8 (Опыт 8 таблицы)

Опыт осуществляли аналогично опыту 1 с тем отличием, что концентрация карбоната натрия в заранее приготовляемом растворе составляла 225 кг/м³, в реактор перекристаллизации вводили дополнительно 6,5 кг/м³ кека основного сульфата железа-натрия, а раствор карбоната натрия подавали в реакторы нейтрализации при помощи паровых инжекторов.

Пример 9 (Опыт 9 таблицы)

Опыт осуществляли аналогично опыту 1 с тем отличием, что концентрация карбоната натрия в заранее приготовляемом растворе составляла 250 кг/м³, в реактор перекристаллизации вводили дополнительно 5,5 кг/м³ кека основного сульфата железа-натрия, а раствор карбоната натрия подавали в реакторы нейтрализации при помощи паровых инжекторов.

Пример 10 (Опыт 10 таблицы)

Опыт осуществляли аналогично опыту 1 с тем отличием, что концентрация карбоната натрия в заранее приготовляемом растворе составляла 200 кг/м³, в реактор перекристаллизации вводили дополнительно 5,5 кг/м³ кека основного сульфата железа-натрия, а раствор карбоната натрия подавали в реакторы нейтрализации при помощи паровых инжекторов.

Пример 11 (Опыт 11 таблицы)

Опыт осуществляли аналогично опыту 1 с тем отличием, что концентрация карбоната натрия в заранее приготовляемом растворе составляла 225 кг/м³, в реактор перекристаллизации вводили дополнительно 5,5 кг/м³ кека основного сульфата железа-натрия.

Как видно из таблицы:

Технологические показатели осуществления способа окислительной очистки от железа сульфат-хлоридных железо-кобальт-никелевых растворов, включающего перекристаллизацию и четырехстадийную нейтрализацию раствором карбоната натрия, в котором на стадию перекристаллизации вводят в качестве "затравки" 5-6 кг/м³ основного сульфата железа-натрия, а на последующих стадиях нейтрализации используют раствор карбоната натрия с концентрацией 210-240 кг/м³, который подают в реактор при помощи парового инжектора (Примеры 2-6), незначительно отличаются друг от друга:

Производительность фильтрования железистого кека составляет, м³/м²·ч: 0,169-0,170.

Расход воды на приготовление раствора карбоната натрия составляет, м³/т Со_тов.: 50,1-53,5.

Расход воды на промывку железистого кека составляет, м³/т Со_тов.: 65,6-66,1.

Объем образующихся сточных вод составляет, м³/т Со_тов.: 298,6-301,5.

Сброс никеля со сточными водами составляет, г/т Со_тов.: 5,1-5,2.

Сброс кобальта со сточными водами составляет, г/т Со_тов.: 1,5.

Потери никеля с железистым кеком составляют, кг/т Со_тов.: 43,8-43,9.

Потери кобальта с железистым кеком составляют, кг/т Со_тов.: 14,9.

Использование способа окислительной очистки от железа сульфат-хлоридных железо-кобальт-никелевых растворов без подачи "затравки" на стадию перекристаллизации и с использованием раствора карбоната натрия концентрацией 185 кг/м³, подаваемого на все стадии нейтрализации без использования парового инжектора (Пример 1 - реализация способа-прототипа), приводит к уменьшению производительности фильтрования до 0,155 м³/м²·ч, увеличению расхода воды на приготовление содового раствора до 59,0 м³/т Со_тов, увеличению расхода воды на промывку железистого кека до 101,5 м³/т Со_тов и, как следствие, к увеличению объема сточных вод до 339,0 м³/т Со_тов, а также к увеличению потерь никеля и кобальта с железистым кеком до 49,1 и 15,9 кг/т Со_тов, соответственно и сточными водами до 5,8 и 1,7 г/т Со_тов, соответственно.

Снижение расхода "затравки" до 4,5 кг/м³ (Пример 7) приводит к уменьшению производительности фильтрования до 0,160 м³/м²·ч, увеличению расхода воды на промывку железистого кека до 72,5 м³/т Со_тов и, как следствие, к увеличению потерь никеля и кобальта с железистым кеком до 45,4 и 15,4 кг/т Со_тов соответственно и сточными водами до 5,3 и 1,6 г/т Со_тов, соответственно.

Увеличение расхода "затравки" до 6,5 кг/м³ (Пример 8) приводит к уменьшению производительности фильтрования до 0,165 м³/м²·ч, увеличению расхода воды на промывку железистого кека до 67,8 м³/т Со_тов и, как следствие, к увеличению потерь никеля и кобальта с железистым кеком до 44,8 и 15,2 кг/т Со_тов соответственно и сточными водами до 5,3 и 1,6 г/т Со_тов, соответственно.

Увеличение концентрации карбоната натрия в растворе, используемом на стадиях нейтрализации, до 250 кг/м³ приводит к уменьшению производительности фильтрования до 0,160 м³/м²·ч, увеличению расхода воды на промывку железистого кека до 70,7 м³/т Со_тов и, как следствие, к увеличению потерь никеля и кобальта с железистым кеком до 45,0 и 15,3 кг/т Со_тов, соответственно и сточными водами до 5,3 и 1,6 г/т Со_тов, соответственно.

Снижение концентрации карбоната натрия в растворе, используемом на стадиях нейтрализации, до 200 кг/м³ приводит к уменьшению производительности фильтрования до 0,162 м³/м²·ч, увеличению расхода воды на приготовление содового раствора до 56,0 м³/т Со_тов, увеличению расхода воды на промывку железистого кека до 66,9 м³/т Со_тов и, как следствие, к увеличению потерь никеля и кобальта с железистым кеком до 44,3 и 15,2 кг/т Со_тов, соответственно и сточными водами до 5,3 и 1,6 г/т Со_тов, соответственно.

Подача содового раствора карбоната натрия в реактор без использования парового инжектора приводит к уменьшению производительности фильтрования до 0,156 м³/м²·ч, увеличению расхода воды на промывку железистого кека до 95,7 м³/т Со_тов и, как следствие, к увеличению объема сточных вод до 320,0 м³/т Со_тов, а также к увеличению потерь никеля и кобальта с железистым кеком до 52,8 и 16,3 кг/т Со_тов, соответственно и сточными водами до 5,6 и 1,7 г/т Со_тов, соответственно.

Как видно из проведенных опытов, именно совокупность признаков, предложенная в изобретении, а именно введение на стадии перекристаллизации в качестве "затравки" 5-6 кг/м³ основного сульфата железа-натрия, а также использование на последующих стадиях нейтрализации раствора карбоната натрия с концентрацией 210-240 кг/м³, который подают в реактор при помощи парового инжектора, обеспечивает получение желаемого технического результата - снижения удельного расхода воды на тонну готовой кобальтовой продукции и повышения извлечения никеля и кобальта в товарную кобальтовую продукцию.

Изобретение относится к области металлургии тяжелых цветных металлов, в частности, к области очистки от примесей растворов при производстве кобальта. Предложен способ окислительной очистки от железа сульфат-хлоридных железо-кобальт-никелевых растворов, включающий перекристаллизацию и четырехстадийную нейтрализацию раствором карбоната натрия, в котором на стадии перекристаллизации вводят в качестве "затравки" 5-6 кг/м³ основного сульфата железа-натрия, а на последующих стадиях нейтрализации используют раствор карбоната натрия с концентрацией 210-240 кг/м³, который подают в реактор при помощи парового инжектора, обеспечивается снижение удельного расхода воды на тонну готовой кобальтовой продукции и повышение извлечения никеля и кобальта в товарную кобальтовую продукцию. 1 табл.

Способ окислительной очистки от железа сульфат-хлоридных железо-кобальт-никелевых растворов, включающий перекристаллизацию и четырехстадийную нейтрализацию раствором карбоната натрия, отличающийся тем, что на стадию перекристаллизации вводят 5-6 кг/м³ основного сульфата железа-натрия, а на последующих стадиях нейтрализации используют раствор карбоната натрия с концентрацией 210-240 кг/м³, который подают в реактор при помощи парового инжектора.