Способ отделения железа при переработке медно-никелевого сульфидного сырья Советский патент 1984 года по МПК C22B3/00 

1 Изобретение относится к металлур гии цветных металлов, в частности к гидрометаллургическим способам отделения железа при переработке медно-никелевого сульфидного сырья. Известен способ отделения сульфи дов железа, например, пиротинов, по которому исходный материал вьпделачи вают is автоклаве в течение 4 ч разбавленным раствором кислоты (), при и парциальном давлении кислорода to ати. При этом после от деления серы ОКС1Щ железа может быть использован как концентрат для получения железа С1J. К недостатк«1 этого способа относятся применение сложной автоклав ной аппаратуры; проведение процесса при высоких температуре и давлении; длительность процесса. Наиболее близким к изобретению является способ отделения железа при переработке медно-никелевого сулыЦнсдного сырья, включающий выщелачивание, отделение цветных и благородных металлов, окисление дву валентного железа в растворе С2). Данный способ характеризуется сложностью осуществления процесса из-за применения автоклавов ведением процесса при высоком давлении кислорода (15 ати) и повышенной температуре (110-140 С), для поддержания которой необходим нагре пульпы; длительностью процесса (4 ч); низкими показателями селективного выделения железа, что обуславливает безвозвратные потери цвет ных и благородных металлов. Цель изобретения - упрощение и интенсификация процесса, сокращение расхода топлива, снижение потер цветных и благородных металлов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу отделения железа при переработке медно-никелевого сульфидного сырья, включающе му выщелачивание, отделение цветных и благородных металлов, окисление двухвалентного железа в растворе, медно-никелевые сульфидные продукты спешивают с фосфорным ангидридом до массового соотношения ГMeS:P20j «ti(4-15) и затем смесь обрабатывают водой с получением раствора с концентрацией фосфорного ангидрида 10-25 мас.%. Способ осуществляется следующим

образом.

кого решения, экономически приемле2Сульфидное медно-никелевое сырье измельчают до 40-73 мк, смешивают с фосфорным ангидридом .при массовом отношении 1:(4-15), достаточном для перевода большей части железа в фосфорно-кислые растворимые форъоя, и далее добавляют воду в количестве, необходимом для растворения фосфата двухвалентного железа, твердую и жидкую фазы разделяют,в жидкой фазе окисляют, например, кислородом Fe(II) до Fe С IIt), которое осаждается в виде малорастворимого фосфата трехвалентного железа при концентрации фосфатного ангидрида 10-25 мас.%. Фильтрат после отделения фосфата железа,и промводы от отмывки фосфата железа (HI) могут быть направлены в оборот, а фосфат железа (Ш) идет на получение фосфата, феррофосфата, фосфорного ангидрида известными способами, например электротермией. В неразложенном остатке (после отделения раствора железа) концентрируются сульфиды меди, благородные металлы, а также сульфиды никеля и кобальта (на 70-80%), Перешедшие в раствор никель и кобальт с фосфатом железа (Ш) не соосаждаются и могут быть выделены известными методами например сорбцией. В значительной степени упрощается последующая металлургическая переработка неразложенного остатка, богатого по цветным и благородным металлам. При взаимодействии фосфорного ангидрида с сульфидами металлов в присутствии воды преимущественно растворяются сульфиды железа, в меньшей мере - сульфиды никеля и кобальта, а сульфиды меди и благородных металлов вообще не растворяются. Это обеспечивает избирательность уже на стадии разложения сьфья, чему способ ствует более высокое произведение растворимости сульфидов железа, склонность его к комплексообразованию с фосфат-ионом, высокая интенсиикация процесса разложения. Реакция фосфорного ангидрида с сульфидами металлов в присутствии воды проходит с вьщелением большого количества тепла,поэтому дополнительно подогрева не требуется. В лабораторных условиях обосновыают параметры разработанного техничесмые граничные значения параметров, при которых возможно осуществление способа.

Экспериментально определяют соотношение сульфидов металлов к фосфорному ангидриду в процессе разложения

Предварительно устанавливают-, что достаточной вели 4иной измельчения сульфидного сырья является 4075 мк. Причем чем тоньше измельчение (менее 40 мк), тем эффективнее идет процесс. Однако измельчать продукты менее 40 мк экономически невыгодно. Кроме того, менее эффективно измельчать сульфиды крупнее 75 мк из-за резкого снижения реакционной поверхности, увеличения времени их растворения.

В табл.1 приведены результаты извлечения металлов в раствор при разложении сульфидов в зависимости от массового соотношения Р2% (Навеска Me5 2 г. Крупность измельчения - 75 мк. Вода во всех опытах добавляется из расчета получения ко- 25 нечной концентрации по Р205 20%). Как следует из табл.1, извлечение железа в раствор достигает 45-89% при концентрации 9,3-71 г/л, т.е. соотношениеГМе5:P Ct 1: (4-15) обеспечивает практически пpиeмлe йIe показатели извлечения железа в pacTвор и его концентрации. При этом отмечается ограниченное растворение никеля и кобальта соответственно 12-33% и 2,2-29%. Установлены также граничные значения концентрации фосфорного ангидрида в растворе при осаждении железа, составившие 10-25%. При этих значениях достигается достаточно высокое вьщеление железа в виде мапорастворимого фосфата трехвалент ного железа посредством окисления FS (И) до Fe(I(0 известными способами, например, кислородом воздуха, перекисью водорода. Например, при концентрации PjOj, составляющей 10%, осаждение железа составляет 96% при конечном содержании 1,1 г/л, исходном 28,4 г/л. При концентрации Р20дВ растворе 25% вьщеляется в осадок железа более 86% при начальной его концентрации 71 г/л и конечной 9,5 г/л. Повьвиение концентрации PjOj выше 25% экономически неэффективно из-за более ускоренного роста растворимости фосфата Fe (ПО по сравнению с растворимостью фосфата Fe (П). Так, при Ср, в растворе остается более 31 г/л железа при начальной его концентрации 89% г/л, т.е.

почти половина железа оказывается в обороте.

Кроме того, высокая концентрация PjOg в растворе (более 25%) затрудняет процесс разделения твердых и

жидких фаз при разложении продуктов и в процессе осаждения железа.

Окисление Fe(n) до ре(Ш) производят перекисью водорода и вьщерживают при для лучшей кристаллизации

осадка, от которого далее раствор легко отделяется декантацией. Осадок железа представляется ортофосфатом железа (Ш) состава ),, который может быть переработан в

фосфористый чугун, фосфорный ангидрид, фосфор известными способами (электротермией, доменной плавкой).

При изучении поведения никеля и кобальта в процессе осаждения железа устанавливают что кобальт и никель с фосфатом железа не соосаждаются, а механически увлеченный осадком раствор, содержащий никель и кобальт, легко вымьюается водой. Как показывают опыты, взаимодействие компонентов штейна и фосфорного ангидрида в присутствии воды проходит в течение нескольких минут (5-tO) и лимитируется только транспортом реакционной смеси и воды. Пример 1. Выделение железа осуществляют из смеси сульфидов меди, никеля, кобальта, железа с содержанием металлов, %: Fe 47,5; си 12; Ni 6,6;Со 0,8. Ве.тгачина измельчения составляет - 75 мк. Соотношение Г Me 5: Р2 О j составляет 1:4 (массовое). Берут 3 г смеси сульфидов и 12 г РлО-. Сульфиды и пятиокись фосфора тщательно перемешивают,помещают в кварцевую колбу и добавляют 48 мл воды. Реакция проходит быстро (3 мин), без подогрева и перемешивания. Фазы разделяют фильтрацией. Концентрация металлов в растворе составляет,г/л: Fe 23,3; Ni 1,3, Со 0,l6j Си следы. Концентрация металлов в неразложенном остатке,%: Си 37,5i Ni 16,1; Fe 8,2-,Со 1,9. Извлечение металлов в раствор находится на уровне, %: Ре 94,7; Ni 31,0, Со 30,0. В остаток после выщелачивания переходит,%: Fe 5,3; Со 100} Ni 69,0; Со 70,0. Из фосфатного раствора с концент-г рацией железо осаждают пу тем окисления перекисью водорода до Fe (Ш). При этом выделяется 81% желе за от содержавшегося в растворе, конечная концентрация железа составила 4,6 г/л. Цветных металлов в осадке не обнаружено. Пример 2. Выделение железа осуществляют из смеси сульфидов состава по призеру 1. Соотношение ГМе5 составляет 1:10 (массовое). Берут 3 г суммы сульфидов и 30 г РдО. Продукты тщательно перемешивают помещают в кварцевый сосуд и добавляют 120 мл воды. Реакция проходит быстро, подогрев осуществляется за счет экзотермической реакции. Неразложенный оста ток отделяют фильтрацией, концентрация металлов в нем составляет,%: Си 45,5; Ni 18,4; Со 2,0;Fe 4,1, при извлечении в него,%: Си- 100, Nt 64; Со 63,6; Fe 2. Содержание металлов в фильтрате составляет , г/л: Fe 9,8;Ni 0.,47;Со 0,026, меди не обнаружено. Из фильтрата железо выделяется в виде малораствори мого при данной концентрации Р205 (20%) ортофосфата железа (Ш). В осаж денном фосфате железа даетных металлов не обнаружено. Пример 3. Выделение железа , проводят из штейна состава,%:Fe 30,6 Си 12,8; Ni 4,1; Со О,15; 5 31,4; (г/т): Р 23,3 Pd 47,2, R-h 1,24; Ru 0,54,3r 0,2, Аи - 3,6. Штейн измельчают до крупности 75 мк. Навеску штейна (5г) смешивают с 25 г Р205 соответствует массовому соотношению 1:5, помещают в кварцевую колбу и добавляют 100 мл ды из расчета получения конечной концентрации по ° Сера при реакции выделяется в виде сероводо.рода. Реакция проходит бурно, с достаточным разогревом, без дополнительноге подвода тепла. Неразложенный остаток отфильтровывают, содержание в нем металлов составляет,%: медь 43; железо 15,3; никель 11,6; кобальт 0,45. В раствор переходит % fe90,9;Nt 16,3,- Со 9,6. Платиновых металлов и золота химико-спектральным методом в растворе не обнаружено. Из раствора после выщелачивания штейна, содержащего, г/л: Fe 23; Mi 0,33; Со 0,007, вьщеляют осадок малорастворимого фосфата железа (ffl) окислением железа (II) перекисью водорода. Извлечение железа из раствора составляет 81,3%. Цветных и благородных металлов в осадке не обнаружено. Использование предложенного способа извлечения железа из сульфидного медно-никелевого сырья с высоким содержанием железа обеспечивает селективный вывод железа в легко утилизируемый фосфат железа, не содержащий цветных и благородных металлов. Применение разработанного способа позволяет достигнуть отделения большей части железа от меди-, никеля, кобальта, благородных металлов, достигнуть значительной интенсификации и упрощения технологического процесса, снизить расход тепловой энергии. В табл.2 приведены сравнительные данные, достигнутые по известному и предложенному способам. Как следует из сравнения показателей, очевидное преимущество имеет предлагаемый способ, как по аппаратурному оформлению (более простое) и параметрам проведения операций (низкие температуры, отсутствие давления, обогрева), так и, что особенно, важно, по показателям извлечения цветных и благородных: металлов. Кроме того, практически отсутствуют технологические потери ценных металлов с железистыми продуктами по предлагаемому способу, в то время как по прототипу потери цветных и благородных металлов велики. Около 80% железа можно утилизирбвать в форме Фосфата.

Извлечение металлов в раствор при разложении сульфидов в зависимости от массового соотношения MeS:PjO . Навеска MeS 2 г. Крупность измельчения - 75 мк

Таблица 1

СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО СУЛЬФИДНОГО СЫРЬЯ, включающий выщелачивание, отделение цветных и благородных металлов, окисление двухвалентного же.леза в растворе, отличающийс я тем, что, с целью упрощения и нн тенсификации процесса, сокращения расхода тепла, снижения потерь цветных и благородных металлов, медно-никелевые сульфидные продукты смешивают с фосфорным ангидридом до массового соотношения 2 Ме5:Р205 1:

21,4

3,9

13,6 9,7

4,1

4,0 3,25 2,5

Необходимо

Автоклавы высокого давления

110-140 G

15 ати кислоррда

Флота1щей сульфидов Си, Ni, Со и благородных металлов

45 56 72 77 80

2,2

О О О О О

12

13,7 11 15 16 16 20 27

16 33

22,7

89 88

О 29,0 О

Таблица 2

Необходимо

Реактор, без давления

За счет экзотермической реакции

Атмосферное

0,05-0,15 ч

Осаждением за счет окисления Fe(ll) до Fe (111) и кристаллизацией фосфата железа Извлечение железа в гидратные хвосты в фосфат железа, %75-80 80-96