Способ и система полной повторной переработки медно-никелевой сульфидной руды - RU2741429C1
Код документа: RU2741429C1
Описание
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники изобретения
Настоящее изобретение относится к области технологии в сфере цветной металлургии, а в частности, к способу и системе комплексного восстановления и применения сернистой медно-никелевой руды. Предшествующий уровень техники
Никель - важный стратегический металл, широко применяемый в национальной обороне, аэрокосмической отрасли, отраслях дорожного движения и транспортировки, газо- и нефтехимической, энергетической и прочих отраслях. Значительная часть никелевых руд представлена сернистыми рудами с включением меди, кобальта и благородных металлов (золота, серебра и платины), такими как медно-никелевые руды в Чучене, Ганьсу, а также медно-никелевые руды в Калатункэ, Синьцзян-Уйгурском автономном районе. Таким образом, при извлечении никеля и меди также необходимо рассматривать получение кобальта и благородных металлов.
Традиционный процесс плавки сернистой медно-никелевой руды предполагает первоначальное обогащение никеля, кобальта и меди в виде сульфидов за счет плавки в штейн для получения никелевого штейна, при котором сопутствующие благородные металлы также будут обогащаться; а затем конвертирование никелевого штейна для удаления большей части железа и серы и получения никелевого файнштейна. В процессе конвертирования штейна часто возникают потери от окисления кобальта (потери около 40-60%, которые сложно компенсировать) с получением промышленной серной кислоты из диоксида серы посредством системы приготовления кислот (в которой серная кислота накапливается в больших количествах вследствие проблем, связанных с применением и радиусом транспортировки). Далее способы обработки никелевого файнштейна, получаемого посредством конвертации штейна, в целом разделяются на следующие три способа.
Первый способ включает дробление и флотационное разделение никелевого файнштейна после медленного охлаждения для получения сернистого концентрата никеля с пониженным содержанием меди, сернистого концентрата меди с пониженным содержанием никеля и первичного сплава соответственно. Первичный сплав также необходимо дополнительно подвергнуть дроблению с сульфидированием и флотационному разделению для получения концентрата сернистого никеля с пониженным содержанием меди, концентрата сернистой меди с пониженным содержанием никеля и вторичного сплава соответственно. Вторичный сплав пригоден для извлечения благородных металлов, а концентрат сернистого никеля с пониженным содержанием меди применяется для извлечения никеля. При этом вследствие неполного дробления и флотационного разделения необходимо впоследствии удалить примесную медь. Концентрат сернистой меди применяется для извлечения меди, и, соответственно, также существует проблема наличия примесного никеля. Это делает процесс плавки весьма трудоемким.
По второму способу никелевый файнштейн также может быть обработан в процессе избирательного кислотного выщелачивания, по большей части включающего слабокислотное кислородное автоклавное выщелачивание или высококислотное атмосферное выщелачивание. Слабо кислотное кислородное автоклавное выщелачивание использовалось на плавильном заводе в Фукане, Китай. Сообщается, что двухэтапное противопоточное слабокислотное выщелачивание применяется на плавильном заводе в Фукане, и этот процесс включает в себя этап атмосферного выщелачивания (при котором конечный выщелачивающий раствор обладает рН≥6,2), а затем этап кислородного автоклавного выщелачивания, при котором сульфид никеля, а не меди, подвергается кислородному выщелачиванию за счет точного регулирования парциального давления кислорода (при котором конечный выщелачивающий раствор обладает рН 1,8-2,8, а давление кислорода составляет 0,05-0,06 МПа). При двухэтапном противопоточном выщелачивании получают раствор сульфата никеля с содержанием меди и железа ≤0,01 г/л, и почти вся медь, благородные металлы, железо и сера, а также около 40% кобальта из сырья остаются в конечном шлаке, содержащем 2-3% никеля. Высококислотное атмосферное выщелачивание впервые было применено на перерабатывающем заводе в Кристиансунне. В этом процессе в качестве выщелачивающего агента используется высокая концентрация соляной кислоты (275 г/л), а насыщенный продукт выщелачивания содержит около 120 г/л никеля, 160 г/л соляной кислоты, а также железо, кобальт и медь в концентрации 2 г/л каждого. Выщелачивается около 3% меди, а большая ее часть остается в шлаке. Затем, после того, как железо, кобальт и медь разделяются за счет жидкостной экстракции, хлорид никеля кристаллизуется путем испарения и концентрации. В дополнение к этому, в работе Пэн Шаофана и соавт.была исследована кинетика выщелачивания никелевого файнштейна серной кислотой, а также предложено применение периодического двухэтапного противопоточного выщелачивания. Главный компонент никелевого файнштейна, Ni2S3, легко образует тугоплавкую фазу β-NiS при пониженной температуре во время реакции с кислотой, поэтому процесс высококислотного атмосферного распада никелевого файнштейна может эффективно проводиться только при температуре выше 90°С.
По третьему способу никелевый файнштейн также может быть выщелочен аммиаком при высоком давлении кислорода. Благодаря регулированию концентрации свободного аммиака в растворе и давления кислорода медь, никель и кобальт за счет конвертирования растворяются до состояния комплекса металла и аммиака, сера окисляется до сульфата, а в шлаковой фазе образуются благородные металлы и железо для извлечения. Особенно важно регулирование свободного аммиака во время выщелачивания. Низкая концентрация приводит к пониженной скорости выщелачивания. Если же концентрация слишком высока, образуется высокоаммиачный комплекс кобальта, что приводит к потерям кобальта вследствие его нерастворимости.
Все три вышеприведенные технические идеи могут быть применены для обработки никелевого файнштейна. Однако существует проблема перехода большей части кобальта в шлаке для конвертирования в процессе конвертирования никелевого штейна в файнштейн, а также низкого выхода кобальта. В дополнение к этому, вследствие продолжительности процесса теряются около 10-20% металлов платиновой группы.
Для восстановления кобальта, потерянного в шлаке для конвертирования, последний подвергается пирометаллургической обработке, а затем путем восстановительной плавки получают потерянный кобальт. Основные компоненты восстановленного продукта - железокобальтоникелевые сплавы и сульфиды, представляющие собой кобальт-никелевый штейн. Однако, поскольку кобальт подвергается окислению, имеет низкую концентрацию и ненадлежащим образом распределен по шлаку для конвертирования, даже посредством восстановительной плавки может быть восстановлена лишь его часть. Кроме того, такое выщелачивание кобальто-никелевого штейна очень сложно и требует трех этапов выщелачивания. Первый этап в основном заключается в выщелачивании сплавов. Для предотвращения выщелачивания меди необходимо добавить сероводород или сернистый натрий во время выщелачивания или после него. Кобальтосодержащий раствор может быть получен из образовавшегося шлака для выщелачивания только после двух дополнительных этапов выщелачивания. Таким образом, в/из сульфидной фазы из/в шлаковую фазу циклически попадает железо, и процесс восстановления также трудоемок.
В целом, несмотря на то, что конвертирование никелевого штейна в файнштейн обеспечивает хорошую степень восстановления меди и никеля, имеются серьезные проблемы с восстановлением сопутствующего кобальта и благородных металлов. Более того, серу получают в виде серной кислоты, и ее сбыт и радиус транспортировки также представляют сложную проблему.
Ожидается, что прямая обработка никелевого штейна предотвратит потери таких сопутствующих ценных элементов, как кобальт и благородные металлы, в процессе конвертирования штейна. Однако существующие способы обработки никелевого штейна все так же непригодны для восстановления сопутствующих ценных металлов. Например, при сульфатирующем обжиге никелевого штейна соединение никель-кобальт-медь конвертируется в водорастворимый сульфат, а железо - в водорастворимый оксид, и полученный в результате диоксид серы все так же используется для получения кислоты. При этом сопутствующие металлы платиновой группы остаются в железном шлаке и для извлечения требуют применения специализированного сложного процесса. Никелевый штейн также может быть обработан посредством кислотного кислородного автоклавного выщелачивания, как приводится в исследовании Инь Фэй и Дэн Чжилиня и соавт. Однако сера, образующаяся при окислении, образует ингибирующую пленку, отрицательно воздействующую на выщелачивание. В дополнение к этому, по завершении кислородного автоклавного выщелачивания значительная часть железа конвертируется в железный шлак, что полезно при последующем извлечении никель-кобальтового соединения. При этом восстановление благородных металлов и их включений представляет сложность. В дополнение к этому, в процессе выщелачивания сульфид окисляется до серы и попадает в шлаковую фазу, и для восстановления благородных металлов требуется дополнительное окисление.
В целом, существующие способы прямой обработки никелевого штейна включают в себя пиро- и гидрометаллургическую обработку. При пирометаллургической обработке может быть использован сульфатирующий обжиг, а затем проведено избирательное выщелачивание ценных элементов с удержанием оксида железа в остаточном шлаке для выщелачивания. Однако восстановление благородных металлов в железном шлаке представляет сложность. Многие предпочитают гидрометаллургическую обработку, при которой в основном применяется кислородное автоклавное выщелачивание. Для этого процесса требуется автоклав и чистый кислород, однако при нем также возникает проблема восстановления благородных металлов из железного шлака. Кроме того, формируется слой серы, образующейся при окислении сульфида во время кислотного кислородного автоклавного выщелачивания, и поэтому восстановление благородных металлов по-прежнему представляет сложность.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача, которую надлежит решить посредством настоящего изобретения, заключается в том, что за счет существующего процесса плавки сернистой медно-никелевой руды невозможно достичь эффективного восстановления каждого элемента; в частности, скорость восстановления кобальтового элемента и благородных металлов слишком невелика.
Для решения вышеприведенных технических задач по настоящему изобретению предлагается способ комплексного восстановления и применения сернистой медно-никелевой руды, включающий следующие этапы:
1) избирательное выщелачивание, включающее:
получение продукта выщелачивания, обогащенного никель-железо-кобальтовым соединением, и шлака для выщелачивания, обогащенного медью, посредством решения А или решения В, где
решение А способ восстановления основных сопутствующих элементов из сернистой медно-никелевой руды, включающий следующие этапы избирательного выщелачивания:
избирательное выщелачивание за счет непрерывного добавления никелевого штейна, получаемого за счет плавки сернистой медно-никелевой руды в штейн, и выщелачивающего реакционного раствора в базовую реакционную жидкость; а также получение газообразного сероводорода, первого продукта выщелачивания и первого шлака для выщелачивания соответственно; при этом базовая реакционная жидкость представляет собой раствор серной кислоты в концентрации 20-60% масс, а выщелачивающий реакционный раствор - раствор серной кислоты в концентрации 60-95% масс; а также добавление воды для растворения первого шлака для выщелачивания и получение второго продукта выщелачивания и второго шлака для выщелачивания соответственно; и
решение В - способ комплексного применения сернистой медно-никелевой руды, включающий следующие этапы избирательного выщелачивания:
проведение прямого избирательного атмосферного выщелачивания серной кислотой никелевого штейна, получаемого за счет плавки сернистой медно-никелевой руды в штейн, а также получение газообразного сероводорода, продукта выщелачивания и шлака для выщелачивания; при этом температура избирательного атмосферного выщелачивания составляет 25-80°С,
при котором второй продукт выщелачивания по решению А и продукт выщелачивания по решению В представляют собой продукт выщелачивания, обогащенный никель-железо-кобальтовым соединением; а второй шлак для выщелачивания по решению А и шлак для выщелачивания по решению В представляют собой шлак для выщелачивания, обогащенный медью;
2) удаление железа из продукта выщелачивания, обогащенного никель-железо-кобальтовым соединением, получаемым на этапе 1), а также получение безжелезистой жидкости и железного остатка соответственно, при котором безжелезистая жидкость применяется для извлечения никеля и кобальта, а остаток железа применяется для производства чугуна; и/или
плавка обогащенного медью шлака, получаемого на этапе 1), в медеплавильной системе для получения меди и благородных металлов соответственно.
В настоящем изобретении для прямой обработки сернистой медно-никелевой руды или никелевого штейна, получаемого за счет плавки этой руды в штейн, применяется высококонцентрированный раствор серной кислоты. Благодаря низкой растворимости в высококонцентрированном растворе серной кислоты никель, кобальт и сульфаты железа кристаллизуются и переходят в шлаковую фазу, которую, в свою очередь, можно отделить от высококонцентрированного раствора серной кислоты путем фильтрации.
В основном никелевый штейн получают из концентрата сернистого медно-никелевого соединения, и первый имеет такой основной состав - Ni5Fe4S8. В дополнение к никелю необходимо извлечь избыточную медь, кобальт и большое количество металлов платиновой группы. В решении по настоящему изобретению никелевый штейн получают за счет плавки сернистой медно-никелевой руды в штейн. То есть, способ по настоящему изобретению более пригоден для расщепления и экстракции из никелевого штейна, полученного за счет плавки сернистой медно-никелевой руды в штейн.
Для способа по настоящему изобретению предпочтительными являются решения А и В. Эти два конкретных решения фактически предназначены для решения одинаковых технических задач и проблем, связанных с тем, что при существующих решениях возникают сложности при эффективном восстановлении ценных элементов. Два предпочтительных решения обладают одинаковым изобретательским уровнем. Посредством творческой идеи атмосферного выщелачивания кислотой никелевый штейн непосредственно подвергается атмосферному выщелачиванию серной кислотой без стандартного конвертирования, что позволяет добиться обогащения раствора железом, никелем и кобальтом, а также обогащения шлака для выщелачивания медью и благородными металлами для достижения отделения меди и благородных металлов с железом, никелем и кобальтом. Далее продукт выщелачивания подвергается обработке для удаления железа, и железо в этом продукте конвертируется в гетит или гематит для реализации разделения железа и никель-кобальтового соединения. В конечном итоге достигается разделение никеля с кобальтом. В итоге два предпочтительных решения по настоящему изобретению решают одинаковую (или аналогичную) задачу, а средствами для этого выступают как удаление железа за счет атмосферного выщелачивания кислотой, так и разделение никель-кобальтового соединения. Основные идеи в настоящих решениях одинаковы и относятся к одной идее изобретения. Установленные цели одновременное решение задачи серьезных потерь сопутствующих минералов, существующей в отношении текущих способов восстановления, и повышение скорости восстановления элементов; так, поставленные цели одинаковы. Таким образом, два предпочтительных варианта осуществления настоящего изобретения - это изобретения по одинаковой идее, отвечающие требованиям к единству изобретения.
В решениях по настоящему изобретению конвертирование никелевого штейна в стандартном способе исключено, поэтому эффективно предотвращаются потери кобальта вследствие процесса конвертирования штейна. В то же время, за счет применения этапа выщелачивания в шлаке для выщелачивания эффективно сохраняются медь и благородные металлы, после чего этот шлак направляется в медеплавильную систему на плавку. В этот момент благородные металлы подлежат простой обработке, и их можно эффективно извлечь. Благодаря этому повышается скорость восстановления сопутствующего кобальта и металлов платиновой группы в сернистой медно-никелевой руде.
В решении А для прямой обработки никелевого штейна, получаемого за счет плавки сернистой медно-никелевой руды в штейн, применяется высококонцентрированный раствор серной кислоты. Благодаря низкой растворимости в высококонцентрированном растворе серной кислоты никель, кобальт и сульфаты железа кристаллизуются и переходят в шлаковую фазу, которую, в свою очередь, можно отделить от высококонцентрированного раствора серной кислоты путем фильтрации. В процессе выщелачивания полусернистая медь и благородные металлы не участвуют в реакции и также остаются в шлаке. Шлак для выщелачивания, содержащий кристаллические никель, кобальт, железный купорос, полусернистую медь и благородные металлы, подвергается выщелачиванию водой для растворения сульфатов. После фильтрации получают вторичный шлак из сернистой меди и благородных металлов, а также водный раствор, содержащий никель, кобальт и железный купорос. После этого вторичный шлак направляется в медеплавильную систему для получения меди и благородных металлов. За счет удаления железа из никель-кобальт-железного соединения с последующим разделением никеля и кобальта путем экстракции могут быть получены соответствующие продукты. В настоящем изобретении благодаря прямой обработке концентрата сульфида медно-никелевого сплава или никелевого штейна, получаемого за счет плавления сернистой медно-никелевой руды в штейн, может быть предотвращена проблема потерь сопутствующих ценных элементов, таких как кобальт и благородные металлы, в стандартном процессе плавки. Отделение сульфатов железо-никель-кобальтового соединения от высококонцентрированной серной кислоты в настоящем изобретении достигается благодаря их кристаллизации из продукта выщелачивания вследствие насыщения. Разделение меди с железо-никель-кобальтовым соединением достигается после обыкновенного растворения первичного фильтрованного остатка в воде. В отношении концентрата сульфида медно-никелевого сплава или никелевого штейна непосредственно выполняется избирательное атмосферное выщелачивание с применением серной кислоты в такой концентрации и с таким соотношением жидкости к твердому веществу, что никель-железо-кобальтовое соединение растворяется в растворе серной кислоты и полностью реагирует, образуя газообразный сероводород. В этом случае в процессе выщелачивания может быть достигнуто глубокое разделение никеля с медью, в то время как полусернистая медь и благородные металлы в сернистой медно-никелевой руде или никелевом штейне разлагаются с трудом. В то же время, за счет применения этапа выщелачивания во вторичном шлаке для выщелачивания эффективно сохраняются медь и благородные металлы, после чего этот шлак направляется в медеплавильную систему на плавку. В этот момент благородные металлы подлежат простой обработке, и их можно эффективно извлечь. Благодаря этому повышается скорость восстановления сопутствующего кобальта и металлов платиновой группы в сернистой медно-никелевой руде. В соответствии с фактической необходимостью восстановления сопутствующих элементов, таких как никель, кобальт, железо, медь и благородные металлы, специалистами в данной области техники может быть проведена соответствующая обработка с применением второго продукта выщелачивания или второго шлака для выщелачивания.
Предпочтительно, чтобы при проведении фактической операции реакция выщелачивания проводилась в химическом реакторе, то есть, этап 1) может включать: заполнение химического реактора базовой реакционной жидкостью, а именно раствором серной кислоты в концентрации 20-60% масс; и добавление никелевого штейна (или сернистой медно-никелевой руды) и выщелачивающего реакционного раствора, представляющего собой раствор серной кислоты в концентрации 60-95% масс, в химический реактор, а также проведение реакции.
Для обеспечения кристаллизации сульфатов железо-никель-кобальтового соединения из выщелачивающего реакционного раствора вследствие насыщения в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения непрерывно добавляются выщелачивающий реакционный раствор и никелевый штейн, а расход серной кислоты в химическом реакторе поддерживается в соответствии с добавляемым количеством веществ. Настоящая реакция проводится при непрерывной подаче.
Для более полной реакции и регулирования концентрации серной кислоты в конечном реакционном растворе в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения химический реактор обычно заполняется базовой реакционной жидкостью, то есть, раствором серной кислоты в концентрации 20-60% масс, в пропорции 30-60% от общего объема реактора.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения выщелачивание дополнительно продолжают в течение 0,5-2 ч после завершения подачи. В предпочтительном варианте осуществления подача может быть остановлена до тех пор, пока объем шлама в химическом реакторе не достигнет 80% от его общего объема, и реакцию дополнительно продолжают в течение 0,5-2 ч; а также получают газообразный сероводород, первый продукт выщелачивания и первый шлак для выщелачивания, образующиеся во время реакции.
Для более полного выщелачивания и полного разделения никеля и меди в решении А, этап 1) избирательное выщелачивание представлено неокислительным атмосферным выщелачиванием, и дополнительное оборудование для нагрева не требуется, поскольку при постоянной подаче никелевого штейна и серной кислоты в концентрации 60-95% температура реакции раствора поднимется до 80-100°С.
В решении А, этап 1) никелевый штейн и выщелачивающий реакционный раствор подаются непрерывно и параллельно, а добавляемый объем равен расходу. Первый продукт выщелачивания возвращается обратно и перерабатывается в базовую реакционную жидкость для следующей партии материалов.
После получения первого продукта выщелачивания и первого шлака для выщелачивания первый из них извлекают в виде базовой реакционной жидкости и направляют обратно в химический реактор для обработки следующей партии материалов, тем самым значительно снижая расход кислоты и загрязнение окружающей среды и повышая скорость восстановления металлов. Первый шлак для выщелачивания может быть закачан в бак для растворения с дистиллированной водой. Тем временем, кристаллы сульфата никеля, сульфида кобальта и сульфата железа, осажденные во время реакции выщелачивания вследствие перенасыщения, растворяют и фильтруют во второй раз. Раздельно получают второй продукт выщелачивания, содержащий сульфат никеля, сульфат кобальта и сульфат железа, и второй шлак для выщелачивания, обогащенный полусернистой медью и благородными металлами.
В решении В, представляющем собой другой способ выщелачивания никелевого штейна, последний, получаемый за счет плавки сернистой медно-никелевой руды в штейн, подвергается реакции метатезиса в растворе серной кислоты при 25-80°С так, чтобы происходило растворение никель-железо-кобальтового соединения в воде, и был получен газообразный сероводород. Эта реакция весьма основательна. В то же время, полусернистая медь в никелевом штейне плохо разлагается в серной кислоте при такой температуре, поэтому в процессе выщелачивания может быть реализовано глубокое разделение меди с никелем. Повышается скорость восстановления, устраняется фактор применения температуры выше 90°С для достижения эффективного извлечения различных элементов в минерале на предыдущем этапе, обеспечивается энергосбережение, а также снижается риск поражения операторов. В решении В благодаря прямой обработке никелевого штейна, получаемого за счет плавления сернистой медно-никелевой руды в штейн, может быть предотвращена проблема потерь сопутствующих ценных элементов, таких как кобальт и благородные металлы, в последующем стандартном процессе плавки этого штейна. В отношении никелевого штейна непосредственно выполняется избирательное атмосферное выщелачивание с применением серной кислоты в такой концентрации и с таким соотношением жидкости к твердому веществу, что никель-железное соединение растворяется в растворе серной кислоты и полностью реагирует, образуя газообразный сероводород. В этом случае в процессе выщелачивания может быть достигнуто глубокое разделение никеля с медью, в то время как полусернистая медь и благородные металлы в никелевом штейне разлагаются с трудом.
Для более полного выщелачивания и обеспечения возможности полного отделения никеля от меди в решении В на этапе 1) предпочтительного варианта осуществления концентрация серной кислоты на этапе 1) составляет 1-6 моль/л, температура при избирательном выщелачивании - 25-80°С, а время избирательного атмосферного выщелачивания - 0,5-5 ч.
Предпочтительно, чтобы в решении В концентрация серной кислоты на этапе 1) составляла 3-4 моль/л, время избирательного атмосферного выщелачивания 0,5-2 ч, температура выщелачивания - 50-70°С, а соотношение жидкости с твердыми веществами - 5-10:1.
Для решения задачи, связанной с переработкой серы, которая долгое время присутствовала в сфере добычи сернистой никелевой руды, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения газообразный сероводород, получаемый после избирательного выщелачивания, и диоксид серы, образующийся при плавке в штейн, направляются в серную систему для получения серы, а излишки диоксида серы направляются в сернокислотную систему для получения серной кислоты с целью приготовления ее раствора, то есть, выщелачивающего реакционного раствора и базовой реакционной жидкости. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения часть получаемого диоксида серы используется для получения кислоты, служащей выщелачивающим агентом, а другая часть - для реакции с образующимся сероводородом для получения серы, благодаря чему решается задача накопления больших объемов серной кислоты в стандартном процессе. В дополнение к этому, согласно настоящему изобретению газообразный сероводород, получаемый в процессе выщелачивания никелевого штейна в серной кислоте, используется для приготовления серы, что может решить задачу, связанную с переработкой серы, которая долгое время присутствовала в сфере добычи сернистой никелевой руды. В сравнении со стандартным процессом, в котором сероводород используется для приготовления серной кислоты, сера удобна для хранения и транспортировки.
После этапа выщелачивания при необходимости специалистами в данной области техники может быть выполнено удаление железа из продукта выщелачивания либо направление шлака для выщелачивания на плавку в медеплавильную систему, либо оба процесса одновременно. Предпочтительно провести как удаление железа из продукта выщелачивания для восстановления никеля, кобальта и/или железа, так и направление шлака для выщелачивания на плавку в медеплавильную систему для восстановления меди и благородных металлов.
Железо в продукте выщелачивания по настоящему изобретению по большей удалялось в виде гетита для получения безжелезистой жидкости и остатка железа. Полученный остаток железа спекается в концентрат железа для производства чугуна.
Предпочтительно, чтобы в процессе удаления железа температура, при которой проходит реакция с окислительным газом, составляла 150-200°С, парциальное давление кислорода в химическом реакторе поддерживалось на уровне 0,1-1 МПа, а время реакции составляло 1-5 часов.
Полученный остаток железа спекается в концентрат для производства чугуна, либо же этот остаток может быть использован как сырье для получения литированного фосфата железа.
Безжелезистую жидкость можно использовать для извлечения никеля и кобальта с помощью способов, повсеместно используемых в данной области техники. Для полной реализации извлечения никеля и кобальта согласно настоящему изобретению в предпочтительном варианте осуществления обеспечивается уровень рН безжелезистой жидкости 4,0-5,5 единиц, после чего в эту жидкость добавляется экстрагент, и после экстракции и разделения получают кобальто- и железосодержащие растворы. Уровень рН никельсодержащего раствора устанавливается на 5,5-7,0 единиц, и выполняется извлечение никеля с помощью экстрагента, представленного раствором Р507 или Cyanex 272 в керосине в концентрации 1-50 объемных процентов. Керосин в экстрагенте выступает в качестве разбавителя. Р507 - моно(2-этилгексил)2-этилгексифосфонат, а Cyanex272 - бис(2,4,4-триметилпентил)фосфиновая кислота.
Если экстрагент представляет собой раствор Р507 в керосине, уровень рН безжелезистой жидкости устанавливается на 4,0-5,0 единиц, а затем в эту жидкость добавляется экстрагент. Кобальт извлекается с помощью экстрагента, и после экстракции и разделения получают кобальтосодержащий (кобальтосодержащая органическая фаза) и никельсодержащий растворы. Уровень рН никельсодержащего раствора регулируется до значения 5,5-6,5 единиц, никель извлекается с помощью экстрагента, а затем экстрагируется обратно за счет соляной кислоты для получения раствора хлористого никеля, который используется для получения никелевого продукта. Кобальтосодержащий раствор (кобальтосодержащая органическая фаза) подвергается обратной экстракции за счет соляной кислоты для получения раствора хлористого кобальта, который используется для получения кобальтового продукта.
Если экстрагент представляет собой раствор Cyanex272 в керосине, уровень рН безжелезистой жидкости устанавливается на 5,0-5,5 единиц, а затем в эту жидкость добавляется экстрагент. После экстракции и разделения получают кобальтосодержащий (кобальтосодержащая органическая фаза) и никельсодержащий растворы. Уровень рН никельсодержащего раствора регулируется до значения 6,5-7,0 единиц, никель извлекается с помощью экстрагента, а затем экстрагируется обратно за счет серной кислоты для получения раствора сульфата никеля, который используется для получения продукта в виде сульфата никеля. Кобальтосодержащий раствор (кобальтосодержащая органическая фаза) подвергается обратной экстракции за счет серной кислоты для получения раствора сульфата кобальта, который используется для получения продукта в виде сульфата кобальта.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения медь и благородные металлы могут быть получены при процессе плавки меди, стандартном для данной области техники. Для полного разделения меди и благородных металлов в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения желательно, чтобы:
шлак для выщелачивания, обогащенный медью (например, второй шлак для выщелачивания или шлак на этапе (1) в решении В), полученный путем обработки никелевого штейна, подвергся конвертированию для получения черновой меди, которая бы затем подверглась электролизу для получения рафинированной меди и анодного шлама, обогащенного благородными металлами, который бы использовался для извлечения этих металлов;
как альтернативный вариант, шлак для выщелачивания, обогащенный медью (например, второй шлак для выщелачивания или шлак на этапе (1) в решении В), полученный путем обработки никелевого штейна, подвергся окислительному обжигу, а затем выщелачиванию кислотой для получения продукта выщелачивания, обогащенного медью, а также отдельно шлака, обогащенного благородными металлами, который бы использовался для извлечения этих металлов;
как альтернативный вариант, шлак для выщелачивания, обогащенный медью (например, второй шлак для выщелачивания или шлак на этапе (1) в решении В), полученный путем обработки никелевого штейна, подвергся кислородному автоклавному выщелачиванию для получения продукта выщелачивания, обогащенного медью, а также отдельно шлака, обогащенного благородными металлами, который бы использовался для извлечения этих металлов.
Скорость выщелачивания никеля, железа и кобальта, достигаемая благодаря способу по настоящему изобретению, превышает 99%, обеспечивается эффективное восстановление кобальта и благородных металлов; скорость выщелачивания меди превышает 98%, а скорость выщелачивания благородных металлов превышает 95%.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения дополнительно предлагается система комплексного восстановления и применения сернистой медно-никелевой руды, которая включает: установку для получения продукта выщелачивания и шлака для выщелачивания, представляющую собой установку для избирательного выщелачивания и водяного растворения либо установку для избирательного атмосферного выщелачивания, в которой
установка для избирательного выщелачивания имеет соответствующие загрузочные отверстия для непрерывной подачи никелевого штейна и выщелачивающего реакционного раствора, а также она вмещает в себя базовую реакционную жидкость и обеспечивает возможность проведения реакции избирательного выщелачивания никелевого штейна, получаемого за счет плавки сернистой медно-никелевой руды в штейн, и выщелачивающего реакционного раствора, непрерывно добавляемого в базовую реакционную жидкость; также установка для избирательного выщелачивания дополнительно включает в себя устройства накопления газообразного сероводорода, первого продукта выщелачивания и первого шлака для выщелачивания; при этом базовая реакционная жидкость представляет собой раствор серной кислоты в концентрации 20-60% масс, а выщелачивающий реакционный раствор - раствор серной кислоты в концентрации 60-95%масс;
установка для водяного растворения используется для растворения первого шлака для выщелачивания в воде, получения второго продукта выщелачивания и второго шлака для выщелачивания соответственно; и
установка для избирательного атмосферного выщелачивания применяется для проведения непосредственного избирательного атмосферного выщелачивания никелевого штейна серной кислотой, получения газообразного сероводорода, продукта выщелачивания и шлака для выщелачивания соответственно;
установка для удаления железа предназначена для удаления железа из второго продукта выщелачивания, получаемого в установке для водяного растворения, или для удаления железа из продукта выщелачивания, получаемого в установке для избирательного атмосферного выщелачивания;
экстракционная установка для никеля и кобальта, предназначенная для сбора безжелезистой жидкости, получаемой в установке для удаления железа, а также для извлечения никеля и кобальта;
установка производства чугуна для обработки остатка железа, получаемого в установке для удаления железа, и производства чугуна; и/или
медеплавильная установка, предназначенная для плавки меди из второго шлака для выщелачивания или шлака для выщелачивания, получаемого в установке для избирательного атмосферного выщелачивания, с целью получения меди и благородных металлов соответственно.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения система дополнительно включает:
установку плавки штейна для обработки сернистой медно-никелевой руды, а также подачу никелевого штейна, получаемого за счет плавки сернистой медно-никелевой руды в штейн, в установку для избирательного атмосферного выщелачивания;
установку получения серы для обеспечения возможности полной реакции диоксида серы, вырабатываемого установкой плавки штейна, с газообразным сероводородом, вырабатываемым установкой избирательного атмосферного выщелачивания, для получения серы; и
установку для получения серной кислоты для конвертирования оставшегося диоксида серы, вырабатываемого установкой плавки штейна, в серную кислоту и подачи этой кислоты в установку избирательного атмосферного выщелачивания.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения установка сбора первого продукта выщелачивания в системе также может быть использована для подачи базовой реакционной жидкости в устройство избирательного выщелачивания.
В решении А в установку избирательного атмосферного выщелачивания дополнительно включен регулятор температуры, применяемый для регулировки температуры в этой установке, тем самым улучшающий комплексное применение сернистой медно-никелевой руды.
В способе и системе для комплексного применения сернистой медно-никелевой руды, предлагаемом в решении А, никелевый штейн, получаемый за счет плавки сернистой медно-никелевой руды в штейн, непосредственно подвергается избирательному атмосферному выщелачиванию серной кислотой при 25-80°С так, что никель, кобальт и железо в никелевом штейне подвергаются кислотному гидролизу и переходят в раствор; из продукта выщелачивания извлекают железо и используют для экстракции железа и кобальта; остаток железа применяется для производства чугуна; медь в никелевом штейне остается в виде полусернистой меди в шлаке для выщелачивания вместе с благородными металлами и подвергается плавке для восстановления собственно меди и благородных металлов. Настоящий способ отличается краткостью технологического процесса и высокой эффективностью, и благодаря ему можно не только реализовать глубокое разделение никеля с медью, но также значительно повысить скорость восстановления кобальта и благородных металлов. Это чистый и эффективный процесс комплексного применения элементов, и он представляет пользу для крупномасштабного промышленного производства.
Способ по настоящему изобретению предпочтительно выполняется в системе по настоящему изобретению.
Настоящее изобретение предпочтительно реализуется в виде следующих конкретных вариантов осуществления.
Способ комплексного применения конкретно осуществляется в вариантах по решениям А и В.
Решение А: способ восстановления основных сопутствующих элементов из сернистой медно-никелевой руды включает:
1) непрерывное добавление никелевого штейна, получаемого за счет плавки сернистой медно-никелевой руды в штейн, и выщелачивающего реакционного раствора в базовую реакционную жидкость,
избирательное выщелачивание и сбор газообразного сероводорода, первого продукта выщелачивания и первого шлака для выщелачивания соответственно, причем базовая реакционная жидкость представляет собой раствор серной кислоты в концентрации 20-60% масс, а выщелачивающий реакционный раствор - раствор серной кислоты в концентрации 60-95% масс;
2) добавление воды для растворения первого шлака для выщелачивания и сбор второго продукта выщелачивания (аналогично продукту выщелачивания, получаемому на этапе (1) в решении В) и второго шлака для выщелачивания (аналогично шлаку для выщелачивания, получаемому на этапе (1) в решении В) соответственно;
3) удаление железа из второго продукта выщелачивания, а также получение безжелезистой жидкости и железного остатка соответственно, при котором безжелезистая жидкость применяется для извлечения никеля и кобальта, а остаток железа применяется для производства чугуна; и/или
плавка второго шлака для выщелачивания в медеплавильной системе для получения меди и благородных металлов соответственно.
Предпочтительно, чтобы избирательное выщелачивание в решении А представляло собой неокислительное атмосферное выщелачивание; и/или выщелачивающий раствор был представлен раствором серной кислоты в концентрации 85-90% масс
Предпочтительно, чтобы в решении А никелевый штейн и выщелачивающий реакционный раствор подавались непрерывно и параллельно, а добавляемый объем был равен расходу. Первый продукт выщелачивания возвращается обратно и перерабатывается в базовую реакционную жидкость для следующей партии материалов.
Предпочтительно, чтобы в решении А выщелачивание продолжалось в течение дополнительных 0,5-2 ч после завершения добавления на этапе 1).
Предпочтительно, чтобы в решении А диоксид серы, полученный при плавке в штейн, реагировал с газообразным сероводородом, полученным на этапе 1), для получения серы, а остаток диоксида серы конвертировался в раствор серной кислоты для применения при избирательном атмосферном выщелачивании на этапе 1).
Предпочтительно, чтобы в решении А удаление железа из второго продукта выщелачивания на этапе 3) выполнялось следующим конкретным образом:
во второй продукт выщелачивания вводится окислительный газ для получения безжелезистой жидкости и железного остатка.
Предпочтительно, чтобы в решении А извлечение никеля и кобальта из безжелезистой жидкости выполнялось на этапе 3) конкретным образом:
доведение рН безжелезистой жидкости до уровня 4,0-5,5 единиц с последующим добавлением в безжелезистую жидкость экстрагента, получение кобальтосодержащего и никельсодержащего растворов после экстракции и разделения, доведение рН никельсодержащего раствора до уровня 5,5-7,0 единиц и извлечение никеля экстрагентом.
Экстрагент представляет собой раствор Р507 или Cyanex 272 в керосине в концентрации 10-50 объемных процентов.
Предпочтительно, чтобы в решении А способ восстановления меди и благородных металлов осуществлялся следующим конкретным образом.
Второй шлак для выщелачивания подвергается конвертированию штейна для получения черновой меди, которая после этого подвергается электролизу для получения рафинированной меди и анодного шлама, обогащенного благородными металлами, используемого для извлечения благородных металлов.
Как альтернативный вариант, второй шлак для выщелачивания подвергается окислительному обжигу, а затем выщелачиванию кислотой для получения отдельно продукта выщелачивания, обогащенного медью, и шлака для выщелачивания, обогащенного благородными металлами,
причем этот шлак для выщелачивания применяется для извлечения благородных металлов.
Как альтернативный вариант, второй шлак для выщелачивания подвергается кислородному автоклавному выщелачиванию для получения отдельно продукта выщелачивания, обогащенного медью, и шлака для выщелачивания, обогащенного благородными металлами, причем этот шлак для выщелачивания используется для извлечения благородных металлов.
В настоящем изобретении предлагается система, предпочтительная для реализации решения А, то есть, система для восстановления основных сопутствующих элементов из сернистой медно-никелевой руды, включающая:
установку для избирательного выщелачивания, имеющую соответствующие загрузочные отверстия для непрерывной подачи никелевого штейна и выщелачивающего реакционного раствора, а также вмещающую в себя базовую реакционную жидкость и обеспечивающую возможность проведения реакции избирательного выщелачивания никелевого штейна, получаемого за счет плавки сернистой медно-никелевой руды в штейн, и выщелачивающего реакционного раствора, непрерывно добавляемого в базовую реакционную жидкость; также установка для избирательного выщелачивания дополнительно включает в себя устройства накопления газообразного сероводорода, первого продукта выщелачивания и первого шлака для выщелачивания; при этом базовая реакционная жидкость представляет собой раствор серной кислоты в концентрации 20-60% масс, а выщелачивающий реакционный раствор раствор серной кислоты в концентрации 60-95%масс;
установку для водяного растворения для растворения первого шлака для выщелачивания в воде, получения второго продукта выщелачивания и второго шлака для выщелачивания соответственно;
установку для удаления железа, предназначенную для удаления железа из второго продукта выщелачивания, получаемого в установке для водяного растворения;
экстракционную установку для никеля и кобальта, предназначенную для сбора безжелезистой жидкости, получаемой в установке для удаления железа, а также для извлечения никеля и кобальта; установку производства чугуна для обработки остатка железа, получаемого в установке для удаления железа, и производства чугуна; и/или
медеплавильную установку, предназначенную для плавки меди из второго шлака для выщелачивания, с целью получения меди и благородных металлов соответственно.
Предпочтительно, чтобы система, пригодная для использования по решению А, дополнительно включала установку получения серы для обеспечения возможности реакции диоксида серы, вырабатываемого при плавке штейна, с газообразным сероводородом, вырабатываемым установкой избирательного атмосферного выщелачивания, для получения серы; и установку для получения серной кислоты для конвертирования части диоксида серы, вырабатываемого при плавке штейна, в серную кислоту и подачи этой кислоты в установку избирательного атмосферного выщелачивания.
Решение В: способ комплексного применения сернистой медно-никелевой руды включает в себя:
1) проведение прямого избирательного атмосферного выщелачивания серной кислотой никелевого штейна, получаемого за счет плавки сернистой медно-никелевой руды в штейн, а также получение газообразного сероводорода, продукта выщелачивания и шлака для выщелачивания; при этом температура избирательного атмосферного выщелачивания составляет 25-80°С,
2) удаление железа из продукта выщелачивания, полученного на этапе 1), а также сбор безжелезистой жидкости и железного остатка соответственно, при котором безжелезистая жидкость применяется для извлечения никеля и кобальта, а остаток железа применяется для производства чугуна; и/или
плавка шлака для выщелачивания, получаемого на этапе 1), в медеплавильной системе для получения меди и благородных металлов соответственно.
Предпочтительно, чтобы в решении В диоксид серы, полученный при плавке в штейн, реагировал с газообразным сероводородом, полученным на этапе 1), для получения серы, а остаток диоксида серы конвертировался в серной кислоте для применения при избирательном атмосферном выщелачивании на этапе 1).
Предпочтительно, чтобы в решении В концентрация серной кислоты на этапе 1) составляла 1-6 моль/л, соотношение жидкости к твердому веществу в ходе избирательного атмосферного выщелачивания было 2:1-20:1, а время избирательного атмосферного выщелачивания составляло 0,5-5 ч.
Предпочтительно, чтобы в решении В концентрация серной кислоты на этапе 1) составляла 3-4 моль/л, время избирательного атмосферного выщелачивания 0,5-2 ч, температура выщелачивания - 50-70°С, а соотношение жидкости с твердыми веществами - 5-10:1.
Предпочтительно, чтобы в решении В, на этапе 2) удаления железа из второго продукта выщелачивания, полученного на этапе 1), уровень рН продукта выщелачивания был доведен до 3-7 единиц, а затем был введен окислительный газ, что необходимо для получения безжелезистой жидкости и железного остатка.
Предпочтительно, чтобы в решении В извлечение никеля и кобальта из безжелезистой жидкости выполнялось на этапе 2) конкретным, следующим образом:
Уровень рН безжелезистой жидкости доводится до 4,0-5,5 единиц, после чего в эту жидкость добавляется экстрагент, и после экстракции и разделения получают кобальто- и никельсодержащие растворы. Уровень рН никельсодержащего раствора устанавливается на 5,5-7,0 единиц, и выполняется извлечение никеля с помощью экстрагента.
Экстрагент представляет собой раствор Р507 или Cyanex 272 в керосине в концентрации 10-50 объемных процентов.
Предпочтительно, чтобы в решении В процесс извлечения меди и благородных металлов осуществлялся следующим конкретным образом.
Шлак для выщелачивания, полученный на этапе 1), подвергается конвертированию штейна для получения черновой меди, которая после этого подвергается электролизу для получения рафинированной меди и анодного шлама, обогащенного благородными металлами, используемого для извлечения благородных металлов.
Как альтернативный вариант, шлак для выщелачивания, полученный на этапе 1), подвергается окислительному обжигу, а затем выщелачиванию кислотой для получения отдельно продукта выщелачивания, обогащенного медью, и шлака для выщелачивания, обогащенного благородными металлами, причем этот шлак используется для извлечения благородных металлов.
Как альтернативный вариант, шлак для выщелачивания, полученный на этапе 1), подвергается кислородному выщелачиванию для получения отдельно продукта выщелачивания, обогащенного медью, и шлака для выщелачивания, обогащенного благородными металлами, причем этот шлак используется для извлечения благородных металлов.
Система, подходящая для реализации решения В для комплексного применения сернистой медно-никелевой руды, включает в себя установку для избирательного атмосферного выщелачивания, которая применяется для проведения непосредственного избирательного атмосферного выщелачивания никелевого штейна серной кислотой, получения газообразного сероводорода, продукта выщелачивания и шлака для выщелачивания соответственно;
установку для удаления железа, предназначенную для удаления железа из продукта выщелачивания, получаемого в установке для избирательного атмосферного выщелачивания;
экстракционную установку для никеля и кобальта, предназначенную для сбора безжелезистой жидкости, получаемой в установке для удаления железа, а также для извлечения никеля и кобальта; установку производства чугуна для обработки остатка железа, получаемого в установке для удаления железа, и производства чугуна; и/или
медеплавильную установку, предназначенную для плавки меди из шлака для выщелачивания, получаемого в установке для избирательного атмосферного выщелачивания, с целью получения меди и благородных металлов соответственно.
Предпочтительно, чтобы система, пригодная для реализации решения В, для комплексного применения сернистой медно-никелевой руды дополнительно включала
установку плавки штейна для обработки сернистой медно-никелевой руды, а также подачу никелевого штейна, получаемого за счет плавки сернистой медно-никелевой руды в штейн, в установку для избирательного атмосферного выщелачивания;
установку получения серы для обеспечения возможности реакции диоксида серы, вырабатываемого установкой плавки штейна, с газообразным сероводородом, вырабатываемым установкой избирательного атмосферного выщелачивания, для получения серы; и
установку для получения серной кислоты для конвертирования части диоксида серы, вырабатываемого установкой плавки штейна, в серную кислоту и подачи этой кислоты в установку избирательного атмосферного выщелачивания.
Предпочтительно, чтобы в системе, пригодной для реализации решения В, для комплексного применения сернистой медно-никелевой руды в установку избирательного атмосферного выщелачивания был дополнительно включен регулятор температуры, применяемый для регулировки температуры в этой установке до 25-80°С.
Положительные эффекты настоящего изобретения
Положительные эффекты
В способе и системе для комплексного восстановления и применения сернистой медно-никелевой руды, благодаря тому, что никель, железо и кристаллы сульфата никеля снизили растворимость в растворе с высоким содержанием кислоты, никелевый штейн и выщелачивающий реакционный раствор (то есть, раствор серной кислоты в концентрации 60-95% масс.) параллельно добавляются, после чего происходит реакция при наличии базовой жидкости с уровнем кислотности (то есть, раствор серной кислоты в концентрации 20-60% масс), при котором полученный никель, железо и сульфаты кобальта кристаллизуются вследствие насыщения. Первый фильтрат, полученный путем фильтрации, может быть переработан в базовую жидкость. Первый остаток после фильтрации содержит сульфат никеля, сульфат кобальта и кристаллы сульфата железа, осажденные путем насыщения, полусернистую медь и благородные металлы, которые тяжело подвергать выщелачиванию с помощью серной кислоты, и растворяется в воде для получения раствора никеля, кобальта и сульфатов железа, а также остатка, насыщенного полусернистой медью и благородными металлами, тем самым обеспечивая глубокое разделение меди с никелем, кобальтом и железом. Из раствора никеля, кобальта и сульфатов железа извлекают железо, а затем выполняется извлечение сульфата никеля и сульфата кобальта. Медь и благородные металлы можно эффективно извлечь из остатка, насыщенного полусернистой медью и благородными металлами, после стандартных процессов плавки меди и восстановления благородных металлов. Полученный газообразный сероводород вступает в реакцию с диоксидом серы, вырабатываемым плавкой в штейн для получения чистой серы, что удобно при транспортировке и хранении. Настоящий способ представляет собой короткий технологический процесс и обладает высокой эффективностью, и благодаря ему можно не только реализовать глубокое разделение никеля с медью, но также значительно повысить скорость восстановления кобальта и благородных металлов. Это чистый и эффективный процесс комплексного применения элементов, и он представляет пользу для крупномасштабного промышленного производства.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описываться со ссылкой на варианты осуществления. Следующие примеры предназначены для демонстрации настоящего изобретения, но не для ограничения объема настоящего изобретения.
Способ (решение В) для комплексного применения сернистой медно-никелевой руды специально предусматривается в вариантах осуществления 1-4:
Пример осуществления 1.
В этом примере сернистая медно-никелевая руда подвергалась плавке в штейн для получения никелевого штейна, по большей части включая 20,21% никеля, 10,52% меди, 37,44% железа, 0,78% кобальта и около 10 г/т благородных металлов.
Ее использовали в качестве сырья и подвергали атмосферному выщелачиванию в течение 0,5 ч с помощью раствора серной кислоты 4 моль/л при соотношении жидкости с твердыми веществами 10:1 и температуре реакции 80°С. Железо, кобальт и никель в никелевом штейне подвергались выщелачиванию в растворе и почти вся медь и благородные металлы обогащались в шлаке для выщелачивания полусернистой меди, благодаря чему обеспечивалось разделение меди и никель-кобальтового соединения. Концентрация меди в отфильтрованном растворе составляла менее 0,005 г/л, а железо по большей части было представлено в виде двухвалентных ионов железа и могло быть непосредственно окислено воздухом без уменьшения количества, в то время как рН раствора поддерживался на уровне 3-5 единиц, таким образом, железо осаждалось и удалялось в виде гетита. Полученный железный шлак был кальцинирован в концентрат железа, который можно использовать для производства чугуна. Уровень рН безжелезистой жидкости регулировался до значения 4 единиц, а кобальт извлекался с помощью Р507 и экстрагировался обратно за счет соляной кислоты для получения раствора хлористого кобальта, который можно использовать для получения кобальтового продукта. Уровень рН раствора регулировался до значения 5,5 единиц, а никель извлекался с помощью Р507 и экстрагировался обратно за счет соляной кислоты для получения раствора хлористого никеля, который можно использовать для получения никелевого продукта.
Твердый остаток после фильтрации был обогащен полусернистой медью и благородными металлами и имел состав, по большей части включая 0,45% никеля, 75,2% меди, 0,78% железа, <0,01% кобальта и около 70 г/т благородных металлов (в расчете на скорость выщелачивания никеля, железа и кобальта более 99%). Твердый остаток после фильтрации непосредственно подвергался конвертированию никелевого штейна для получения черновой меди, черновая медь подвергалась электролитическому аффинажу для получения рафинированной меди, а благородные металлы обогащаются в анодном шламе и направлены в электролит для осаждения сплава в целях извлечения. Скорость восстановления меди составляет до 98% или более, а скорость восстановления благородных металлов превышает 95%. Часть диоксида серы, полученного в ходе процесса плавки в штейн, была введена в реакцию с сероводородом для получения серы, при этом объем диоксида серы составил одну половину молярного объема сероводорода; а остаток диоксида серы был направлен в сернокислотную систему для получения серной кислоты, которая используется в качестве выщелачивающего агента для расщепления никелевого штейна.
Пример осуществления 2.
Сернистая медно-никелевая руда подвергалась плавке в штейн для получения никелевого штейна, по большей части включая 13,25% никеля, 8,32% меди, 38,44% железа и 0,64% кобальта.
Ее использовали в качестве сырья и подвергали атмосферному выщелачиванию в течение 1 ч с помощью раствора серной кислоты 6 моль/л при соотношении жидкости с твердыми веществами 2:1 и температуре реакции 65°C. Железо, кобальт и никель в никелевом штейне подвергались практически полному выщелачиванию в растворе, а медь обогащалась в шлаке для выщелачивания, благодаря чему обеспечивалось разделение меди и никель-кобальтового соединения. Содержание меди в растворе после фильтрации составило менее 0,006 г/л, а железо было по большей части представлено в виде двухвалентных ионов железа. Уровень рН раствора регулировался до значения 5-7 единиц, а затем раствор был помещен в изолированный автоклав. Был введен чистый кислород, а температура была повышена до 180°С, что было необходимо для получения безжелезистой жидкости. Уровень рН безжелезистой жидкости регулировался до значения 5 единиц, а кобальт извлекался с помощью Р507 и экстрагировался обратно за счет соляной кислоты для получения раствора хлористого кобальта, который можно использовать для получения кобальтового продукта. Уровень рН раствора регулировался до значения 6,5 единиц, а никель извлекался с помощью Р507 и экстрагировался обратно за счет соляной кислоты для получения раствора хлористого никеля, который можно использовать для получения никелевого продукта.
Твердый остаток после фильтрации представлял собой концентрат меди, имеющий состав, по большей части включая 0,15% никеля, 73,2% меди, 0,85% железа и <0,008% кобальта (в расчете на скорость выщелачивания никеля, железа и кобальта более 99%). Твердый остаток после фильтрации подвергся окислительному обжигу, а затем выщелачиванию серной кислотой для получения раствора сульфата экстрагировался обратно за счет серной кислоты для получения раствора сульфата никеля, который использовался для получения продукта в виде сульфата никеля. Твердый остаток после фильтрации представлял собой концентрат меди, насыщенный благородными металлами, а в своем составе по большей части имел: 0,16% никеля, 76,2% меди, 0,65% железа, <0,01% кобальта (в расчете на скорость выщелачивания никеля, железа и кобальта более 99%), а также приблизительно 65 г/т благородных металлов. Твердый остаток после фильтрации подвергся кислородному автоклавному выщелачиванию в автоклаве для получения медьсодержащего раствора для производства меди, а шлак для выщелачивания применяется для восстановления благородных металлов. Скорость восстановления меди превышает 98%, а скорость восстановления благородных металлов превышает 95%. Часть диоксида серы, полученного в ходе процесса плавки в штейн, была введена в реакцию с сероводородом для получения серы, при этом объем диоксида серы составил одну половину молярного объема сероводорода; а остаток диоксида серы был направлен в сернокислотную систему для получения серной кислоты, которая используется в качестве выщелачивающего агента для расщепления никелевого штейна.
Пример осуществления 4.
Сернистая медно-никелевая руда подвергалась плавке в штейн для получения никелевого штейна, по большей части включая 12,55% никеля, 8,32% меди, 39,44% железа, 0,24% кобальта и около 7,5 г/т благородных металлов.
Ее использовали в качестве сырья и подвергали атмосферному выщелачиванию в течение 2 ч с помощью раствора серной кислоты 3 моль/л при соотношении жидкости с твердыми веществами 5:1 и температуре реакции 50°С. Железо, кобальт и никель в никелевом штейне подвергались практически полному выщелачиванию в растворе, а медь и благородные металлы обогащались в шлаке для выщелачивания, благодаря чему обеспечивалось разделение меди и никель-кобальтового соединения.
Содержание меди в растворе после фильтрации составило менее 0,003 г/л, а железо было по большей части представлено в виде двухвалентных ионов железа. Уровень рН раствора регулировался до значения 4-6 единиц, а затем раствор был помещен в изолированный автоклав. Был введен чистый кислород, а температура была повышена до 220°С, что было необходимо для получения безжелезистой жидкости. Уровень рН безжелезистой жидкости регулировался до значения 5,5 единиц, а кобальт извлекался с помощью Cyanex272, а затем экстрагировался обратно за счет серной кислоты для получения раствора сульфата кобальта, который использовался для получения продукта в виде сульфата кобальта. Затем уровень рН раствора регулировался до значения 7,0 единиц, а никель извлекался с помощью Cyanex272 и экстрагировался обратно за счет серной кислоты для получения раствора сульфата никеля, который использовался для получения продукта в виде сульфата никеля.
Твердый остаток после фильтрации представлял собой концентрат меди, насыщенный благородными металлами, а в своем составе по большей части имел: 0,12% никеля, 72,8% меди, 0,45% железа, <0,005% кобальта (в расчете на скорость выщелачивания никеля, железа и кобальта более 99%), а также приблизительно 68 г/т благородных металлов. Твердый остаток после фильтрации подвергся кислородному автоклавному выщелачиванию в автоклаве для получения медьсодержащего раствора для производства меди, а шлак для выщелачивания применяется для восстановления благородных металлов. Скорость восстановления меди превышает 98%, а скорость восстановления благородных металлов превышает 95%. Часть диоксида серы, полученного в ходе процесса плавки в штейн, была введена в реакцию с сероводородом для получения серы, при этом объем диоксида серы составил одну половину молярного объема сероводорода; а остаток диоксида серы был направлен в сернокислотную систему для получения серной кислоты, которая используется в качестве выщелачивающего агента для расщепления никелевого штейна.
Решение А: способ восстановления основных сопутствующих элементов из сернистой медно-никелевой руды специально предусматривается в вариантах осуществления 5-8.
Пример осуществления 5.
В этом примере сернистая медно-никелевая руда подвергалась плавке в штейн для получения никелевого штейна, по большей части включая 20,21% никеля, 10,52% меди, 37,44% железа, 0,78% кобальта и около 10 г/т благородных металлов, при этом был получен диоксид серы.
Были изготовлены раствор серной кислоты в концентрации 30% масс, использовавшийся в качестве базовой реакционной жидкости, а также раствор серной кислоты в концентрации 90% масс, использовавшийся в качестве выщелачивающего реакционного раствора. Реактор был наполнен базовой реакционной жидкостью, составившей 40% от общего объема в реакторе. Параллельно в реактор были добавлены никелевый штейн и выщелачивающий реакционный раствор, после чего произошла реакция, и, исходя из добавленного объема, в реакторе поддерживался определенный уровень расхода серной кислоты. Материалы постоянно подавались в реактор, за чем следовала реакция, до тех пор, пока объем шлама в реакторе не достиг 80% от его общего объема. В этот момент подача была прекращена, реакция продолжалась еще 1 ч, после чего был собран газообразный сероводород, образовавшийся во время реакции.
По завершению реакции, шлам был охлажден до комнатной температуры, а затем прошел фильтрацию, что необходимо было для получения первого фильтрата и первого остатка после фильтрации. Фильтрат использовался в качестве базовой реакционной жидкости для следующей операции по выщелачиванию. Первый остаток после фильтрации был закачан в бак для растворения с дистиллированной водой. После того, как сульфат никеля, сульфат кобальта и кристаллы сульфата никеля, осажденные путем насыщения во время реакции, были повторно растворены, раствор прошел повторную фильтрацию для получения второго фильтрата, содержащего сульфат никеля, сульфат кобальта и сульфат железа, а также второго остатка после фильтрации, насыщенного полусернистой медью и благородными металлами. При этом производилось разделение меди от никеля и кобальта. Концентрация меди в отфильтрованном растворе составляла менее 0,003 г/л, а железо по большей части было представлено в виде двухвалентных ионов железа и могло быть непосредственно окислено воздухом без уменьшения количества, в то время как рН раствора поддерживался на уровне 3-4 единиц, таким образом, железо осаждалось и удалялось в виде гетита. Полученный железный шлак был кальцинирован в концентрат железа, который можно использовать для производства чугуна. Уровень рН безжелезистой жидкости регулировался до значения 4 единиц, а кобальт извлекался с помощью Р507 и экстрагировался обратно за счет соляной кислоты для получения раствора хлористого кобальта, который можно использовать для получения кобальтового продукта. Уровень рН раствора регулировался до значения 5,5 единиц, а никель извлекался с помощью Р507 и экстрагировался обратно за счет соляной кислоты для получения раствора хлористого никеля, который можно использовать для получения никелевого продукта.
Второй остаток после фильтрации представлял собой полусернистую медь, насыщенную благородными металлами, а в своем составе по большей части имел 0,49% никеля, 73,2% меди, 0,72% железа, <0,009% кобальта и около 67 г/т благородных металлов (в расчете на скорость выщелачивания никеля, железа и кобальта более 99%). Твердый остаток после фильтрации непосредственно подвергался конвертированию никелевого штейна для получения черновой меди, черновая медь подвергалась электролитическому аффинажу для получения рафинированной меди, а благородные металлы обогащаются в анодном шламе и направлены в электролит для осаждения сплава в целях извлечения. Скорость восстановления меди составляет до 98% или более, а скорость восстановления благородных металлов превышает 95%. Часть диоксида серы, полученного в ходе процесса плавки в штейн, была введена в реакцию с сероводородом для получения серы, при этом объем диоксида серы составил одну половину молярного объема сероводорода; остаток диоксида серы был направлен в сернокислотную систему для получения серной кислоты, позже использованной в качестве базовой реакционной жидкости и выщелачивающего реакционного раствора.
Пример осуществления 6.
Сернистая медно-никелевая руда подвергалась плавке в штейн для получения никелевого штейна, по большей части включая 13,25% никеля, 8,32% меди, 38,44% железа, 0,64% кобальта и около 8 г/т благородных металлов, при этом был получен диоксид серы.
Были изготовлены раствор серной кислоты в концентрации 40% масс, использовавшийся в качестве базовой реакционной жидкости, а также раствор серной кислоты в концентрации 86% масс, использовавшийся в качестве выщелачивающего реакционного раствора. Реактор был наполнен базовой реакционной жидкостью, составившей 45% от общего объема в реакторе. Параллельно в реактор были добавлены никелевый штейн и выщелачивающий реакционный раствор, после чего произошла реакция, и, исходя из добавленного объема, в реакторе поддерживался определенный уровень расхода серной кислоты. Материалы постоянно подавались в реактор, за чем следовала реакция, до тех пор, пока объем шлама в реакторе не достиг 80% от его общего объема. В этот момент подача была прекращена, реакция продолжалась еще 1,5 ч, после чего был собран газообразный сероводород, образовавшийся во время реакции.
По завершению реакции, шлам был охлажден до комнатной температуры, а затем прошел фильтрацию, что необходимо было для получения первого фильтрата и первого остатка после фильтрации. Фильтрат использовался в качестве базовой реакционной жидкости для следующей операции по выщелачиванию. Первый остаток после фильтрации был закачан в бак для растворения с дистиллированной водой. После того, как сульфат никеля, сульфат кобальта и кристаллы сульфата никеля, осажденные путем перенасыщения во время реакции, были повторно растворены, раствор прошел повторную фильтрацию для получения второго фильтрата, содержащего сульфат никеля, сульфат кобальта и сульфат железа, а также второго остатка после фильтрации, насыщенного полусернистой медью и благородными металлами. При этом производилось разделение меди от никеля и кобальта. Содержание меди в растворе после фильтрации составило менее 0,009 г/л, а железо было по большей части представлено в виде двухвалентных ионов железа. Раствор был помещен в изолированный автоклав. Был введен чистый кислород, а температура была повышена до 180°С, что было необходимо для получения безжелезистой жидкости. Уровень рН безжелезистой жидкости регулировался до значения 5 единиц, а кобальт извлекался с помощью Р507 и экстрагировался обратно за счет серной кислоты для получения раствора сульфата кобальта, который можно использовать для получения кобальтового продукта. Уровень рН раствора регулировался до значения 6,5 единиц, а никель извлекался с помощью Р507 и экстрагировался обратно за счет серной кислоты для получения раствора сульфата никеля, который можно использовать для получения никелевого продукта.
Второй остаток после фильтрации представлял собой полусернистую медь, насыщенную благородными металлами, а в своем составе по большей части имел: 0,16% никеля, 72,6% меди, 0,95% железа, <0,007% кобальта (в расчете на скорость выщелачивания никеля, железа и кобальта более 99%), а также приблизительно 65 г/т благородных металлов. Второй остаток после фильтрации подвергся окислительному обжигу, а затем выщелачиванию серной кислотой для получения раствора сульфата меди и шлака для выщелачивания, насыщенного благородными металлами. Шлак для выщелачивания, насыщенный благородными металлами, был направлен в систему для восстановления благородных металлов. Скорость восстановления меди составляет до 98% или более, а скорость восстановления благородного металла превышает 95%. Часть диоксида серы, полученного в ходе процесса плавки в штейн, была введена в реакцию с сероводородом для получения серы, при этом объем диоксида серы составил одну половину молярного объема сероводорода; остаток диоксида серы был направлен в сернокислотную систему для получения серной кислоты, позже использованной в качестве базовой реакционной жидкости и выщелачивающего реакционного раствора.
Пример осуществления 7.
Сернистая медно-никелевая руда подвергалась плавке в штейн для получения никелевого штейна, по большей части включая 16,55% никеля, 10,32% меди, 33,44% железа, 0,34% кобальта и около 11 г/т благородных металлов, при этом был получен диоксид серы.
Были изготовлены раствор серной кислоты в концентрации 20% масс, использовавшийся в качестве базовой реакционной жидкости, а также раствор серной кислоты в концентрации 60% масс, использовавшийся в качестве выщелачивающего реакционного раствора. Реактор был наполнен базовой реакционной жидкостью, составившей 30% от общего объема в реакторе.
Параллельно в реактор были добавлены никелевый штейн и выщелачивающий реакционный раствор, после чего произошла реакция, и, исходя из добавленного объема, в реакторе поддерживался определенный уровень расхода серной кислоты. Материалы постоянно подавались в реактор, за чем следовала реакция, до тех пор, пока объем шлама в реакторе не достиг 80% от его общего объема. В этот момент подача была прекращена, реакция продолжалась еще 0,5 ч, после чего был собран газообразный сероводород, образовавшийся во время реакции.
По завершению реакции, шлам был охлажден до комнатной температуры, а затем прошел фильтрацию, что необходимо было для получения первого фильтрата и первого остатка после фильтрации. Фильтрат использовался в качестве базовой реакционной жидкости для следующей операции по выщелачиванию. Первый остаток после фильтрации был закачан в бак для растворения с дистиллированной водой. После того, как сульфат никеля, сульфат кобальта и кристаллы сульфата никеля, осажденные путем перенасыщения во время реакции, были повторно растворены, раствор прошел повторную фильтрацию для получения второго фильтрата, содержащего сульфат никеля, сульфат кобальта и сульфат железа, а также второго остатка после фильтрации, насыщенного полусернистой медью и благородными металлами. При этом производилось разделение меди от никеля и кобальта. Концентрация меди в отфильтрованном растворе составляла менее 0,006 г/л, а железо по большей части было представлено в виде двухвалентных ионов железа и могло быть непосредственно окислено воздухом, насыщенным кислородом на 30-50%, без уменьшения количества, в то время как рН раствора поддерживался на уровне 3-4 единиц, таким образом, железо осаждалось и удалялось в виде гетита. Полученный железный шлак был кальцинирован в концентрат железа, который можно использовать для производства чугуна. Уровень рН безжелезистой жидкости регулировался до значения 5 единиц, а кобальт извлекался с помощью Cyanex272 и экстрагировался обратно за счет соляной кислоты для получения раствора хлористого кобальта, который можно использовать для получения кобальтового продукта. Уровень рН раствора регулировался до значения 6,5 единиц, а никель извлекался с помощью Cyanex272 и экстрагировался обратно за счет соляной кислоты для получения раствора хлористого никеля, который можно использовать для получения никелевого продукта.
Второй остаток после фильтрации представлял собой полусернистую медь, насыщенную благородными металлами, а в своем составе по большей части имел: 0,12% никеля, 76,4% меди, 0,62% железа, <0,008% кобальта (в расчете на скорость выщелачивая никеля, железа и кобальта более 99%), а также приблизительно 78 г/т благородных металлов. Второй остаток после фильтрации подвергся кислородному автоклавному выщелачиванию для получения медьсодержащего раствора для изготовления меди, а шлак для выщелачивания использовался для восстановления благородных металлов. Скорость восстановления меди составляет до 98% или более, а скорость восстановления благородных металлов до 95% или более. Часть диоксида серы, полученного в ходе процесса плавки в штейн, была введена в реакцию с сероводородом для получения серы, при этом объем диоксида серы составил одну половину молярного объема сероводорода; остаток диоксида серы был направлен в сернокислотную систему для получения серной кислоты, позже использованной в качестве базовой реакционной жидкости и выщелачивающего реакционного раствора.
Пример осуществления 8.
Сернистая медно-никелевая руда подвергалась плавке в штейн для получения никелевого штейна, по большей части включая 12,55% никеля, 8,32% меди, 39,44% железа, 0,24% кобальта и около 10,8 г/т благородных металлов, при этом был получен диоксид серы.
Были изготовлены раствор серной кислоты в концентрации 60% масс, использовавшийся в качестве базовой реакционной жидкости, а также раствор серной кислоты в концентрации 95% масс, использовавшийся в качестве выщелачивающего реакционного раствора. Реактор был наполнен базовой реакционной жидкостью, составившей 60% от общего объема в реакторе. Параллельно в реактор были добавлены никелевый штейн и выщелачивающий реакционный раствор, после чего произошла реакция, и, исходя из добавленного объема, в реакторе поддерживался определенный уровень расхода серной кислоты.
Материалы постоянно подавались в реактор, за чем следовала реакция, до тех пор, пока объем шлама в реакторе не достиг 80% от его общего объема. В этот момент подача была прекращена, реакция продолжалась еще 2 ч, после чего был собран газообразный сероводород, образовавшийся во время реакции.
По завершению реакции, шлам был охлажден до комнатной температуры, а затем прошел фильтрацию, что необходимо было для получения первого фильтрата и первого остатка после фильтрации. Фильтрат использовался в качестве базовой реакционной жидкости для следующей операции по выщелачиванию. Первый остаток после фильтрации был закачан в бак для растворения с дистиллированной водой. После того, как сульфат никеля, сульфат кобальта и кристаллы сульфата никеля, осажденные путем перенасыщения во время реакции, были повторно растворены, раствор прошел повторную фильтрацию для получения второго фильтрата, содержащего сульфат никеля, сульфат кобальта и сульфат железа, а также второго остатка после фильтрации, насыщенного полусернистой медью и благородными металлами. При этом производилось разделение меди от никеля и кобальта. Содержание меди в растворе после фильтрации составило менее 0,004 г/л, а железо было по большей части представлено в виде двухвалентных ионов железа. Раствор был помещен непосредственно в изолированный автоклав без уменьшения количества. Был введен чистый кислород, а температура была повышена до 220°С, что было необходимо для получения безжелезистой жидкости. Уровень рН безжелезистой жидкости регулировался до значения 5,5 единиц, а кобальт извлекался с помощью Cyanex272 и экстрагировался обратно за счет серной кислоты для получения раствора сульфата кобальта, который можно использовать для получения кобальтового продукта. Уровень рН раствора регулировался до значения 7 единиц, а никель извлекался с помощью Cyanex272 и экстрагировался обратно за счет серной кислоты для получения раствора сульфата никеля, который можно использовать для получения никелевого продукта.
Второй остаток после фильтрации представлял собой полусернистую медь, насыщенную благородными металлами, а в своем составе по большей части имел: 0,11% никеля, 72,3% меди, 0,40% железа, <0,004% кобальта (в расчете на скорость выщелачивая никеля, железа и кобальта более 99%), а также приблизительно 75 г/т благородных металлов. Второй остаток после фильтрации подвергся кислородному автоклавному выщелачиванию для получения медьсодержащего раствора для изготовления меди, а шлак для выщелачивания использовался для восстановления благородных металлов. Скорость восстановления меди составляет до 98% или более, а скорость восстановления благородных металлов до 95% или более. Часть диоксида серы, полученного в ходе процесса плавки в штейн, была введена в реакцию с сероводородом для получения серы, при этом объем диоксида серы составил одну половину молярного объема сероводорода; остаток диоксида серы был направлен в сернокислотную систему для получения серной кислоты, позже использованной в качестве базовой реакционной жидкости и выщелачивающего реакционного раствора.
Реферат
Группа изобретений относится к цветной металлургии, в частности к переработке сульфидной медно-никелевой руды. Проводят избирательное выщелачивание никелевого штейна, полученного плавкой перерабатываемой руды с получением продукта выщелачивания, обогащенного никель-железо-кобальтовым соединением, и шлака для выщелачивания, обогащенного медью и благородными металлами. Проводят удаление железа из продукта выщелачивания, обогащенного никель-железо-кобальтовым соединением, с получением безжелезистой жидкости и остатка железа. Из безжелезистой жидкости извлекают никель и кобальт, а остаток железа используют для производства чугуна, и/или при плавке шлака для выщелачивания, обогащенного медью и благородными металлами, в медеплавильной установке для получения меди и благородных металлов. Система для переработки сульфидной медно-никелевой руды включает следующие установки: получения продукта выщелачивания, обогащенного никель-железо-кобальтовым соединением, и шлака для выщелачивания, обогащенного медью и благородными металлами, водяного растворения, избирательного атмосферного выщелачивания, удаления железа, экстракционную установку, установку производства чугуна, медеплавильную установку. Изобретения упрощают процесс плавки сернистой медно-никелевой руды с последующим извлечением никеля, меди, кобальта, благородных металлов и элементарной серы. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 пр.
