УДК 669.334.12
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ СЕРНОКИСЛОТНОЕ АВТОКЛАВНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ФАЙНШТЕЙНА
© Каримов Кирилл Ахтямович, e-mail: kirill_karimov07@mail.ru; Крицкий Алексей Владимирович, e-mail: sibwin13@rambler.ru; Елфимова Любовь Геннадьевна, e-mail: elg-mtf@yandex.ru; Набойченко Станислав Степанович, д-р техн. наук, чл.-корр. РАН ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина». Россия, г. Екатеринбург
Статья поступила 17.06.2015 г.
В процессе разработки исследованных месторождений никеля и меди сырье становится все более поликомпонентным. В связи с этим возникает необходимость перехода от традиционных пирометаллургических схем переработки сульфидного сырья к наиболее современным - гидрометаллургическим или комбинированным. В статье приведены результаты исследования переработки медно-никелевых файнштейнов на основе сернокислотного автоклавного выщелачивания.
В процессе планирования эксперимента и обработки результатов использовали вычислительные средства программы Statgraphics.
Изучено влияние температуры и давления кислорода на показатели выщелачивания. Установлено, что при низких давлениях кислорода извлечение никеля в раствор не превышало 70% независимо от температуры процесса. При повышенных давлении кислорода (0,43-0,85 МПа) и температуре (100-125 °С) извлечение никеля достигло 68-90%. За 180 мин выщелачивания при рО = 0,43-0,85 МПа, температуре 120-140 °С извлечение никеля достигло 97-99%. Исследование поведения железа показало, что его минимальное извлечение в раствор составило 30% при следующих параметрах: Ь = 140144 °С, рО = 0,42-0,73 МПа. Последующее уменьшение давления кислорода в системе приводит2к росту извлечения железа в раствор.
Ключевые слова: файнштейн; автоклавное выщелачивание; никель; медь; железо; кобальт; извлечение.
При переработке руд с высоким содержанием никеля одного из отечественных месторождений по классической схеме ожидается получение файнштейнов, содержащих, %: 60-68 М; 7-9 Си; 4-6 Бе; 2-3 Со; 21-23 S.
Авторы исследовали автоклавное выщелачивание медно-нике-левого файнштейна, модельная проба которого имела следующий состав, %: 62 М; 7,1 Си; 3,7 Бе; 2,2 Со; 18 S. В файнштейнах выявлены сульфидная (№^2, Си^, FeS) и металлизированная (сплав меди и никеля) фазы [1-3].
Процесс выщелачивания подобного по составу материала реализован на предприятиях «Хартли Платинум» (Зимбабве), «Оуто-тек» (Финляндия), «Порт-Никель» (США) и некоторых других заводах в три стадии: очистка от меди, атмосферное выщелачивание Я материала, последующая автоклавная переработка [4, 5]. ^ Эксперименты проводили в титановом автоклаве объемом
^ 1 дм3. Модельную пробу измельчали в стержневой мельнице сухого ^ помола до крупности 74 мкм (80%).
Ц При выбранных параметрах выщелачивания (Ж:Т = 12,
<
| [Н^04] = 75 г/дм3, начальное мольное отношение [Н^04]/М = 0,87,
** Уральский
федеральный ^ университет
^^^ рмеш первого Президента н нс^аллургин
продолжительность 3 ч) исследовали влияние температуры, давления кислорода на извлечение никеля, меди и железа. Условия и результаты опытов приведены в таблице.
При обработке результатов эксперимента в программе Stat-graphics были получены следующие регрессионные модели для извлечения никеля и железа в раствор безразмерном (1), (2) и размерном (3), (4) масштабе, где X - Ь, °С, а х2 - (рО-10), МПа:
Г1 = 99,6 + 4,3— + +27,54— - 7,2Х/ + +5,05— - 20,9Х22, (1)
У2 = 74,15 - 17,6-Х --9,1Х2 - 5,5Х/ -
- 17,7— + 3,1Х22, (2)
[М, %] = -1160,2 + +18,4Ь + 7,3рО-10 -
- 0,07Ь 2 + 0,17ЬрО -10 -
- 2,3(Ро2-10)2, 2 (3)
[Бе, %] = -932,6 + +15,0Ь + 70,7рО-10 --0,05Ь2 - 0,59ЬрО-10 + + 0,34(рО-10)2. 2 (4)
Условия и результаты опытов высокотемпературного сернокислотного автоклавного выщелачивания
Номер t, °C Ро2, МПа Извлечение, %
Ni Fe Cu
1 140 0,73 99,8 29,6 99,7
2 130 0,43 99,5 73,3 99,5
3 140 0,13 33,3 91,9 0,0
4 120 0,73 94,3 91,1 97,5
5 144 0,43 99,8 29,8 99,7
6 130 0,85 99,8 71,6 98,7
7 120 0,13 55,0 76,6 95,7
8 116 0,43 68,9 92,4 98,1
9 125 0,43 89,9 85,0 98,8
7 -
6
« 5
4
,3
2
1
0 -
115
120
125
130
135
140
ь, °с
Извлечение Бе,
7 _ / \ \ \ \ 30,0
6 40,0
сз 5 Е 5 | 4
3 70,0
2
1 90 С
0 " , 1, ,
б
115
120
125
130
135
140
ь, °с
Рис. 1. Контурные графики процессов извлечения никеля (а) и железа (б)
70
60-
50-
я
л
& 30-
я
X
о «
20-
10-
40 60 80 100 Продолжительность, мин
120
Рис. 2. Кинетика выщелачивания модельной пробы файнштейна (£ = 140 °С, р = 0,4 МПа, исходная кислотность 75 г/дм3, [Н^64]/№ = 0,87, Ж:Т = 14, продолжительность 120 мин)
Коэффициент детерминации для уравнений (1) и (3) составил К2 = 95,2% (коэффициент множественной корреляции К = УК2 = 0,976), для (2) и (4) - К2 = 93,0% (коэффициент множественной корреляции К = 0,964). Коэффициенты уравнения (1) показывают, что на степень выщелачивания никеля наибольшее положительное влияние оказывает давление кислорода, а температура имеет меньшее влияние. Коэффициенты уравнения (2) показывают, что увеличение температуры и давления кислорода отрицательно сказывается
на извлечении железа в раствор. Наибольшее отрицательное воздействие на степень выщелачивания железа оказывает температура.
Так как при изменении параметров в выбранном диапазоне переход меди в раствор практически не менялся и при извлечении никеля выше 65% составляет более 95%, то оптимизация процесса выщелачивания для меди не проводилась.
При высокотемпературном выщелачивании (Ь = 116-144 °С, рО = 0,130,85 МПа) извлечение меди и никеля в раствор достигало 99,8%. Состав полученных растворов, г/дм3: 52-54 N1; 0,9-3,0 Бе; до 6 Си; 10-37 И2Б04.
При давлении кислорода 0,130,33 МПа извлечение никеля в раствор не превышает 70% независимо от температуры (рис. 1, а). При давлении кислорода от 0,33 МПа и выше кривые извлечения имеют более экстремальный характер. Выщелачивание никеля до 95% достигается при давлении кислорода 0,43 МПа и температуре 133±8 °С, дальнейшее повышение давления кислорода практически не влияло на переход никеля в раствор. При этом мольное отношение израсходованной кислоты к извлеченному никелю составило 0,64, а значит, сульфидная сера файнштейна окисляется до сульфатной, что согласуется с данными [4, 5]. Извлечение кобальта во всех экспериментах было на уровне 96-99%.
Область максимального извлечения железа находится в интервале давлений кислорода 0,1-0,5 МПа (рис. 1, б), при этом увеличение температуры с 120 до 125 °С практически не сказывается на показателях выщелачивания железа. Повышение температуры до 135-140 °С ведет к резкому снижению перехода железа в раствор до 60-30% (рО = 0,4-0,7 МПа). Конечная кислотность раствора растет с увеличением температуры выщелачивания. Минимальное извлечение железа (30%) в раствор достигалось при следующих параметрах: [И2Б04]/№ = 0,87, Ь = 140-144 °С, рО = 0,4-0,7 МПа. В растворах содержалось, г/дм3:2 52-54 N1; 0,9-0,95 Бе; 6-6,2 Си; 16-18 И2Б04.
Кинетику выщелачивания характеризуют графики, представленные на рис. 2. В течение 70 мин выщелачивания протекают реакции: цементации на металлической фазе никеля (5) и
0
обменная реакция (6), согласно которым медь остается в кеке [6]:
N1 + Си804 = М804 + Си, (5)
N1382 + 2Си804 = Си28 + 2М804 + N18. (6) Процесс растворения меди зависит от степени перехода никеля в раствор. Наиболее интенсивный переход меди в раствор происходит после растворения металлической фазы (никель растворяется на 40-45%). Одновременно наблюдали снижение концентрации железа и увеличение концентрации кислоты в растворе.
Выход кека при извлечении никеля 99% составлял 4-5%; его состав, %: 0,55 Си; 1,42 N1; 0,037 Со, 31,4 Бе; 12,2 8. По данным рентгенофа-зового анализа в кеке присутствуют лишь 3% N18, остальное - гидроксиды и основные сульфаты железа.
Выводы. Высокотемпературное сернокислотное автоклавное выщелачивание файнштей-на (Ь = 140 °С, рО = 0,4 МПа, [И28 04]/№ = 0,87) позволяет извлекать в раствор, %: 99 N1; 98 Си; 99 Со; при этом сульфидная сера окисляется до сульфатной. Есть возможность выводить железо с кеком при следующих параметрах процесса: [И2804]/№ = 0,87; Ь = 140-144 °С; рО = 0,4-0,7 МПа. Полученные результаты показали, что высокотемпературное сернокислотное автоклавное
выщелачивание может использоваться для выщелачивания осадка после атмосферного выщелачивания файнштейна [4, 5].
Библиографический список
1. Eksteen J.J., Schalkwyk R.F. van, Akdogan G. Leaching of Ni-Cu-Fe-S converter matte at varying iron endpoints; min-eralogical changes and behavior of Ir, Rh and Ru // Hydrometal-lurgy. 2013. Vol. 136. P. 36-45.
2. Crundwell F.K., Moats M.S., Ramachandran V. Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinum Group Metals. Oxford : Elsevier, 2011. 610 p.
3. Fugleberg S., Hultholm S.-E., Rosenback L., Holohan T. Development of the Hartley Platinum leaching process // Hy-drometallurgy. 1995. Vol. 39. P. 1-10.
4. Набойченко С.С., Ни Л.П., Шнеерсон Я.М., Чугаев Л.В. Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов / Под ред. С.С.Набойченко. Екатеринбург : УГТУ-УПИ, 2002. 940 с.
5. Масленицкий И.Н., Доливо-Добровольский В.В., Доброхотов Г.Н. и др. Автоклавные процессы в цветной металлургии. М. : Металлургия, 1969. 351 с.
6. Eksteen J.J., Schalkwyk R.F., van Petersen J. An experimental evaluation of the leaching kinetics of PGM-containing Ni-Cu-Fe-S Peirce Smith converter matte, under atmospheric leach conditions // Minerals Engineering. 2011. Vol. 24. P. 524534.
HIGH-TEMPERATURE SULFURIC ACID PRESSURE LEACHING OF CONVERTER MATTE
© Karimov K.A., Kritskii A.V., Elfimova L.G., Naboichenko S.S.
Over the years of mining nickel and copper deposits raw materials become more and more multicomponent. Therefore it becomes necessary to move on to the more modern hydrometallurgical or combined processing methods since traditional pyrometallurgical processing methods are less effective. Research results of processing nickel-copper converter mattes using sulfuric acid pressure leaching are described.
Computing resources of the program Statgraphics were used for experim
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.