УДК 669.243.31
ПЕРЕРАБОТКА СУЛЬФИДНЫХ НИКЕЛЕВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОБЖИГА С ХЛОРИДОМ НАТРИЯ
© Имидеев Виталий Александрович1, е-mail: vimideev@gmail.com; Александров Павел Владимирович1, канд. техн. наук, е-mail: alexandrovpv@mail.ru; Медведев Александр Сергеевич1, д-р техн. наук, проф., е-mail: medvedev@splav.dol.ru; Баженова Ольга Валерьевна2, е-mail: sannikova-olga@yandex.ru; Ханапиева Арайлым Равилевна1, e-mail: araihanapieva@mail.ru Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС». Россия, Москва 2ФГАО ВПО «Дальневосточный федеральный университет». Россия, Приморский край, г. Владивосток Статья поступила 23.12.2013 г.
Предложен способ переработки сульфидных никелевых концентратов, основанный на низкотемпературном обжиге с хлоридом натрия. В ходе исследований определена зависимость извлечения ценных компонентов от избытка хлорида натрия, температуры и продолжительности обжига, а также оптимизированы режимы водного и сернокислотного выщелачивания огарка. Оптимальные результаты достигаются при следующих режимах обжига: температура 400 °С, продолжительность 1,5 ч, избыток ЫаС1 50-200% от массы концентрата. Опробована в лабораторном масштабе технологическая схема с последовательным двустадийным водным и сернокислотным выщелачиванием с расчетом материального баланса по никелю, меди, кобальту и железу. Сквозное извлечение в раствор составило, %: № 95; Си 99; Со 96.
Ключевые слова: сульфид никеля; никелевый концентрат; низкотемпературный обжиг; хлорид натрия; извлечение; оптимальные условия.
Перспективным вариантом переработки сульфидных никелевых концентратов может служить их низкотемпературный обжиг (до 400450 °С) с хлоридом натрия с последующим двустадийным выщелачиванием огарка. Основными преимуществами такого варианта переработки сульфидных концентратов являются: сокращение энергозатрат за счет проведения обжига при сравнительно низких температурах; образование водорастворимых соединений извлекаемых металлов, что упрощает передел выщелачивания получаемого огарка и сокращает расход серной кислоты. Так, например, при обжиге молибдени-товых концентратов с хлоридом натрия молибден в огарке частично представлен водорастворимым молибдатом натрия [1, 2], а при обжиге медных и комплексных сульфидных концентратов сульфиды металлов полностью трансформируются в хлориды [3-5].
Ранее [6] была показана возможность выщелачивания никеля из огарков обжига сульфидного никелевого концентрата с хлоридом натрия до 85% водой и до 96% серной кислотой. Цель работы - оптимизировать режимы обжига и выщелачивания таким образом, чтобы на стадии водного выщелачивания извлекать максимальное количе-
ство никеля и меди, оставляя при этом железо в кеках.
Химизм процессов, сопровождающих обжиг, достаточно сложен. В общем виде взаимодействие сульфидов с хлоридом натрия в присутствии кислорода происходит по реакции
МеБ + 2ЫаС1 + 202 = МеС12 + Ма2Б04 .
Однако в интервале температур 300-500 °С термодинамически возможно протекание большого количества реакций с образованием хлоридов, сульфатов и оксидов металлов, присутствующих в концентрате (табл. 1).
Выявление механизма процесса не являлось целью исследования на данном этапе. Этот вопрос будет рассмотрен дополнительно.
Исследования проводили с использованием концентрата следующего состава, %: № 6,88; Си 3,10; Со 0,28; Бе 42,45; Б 31,8. Основные минералы - пирротин, пентландит и халькопирит. Концентрат (масса навески 5-10 г) смешивали с хлоридом натрия в заданных соотношениях, равномерно распределяли по керамической чашке (толщина слоя составляла 4-5 мм) и обжигали в муфельной печи при различных температурах и продолжительности. Полученный огарок подвергали водному выщелачиванию при температуре
Таблица 1. Энергии Гиббса реакций, сопровождающих обжиг концентрата с
хлоридом натрия в интервале температур 300-500 °С смеси при обжиге. Усло-
вия обжига: температура 400 °С, продолжительность 1,5 ч, избыток ЫаС1 - 10-400% от массы концентрата. Максимальное извлечение никеля и меди в воду (95 и 96% соответственно) достигается при избытке хлорида натрия 150-200% от массы концентрата. С технологической точки зрения оптимальным можно считать содержание соли 50%, при котором извлечение никеля составляет 85%, меди - 95% при условии, что на стадии сернокислотного выщелачивания никель и медь будут доизвлечены. В то же время при условии регенерации ЫаС1 обжиг можно проводить и при избыточном содержании ЫаС1 150-200% от массы концентрата, достигая при этом максимального извлечения меди, никеля и кобальта при водном выщелачивании и сокращая расход серной кислоты на второй стадии выщелачивания. Извлечение железа в воду находится на уровне 4-10%.
Оптимальная температура обжига зависит от содержания ЫаС1 в смеси, но находится в интервале 350-400 °С (рис. 2, а). При избытке хлорида натрия 50% оптимальной температурой является 400 °С, в этом случае из огарка водным выщелачиванием извлекается 84% никеля. Для содержания соли 200% максимальное извлечение никеля из огарка увеличивается до 94-95% при температуре обжига 350-400 °С. Низкое извлечение никеля из огарка, полученного в результате обжига при температуре меньше 350 °С, обусловлено тем, что этих температур недостаточно для образования водорастворимых соединений никеля. При температуре более 400 °С происходит окисление до нерастворимых в воде оксидов.
Следует отметить, что медь и никель при изменении температуры обжига ведут себя пра-
Уравнение реакции Энергия Гиббса (кДж/моль) при температуре, К
573 623 673 723 773
Хлорирование сульфидов
№8+2Ыаа+02=№а2+Ыа2804 -699 -691 -684 -676 -668
СиРе82+4Ыаа+402=Сиа2+Реа2+2Ыа2804 -1196 -1166 -1135 -1105 -1074
Си8+2Ыаа+202=Сиа2+Ыа2804 -523 -505 -487 -469 -451
Си28+2Ыаа+202=2Сиа+Ыа2804 -557 -539 -522 -504 -486
Ре8+2Ыаа+202=Реа2+Ыа2804 -607 -590 -573 -555 -538
Ы18+Ре8+4Ыаа+302+802=Ы1а2+Реа2+2Ыа2804 -867 -830 -792 -755 -717
Окисление сульфидов
СиРе82+302=Си0+Ре0+802 -415 -400 -386 -371 -357
№8+3/202=№0+802 -413 -409 -405 -402 -398
№8+Ре8+202=№0+Ре0+802 -526 -518 -509 -500 -491
2Ре8+7/202=Ре203+2802 -1072 -1059 -1047 -1034 -1021
Разложение сульфата натрия
2Ыаа+802+02=Ыа2804+а2 -144 -134 -123 -112 -101
Хлорирование оксидов
Си0+Ре0+4Ыаа+2802+02=Сиа2+Реа2+2Ыа2804 -342 -314 -286 -257 -229
ЫЮ+2Ыаа+802+1/202=Ы1а2+Ыа2804 -169 -154 -140 -126 -111
Окисление хлоридо1 железа
6Реа2+302=2Реаз+2Ре203+3С12 -302 -294 -285 -277 -269
4РеС13+302=2Ре203+ба2 -273 -293 -312 -332 -351
6РеС1з+4°2=2Ре2°4+9С12 -249 -285 -321 -356 -392
Окисление сульфидов до сульфатов
№8+202=№804 -578 -560 -541 -522 -504
СиРе82+402=Си804+Ре804 -1193 -1161 -1130 -1098 -1067
№8+Ре8+20 =№80 +Ре80 2 4 4 -1434 -1417 -1401 -1385 -1369
Ре8+202=Ре804 -620 -602 -584 -566 -548
90 °С в течение 1,5 ч и по степени извлечения никеля в воду делали выводы об эффективности обжига. Кеки и растворы анализировали методом 1СР.
На рис. 1 представлена зависимость извлечения никеля, меди и железа из огарка водным выщелачиванием от избытка хлорида натрия в
Содержание КаС1, % от массы концентрата
Рис. 1. Зависимость извлечения никеля, меди и железа при
водном выщелачивании огарка (температура процесса 90 °С, продолжительность 1,5 ч, Т:Ж = 1:7) от содержания хлорида натрия при обжиге (продолжительность 1,5 ч, температура 400 °С)
Содержание №С1 50% Содержание №С1 200%
300 325 350 375 400 425 450 475 500
Температура обжига, °С
100
80
60
40
20
325 350 375 400 425 Температура обжига, °С
450
Рис. 2. Зависимость извлечения при водном выщелачивании огарка (температура выщелачивания 90 °С, продолжительность 1,5 ч, Т:Ж = 1:7) от температуры обжига (продолжительность 1,5 ч): а - никеля при различном содержании хлорида натрия; б - никеля, меди и железа при содержании хлорида натрия 50% от массы концентрата
ктически одинаково, с той лишь разницей, что в исследуемом интервале температур извлечение меди на 10-20% выше (для содержания хлорида натрия 50%), чем никеля (рис. 2, б). Извлечение железа из огарка при водном выщелачивании вне зависимости от температуры не превышает 10%, причем при 425-450 °С этот показатель близок к нулю, поскольку происходит полное окисление сульфидного железа до оксидов.
На рис. 3 представлена зависимость извлечения никеля, меди и железа из огарка при его водном выщелачивании от продолжительности обжига при 400 °С и содержания хлорида натрия
50% от массы концентрата. Зависимость извлечения меди и никеля аналогична зависимости от температуры, однако, начиная с продолжительности обжига 30 мин, извлечение меди на 10-15% выше, чем никеля в каждый момент времени. Оптимальная продолжительность обжига принята равной 90 мин: превышение этого значения ведет к снижению извлечения всех трех металлов вследствие образования оксидов (причем при обжиге более 2,5 ч извлечение железа из огарков менее 1%).
В результате исследований определены оптимальные режимы обжига сульфидного никелевого концентрата с хлоридом натрия: температура 400 °С, продолжительность 1,5 ч, содержание ЫаС1 50-200% от массы концентрата.
Водное и сернокислотное выщелачивание огарка, полученного при оптимальных условиях обжига, протекает без каких-либо трудностей. Влияние температуры выщелачивания на извлечение никеля в воду имеет место только при продолжительности выщелачивания менее 1,5 ч (рис. 4). Водное выщелачивание огарка в течение 1,5 ч позволяет извлечь 94-95% никеля вне зависимости от температуры процесса в интервале 20-90 °С (табл. 2). Там же приведены данные по сернокислотному выщелачиванию огарка Видно, что в результате выщелачивания огарка раствором серной кислоты концентрацией 240 г/л в течение 1,5 ч в интервале 20-90 °С извлечение никеля в раствор составляет 95-97%. С увеличением продолжительности обжига извлечение никеля в раствор увеличивается - от 90,2% через 15 мин до «97% при выщелачивании через 90 мин и более. Таким образом, показано, что для достижения максимального извлечения никеля из огарка как водное, так и кислотное выщелачивание можно
а
6
0
о <
< Я
8 ь!
1
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.