способ извлечения никеля и кобальта из никелевых руд

Формула изобретения

1. Способ извлечения никеля и кобальта из никелевых руд, включающий обжиг руды с добавками серы и хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов в присутствии водяного пара с последующим охлаждением, сернокислотным выщелачиванием обожженной руды и дальнейшей переработкой раствора, отличающийся тем, что обжиг руды и ее охлаждение проводят в бескислородной атмосфере, добавки серы и хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов вносят в количестве соответственно 2-3 и 1-1,5% от массы сухой руды, а температуру раствора при выщелачивании выдерживают в диапазоне 70-80°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обжиг руды проводят преимущественно при температуре 400-600°С, а охлаждение проводят до температуры не выше 300°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание проводят при атмосферном давлении, а соотношение Т:Ж выдерживают в пределах 1:1,5÷2,0.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальную концентрацию серной кислоты в выщелачивающем растворе выдерживают не менее 200 г/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам получения никеля и кобальта из руд преимущественно латеритного типа.

Известны способы переработки руд, основанные на сернокислотном автоклавном выщелачивании, обеспечивающие высокую степень извлечения целевых компонентов [патенты РФ №2224036, 2221064, US №6379636, 4044096]. Недостатком их является дорогое и сложное в эксплуатации аппаратурное оформление, а также ограниченное применение (только для руд с низким содержанием оксида магния). Известны способы аммиачно-карбонатного выщелачивания предварительно восстановленной руды, однако эта технология обеспечивает извлечение никеля до 70%, кобальта - до 20% [И.Д.Резник, Г.Г.Ермаков, Я.М.Шнеерсон. Никель. Т.2. Москва, ООО "Наука и Технологии 2003"].

Известен способ получения никеля и кобальта из силикатных руд [РФ №2161658], включающий обжиг руды при температуре 300-700°С в присутствии водяного пара при температуре не менее 100°С с последующим выщелачиванием продуктов обжига в сернокислотном растворе с концентрацией 100-200 г/л Н₂SO₄ и дальнейшей переработкой полученного раствора. Способ является более экономичным и безопасным, однако характеризуется недостаточно высокой степенью извлечения целевых продуктов. Степень извлечения никеля и кобальта по данному способу составляет соответственно не более 80 и 85%.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ по патенту DE №1279330, включающий обжиг руды с добавками соединений серы и хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов в присутствии воздуха с последующим выщелачиванием продуктов обжига и селективном растворением - осаждением концентратов с получением целевых продуктов. Степень извлечения никеля и кобальта по данному способу составляет соответственно 67-75%.

Технической задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение степени извлечения никеля и кобальта. Задача решается тем, что способ извлечения никеля и кобальта из никелевых руд латеритного типа включает обжиг руды с добавками серы и хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов в присутствии водяного пара с последующим охлаждением, сернокислотным выщелачиванием обожженной руды и дальнейшей переработкой раствора. При этом обжиг руды и ее охлаждение проводят без доступа воздуха, преимущественно обжиг проводят при температуре 400-600°С, а охлаждение - до температуры не выше 300°С. Добавки в руду серы и хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов составляют соответственно 2-3 и 1,0-1,5 процентов от массы сухой руды. Выщелачивание обожженной руды проводят при атмосферном давлении, соотношение Т:Ж выдерживают в пределах 1:1,5-2,0, начальную концентрацию серной кислоты в выщелачивающем растворе поддерживают не менее 200 г/л, а температуру раствора - 70-80°С.

Отличие способа от прототипа заключается в том, что, во-первых, процессы обжига и охлаждения руды проводят без доступа кислорода воздуха, который при высокой температуре окисляет железосодержащие минералы до кислотоупорного гематита, что приводит к резкому снижению извлечения никеля и кобальта. Для этого печь для обжига со стороны загрузки и выгрузки должна иметь любое из известных устройств для герметизации подачи и выгрузки руды. Во-вторых, в данном способе оптимизируют условия обжига, охлаждения и чанового выщелачивания, обеспечивающие высокую степень извлечения целевых компонентов. Кроме того, способ пригоден для использования при содержании MgO в руде до 20%.

Максимальное извлечение никеля достигается при температуре обжига руды более 400°С и менее 600°С. При большей температуре происходит образование ферритов, усложняющих извлечение никеля. При температуре выщелачивания ниже 70 и более 80°С, концентрации серной кислоты менее 200 г/л, соотношении Т:Ж менее 1,5 падает извлечение никеля в раствор. Кроме того, снижение Т:Ж ниже 1,5 ухудшает перемешивание вследствие возросшей вязкости суспензии. Превышение этого соотношения выше 2,0 приводит к увеличению остаточной кислотности раствора и, следовательно, сложности дальнейшей его переработки.

Влияние количества добавок к руде показано в таблице 1. Содержание добавок не менее 1% NaCl и 2% S позволяет достигнуть приемлемого извлечения целевых компонентов. Повышение содержания этих добавок соответственно выше 1,5% NaCl и 3,5% S не улучшает извлечения целевых компонентов, но резко увеличивает коррозионную агрессивность смеси.

Вышеуказанные условия проведения процесса переработки руд позволяют повысить степень извлечения целевых компонентов не только при выщелачивании, но и позволяют увеличить скорость фильтрации осадков примерно в 1,8-2,0 раза, что в конечном счете способствует уменьшению потерь целевых компонентов.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1

Измельченную силикатную никелевую руду, содержащую 0,8% Ni и 0,06% Со, с добавками серы (2%) и хлорида натрия (1%) загружают во вращающуюся печь через бункер с гидрозатвором. В печи обеспечивают нагрев до 500°С и подачу пара при соотношении к массе руды 1:1. После обжига материал выгружают через загрузочное устройство с гидрозатвором в герметичный контейнер, обеспечивающий естественное охлаждение без доступа кислорода до температуры не выше 300°С. Обожженную руду выщелачивают при Т:Ж=1,5, температуре 70°С и концентрации серной кислоты 200 г/л. Далее никель и кобальт извлекают осаждением содой в виде карбонатов или сульфидов известными приемами.

Таблица 1 Влияние добавок серы и хлорида натрия при обжиге руды на концентрацию никеля в продуктивном растворе*
№п/п	Добавка хлористого натрия,%	Добавка самородной серы,%	Содержание никеля в растворе, г/л
1	0	0,5	1,5
2	0	1,0	1,73
3	0	1,5	2,0
4	0	2,0	2,4
5	0	2,5	2,4
6	0	3,0	2,4
7	0,2	0	1,0
8	0,4	0	1,3
9	0,8	0	1,5
10	1,0	0	1,83
11	1,4	0	1,8
12	1,0	1,5	2,65
13	1,0	2,0	3,24
14	1,5	2,0	3,23
15	1,0	2,5	3,25
16	2,0	3,0	3,24
* Выщелачивание производилось в растворе серной кислоты с концентрацией 200 г/л при температуре 80°С в течение 30 минут. Отношение твердого в жидкому Т:Ж=1:2. Приемлемым считается содержание никеля не менее 2,7 г/л.

Примеры 2-8 проведены аналогично примеру 1 за исключением ряда характеристик, численные значения которых приведены в таблице 2. Из данных таблицы следует, что извлечение никеля и кобальта из руды по предложенному способу выше, чем в прототипе, и составляет 90-95 и 96-97% соответственно.

Таблица 2 Характеристики способа и результаты его реализации
№п/п	Обжиг				Выщелачивание			Извлечение,%		Примечание
1 прототип	Добавки,%		Температура,°С		Т:Ж	t p-pa, °С	конц. H2SO4,г/л	Ni	Со
	S	NaCl	обжига	охлаждения
	8	количественно не указано	250-600	-	количественно не указано			67-75	67-75	герметизация от доступа кислорода не предусмотрена
2	2,0	1,0	600	250	1:1,5	70	200	93,6	96,8	давление в печи не менее 100 Па
3	2,5	1,0	600	300	1:1,5	70	200	94,4	97,0	-//-
4	3,0	1,0	500	300	1:1,7	80	200	95,0	97,0	-//-
5	2,0	1,0	400	90	1:2,0	80	200	93,7	96,4	-//-
										-//-
6	2,0	1,0	500	90	1:2,2	65	180	75	81	завышенная остаточная кислотность
7	2,0	1,0	650	90	1:1,3	85	200	68,5	72,7	давление в печи не менее 100 Па
8	2,0	1,0	500	350	1:1,5	80	200	52	54	-//-