способ переработки никельсодержащих сульфидных материалов

Формула изобретения

Способ переработки никельсодержащих сульфидных материалов с использованием каустической соды и технического кислорода при перемешивании, включающий восстановление никеля, отличающийся тем, что восстановление никеля проводят при температуре 700±10°C, расходе технического кислорода 1,5-1,7% от массы продукта, перемешивании в течение 10-15 мин с последующим отделением сопутствующей меди магнитной сепарацией непосредственно из плава, температура которого составляет 340-350°C, при этом сконцентрированный на магнитных стержнях никелевый осадок, содержащий щелочной плав, подвергают последовательной отмывке в воде от каустической соды и сульфата натрия с соответствующим вымыванием немагнитных твердых частиц меди и разделением фаз центрифугированием, а магнитный никелевый осадок смывают в воду после размагничивания магнитных стержней с получением обезмеженного никеля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к восстановлению никеля из сульфидного сырья, и может быть использовано при металлизации предварительно обогащенного материала, содержащего 60-70% извлекаемого металла, например сульфидного никелевого концентрата разделения файнштейна.

Известен способ восстановления никеля из сульфидных материалов, связанный с высокотемпературной конверсией его сульфидных соединений в кислородные и кислородно-хлоридные, включающий окислительный обжиг (1050-1150°C) в печи кипящего слоя, окислительно-хлорирующий обжиг огарка с участием NaCl при температуре 700-750°C во вращающейся печи барабанного типа с последующим охлаждением огарка, направляемого на выщелачивание меди, входящей в его состав, в растворе серной кислоты, фильтрацией пульпы и окислительным обжигом кека, в трубчатой печи при температуре 780-800°C. Горячий оксидный огарок поступает в трубчатую вращающуюся печь на восстановление никеля из его закиси (1150-1200°C) с использованием нефтяного коксика. В полученном продукте содержание металлического никеля составляет 80-82%. Осадок охлаждают в холодильнике и направляют на восстановительную плавку с флюсами и углеродным восстановителем в дуговой электродной печи при температуре 1550-1600°С с получением расплава металлического никеля, выливаемого в изложницы, выполненные в форме анода [Худяков И.О., Тихонов А.И., Деев В.И., Набойченко С.С. Металлургия меди, никеля и кобальта. Т.2 Металлургия никеля и кобальта. М.: Металлургия, 1977. - 264 с.]. Способ отличается многооперационностью, значительным количеством печного оборудования, экологической опасностью, энергозатратностью.

Близким к прототипу является способ восстановления меди непосредственно из сульфидных соединений в среде каустической соды при массовом соотношении концентрат: щелочь, равном, 1:3, температуре 550±20°C, перемешивании механической мешалкой и подачей в расплав технического кислорода, расход которого составляет 5% от массы сульфидного медного продукта. Продолжительность восстановительного процесса 25-30 мин. В результате в системе накапливается по-разному спеченный осадок частиц металлической меди в жидкотекучем расплаве щелочи, содержащей сульфат натрия. Отделение металлической фазы от расплава осуществляется в результате выщелачивания охлажденного плава в воде с переводом в раствор NaOH и Na₂SO₄ [Патент РФ № 2329315, МПК C22B 5/00, Способ восстановления меди из сульфидных продуктов / B.C. Чекушин, Н.В. Олейникова, А.А. Стародубцева, Л.А. Стародубцев; заявитель и патентообладатель Чекушин B.C., ГОУ ВПО «ГУЦМиЗ». - № 2006130229/02; заявл. 21.08.2006; опубл. 20.07.2008.].

Способ отличается отсутствием газообразных экологически опасных серо- и углеродсодержащих продуктов (SO₂, SO₃, СО, CO₂), низкими энергозатратами, простотой аппаратурного оформления. Прототип реализуется при восстановлении меди из сульфидных соединений и при этом отсутствуют решения, связанные с отделением металлов-примесей, сопутствующих целевому металлу.

Целью изобретения является прямое восстановление никеля из сульфидных соединений, содержащихся в металлургических материалах, при попутном отделении меди от никельсодержащих составляющих.

Поставленная цель достигается при переработке никельсодержащего сульфидного материала с участием каустической соды и технического кислорода при перемешивании системы, когда восстановление никеля проводят при температуре 700±10°C, расходе технического кислорода 1,5-1,7% от массы продукта, в течение 10-15 мин перемешивания фаз с последующим отделением сопутствующей меди магнитной сепарацией непосредственно из плава, температура которого 340-350°С; сконцентрированный на магните никелевый осадок, содержащий щелочной плав, подвергают последовательной отмывке в воде от каустической соды и сульфата натрия с соответствующим вымыванием немагнитных твердых частиц меди с центрифужным разделением фаз; магнитный никелевый осадок смывают в воду после размагничивания магнитных стержней с получением обезмеженного никеля.

В предлагаемом способе в отличие от прототипа рекомендованы новые условия осуществления глубокого восстановления никеля непосредственно из сульфидных соединений в щелочной среде. Рекомендуемая температура восстановления никеля 700±10°C обеспечивает высокую скорость и полноту металлизации, сохраняя тонкую дисперсность новой твердой фазы с последующим концентрированном металлического никеля в магнитном продукте непосредственно из щелочного плава, разогретого до температуры 340-35°C, т.е., ниже температуры точки Кюри для никеля (360°C). Медь остается в щелочном плаве в виде твердых немагнитных включений и выделяется в самостоятельный продукт при разделении водных пульп выщелачивания каустической соды и сульфата натрия из магнитных никелевых осадков. По совокупности указанные признаки осуществления способа соответствуют критерию «НОВИЗНА».

Процесс осуществляется следующим образом. В реторту электрической печи загружают сухую (или расплавленную) щелочь, нагревают до температуры 700°C. При включенном перемешивании и подаче технического кислорода, загружают сухой никелевый материал. Продолжительность перемешивания 15 мин. Открывают донный клапан реторты и твердожидкий плав сливают в реторту электропечи магнитной сепарации, в крышке которой закреплены электромагниты (4-5 штук) в виде стержней с установленной в центре лопастной мешалкой с электроприводом. Сливаемый из реторты печи восстановления плав охлаждают до температуры 340-350°C при перемешивании. В данных температурных условиях происходит набор магнитной составляющей на магнитные стержни. Осадки на магнитных стержнях смочены щелочным плавом. Крышку совместно с гарнитурой снимают с реторты печи магнитной сепарации, охлаждают и устанавливают на реактор последовательного выщелачивания в воде каустической соды и сульфата натрия. Полученные растворы отделяют от присутствующих в них взвешенных частиц центрифугированием. Никелевый осадок, находящийся на магнитах, смывают водой после размагничивания стержней и направляют на отделение от водной фазы центрифугированием. Не участвовавший в магнитном разделении щелочной плав, остающийся в реторте магнитной сепарации, возвращают в реторту печи восстановления.

Способ описан в примерах

Никелевый концентрат разделения файнштейна представлен элементным составом, %: Ni 66,3; Cu 3,6; Со 0,5; Fe 4,5; S 25,1. Фазовый состав, %: Ni₃S₂ 90; Ni_4,5Fe_4,5S₈ 2; Cu ₂S 4,3; CuFeS₂ 2,5; CoS 1,1.

Восстановление металла проводят в стальной цилиндрической реторте шахтной электрической печи. В крышке реторты расположен загрузочный люк для подачи никелевого материала и каустической соды, водоохлаждаемый подшипниковый узел для вала лопастной мешалки, связанной с мотор-редуктором, чехол для термопары, труба для подачи в расплав технического кислорода и труба местной вентиляции. Крышка жестко связана с тепловым экраном.

В реторте наплавляют и разогревают каустическую соду до 700°C. Масса NaOH 30 кг. При включенном перемешивании и подаче технического кислорода производят загрузку никелевого материала (10 кг) на поверхность расплава щелочи. Общий расход технического кислорода составляет 0,15 кг. Его барботируют через расплав в течение 15 мин перемешивания. Продолжительность загрузки материала в расплав составляет 5 мин. Продолжительность перемешивания системы (плава) составляет 15 мин.

Через донный клапан реторты восстановления твердожидкую систему сливают в реторту магнитной сепарации, снабженную обогревательным устройством. Плав охлаждают при перемешивании механической мешалкой до температуры 340-350°C.

В крышке реторты магнитной сепарации, кроме лопастной мешалки, вмонтированы стержни электромагнитов. Они разогреваются в процессе охлаждения плава до указанной выше температуры. На стержнях формируется осадок твердого, покрытый плавом. Совместно с магнитным материалом на стержнях зависает до 50% (масс) плава от присутствующего, представленного немагнитной твердой составляющей, расплавленными NaOH и Na ₂SO₄. С некоторым приближением расплавленная составляющая на электромагнитах содержит 11,9 кг NaOH, 5,5 кг Na₂SO₄ и 1,8 кг твердого немагнитного продукта. Свободный плав, оставшийся в реторте магнитной сепарации, представлен аналогичным массовым отношением компонентов. Его возвращают на передел восстановления. После завершения магнитного разделения, крышку реторты вместе с электромагнитами и мешалкой, охлаждают и устанавливают в реактор выщелачивания, в который подают воду. Включают перемешивание. Расход воды, поступающей на выщелачивание NaOH, обеспечивает получение раствора, содержащего 640-650 кг/м ³ реагента. В водной фазе накапливается некоторая часть немагнитного твердого осадка (около 1 кг). Водная пульпа поступает в центрифугу с получением осветленного раствора NaOH и твердого осадка. (Раствор перекачивают в выпарной аппарат).

В реактор выщелачивания подают воду для растворения сульфата натрия с электромагнитов и накапливания в водной среде немагнитных твердых включений. Расход воды на растворение сульфата натрия обеспечивает содержание в ней 330-350 кг/м³ Na ₂SO₄. После центрифугирования водной пульпы раствор поступает на упаривание и получение товарного Na ₂SO₄.

В реактор с электромагнитами заливают воду, отключают электропитание магнитов. Осадки магнитного материала смываю в водную среду. Пульпу центрифугируют, осадок сушат, взвешивают и анализируют. В условиях переработки 10 кг сухого никелевого продукта-концентрата разделения файн-штейна, получен магнитный продукт, содержащий, кг (%): Ni 6,6 (92,63); Со 0,05 (07); Fe 0,47 (6,6); Cu 0,005 (0,07). Извлечение металлов в магнитный продукт составило, %: Ni 99,5; Со и Fe около 99; Cu 13,9.