Металлургия меди, никеля и кобальта (стр. 27 )

Так во флотационных концентратах основными формами железа являются FeS2, FexSy и FeS.

Пирит является одним из наиболее устойчивых сульфидов и в аммиачной среде практически не окисляется. Окисление пирита в кислой среде протекает по реакциям:

2FeS + 7O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 2H2SO4 (2.104)

2FeSO4 + 0,5O2 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + H2O (2.105)

Fe2(SO4) + 4H2O = Fe2O3·H2O + 3H2SO4 (2.106)

Cложение реакций (2.104), (2.105) и (2.106) даёт суммарную реакцию окисления пирита в кислых средах:

2FeS2+ 7,5O2 + 5H2O = Fe2O3·H2O + 4H2SO4 (2.107)

Окисление пирротина в кислых средах протекает с образованием сероводорода, который может окислятся до элементарной серы:

FeS +H2SO4 = FeSO4 + H2S (2.108)

2FeSO4 + 0,5O2 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + H2O (2.109)

H2S + Fe2(SO4)3 = 2FeSO4 + H2SO4 + S (2.110)

Fe2(SO4)3 + 4H2O = Fe2O3·H2O + 3H2SO4 (2.111)

В аммиачных растворах окисление пирротига протекает с заметной скоростью по уравнениям реакций :

FeS+NH3 + H2O = Fe2O3·H2O + (NH4)2S2O3 (2.112)

2 (NH4)2S2O3 + 2O2 = (NH4)2S3O6+(NH4)2SO4 (2.113)

(NH4)2S3O6+2O2+4NH3+H2O = NH4SO3NH2+2(NH4)2SO4 (2.114)

Никель и кобальт во флотационных концентратах представлены высшими сульфидами типа МeS, ассоциированными с сульфидами железа. В штейнах никель и кобальт присутствуют в виде сульфидов Ni3S2 и Co4S3.

При автоклавном выщелачивании в сернокислых средах окисление сульфидов никеля протекает по реакциям:

NiS + 2O2 = NiSO4 (2.115)

NiS + 0,5O2 + H2SO4 = NiSO4 + S +H2O (2.116)

Ni3S2 + 4,5O2 + H2SO4 = 3NiSO4 + H2O (2.117)

Образование элементарной серы по реакции (2.116) незначительно. Поэтому окисление сульфидов никеля сопровождается в основном образованием сульфатов.

При аммиачном выщелачивании сульфидных материалов никель, медь, кобальт в виде аммиакатов переходят в раствор, а железо, окисляясь, переходит в осадок в виде гидрооксида.

Аммиачное выщелачивание в автоклавах для переработки сульфидных медных концентратов, содержащих 14,0 % Ni, 3,0%Cu, 0,2-0,4 % Co, 35% Fe, 28,0% S, используется канадской компанией «Шеррит - Гордон» в городе Форт - Саскачеван (Канада).

Технологическая схема переработки сульфидного никелевого концентрата на этом заводе включает в себя следующие основные операции:

- двухстадийное выщелачивание при температуре 71–82оС под давлением 700 кПа;

- кипячение осветлённого раствора в герметичных котлах под разряжением с постепенным поднятием температуры до 110оС, где происходит осаждение меди в виде сульфида;

- досаждение сульфида меди сероводородом;

- окисление кислородом воздуха тиосульфатов и политионатов в сульфаты при температуре 177–246оС и давлении 49 атм;

- восстановление никеля водородом при температуре 200–210оС и давлении 17,5–35,0 атм;

- доосаждение остатков никеля и осаждение кобальта сероводородом;

- перевод кобальта в раствор;

- восстановление кобальта водородом.

- кристаллизация сульфата аммония из отработанного раствора.

Извлечение никеля по приведенной технологии составляет порядка 90- 95%, кобальта 50-75%, меди 88-92%, серы 75%.

В результате автоклавной переработки сульфидных никелевых концентратов по аммиачной схеме получают сульфид меди (70% Cu), никелевый порошок (99,8–99,9% Ni), кобальтовый порошок ( 99,6% Со) и сульфат аммония.

2.19.2.2 Сернокислотное выщелачивание

Сернокислотное автоклавное выщелачивание применяют на заводе в г. Растенберг (ЮАР). Здесь осуществляется переработка медно–никелевого файнштейна с целью получения обогащённого по благородным металлам твёрдого остатка, а также для попутного извлечения меди и никеля из растворов.

В России автоклавное сернокислотное выщелачивание применяют для растворения сульфидных никелевых концентратов и никелевого файнштейна. Растворы, полученные в результате выщелачивания подвергают электролизу с целью извлечения никеля.

В конечном растворе после растворения никелевых сульфидных концентратов содержится 120-130 г/л Ni, 1,8-2,0 г/л Co, 2,0-3,0 г/л Cu и 0,02–0,05 г/л Fe.

В раствор извлекают до 95% NI, до 85% Co, до 35 % Cu и до 80 % Fe.

При растворении никелевого файнштейна получают раствор, содержащий 100–120 г/л Ni, 0,5–0,8 г/л Со, 0,5–1,5 г/л Fe, 1,0–1,5 г/л Cu, 2–5 г/л H2SO4.

Извлечение в раствор составило для никеля 96–98%.

З МЕТАЛЛУРГИЯ КОБАЛЬТА

3.1 Минералы и руды кобальта

Известно более 100 кобальтовых и кобальтсодержащих минералов. Однако значительная их часть не имеет практического значения для металлургии кобальта. Ниже приведены некоторые основные минералы, в виде которых кобальт наиболее часто встречается в природе.

	Название минерала	Химическая формула	Содержание Co, %
1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 2.1 2.2 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 4 4.1 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6	Арсениды скуттерудит шмальтин хлоантит сафлорит моддерит Сульфоарсениды кобальтин глаукодот Сульфиды карролит каттиерит линнеит джейпурит кобальт-пентландит зигенит бравоит Оксиды, гидрооксиды и прочие минералы асболит илиь асболат стениерит гетерогенит эритрин сферокобальтит биберит патераит	CoAs2 (Co, Ni)As2-3 (Ni, Co)As2-3 (Co, Fe)As2 СoS CoAsS (Co, Fe)AsS Cu(Co, Ni)2S4 CoS2 Co3S4 CoS (Co, Fe? Ni)9S8 CoNiS4 (Co, Ni, Fe)S2 m(Co, Ni)O∙MnO2∙nH2O Co2O3∙H2O СoO∙2Co2O3∙6H2O Co3(AsO4)∙8H2O CoCO3 CoSO4∙7H2O СoMoO4	16-20 15-21 до 15 9-23 44 24-29 15-20 27-42 40 36-53 64 до 49 20 до 10,5 непостоянно до 60 до 50 до 30 45-47 16-30 18

Месторождения кобальтовых руд довольно редки. В большинстве случаев кобальт сопутствует другим металлам, в частности практически всегда встречается в рудах никеля. В небольших количествах кобальт присутствует также в железных, марганцевых, медных, свинцово-цинковых, серебряных, висмутовых, золотосодержащих и урановых рудах.

Промышленное значение имеют сульфидные кобальтовые и кобальтсодержащие руды, окисленные и силикатные кобальтсодержащие руды, мышьяковистые кобальтовые руды.

Сульфидные кобальтовые и кобальтсодержащие руды включает медно-кобальто-урановые, медно-никелевые, кобальто-медные пиритные, магнетитовые кобальтсодержащие и комплексные полиметаллические руды. Уникальные месторождения богатых медно-кобальтовых руд сосредоточены в Конго и Замбии (Африка). Содержание кобальта в рудах колеблется от 0,1 до 0,38%. Медно-кобальтовые сульфидные руды подвергаются обогащению методом флотации. При селективной флотации получают медный концентрат содержанием 47-50% Cu и 0,4-0,5%Со и медно-кобальтовый концентрат с содержанием 2,7-3,0% Со.

В медно-никелевых рудах содержание кобальта колеблется от 0,02 до 0,2%. Крупные месторождения таких руд находятся в Канаде (округ Седбери, в провинции Онтарио, и Линн-Лейк Томпсон в провинции Манитоба). Эти руды также подвергаются коллективно-селективной флотации, в результате которой получают медный и медно-никелевый концентраты. Кобальт при этом концентрируется вместе с никелем в медно-никелевом концентрате. Концентрат содержит порядка 13% Ni, 1,8% Cu и 0,4% Co.

Месторождения кобальто-медных пиритных руд находятся в Финляндии (Оутокумпу). Содержание кобальта в них составляет порядка 0,05-0,12%.

Крупные месторождения магнетитовых кобальтсодержащих руд находятся в США (Корнуэлл, штат Пенсильвания). Содержание кобальта в них составляет порядка 0,056%. Магнетитовые руды подвергаются магнитному обогащению. Кобальт концентрируется в хвостах магнитного обогащения, их которых флотацией выделяют пиритный концентрат, содержащий 1,4% Со.

Месторождения комплексных полиметаллических руд находятся в Бирме (Боудвин-Майн) и в США (Миссури-Кобальт). Содержание кобальта в них составляет 0,08 и 0,25% соответственно. При флотационном обогащении этих кобальт концентрируется в свинцовом концентрате, где его содержание может доходить до 0,5%.

Месторождения окисленных и силикатных кобальтсодержащих руд находятся в Африке (Конго и Замбия). Руды содержат 0,2-0,3% Со. Они подвергаются специальному методу обогащения. Полученный медный концентрат содержит около 1% Со.

Наиболее крупные месторождения силикатных никелевых руд сосредоточены в России (Южный Урал), Украине, Казахстане (Кустанайская область), Новой Каледонии, Бразилии, США. Содержание никеля в них колеблется от десятых долей до 2-3%. Отношение содержания кобальта к никелю в них изменяется в пределах от 1:40 до 1:20.

Крупные месторождения латеритовых окисленных никелевых руд находятся на Кубе и в Индонезии. Содержание кобальта в них колеблется в пределах 0,13%

Из месторождений богатых мышьяковых руд известны месторождения в Канаде (Онтарио и рудник Эльдорадо). Содержание кобальта в них составляет 2-5%. Крупные месторождения мышьяковых руд имеются в США (штат Айдахо). Содержание кобальта в них составляет порядка 0,7-1%.

Крупные месторождения мышьяковых кобальтовых руд находятся в Марокко (Бу-Аззер и Грааза). Содержание кобальта в этих рудах колеблется от 0,75 до 1,6%. Руды подвергаются флотационному обогащению. Полученный концентрат содержит 11-12% Со.

Запасами мышьяковых кобальтовых руд располагает Россия. Такие месторождения находятся в Туве (Ховуаксинское ). Содержание кобальта в ней составляет 1,0-1,2%.

Месторождения арсенидных руд находятся в Испании, Австралии и Бирме.

3.2 Гидрометаллургическая переработка огарков сульфатизирующего обжига и окисленных концентратов

Медно-кобальтовые концентраты Катанги (Конго, г. Шитуру) имеют следующий состав: Cu-42-56%; Fe – 0,94-2,8%; S - 9,9-16,12%; Co - 1,9—2,0%; SiO2 – 11,0-24,8% CaO – 0,6-4,0%; Al2O3 – 0,6-4,0%; MgO -0,6-6,0%. Медно-кобальтовые концентраты подвергаются сульфатизирующему обжигу в печах кипящего слоя на воздушном дутье. Обжиг осуществляется при температуре 670-680оС. Оптимальное пребывание частиц материала в печи составляет 5-6 часов. Полученный огарок содержит порядка 34-43% Сu, 1,6 - 1,9% Co, 8-9,% Sобщ, в том числе Sуоьфатн. = 7,59%. Уловленная в циклонах пыль имеет следующий состав: Cu-33,77%, Co-1,87%, Sобщ.-8,10%, в том числе Sсульфат.-7,59%. Циклонная пыль присоединяется к огарку.