Перколяционное выщелачивание окисленных никелевых руд (стр. 1 )

УДК 669.243.37

Перколяционное выщелачивание окисленных никелевых руд.

1*,  Халезов Борис  Дмитриевич1, 2, Петрова Софья  Александровна1, 2, 2.

1Институт Металлургии УрО РАН, ул. Амундсена, 101. г. Екатеринбург,  620016. Свердловская область. Россия.. Е-mail: *****@***ru

2.Институт технической химии УрО РАН. Ул. Академика Королева, 3. г. Пермь, 614013. Пермский край. Россия. Тел.:[phone]. Е-mail: *****@***ru

Ключевые слова: окисленные никелевые руды, никель, кобальт,  кучное выщелачивание, экстракция, сорбция.

Аннотация

Около 70% мировых запасов никеля содержится в настоящее время в окисленных никелевых рудах. Данный тип руд характеризуется относительно низким, по сравнению с сульфидными медно-никелевыми рудами содержанием никеля. Их переработка методом шахтной плавки  в России находится на грани рентабельности. Из 84 месторождений окисленных никелевых руд с общими  ресурсами  6,9 млн. т. никеля  промышленно разрабатываются лишь 3: Серовское, Орско - Халиловское и Буруктальское.

Руды, содержащие никеля менее 1 масс. % в том числе кондиционные и высокомагнезиальные (Mg - 14-20 масс. %) не перерабатываются ввиду с убыточностью и техническими затруднениями. Вовлечение в переработку указанных руд как минимум в два раза увеличит сырьевую базу  месторождений и решит проблему отвальных техногенных образований.

На данный момент основными способами переработки окисленных никелевых руд являются пирометаллургический и гидрометаллургический способы. Гидрометаллургическим способом в настоящее время перерабатывается 35-40% ОНР главным образом на заводах на Кубе, в Австралии, Китае.

По нашему мнению наиболее перспективным является кучное выщелачивание ОНР с получением растворов и дальнейшей их переработкой с получением никелевых товарных продуктов. Сущность процесса кучного выщелачивания состоит в обработке ОНР водными растворами H2SO4, которая позволяет извлечь из куска руды ценные компоненты (прежде всего никель и кобальт), оставив пустую породу в отвале.

В статье изучены параметры кучного выщелачивания ОНР Серовского месторождения, включающие влияние плотности орошения, концентрации кислоты и паузы между орошениями.  Предложены различные оптимальные режимы выщелачивания на стадиях до 10%, 20-30% и 50% извлечения никеля.

Проведен ренгено-фазовый и химический анализ исходной и выщелоченной руды. При относительно низком расходе кислоты получены безжелезистые растворы, пригодные для дальнейшей переработки экстракционными, сорбционными и гидролитическими способами.

  Введение

На долю окисленных никелевых руд  в России приходится более 9% всех разведанных запасов никеля. Месторождения окисленных никелевых руд (ОНР) расположены преимущественно на территориях Свердловской, Челябинской и Оренбургской областей, где находится группа металлогенических зон Восточного Урала, в которой локализуются никель-кобальтовые месторождения силикатного геолого-промышленного типа[1]. Наиболее крупные из них  Буруктальское (5,5% запасов никеля), Серовское (1,7% запасов) и Орско-Халиловское. Всего на Урале известно 84 месторождения с ресурсами 6,9 млн. т. никеля[2].

Месторождения ОНР характеризуются сложностью состава и полным отсутствием вкраплений никелевых силикатов в кусках руды, что может быть объяснено, прежде всего, механизмом образования ОНР, которые являются продуктами выветривания ультраосновных пород, состоящих в основном из гидросиликатов магния, железа и никеля [3].

Следует также отметить, что в Уральском регионе разведано, но не эксплуатируется в настоящее время множество мелких месторождений с запасами от 10 до 100 тыс. т руды и низким содержанием по никелю (менее 1%). Введение в эксплуатацию данных месторождений позволит в дальнейшем расширить минерально-сырьевую базу никелевых руд не меньше чем в 2 раза, а при переработке забалансовых руд эксплуатируемых месторождений (с содержанием менее 0,5% Ni ) в 3 раза. Забалансовые руды с содержанием никеля менее 0,5% на сегодняшний день не учитываются при прогнозировании ресурсов никеля [4].

На данный момент основными способами переработки окисленных никелевых руд являются пирометаллургический и гидрометаллургический способы. Гидрометаллургическим способом в настоящее время перерабатывается 35-40% ОНР главным образом на заводах на Кубе, в Австралии, Китае.

К преимуществам гидрометаллургии относят, прежде всего, снижение степени загрязнения окружающей среды, улучшение условий труда, возможность автоматизации технологических операций наряду с более низкой энергоемкостью. Все вышеперечисленное обеспечивает гидрометаллургическим процессам широкие перспективы дальнейшего развитиях [1].

В последние десятилетия широкое распространение в мире получили аммиачно-карбонатная схема переработки руды (Nicaro (Куба), Moa Bay (Австралия)), включающая восстановительный обжиг руды с последующим выщелачиванием аммиачно-карбонатным раствором и восстановлением никеля сероводородом, а также кислотная схема (Murrin Murrin, Cawse (Австралия)) , включающая автоклавное выщелачивание руды водным раствором серной кислоты с получением растворов и последующим осаждением никеля и кобальта из них [5].

Ведутся исследования таких способов как биовыщелачивание никеля из руд [6] и извлечение  никеля из растений Alusium Murale [7].

Извлечение никеля из растений Alusium Murale  предполагает обработку собранных в период цветения растений серной кислотой с последующей экстракцией никеля и кобальта из растворов  с помощью CYANEX 272 .

Однако все описанные способы сложные и дорогостоящие. Необходимо найти наиболее дешевый и простой способ извлечения никеля из ОНР.

Из множества известных в промышленности способов переработки ОНР одним из наиболее экологичных и перспективных способов по нашему мнению является кучное выщелачивание. Имитацией процесса кучного выщелачивания является лабораторное перколяционное выщелачивание.

Экспериментальная часть.

Сущность процесса кучного выщелачивания состоит в обработке ОНР водными растворами H2SO4, которая позволяет извлечь из куска руды ценные компоненты (прежде всего никель и кобальт), оставив пустую породу в отвале.

Проведены исследования по перколяционному выщелачиванию ОНР Серовского месторождения. Данный тип руд относится к серпентин-охристо-шамозитовому типу  и характеризуется сложностью и неоднородностью по содержанию никеля и кобальта, а также полным отсутствием вкраплений никелевых силикатов в куске руды [3]. Никель в связи с близостью ионных радиусов,  вероятно  изоморфно замещает магний и железо в антигорите, лизардите и клинохлоре, что делает невозможным обогащение руды (табл.1). В таблицах 2, 3 и 4 представлен химический, гранулометрический и минералогический состав магнезиальной руды, переработка которой затруднена по существующей на Урале технологии сульфидирующей плавки.

Таблица 1- Ионные радиусы.

Элемент	Fe2+	Ni2+	Co2+	Mg2+
Радиус, А	0,75(0,67-Fe3+)	0,78	0,82	0,65

Таблица 2-Химический состав ОНР, мас. %

Ni	Co	Mg	Cu	Al	Si	Feобщ	Mn	S
1,19	0,039	18,9	0,012	3,05	17,39	14,83	0,57	0,13

Таблица 3-Гранулометрический состав проб ОНР

Фракция, мм	Выход, %
−21,5 +10	36,12
-10 +5	20,97
−5 +2	15,67
−2+0	27,24

Таблица 4-Фазовый состав ОНР (масс. %)

Кварц б-SiO2	Гетит FeO	Антигорит  Mg3-x [Si2O5](OH)4-2x	Тальк Mg3Si4O10(OH)2	Тримолит Ca2Mg5Si8O22(OH)2	Клинохлор Mg4,882 Fe0,22Al1,881Si2,96O10(OH)8	Лизардит (Mg, AL)3((Si, Fe)2O5)(OH)4
12,4	1,5	36,1	16,9	6,4	10	16,7

  Фазовый анализ руды установлен на рентгеновском дифрактометре  AXS Bruker.

Выщелачивали в перколяторах руду весом по 7,5 кг в каждом при Т=20-25оС. Изменяли режимы выщелачивания по концентрации H2SO4, объему подаваемых растворов (плотность орошения), по количеству оборотов головных растворов при различных паузах между орошениями (табл.5).

В первой стадии для активной нейтрализации кислотопоглащающих соединений  руду обрабатывали  крепкими растворами H2SO4 с концентрацией (рН=0,5-0,8), при  плотности орошения 140 дм3 раствора на 1 тонну руды (140 см3/кг) и паузе между орошениями 3 суток.

Полученные после орошения растворы подкрепляли до исходной концентрации H2SO4  и направляли вновь на орошение, т. е. в оборот, для повышения содержания никеля. После 28 оборотов при рН=1 растворы содержали г/дм3: 0,850 Ni, 0,042 Co, 8,15 Mg, 9,27 Fe, и  1,150 Mn.

Таблица 5- Данные перколяционного выщелачивания.

№ стадии	Кол-во оборотов	рН начальный	рН конечный	Пауза между орошениями, сут	Концентрация элементов, г/дм3.	Извлечение,%
Ni	Co	Fe	Mg	Mn	Al
1	28	0,5-0,8	1	3	0,850	0,042	9,270	8,150	1,150	1,920
2	3	1	2	3	2,400	0,127	1,930	21,230	3,140	-
3	14	1	3	2	8,000	0,390	0,010	29,800	7,060	5,070
4	3	1	3	3	2,720	0,126	0,011	-	--	-	10
5	10	1	3,21	2	2,260	0,101	0,010	-	2,810	-
6	12	1	2,7	2	1,58	0,046	0,001	13,39	1,6	2,07
7	10	1	3,3	3	2,160	0,090	0,017.	17,100	2,430	4,170	19
8	8	1,5	3,25	3	2,820	0,078;	0,004	11,870	3,510	5,570
9	3	1,5	3	7	1,660	0,063	0,008	14,120	1,960	3,460
10	3	1,5	3	3	1,180	0,141	0,019	-	0,866
11	15	1,5	3	1	0,95	0,018	0,007	2,6	0,95	0,068	30
12	10	1,5	2,5	1	1,3	0,07	0,096	9,27	1,2	5,32
13	25	0,8	2,6	1	2,32	0,098	0,6	13,64	1,58	8,9	45
14	50	1	2,7	1	0,54	0,019	0,01	4,5	0,29	0,68
15-16	10	0,98	2,5	1	0,88	0,03	0,041	7,16	0,45	1,54	55
17-30	30	1	2,7	4	0,95	0,043	0,1	9,9	0,25	2,48	62

Во второй стадии руду выщелачивали при рН=1 при  трех оборотах головных растворов. В растворах содержание никеля повысилось до 2,4 г/дм3, содержание железа уменьшилось до 1,93 г/дм3. Следует заметить, что в таблице 5 указаны наиболее характерные растворы.