Физико-химические основы и способ переработки отвалов аммиачно-карбонатного выщелачивания окисленных никелевых руд тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Баженова, Ольга Валерьевна

• Баженова, Ольга Валерьевна
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Баженова, Ольга Валерьевна

Оглавление

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Аналитический обзор литературы

1.1 Характеристика окисленных никелевых руд (ОНР)

1.2 Современные гидрометаллургические способы переработки ОНР

1.2.1 Аммиачно-карбонатное выщелачивание ОНР (метод Никаро)

1.2.2 Сернокислотное выщелачивание ОНР

1.3 Перспективные гидрометаллургические способы переработки ОНР

1.3.1 Фтораммонийные и хлораммонийные способы переработки ОНР

1.3.2 Биовыщелачивание ОНР

1.3.3 Экстракционные способы извлечения никеля из растворов

1.4 Методы извлечения никеля из отвалов переработки ОНР

1.4.1 Биовыщелачивание

1.4.2 Плавка в электрических печах

1.4.3 Экстракционные и сорбционные способы переработки растворов выщелачивания отвалов

1.5 Анализ состояния мирового рынка никеля

1.6 Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНОГОМАТЕРИАЛА

2.1 Характеристика месторождения Никаро

2.1.1 Промышленные типы руд. Химический и вещественный состав латеритовых РУД

2.1.2 Запасы месторождения

2

!

2.2 Химический состав и объёмная масса отвала аммиачно-карбонатного

выщелачивания ОНР

2.3 Гранулометрический состав отвала

2.4 Минералогический состав пробы отвала

2.5 Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Методика проведения экспериментов

3.1.1 Выщелачивание

3.1.2 Кристаллизация сульфата железа

3.1.3 Осаждение Ре(ОН)3

3.1.4 Осаждение гидроксидов никеля и кобальта

3.1.5 Определение элементов триады железа в твердых продуктах и растворах

3.2 Сернокислотное выщелачивание отвалов

3.2.1 Расход кислоты

3.2.2 Режимы выщелачивания

3.2.3 Кинетика сернокислотного выщелачивания

3.2.4 Влияние измельчения исходного материала

3.2.5 Влияние лимонной кислоты

3.3 Кристаллизация сульфата железа из растворов выщелачивания

3.4 Переработка маточных растворов

3.4.1 Осаждение гидроксидов Бе, Со щёлочью

3.4.2 Осаждение гидроксида железа аммиаком

3.5 Технологическая схема переработки отвалов по сернокислотному способу

3.6 Экономическая оценка технологических схем переработки отвалов

3.7 Выводы по главе 3

3

ГЛАВА 4. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ (ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ) СПОСОБЫ

ПЕРЕРАБОТКИ ОТВАЛОВ ОНР

4.1 Сульфидирующая плавка

4.1.1 Сульфидирование пиритом

4.1.2 Сульфидирование элементарной серой

4.2 Восстановительная плавка

4.3 Алюминотермическое восстановление

4.4 Выводы по главе 4

ГЛАВА 5. ПЕРЕРАБОТКА КОЛУМБИЙСКИХ ОКИСЛЕННЫХ РУД СЕРНОКИСЛОТНЫМ СПОСОБОМ

5.1. Характеристика исходного материала

5.1.1 Химический состав пробы руды

5.1.2. Минеральный состав пробы

5.2 Аппаратурное оформление и методы исследования

5.3 Технологические режимы выщелачивания

5.3.1 Влияние температуры

5.3.2 Влияние концентрации серной кислоты

5.3.3 Влияние соотношения твердого к жидкому (Т:Ж)

5.3.4 Влияние продолжительности

5.4 Отработка схемы двустадийного выщелачивания

5.5 Выводы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Список используемых источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-химические основы и способ переработки отвалов аммиачно-карбонатного выщелачивания окисленных никелевых руд»

ВВЕДЕНИЕ

Возрастающее внимание к защите окружающей среды при переработке минерального сырья, ужесточение природоохранного законодательства, постоянно сокращающаяся сырьевая база вызывают необходимость вовлекать в переработку низкосортные техногенные отходы. Значительную долю таких отходов составляют шлаки, шламы, кеки металлургического производства, содержащие тяжелые металлы. Переработка такого рода сырья способствует наиболее рациональному использованию минерально-сырьевых ресурсов.

В работе приведены результаты исследований по переработке никель-кобальтовых отвалов аммиачно-карбонатного выщелачивания окисленных никелевых руд. Показано, что наиболее эффективным способом переработки такого рода сырья является способ сернокислотного выщелачивания. Способ также был опробован при переработке колумбийских окисленных никелевых руд.

Исследования выполнены при финансовой поддержке:

Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «У.М.Н.И.К.» в 2009-2011 гг.;

гранта Дальневосточного отделения Российской академии наук «Исследование физико-химических особенностей алюминотермического извлечения металлов из металлсодержащих отходов машиностроительных и горнорудных производств» (номер проекта 12-Ш-А-04-015) в 2011-2012 гг.;

гранта аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 гг.) «Физико-химические основы технологий переработки низкосортных вольфрамовых и молибденовых концентратов и никель-кобальтовых кеков» (проект №2.1.2/14111).

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Баженова, Ольга Валерьевна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате анализа научной литературы выявлено, что в настоящее время ведется активное освоение месторождений окисленных никелевых руд. Спрос на металл на мировом рынке остается высоким.

2. Окисленные никелевые руды (латериты) перерабатывают главным образом гидрометаллургическими способами, в основе которых лежит сернокислотное выщелачивание. Основными недостатками существующих гидрометаллургических технологий производства никеля являются высокие потери металла с хвостами выщелачивания. В связи с этим за долгие годы функционирования заводов скопились сотни миллионов тонн отвалов, содержащих в среднем 0,5% никеля. Существующие способы переработки включают дорогостоящие переделы, поэтому не находят широкого применения.

3. В качестве объекта исследования выбраны отвалы аммиачно-карбонатного выщелачивания окисленных никелевых руд. Основными компонентами отвала являются оксиды железа - 64,6%. Кроме того, присутствуют кремнезем, оксид алюминия, оксид магния. Среднее содержание никеля и кобальта 0,40 и 0,12%, соответственно.

4. В интервале температур 20-80°С и интервале концентраций серной кислоты 100-250 г/л изучена кинетика процесса сернокислотного выщелачивания отвалов с переводом элементов триады железа в сульфатный растворов. На начальных стадиях выщелачивания железа реакция проходит в кинетической области - энергия активации процесса составляет 51 кДж/моль, порядок по реагенту равен 0,7. Выщелачивание никеля и кобальта на начальных стадиях лимитирует внутренняя диффузия. Расчётные значения энергий активации составили ~21 кДж/моль для N1 и -14,5 кДж/моль для Со, а порядок процесса по реагенту для обоих элементов равен 1.

5. Установлено, что наилучшими параметрами процесса сернокислотного выщелачивания являются: отношение Т:Ж=1:4, время - 4 часа, скорость перемешивания - 450 об/мин, температура 80°С, расход кислоты (96%-ной) ~ 1 т на 1 т отвалов. Извлечение железа, никеля и кобальта в сульфатный раствор при этих условиях составляет 95,1%, 92,1% и 90,3% соответственно.

6. Обнаружено, что незначительные добавки лимонной кислоты (1-5% от массы отвалов) в процессе сернокислотного выщелачивания положительно влияют на извлечение элементов триады железа в сульфатный раствор, увеличивая извлечение элементов триады железа в среднем на 1-3%.

7. Установлено, что большую часть железа (порядка 70%) из сульфатных растворов можно выделить в составе четырехводной соли сульфата железа. При этом сульфаты никеля и кобальта практически полностью остаются в маточных растворах кристаллизации. Из маточных растворов оставшееся железо можно выделить в составе трехвалентного гидроксида. При осаждении гидроксида железа щёлочью значительная часть никеля и кобальта теряется с осадком гидроксида железа за счёт соосаждения, при осаждении аммиаком - потери никеля и кобальта практически отсутствуют за счет образования хорошо растворимых аммиачных комплексных соединений. Из маточных растворов после осаждения железа можно выделить никель и кобальт либо в составе гидроксидов, либо оксидов.

8. На основании полученных экспериментальных данных предложены две технологические схемы переработки отвалов аммиачно-карбонатного выщелачивания и рассчитан примерный экономический эффект от их внедрения.

9. Опробованы пирометаллургические способы переработки отвалов: сульфидирующая плавка (с пиритом и элементарной серой в качестве сульфидизаторов) с получением никелевого штейна и способ алюминотермического восстановления с получением металлического слитка, легированного никелем, ванадием и хромом. В результате сульфидирующей плавки степень извлечения никеля в штейн составила 76%, при алюминотермическом восстановлении удалось получить металлический слиток, содержащий 0,8% № при степени его извлечения 85%. Использование пирометаллургических методов переработки отвального сырья экономически неэффективного вследствие высоких затрат электроэнергии и невысоким извлечением никеля.

10. Опробован способ сернокислотного выщелачивания применительно к Колумбийской руде, состоящей преимущественно из оксида железа (73,2%) и оксида алюминия (8,4%). Содержание никеля в руде составляет 1,4%, хрома и кобальта - 0,62% и 0,15% соответственно.

11. Предложена технологическая схема переработки Колумбийской руды, включающая двустадийное выщелачивание руды серной кислотой при температуре 90°С, начальной концентрации серной кислоты 200-240 г/л, соотношении твёрдого к жидкому 1:4,продолжительности - 3 ч. Извлечение никеля при реализации этой схемы составиляет 80%. Увеличить степень извлечения никеля в сульфатный раствор возможно за счет увеличения продолжительности выщелачивания, а также совмещения выщелачивания с сорбцией никеля из пульпы, исключающей операцию фильтрации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Баженова, Ольга Валерьевна, 2013 год

Список используемых источников

1. Резник И.Д., Соболь С.И., Худяков В.М. Никель. Т.З. - М.:

Машиностроение, 1995. - 470 с.

2. Запольский А.К., Баран A.A. Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды. Л.: Химия, 1987, с. 48-79.

3. Carón М.Н. //J. of Metals. 1950. Vol. 151. P. 67-90.

4. Некрасов Б.В. Курс общей химии. - М.: Госхимиздат, 1962. - 974 с.

5. Zubryckyi N. Preferential sulfation ion nickel and cobalt in lateritic ores// Journal of metals. 1965. May. P.478-486

6. ГРНТИ 530191 Переработка шлаковых никельсодержащих отвалов //Зарегистрировано: 27.11.2003 г.

7. Ларионов B.C. Разработка и внедрение процесса комплексной переработки отвалов металлургических шлаков с целью извлечения металлических компонентов и получения строительных материалов // Автореф. дис. кан-та тех. наук.-М., 2001 -44 с.

8. Пат. 2117708RU С22В7/04, С21С5/54 Способ переработки отвальных металлургических шлаков/ Борин Б.Ф. (RU); Галкин М.П. (RU); Игнатов H.H. (RU); Ларионов B.C. (RU); Небольсин В.А. (RU); Степанов A.B. (RU)

9. Пат.2408739Яи, С22В7/00, С22В5/04 Способ переработки шламов гальванических производств/ Юдаков A.A. (RU), Чириков А.Ю. (RU), Рева В.П. (RU), Белый A.O.(RU), Институт химии ДВО РАН (RU), ООО «НПО Эколог» (RU)

10. naT.2419659RU, С22В5/04, F27B17/00 Аппарат для металлотермического восстановления шламов гальванических производств/ Юдаков A.A. (RU), Чириков А.Ю. (RU), Рева В.П. (RU), Институт химии ДВО РАН (RU), ООО «НПО Эколог» (RU)

11. Чириков А.Ю., Рева В.П., Юдаков A.A. Утилизация гальваношламов методом алюмотермии - Вестник ДВО РАН, 2010, №5, с. 56 - 60.

12. Г.М. Вольдман, А.Н. Зеликман Теория гидрометаллургических процессов - М.: Металлургия, 1993 - с. 68-76, 80-89, 91-115.

13. A.C. Медведев Выщелачивание и способы его интенсификации - М.: МИСиС, 2005 - с. 27-47.

14. Ермилов П.И., Индейкин Е.А., Толмачев И. А. Пигменты и пигментированные лакокрасочные материалы: Учебное пособие для вузов. — JL: Химия, 1987. —240 с.

15. Позин М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот), ч.1, изд. 4-е, испр. - Л.: Химия, 1974. -792 с. (с. 694-703).

16. В.А. Рабинович, З.Я. Хавин Краткий химический справочник, изд. 3-е испр. - Л.: Химия, 1991, стр. 300-304

17. И.М. Вассерман Химическое осаждение из растворов: Л. «Химия» 1980,

стр.137

18. Николаев Г.И., Немец A.M. Атомно-абсорбционная спектроскопия в исследовании испарения металлов, М., 1982

19. Nickel Study Group [Электронный ресурс]: The Market for Nickel International. URL: http://www.insg.org/reports.aspx (дата обращения 25.06.2012)

20. Мировая экономика [Электронный ресурс]: Мировой рынок никеля: добыча, производство и потребление. URL: http://www.ereport.ru/articles/commod/nickel.htm (дата обращения 29.06.2012)

21. London Metal Exchange [Электронный ресурс]: LME Nickel. URL: http ://www. lme. com/nickel .asp (дата обращения 02.07.2012)

22. Б.О. Дуйсебаев, М.П. Копбаева, A.C. Мукушева, E.H. Панова, К.Д. Полиновский, A.C. Сарсенбаева Разработка технологии комплексной переработки никелевой руды с использованием фторирующих агентов - Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2011, №7, с. 144-149

34. Каравайко Г.И. Биогеотехнология металлов. Практическое руководство: М.: Центр международных проектов ГКНТ, 1989, 188 с.

35. Н.А. Григорьева, И.Ю. Флейтлих, Г.Л. Пашков, Н.И. Павленко, Л.К. Никифорова, М.А. Плешков Экстракция никеля и кобальта из сернокислыхрастворов бис(2,4,4-триметилпентил)дитиофосфиновой кислотой: Материалы I международного конгресса «Цветные металлы Сибири-2009, 2009, с. 432-437.

36. Г.Л. Пашков, И.Ю. Флейтлих, Н.А. Григорьева, Л.К. Никифорова

Экстракция никеля из сульфатных растворов выщелачивания окисленных никелевых руд смесями монокарбоновых кислот и LIX 54: Химическая технология, 2008, №9, с. 442-447

37. Пат. 2359048RU, С22В23/00, С22ВЗ/40 Способ коллективного извлечения никеля и кобальта из сульфатных растворов, содержащих кальций, магний и марганец/ Г.Л. Пашков (RU), И.Ю. Флейтлих (RU), Н.А. Григорьева (RU), Л.К. Никифорова (RU), М.А. Плешков (RU), Я.М. Шнеерсон (RU), ООО «Институт Гипроникель» (RU)

38. И. Ю. Флейтлих, Г. Л. Пашков, Н. А. Григорьева, Л. К. Никифорова Экстракция кобальта и никеля из растворов выщелачивания окисленных никелевых руд: Цветные металлы, 2007, №6, с.41-43

39. Coto, О. ,Galizia, F., Hernandez, I., Marrero, J., Donati, E. Cobalt and nickel recoveries from laterite tailings by organic and inorganic bio-acids: Hydrometallurgy, 2008, Vol. 94, Issue 1-4, p. 18-22

40. Salo-Zieman V.L.A., Kinnunen, P.H.-M., Puhakka, J.A. Bioleaching of acid-consuming low-grade nickel ore with elemental sulfur addition and subsequent acid generation: Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 2006, Vol. 81, Issue 1, p. 34-40

41. Абуов М.Г., Едильбаев А.И. Извлечение никеля из окисленных никелевых руд методом гидрохлорирования: Известия вузов: Цветная металлургия, 2008, №8, с. 23-27

42. Инновации бизнесу [Электронный ресурс]: Переработка шлаковых

никельсодержащих отвалов. URL: http://www.ideasandmoney.rU/Ntrr/Details/l 175&

\\

(дата обращения 02.07.2012)

43. Пат. 2230806RU, С22В7/04 Способ переработки никельсодержащих конвертерных шлаков никелевых комбинатов/ A.B. Фомин (RU), H.JI. Гельфанд (RU), В.В. Ярин (RU), A.B. Рыбкин (RU)

44. Tzevelekou T.V., Geck H.G., Van Hüllen, P., Höfer, F., Papamantellos, D.C. Direct smelting of metallurgical dusts and ore fines in a 125tDC-HEP furnace: Steel Research International, 2004, Vol. 75, Issue 6, p. 382-391

45. Ермаков И. Г. Исследование, разработка и внедрение технологии электроплавки техногенного никельсодержащего сырья: Автореф. ... дис. к-та техн. наук. - Санкт-Петербург, 2005. - 25 с.

46. ПавлюкД.А. Совершенствование технологии плавки кеков огарков никелевых и медных шламов в металлургическом цехе медного завода ГМК «Норильский никель»: Записки Горного института, 2007, №169, с. 167-169

47. Окорочкова Е.А. Комплексная переработка отвальных шлаков комбината «Печенеганикель»: СЕВЕР промышленный, 2008, №№ 1-2

48. Пат. 12393250RU, С22В23/00, С22ВЗ/06 Способ переработки окисленной никель-, кобальт-, железо-, магнийсодержащей руды/ Ю.В. Нестеров (RU), A.B. Канцель (RU), A.A. Канцель (RU), В.А. Канцель (RU), A.A. Летюшов (RU), Е.Г. Лихникевич (RU), Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕГРА РУ" (RU)

49. Nicol, M.J. , Zainol, Z. The development of a resin-in-pulp process for the recovery of nickel and cobalt from laterite leach slurries: International Journal of Mineral Processing, 2003, Vol. 72, Issue 1-4, p. 407-415

50. Пат. 2006/000169RU, C22B23/00; C22B3/08; C22B3/24; C22B23/00; C22B3/00 Способ переработки окисленных никелевых руд/ В.А. Синергибов (RU), В.Ю. Кольцов (RU), И.А. Логвиненко (RU), ООО «Геовест»

51. Пат. 2293844RU, Е21В43/28 Способ подземного выщелачивания руд

цветных металлов/ С.Л. Орлов (RU), Д.Б. Басков (RU)

128

52. РусМет [Электронный ресурс]: Прогноз рынка никеля в 2013 г.. URL: http://www.rusmet.ru/news.php?act=show news item&id=61217 (дата обращения 01.12.2012)

53. Карта мира [Электронный ресурс]: Карта о. Куба, провинция Никаро. URL: http://www.google.com/earth/index.html (дата обращения 02.08.2012)

54. S.K. Behera, P.P. Panda, S. Singh, N. Pradhan, L.B. Sukla, B.K. Mishra Study on reaction mechanism of bioleaching of nickel and cobalt from lateritic chromite overburdens: International Biodeterioration & Biodegradation, 2011, Vol. 65, pp. 10351042

55. Тодоров C.A., Медведев A.C., Лайнер Ю.А. Утилизация низкоконцентрированных растворов с использованием метода электродиализа: «Известия ВУЗов: цветная металлургия», 2004, №3, стр. 37-40

56. Тодоров С.А. Исследование и разработка метода электродиализа для разложения и концентрирования алюминатных растворов: Автореф. ...дисс. к-та техн. наук. - Москва, 2007. - 26 с.

57. Китай А. Г., Брюквин В. А., Дьяченко В. Т., Больших А. О., Корнеев В. А. Физико-химические исследования основных закономерностей гидролиза сульфата железа (III) в гидротермальных условиях: Цветные металлы, 2011, №8

58. Энциклопедия Внкипедия [Электронный ресурс]: Сульфат натрия, URL:http://ru.wikipedia.org/wiki/%D1%F3%EB%FC%F4%E0%F2 %ED%E0%F2%F0 %E8%FF#.D0.9F.D1.80.D0.B8.D0.BC.D0.B5.D0.BD.D0.B5.D0.BD.D0.B8.D0.B5 (дата обращения 12.09.2012)

59. Энциклопедия Внкипедия [Электронный ресурс]: Сульфат натрия, URL:http://ru.wikipedia.org/wiki/%D 1 %F3%EB%FC%F4%E0%F2 %E0%EC%EC%EE %ED%E8%FF (дата обращения 12.09.2012)