Комплексная переработка никелевой руды Серовского месторождения в неорганические продукты тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.01, кандидат наук Молодых, Александр Станиславович

• Молодых, Александр Станиславович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Молодых, Александр Станиславович

ионов Fe

Выводы

5. Термическое разложение конечного продукта переработки никелевой руды

5.1. Идентификация конечного продукта

5.2. Термическое разложение М£(№03)2-6Н20 на воздухе

5.3 Кинетический анализ

5.3.1 Описание метода АСТМ

5.4 Термический гидролиз Mg(NO3)2•6H20

5.5 Апробация термогидролиза М§ (№03)2-6Н20 в статических условиях

Выводы

6. Технологическая схема переработки никелевой руды Серовского

месторождения. Технико-экономическое обоснование

6.1. Принципиальная и технологическая схема

6.2 Материальный баланс

6.3 Расчет рентабельности и срока окупаемости проекта переработки

никелевой руды Серовского месторождения

Заключение

Список литературы

Приложение 1

Приложение 2

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплексная переработка никелевой руды Серовского месторождения в неорганические продукты»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Ресурсная база уральских предприятий достаточно велика, но содержание никеля в рудах крайне низкое - менее 1%. Используемая технологическая схема их передела (шахтная плавка) устарела. Мощности никелевых заводов используются менее чем наполовину. Отрасль на данный момент несет убытки из-за нестабильности цены на никель на лондонской бирже [1, 2].

Остановка градообразующих предприятий - ОАО «Режникель» и ОАО «Уфалейникель», заявленная владельцами Промышленно-металлургического холдинга будет означать полную ликвидацию производства никеля на Урале, что негативно отразится на социально-экономической обстановке. Предприятия данной отрасли должны работать, перестроив свою технологическую составляющую с учетом новых малоотходных технологий [3, 4]. Одним из таких направлений является комплексная переработка никелевых руд с получением различных неорганических продуктов. В частности, можно получить оксиды никеля, железа, кремния и магния высокой чистоты, а также нитраты магния. Нитраты востребованы в производстве минеральных удобрений, оксид магния - в металлургии. Следовательно, изучение комплексной переработки никелевой руды является актуальным [3, 5, 6].

Степень разработанности темы исследования. В настоящее время большое внимание уделяют комплексной переработке минералов, так как они относятся к невосполнимому сырью. Однако при разработке технологии в каждом отдельном случае появляются свои особенности.

Известные гидрохимические способы переработки никелевых руд требуют реализации процессов, протекающих при высоком давлении и температуре, и зачастую не обеспечивают требуемого качества продукции.

Целью работы является разработка технологии комплексной переработки никелевой руды Серовского месторождения (Свердловская область) в неорганические продукты: кремнезем, оксид магния, концентраты

оксидов никеля и железа (III).

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Определение химического и фазового состава никелевой руды Серовского месторождения;

2. Исследование процесса вскрытия сырья азотной кислотой и определение оптимальных условий, при которых обеспечивается наиболее полное извлечение основных компонентов руды;

3. Разработка способа выделения компонентов, содержащихся в кислом растворе выщелачивания;

4 Изучение условий термического гидролиза шестиводного нитрата магния с целью получения оксида магния и регенерации азотной кислоты.

Методы и методология исследования. При решении поставленных задач в работе использованы теоретические обобщения современных знаний о методах переработки окисленных никелевых руд, как в России, так и за рубежом. Исследования проводили с применением лабораторного моделирования. Анализ на основные компоненты осуществляли при помощи титриметрических методов. В исследовании использовался также комплекс физико-химических методов анализа: фотоколориметрический, термогравиметрический (дифференциально сканирующий калориметр STA 449 F3 Jupiter Netzsch-Geratebau GmbH по методике DIN 51004:1994), рентгенофазовый (автоматический рентгеновский дифрактометр STADI-Рфирмы STOE, Германия), ИК-спектроскопический (ИК-Фурье спектрометр Bruker Alpha, Германия), атомно-эмиссионной спектрометрии («Optima 4300 DV» PerkinElmer, США), электронной микроскопии (сканирующий электронный микроскоп VEGA 3 SBTescan, Чехия).

Научная новизна работы. Определены оптимальные условия выщелачивания никелевой руды Серовского месторождения: продолжительность процесса - 2,5-3 часа; концентрация азотной кислоты -30-40%-ной, взятой в количестве 90-100% от стехиометрии. При этом

достигается степень извлечения (масс. %): Ni2+ - 97-97,6; Fe3+ - 74-78; Mg2+ - 92-96,5.

Найден эффективный щелочной осадитель - суспензия оксида магния в растворе нитрата магния.

3~ь 9+

Разработан способ дробного разделения ионов Fe и Ni в кислом нитратном растворе, основанный на различных значениях рН осаждения их гидроксидов (гидроксид железа (III) выделяют при рН = 3,5-4, гидроксид никеля (II) - рН = 7-8).

Определены оптимальные параметры термогидролиза шестиводного нитрата магния в статических условиях с получением оксида магния: наличие перегретого водяного пара, температура не менее 460°С, продолжительность процесса - 25-40 минут. Степень регенерации азотной кислоты составляет не менее 96%.

Практическая ценность. Предложена технологическая схема комплексной переработки никелевой руды Серовского месторождения. Получены концентраты оксида никеля (содержание NiO 39,37%) и железа (III) (Fe2O3 - 85,9%), а также кремнезем (SiO2 - 88%) и оксид магния (MgO -99,8%).

Способ переработки никелевой руды защищен патентом Российской Федерации №2532871. Полученный по данной технологии кремнезем можно подвергнуть дополнительной переработке по патенту Российской Федерации №2593861 с целью получения высокодисперсного диоксида кремния.

Достоверность и обоснованность результатов обеспечена использованием современных методов и аттестованных приборов для получения и обработки информации, результаты исследования сопоставимы с данными отечественных и зарубежных исследователей, результаты подтверждены и оценены дипломами в различных научных конкурсах и обсуждались на конференциях со специалистами, полученные результаты исследований опубликованы в научных статьях, в том числе включенных в списки ВАКа.

На защиту выносятся следующие результаты:

- данные химического, фазового анализов состава окисленной никелевой руды Серовского месторождения;

- условия процесса азотнокислого вскрытия сырья;

- основные параметры выделения концентратов оксидов железа (III) и никеля;

- результаты изучения регенерации азотной кислоты путем термического гидролиза конечного продукта;

- принципиальная и технологическая схемы азотнокислой переработки никелевой руды с получением концентратов оксидов никеля и железа (III), кремнезема, оксида магния и регенерацией азотной кислоты.

Личный вклад автора заключается в подготовке литературного обзора, а также в постановке и проведении экспериментов, выполнении теоретического анализа и расчетов, обсуждении и интерпретации полученных результатов исследований, разработке технологии, технологических схем, расчете экономической эффективности предлагаемой технологии переработки никелевой руды Серовского месторождения.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и региональных конференциях и совещаниях, в том числе на XVI Уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники ГОУ УГТУ-УПИ, Екатеринбург 2009; XIX Российской молодежной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» ГОУ ВПО УрГУ, Екатеринбург 2009; XXIX Российской школе «Наука и технологии» МСНТ, Миасс 2009; международной заочной конференции «Актуальные вопросы современной техники и технологий», Липецк 2010, научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение, Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», Екатеринбург, 2013 и 2014.

Работа отмечена дипломом на всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области химических наук и наук о материалов в рамках Всероссийского фестиваля науки.

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 16 печатных работах: 7 статьей в журналах, 3 из которых рекомендованы ВАК для публикации основных научных результатов диссертации, 1 статья в сборнике Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ, 6 тезисов докладов и получены 2 патента Российской Федерации на изобретения.

Работа выполнена на кафедре общей химии ГОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России имени Б.Н. Ельцина».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения; изложена на 118 страницах, содержит 38 рисунков, 16 таблиц, список литературы из 86.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ НИКЕЛЕВЫХ РУД 1.1 ОСОБЕННОСТИ ПИРО- И ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ РУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Для получения никелевых концентратов из всех видов рудного сырья используют как пиро-, так и гидрометаллургические процессы. Применяемые в настоящее время при производстве никелевых концентратов технологические схемы построены преимущественно на сочетании пирометаллургических и гидрометаллургических методов. Пирометаллургические методы характеризуются [6,7]:

• высокотемпературными условиями, обеспечивающими быстрое протекание процессов;

• значительными удельными капитальными затратами и высоким расходом топлива или электроэнергии;

• низкой комплексностью использования минеральных ресурсов, так как при плавке этих руд выход шлаков составляет более 75 % от массы загружаемой руды;

• выбросами в атмосферу больших количеств токсичных газов и аэрозолей.

Гидрометаллургическая технология производства обеспечивает:

• осуществление процессов при более низких температурах, что позволяют экономить энергоресурсы;

• комплексное использование (в том числе бедного) сырья и извлечение из него ценных компонентов, находящихся в незначительных количествах;

• высокую степень селективности вскрытия сырья;

• получения чистых и особо чистых неорганических веществ непосредственно из растворов после выщелачивания;

• малую степень коррозии гидрометаллургической аппаратуры по сравнению с футеровкой пирометаллургических агрегатов.

Ввиду указанных преимуществ наблюдается неуклонное расширение масштабов и областей применения этих процессов в производстве неорганических соединений.

В настоящее время гидрометаллургические способы с использованием сернокислых, аммиачных и солянокислых растворов применяют для переработки никелевых руд, никелевых сульфидных концентратов, пирротиновых концентратов, сульфидных полупродуктов (штейнов, файнштейнов и др.) [4, 7-9].

Выщелачивание проводят как при атмосферном, так и повышенном давлении. Высокое давление в свою очередь позволяет вести процесс при более высоких температурах (автоклавные процессы), что значительно ускоряет химические реакции и повышает полноту их протекания [2]. Современные направления развития гидрометаллургии:

• разработка способов комплексной переработки полиметаллического сырья;

• применение механических и химических методов активации минералов;

• изучение условий применения реагентов для выщелачивания (серная кислота, аммиак, щелочь);

• разработка процессов с использованием более эффективных реагентов, таких как азотная и соляная кислоты и соли (цианиды, хроматы), тиомочевина, а также органические вещества;

• улучшение автоклавных, сорбционно-экстракционных, электрохимических, флотационно-гидрометаллургических и других комбинированных процессов;

• совершенствование процессов разделения фаз.

1.2 СЕРНОКИСЛОТНЫЕ АВТОКЛАВНЫЕ ПРОЦЕССЫ РАЗЛОЖЕНИЯ РУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

В ходе реакций, происходящих при сернокислотном вскрытии сырья, происходит переход ряда компонентов в раствор в ионной форме. Оксидные соединения никеля, кобальта, магния и др. металлов растворяются в соответствии с уравнением:

МеО + 2И2БО4^Ме2+ + 2ШО4- + Н2О (1.1) В условиях автоклавного выщелачивания до 85 % М§ переходит в раствор; содержание сульфата магния в нем, в зависимости от состава руды,

-5

достигает 0,4-0,6 моль/дм . Никель, связанный с магнийсодержащими минералами, растворяется в первую очередь и гораздо полнее, чем из железосодержащих минералов [10].

В составе никельсодержащего сырья железо присутствует в виде гетита (БеООИ) и при сернокислотном автоклавном выщелачивании происходит его перекристаллизация:

2 БеООИ ^ Бе2О3 + Н2О (1.2) Эта реакция даже при температуре 272°С протекает с заметной скоростью только в присутствии серной кислоты, что свидетельствует о ее стадийности.

Сначала растворяется гетит:

2 БеООИ + 3 И2БО4 ^ 2 Бе3+ + 3 БО42- + 4 Н2О (1.3), а затем происходит гидролиз с образованием гематита:

2 Бе3+ + 3 И2О^Бе2О3 + 6 И+ (1.4) Содержащийся в сырье гиббсит А1(ОН)3, сначала преобразуется в бемит, а затем кристаллизуется фаза состава (1.6):

2 А1ООИ + 3 И2БО4 ^ 2 А13+ + 3 БО42-+4 И2О (1.5) 3 А13+ + 2БО42-+12 И2О ^ Н3ОА13(БО4)2(ОИ)3 + 18 И+ (1.6) Марганец присутствует в латеритовых рудах (асболане) в степени окисления +4. Мп (IV) восстанавливается железом (II), переходящим в

раствор, например, из сидерита БеСО3, и ионом хрома (III), образовавшимся в результате растворения хромсодержащих минералов:

3МпО2 + 2Сг3+ + 2Н2О ^ 3Мд2+ + 2НСГО4" + 2Н+ (1.7) Кинетика процесса может быть проиллюстрирована результатами лабораторных опытов по выщелачиванию лимонитовой руды (Индонезия), содержащей (масс. %): МО - 1,52; СоО- 0,19; БеО - 61,92; МпО2 - 1,73; Сг2О3 - 2,48; MgО - 0,95; А12О3 - 3,78; БЮ2 - 6,63 и др. При выщелачивании при температуре 240°С, содержание твердой фазы в пульпе составили 29 %, расход И^О4 - 18 % масс. от сухого веса руды. Переход в раствор ионов Ni, Co и Mg продолжается в течение 90 минут; выделение ионов марганца в раствор завершается за 20 мин. Содержание в растворе А1, Сг и Si увеличивается в первые 20 минут, а затем несколько уменьшается. Наибольшая концентрация железа зафиксирована через 2-3 минуты

-5

выщелачивания (1,72 г/дм ), а затем она непрерывно уменьшается в течение

-5

всего процесса, и достигает (0,13 г/дм ) через 60 минут [10, 11].

Никелевая руда Буруктальского месторождения (Урал, Россия) [22], содержит (масс. %): МО - 1,28, СоО - 0,2, БеО - 37,0, МпО2 - 0,63, Сг2О3 -2,09, MgО - 3,1, А12О3 - 4,8 и - 34,9. Основными фазами являются кварц и магемит, а также гетит и серпентин, содержание которых невелико.

Из-за высокого содержания в исходной руде трудно вскрываемого магемита можно предположить, что невысокое извлечение никеля связано с первичными потерями. Рентгенографический анализ показывает, что остаток выщелачивания состоит из кварца, гематита и небольшого количества алунита, при этом наличие исходного магемита не обнаруживается.

Для обеспечения высокого извлечения никеля и кобальта необходимо иметь в конечных растворах некоторое количество «свободной» кислоты.

Выщелачивание сапролитовых руд, содержащих (масс. %) МО - 2,35, FeО- 20,51, MgО - 20,92, А12О3 - 3,06, - 36,38, требует относительно невысоких температур 177 - 227°С. Лимонитовые руды содержат (масс. %): МО 1,08-1,93; FeО 54,14-66,04; MgО 0,55-2,17; А12О3 3,69-9,5; 1,71-

9,46. Эти руды более упорны, и для высвобождения никеля, содержащегося в кристаллической решетке гетита, требуются температуры выше 242°C. Изменение содержания твердой фазы в пульпе в интервале 25-40 % не оказывает существенного влияния на скорость выщелачивания Ni и Со, но растворение примесных элементов зависит от этого фактора. Выбор соотношения жидкой и твердой фаз при выщелачивании определяется сгущаемостью исходной рудной пульпы, объемом автоклавов, реологическими свойствами суспензий, способом (прямой или косвенный) нагрева пульпы [11].

Процесс автоклавного сернокислотного выщелачивания окисленных никелевых руд неизбежно сопровождается образованием внутри поверхностных отложений - костры [12, 13].

Образование «костры» обусловлено высокотемпературным гидролизом сульфатов. В результате гидролиза сульфата Fe (III) образуется гематит:

Fe2(S04)3 + ЗН2О ^ Fe203 + 3H2SO4 (1.8)

В присутствии хлорид-ионов происходит гидролиз Fe2(SO4)3 и Al2(SÜ4)3:

3X2(S04)3 + 2NaCl+12 Н2О ^ 2NaX3(S04)2(ÜH)6+2HCl + 5H2S04 (1.9), где X - Fe3+ или Al3+.

Кремний осаждается в аморфной или кристаллической форме nSi(OH)4 = (Si02)n + 2nH20 (1.10).

Толщина слоя достигает 1-10 см, этому способствует недостаточная интенсивность перемешивания. Его периодически удаляют механическим путем, что вызывает простои, достигающие 15 % календарного времени. Выход костры составляет 28-33 % от массы руды. Более 99 % ее отлагается на частичках руды, что, обуславливает дополнительные диффузионные торможения при выщелачивании [13].

Метод высокотемпературного автоклавного сернокислотного выщелачивания (HPAL) применялся на заводе Моа (Куба) [10, 11, 14].

Выщелачиванию подвергали лимонитовую руду, содержащую (масс. %) N10 1,65-1,69; СоО 0,16-0,17; БеО 59,73-60,63; Сг2Оз 3,36-3,48; ЗЮ2 2,5; М§О ~ 1,66; А1203 8,13-9,45; МпО 1,15-0,8 и некоторые другие примеси в незначительных количествах. Основные минералы руды (масс. %): гетит (Бе2ОуН2О) 70,3-75; гиббсит (А1203-3Н20) 10; серпентин (3М§Э^3БЮ2-2Н20) 2,5; кварц (8102) 2,5.

Рудную пульпу, содержащую 45 % твердой фазы, подогревают в нагревательных колоннах острым паром, и выщелачивают в цепочке из 4-х паролифтных автоклавов. Обработку ведут при температуре 240-250°С и давлении ~ 4,0 МПа. Необходимую серную кислоту (концентрацией 98 %) в количестве ~ 240 кг/т руды подают в первый автоклав. Перемешивание осуществляют острым паром. Время выщелачивания от 1,5 до 2 часов, при этом в раствор переходит более 95% никеля и кобальта, а железо и алюминий практически полностью остаются в твердом остатке. Пульпу после выщелачивания охлаждают и подают в систему промывки. Остаточное содержание оксидов цветных металлов в твердом веществе после шести стадий противоточной отмывки составляет ~ 0,08% оксида никеля и ~ 0,01 % оксида кобальта. Конечное извлечение металлов из руды около 90 %. Раствор первой стадии промывки для доочистки от примесей железа, алюминия и хрома нейтрализуют известняком (коралловой пульпой) до рН ~ 2,5. Из нейтрализованного раствора выделяют смешанный никель-кобальтовый сульфид. Операцию осаждения осуществляют при температуре 120-135°С газообразным сероводородом под давлением ~ 1,0 МПа. В качестве затравки на этой операции используют часть рециркулируемого осадка сульфидов. Количество затравки 2:1 по отношению к количеству свежеобразованного осадка, в который переходит 99 % никеля и 98 % кобальта. Сульфидный концентрат, содержащий 55-60 % N1 и 5-6 % Со, является товарной продукцией завода.

Основные проблемы технологии завода Моа Бей связаны с высоким содержанием оксида магния в рудах, следовательно, с большим расходом серной кислоты.

Для усовершенствования технологии завода Моа Бей проведен ряд исследований [10, 14].

Установлено:

1. Высокие уровни извлечения никеля и кобальта - 93-98 % и 90 % соответственно, при автоклавном вскрытии в сернокислом растворе, содержащем 170 г/л М§БО4, свидетельствуют о том, что кристаллизующийся при выщелачивании М§БО4-Н2О не приводит к изоляции частиц руды от серной кислоты. При охлаждении раствора растворимость магниевой соли увеличивается до первоначального уровня и после осаждения никеля и кобальта основная часть раствора возвращается на выщелачивание. Остальную часть упаривают, кристаллизуют М§БО4-Н2О и обжигают полученную соль для регенерации М§О и И2БО4. Продуктами технологии, помимо солей никеля и кобальта являются М§О и М§БО4-Н2О. Варианты описанной технологии, разработанные Белградским технологическим институтом и фирмой «АМАХ» (США) [11], прошли проверку в полупромышленном масштабе.

2. Отделение наиболее богатой магнием серпентиновой фракции руды и обжиг латеритовой фракции в окислительной атмосфере при 700 - 720°С в присутствии элементной серы существенно уменьшает расход серной кислоты при автоклавном выщелачивании; часть М§О высвобождается, а оксид кремния становится инертным. Некоторое количество огарка используют для нейтрализации остаточной кислотности раствора автоклавного выщелачивания латеритовой фракции, остальной огарок и остаток от нейтрализации добавляют к исходной латеритовой пульпе, направляемой на высокотемпературное автоклавное выщелачивание в режиме завода Моа. Эта технология, разработанная для переработки руд Новой Каледонии фирмами АМАХ (США) и БЯОМ (Франция), прошла

полупромышленную проверку. В дальнейшем схема была усовершенствована институтом Гинцветмет [11].

3. Замена серной кислоты элементной серой, сероводородом добавляемыми на предваряющую автоклавное выщелачивание операцию, называемую сульфидированием, проводится в автоклавах при температуре 227-237°С и давлении 2,6-3,4 МПа, а в случае использования сероводорода при 137-187°С и 1,4 МПа. Руду после сульфидирования окисляют в автоклаве при температуре 197°С и парциальном давлении воздуха 1,4 МПа в течение 2 часов. Извлечение никеля и кобальта составляет 85-95%. Разработкой этих технологий занимались фирмы ИНКО, Chemical Construction Corp и институт Гинцветмет [11].

4. Вместо серной кислоты в процессе автоклавного выщелачивания используют пирит. Процесс ведут в атмосфере кислорода при парциальном давлении, 0,2-1,0 МПа и температуре 217-247°С. Этот метод [11] позволяет перерабатывать руды с повышенным содержанием оксида магния (12-14%). Однако в данном случае требуется увеличение количества автоклавов пропорционально увеличению массы загрузки.

5. Для снижения потерь никеля и кобальта, сорбирующихся на осадке гидроксида железа при его осаждении предложена [15, 16] промывка осадка аммиачным раствором с целью перевода никеля и кобальта в раствор и последующим осаждением их сульфидом натрия.

Несмотря на интенсивные поиски рациональной технологии переработки окисленных никелевых руд с высоким содержанием оксида магния, ни одно из изложенных выше направлений реализовано не было. Это связано с большим расходом серной кислоты, значительными эксплуатационными и капитальными затратами на осаждение никеля и кобальта из раствора автоклавного выщелачивания руды и на переработку сульфидного никелевого концентрата [14].

В конце 1998 года началось освоение технологии переработки окисленных никелевых руд с применением сернокислотного автоклавного

выщелачивания на трех новых заводах Западной Австралии: Murrin Murrin, Bulong и Cawse [17-19]. Переработке подвергали низкокачественную латеритовую руду (масс. %): Ni - 0,7-1,07; Со - 0,04-0,09.

Технологическая схема завода Murrin Murrin [10, 11] включает процесс сероводородного осаждения никеля и кобальта из растворов выщелачивания. Однако сульфидный концентрат не являлся товарной продукцией, а перерабатывался на месте с получением товарных порошков Ni и Co.

Основное отличие технологий заводов Murrin Murrin и Моа связано с составом руды. Сырье, перерабатываемое на австралийском заводе, содержит в 4-5 раз больше оксидов магния и алюминия. В связи с этим выщелачивание проводится при более высоких температурах и большем расходе серной кислоты (400 кг/т руды вместо 230-255 кг/т на заводе Моа).

Сульфидный никель-кобальтовый концентрат перерабатывают на заводе в Port Nickel (США, штат Луизиана) по следующей схеме:

1) автоклавное окислительное выщелачивание;

2) введение в раствор аммиака с целью перевода металлов в аммиачно-сульфатные комплексы;

3) очистка раствора от примесей (железа, марганца, меди и цинка);

4) восстановление никеля в автоклавах водородом с получением никелевого порошка;

5) осаждение сульфидного кобальтового концентрата и последующее производство из него автоклавного кобальтового порошка [11, 18].

Сульфидно-никелевый концентрат на заводах Урала подвергают окислительному обжигу, восстановительной электроплавке с отливкой анода, а затем электролитическому рафинированию.

Кобальтовый кек, получаемый при очистке никелевого анолита, перерабатывают с получением металлического кобальта по технологии, применяемой на российских никелевых комбинатах [11, 18].

В настоящее время сульфидный концентрат перерабатывают на канадском заводе в Fort Saskatchewan компании Sherritt International по усовершенствованной технологии аммиачно-сульфатного автоклавного выщелачивания с получением автоклавных порошков никеля и кобальта.

Технология завода CAWSE [10, 11, 18] заключается в дроблении руды в три стадии, измельчении в замкнутом цикле с классификатором до 80% -74 мкм. Сгущенная пульпа с содержанием 31-35 % твердого вещества из расходной емкости закачивается в трубчатые подогреватели, куда подают оборотный пар из самоиспарителей выщелоченной пульпы. На I стадии пульпу нагревают до 87°С, на II стадии - до 167°С. Нагретая пульпа проходит специальный реактор - «ловушку костры». В эту емкость поступает исходная кислота, что приводит к интенсивному формированию «костры». В итоге, зарастание автоклавов становится менее заметным. Выщелачивание осуществляется в шестисекционном автоклаве в непрерывном режиме при 227°С и 4,5 МПа. Для подогрева используют острый пар. Расход кислоты составляет 300-375 кг/т. Через 1,5-2,0 часа в раствор извлекается до 96 % Ni, Co и не более 5 % Fe.

Технология Ramu Nickel (Папуа-Новая Гвинея) направлена на переработку руды с содержанием (масс. %): Ni - 0,9 и Со - 0,1. При 247°С, продолжительности выщелачивания 60 мин, давлении 3,9 МПа, содержании твердой фазы в пульпе 35 % и расходе серной кислоты 270 кг/т руды, в раствор извлекается 95 % Ni и 94 % Со. Охлажденная пульпа поступает на двухстадийную нейтрализацию серной кислоты известняком. В ходе первой стадии осаждают гидроксиды железа (III), алюминия и хрома (III). Нейтрализованная пульпа отстаивается. Кек промывают в системе противоточной декантации из сгустителей, после чего направляют в хвостохранилище. Из раствора при 57°С известью в 2 стадии осаждают 99 % Ni и Со в форме гидроксидов. Осадок направляют на аммиачное выщелачивание, которое проводится в две стадии при атмосферном давлении и аэрации пульпы воздухом для окисления Со2+ до Со3+.

Аммиачный никель-кобальтовый раствор направляют в цикл жидкостной экстракции никеля. Кобальт осаждают в виде сульфидного концентрата.

Минимизировать потери никеля и кобальта с осадком железа позволяет использование процесса сорбции этих металлов из пульпы. В качестве ионитов предлагают применять пиридингидроксильные иониты, например, ВПГ, или иониты, содержащие пиридиниевый азот, например, DOWEX XWS 4195 фирмы DOW Chemical. Обработка ионитов, насыщенных никелем и кобальтом, водными растворами минеральных кислот, например, серной, позволяет выделить металлы в виде раствора сульфатов, удобного для получения карбонатного концентрата. Полнота десорбции никеля и кобальта и степень их концентрирования зависят от концентрации кислоты и температуры процесса. Наибольшая полнота десорбции (99 %) достигнута при содержании серной кислоты в

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Молодых, Александр Станиславович, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Черняк, А.С. Химическое обогащение руд / А.С. Черняк М.: Недра, 1987. 224с.

2. Барский, Л.А Обогатимость минеральных комплексов / Л.А. Барский, Л.М. Данильченко. М.: Недра, 1977. 240с.

3. Борбат, В.Ф. Гидрометаллургия / В.Ф. Борбат. Учебное пособие для ПТУ. М.: Металлургия. 1986. 263с.

4. Воскобойников В.Г. Общая металлургия / В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрина, А. М.Якушев. Учебник для вузов. - 5е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1998. 768с.

5. Уткин, Н.И. Металлургия цветных металлов / Н.И. Уткин Учебник для техникумов. М.: Металлургия, 1985. 440с.

6. Пименов, Л.И. Переработка окисленных никелевых руд / Л.И Пименов В.И. Михайлов. М.: Металлургия, 1972. 336 с.

7. Мащенко, В.Н. Подготовка окисленных никелевых руд к плавке / В.Н. Мащенко, В.А. Книсс, В.А.Кобелев, А.С. Авдеев, Л.И. Полянский. Екатеринбург УрО РАН. 2005. 321с.

8 Линев, В.Д. Переработка окисленных никелевых руд на ферроникель /

B.Д. Линев, С.П. Кормилицин, Б.П. Онищин, Д.А. Соколов, А.Е. Бурочкин. Научные исследования и проектные разработки в металлургии никеля, кобальта и олова. Л.: Гипроникель, 1984. 160с.

9 Береговский, В.И. Металлургия никеля / В.И. Береговский, Н.В. Гудима. М.: государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии. 1956 266с.

10 Резник, И.Д. Никель / И.Д. Резник, Г.П. Ермаков, Я.М. Шнеерсон В 3 т. Т. 2 М.: ООО «Наука и технологии» 2004. 468с.

11. Набойченко, С.С., Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов /

C.С. Набойченко, Я.М. Шнеерсон, М. И. Калашникова Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2009. - Т. 2. - 612 с.

12. Калашникова, М.И. Гидрометаллургическая переработка окисленных никелевых руд / М.И Калашникова, Я.М. Шнеерсон, П.М. Салтыков, М.В.Костиков // Цветные металлы. - 2003. - №12 с. 22 - 28.

13. Соболь, С. И., Богословская Е. И. Цветные металлы. 1978, № 2. с. 1-5.

14. Борбат, В.Ф Новые процессы в металлургии никеля и кобальта / В.Ф. Борбат, И.Ю Лещ. М.: Металлургия 1976. 360 с.

15. Пат. 2182187 Российская Федерация, МПК C22B23/00. Способ получения никеля и кобальта / Д.Б. Басков, С.В. Плеханов, С.Л. Орлов и [др.]; заявлитель и патентообладатель Д.Б. Басков, С.В. Плеханов, С.Л. Орлов. - № 2001112369/02; заявл. 10.05.2001; опубл. 10.05.2002. -10 с.

16. Пат. 2182188 Российская Федерация, МПК C22B23/00. Способ получения никеля / Д.Б. Басков, С.В. Плеханов, С.Л. Орлов и [др.]; заявлитель и патентообладатель Д.Б. Басков, С.В. Плеханов, С.Л. Орлов.-№ 2001112791/02; заявл. 15.05.2001; опубл. 10.05.2002.-9с.

17. Цефт, А.Л. К вопросу гидрометаллургической переработки окисленных никелевых руд Орского месторождения / А.Л. Цефт, Л.Н. Крюкова- «Труды ВСФ СО АН СССР. Химия и металлургия», вып. 25, с. 100 - 105.

18. Набойченко, С.С. Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов / С.С. Набойченко, Л.П. Ни, Я.М. Шнеерсон, Л.В. Чугаев. Екатеринбург: ГОУ УГТУ УПИ 2002. 940с.

19. Mineral processing and extractive metallurgy review. Pressure acid leaching of nickel laterites: A review. Volume 26 Number 3-4, p. 527-593. Australia, 2005.

20. Пат. 2245932 Российская Федерация, МПК C22B23/00 Способ получения никеля и других металлов из окисленной руды / В.А. Синегрибов, В.Ю. Кольцов, М.И. Щукин, Д.В. Мельник, В.И. Батшев, заявлитель и патентообладатель ООО "Геовест". - № 2003126098/02; заявл. 27.08.2004; опубл. 20.11.2006.-9с.

21. Пат. 2245933 Российская Федерация, МПК C22B23/00 Способ переработки окисленной никелькобальтовой руды / В.А. Синегрибов, В.Ю.

Кольцов, А.В. Калашников, Д.В. Мельник, В.И. Батшев заявлитель и патентообладатель ООО "Геовест". - № 2003123702/02; заявл. 28.07.2003; опубл. 10.02.2005.-10с.

22. Пат. 2245934 Российская Федерация, МПК С22В23/00 Способ переработки окисленной никелькобальтовой руды / В.А. Синегрибов, В.Ю. Кольцов, Д.В. Мельник, В.И. Батшев. Заявлитель и патентообладатель ООО "Геовест". - № 2003125003/02; заявл. 11.08.2003; опубл. 10.02.2005. с8.

23. Пат. 2041276 Российская Федерация, МПК С22В23/00 Способ переработки кобальтового кека / В.Б. Спиваковский, Г.В. Маковская, Л.П. Мойса, Л.Г. Тризна, О.С. Довгопол, В.И. Борисова, Н.И. Гудзенко, В.М. Худяков, Г.П. Ермаков, В.В. Мельников, Я.А. Владимиров, А.В. Калинкина, Б.П. Онищин, А.Г. Рябко. Заявлитель и патентообладатель Институт металлофизики АН УССР. - № 4610668/02; заявл. 30.11.1988; опубл. 09.08.1995.- с8.

24. Пат. 2258088 Российская Федерация, МПК С22В3/00, С22В23/00 Способ переработки железистого кека, содержащего цветные металлы / Д.Л. Мотов, М.В. Васеха. Заявлитель и патентообладатель Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук. - № 2004110668/02; заявл. 07.04.2004; опубл. 10.08.2005.-с10.

25. Металлургия меди, никеля и кобальта / Под редакцией А. А. Цейдлера. Перевод с английского Г. С. Викторовича. М., «Металлургия», 1965, с. 292 -323.

26. Пахомова Г.Н. Гидрометаллургические способы извлечения никеля и кобальта из окисленных железистых руд / Г. Н. Пахомова. - Сборник материалов по металлургии кобальта. М., ЦИИН, 1962, с. 128 - 134.

27. Красовский, Г.И. Получение кобальта из окисленных руд методом аммиачного выщелачивания / Г.И. Красовский - Сборник материалов по металлургии кобальта. М., ЦИИН, 1962, с. 145 - 150.

2S. Извлечение никеля выщелачиванием из окисленных никелевых руд. -«бюлл. Центрального института информации», 1952 (8/13), с. 28 - 36.

29. Цефт, А.Л., Гидрометаллургические методы переработки полиметаллического сырья / А.Л. Цефт Алма-Ата, «Наука» КазССР. 1976. -220с.

30. Синельщикова, Н.В. Гидрометаллургия меди и никеля (зарубежный опыт) / Н.В. Синельщикова, С.Н. Макарова, В.И. Береговский, Е.И. Новикова, ЦНИИ 1976. -240с.

31. Худяков, И.Ф. Металлургия никеля и кобальта / И.Ф. Худяков, А.И. Тихонов, В.И. Деев. Изд 2 пер. и доп. М., «Металлургия» 1977.- 296с.

32. Бумажнов, Ф.Т. Никель и кобальт. Главнейшие процессы получения никеля и кобальта из окисленных никелевых руд. / Ф.Т. Бумажнов; науч. ред. А. М. Берестовой; Ленинградский горный ин-т. - Ленинград : ЛГИ, 1978. - S7 с.

33. Пат. 2082792 Российская Федерация, МПК C22B23/00 Способ извлечения кобальта и никеля из железокобальтовых кеков и концентратов/ Г.Л. Пашков, В.Е. Миронов, В.Н. Орлов, Т.В. Ступко, С.В. Дроздов; заявлитель и патентообладатель Институт химии и химико-металлургических процессов СО РАН. - № 95100996/02; заявл. 17.01.1995; опубл. 27.06.1997.- 9с.

34. Пат. 2393251 Российская Федерация, МПК C22B23/00, C22B3/06. Способ комплексной переработки никель-кобальтового сырья/ Ю.В. Нестеров, А.В. Канцель, М.А. Канцель и [др.]; заявлитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕГРА РУ" - № 2009103061/02 заявл. 30.01.2009; опубл. 27.06.2010. -12с.

35. Patent US 2010/0064S54 A1. Nickel-laterite process/ William F. Drinkard. appl No.: 12/451229; filed 01.05.200S. publ. date 1S.03.2010.

36. Patent 3720749 US. Treatment of nickel leach liquor/ Malvin L. Taylor, Nelson J. Ronzio. appl No.: 67249; filed 26.0S.1970. publ. date 13.03.1973.

37. Бетехтин, А.Г. Курс минералогии / А.Г. Бетехтин М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, 1956. 560 с

38. Пат. № 2458742 Российская Федерация, МПК Б03Б7/00, В03С1/00, С22В23/00. Способ обогащения окисленных никелевых руд / В.А. Низов, А.Р. Бакиров, В.Н. Мащенко; заявлитель и патентообладатель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" № 2011107516/03 Заявл. 25.02.2011; опубл. 20.08.2012.

39. Курс месторождений твердых полезных ископаемых / Под ред. П.М. Татаринова, А.Е. Карякина Л.: Недра, 1975. 632 с.

40. Калиниченко, И.И. Получение оксидов тяжелых металлов или их смесей при азотнокислотной переработке окисленных никелевых руд и серпентинитов / И.И. Калиниченко, А.С. Молодых, А.Н. Габдуллин // Актуальные вопросы современной техники и технологии: сборник докладов международной научной заочной конференции том 2. Липецк: Де-факто, 2010. с 86-89.

41. Молодых А.С., Калиниченко И.И., Вайтнер В.В. Фазовый состав окисленных никелевых руд Серовского месторождения и их азотнокислотное выщелачивание // Научные труды XVI Уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники: сборник статей. В 3 ч. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. Ч.1. С. 157-158.

42. Накамото, К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений / К. Накамото М.: Мир, 1966.- 412 с.

43. Смит, А. Прикладная ИК-спектрометрия / А. Смит Пер. с англ.- М.: Мир 1982.- 328 с.

44. Лоусон, К. Инфракрасные спектры поглощения неорганических веществ / К. Лоусон Пер. с англ.- М.: Мир1964.- 242 с.

45. Плюснина, И.И. Инфракрасные спектры силикатов / И.И. Плюснина М.: Издательство московского университета, 1967. - 192с.

46. Плюснина, И.И. Инфракрасные спектры минералов / И.И. Плюснина М.: Издательство московского университета, 1976. - 175с.

47. Горшков, В.С. Термогафия строительных материалов / В.С. Горшков М.: Стройиздат, 1968.- 238 с.

48. Бабко, А.К. Колометрический анализ / А.К. Бабко, А.Т. Пилипенко М.: Госхимиздат, 1951.- 498с.

49. Химический анализ горных пород и минералов / под ред. Н.П. Попова, И.А. Столяровой М.: Недра, 1974. - 248с.

50. Пршибил, Р. Аналитическое применение этилендиаминтетрауксусной кислоты и родственных соединений / Р Пршибил: пер.с англ. М.: Мир, 1975. -531с.

51. Пешкова, В.М. Аналитическая химия никеля / В.М. Пешкова, Савостина В.М. - М.: Наука. 1966. -204с.

52. Аналитическая химия. Химические методы анализа / под. ред. Петрухина О.М. - М.: Химия. 1993. -400с

53. Тихонов В.Н. Аналитическая химия магния / В.Н. Тихонов - М.: Наука. 1973. - 256с.

54. Молодых, А.С. Азотно-кислотная технология переработки серпентинита. / А.С. Молодых, И.И. Калиниченко, В.В. Вайтнер // Научные труды XVI Уральской международной конференции молодых ученых по приоритетным направлениям развития науки и техники: сборник статей. В 3 ч. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. Ч. 1. С. 157-159.

55. Молодых, А.С. Безотходная азотнокислотная переработка окисленных никелевых руд и серпентинита - отхода производства асбеста / А.С. Молодых, А.Н. Габдуллин, И.И. Калиниченко // Актуальные вопросы современной техники и технологий: Сборник докладов Международной заочной конференции. Липецк: Издательский центр "Де-факто", 2010. Т.2. С. 86-89

56. Исматов, Х.Р., Отстаивание и фильтрация азотнокислых пульп с добавкой коагулирующих веществ / Х.Р. Исматов А.А. Рахимов, Т.П. Расулов // Бюллетень №12 Цветметинформация. 1965.- С.39-43

57. Кузькин, С.Ф. Синтетические флокулянты в процессах обезвоживания/ С.Ф. Кузькин, В.Г. Небера - М.: Госгортехиздат, 1973. - 244с.

58. Рахимов, А.А. Изучение адсорбции препаратов К-4 и К-6 на твердых частицах азотнокислой пульпы / А.А. Рахимов, Х.Р. Исматов, С.И. Кузнецов // Узбекский химический журнал №4 1968. С.55-56.

59. Кравченко, Н.Д. Магнитная сепарация отходов цветных металлов / Н.Д. Кравченко, В.И. Кармазин - М.: Металлургия, 1986. - 120 с.

60. Миркин, Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов / Л.И. Миркин - М.: Физматлит, 1961. - 863 с.

61. Горелик, С.С. Рентгенографический и электроннооптический анализ металлов / С.С. Горелик, Л.Н. Расторгуев, Ю.А. Скаков - М.: Металлургия 1979. - 370с.

62. Ткачев, К.В., Запольский А.К., Кисиль Ю.К. Технология коагулянтов. Л.: Химия, 1978. 183 с

63. Технология коагулянтов. Л.: Химия, 1974. 182 с.

64. Лайнер, Ю.А. Комплексная переработка алюминий содержащего сырья кислотными способами М.: Наука, 1982. 208 с.

65. Суворова, А.А., Пришлецова Г.Н., Сычева Г.Н., Соболев Р.П. Химия неорганических вяжущих материалов: учебное пособие. М.: Московский государственный университет природообустройства. 2007. 61с.

66. Молодых, А.С. Комплексная гидрохимическая переработка ОНР Урала. Всероссийский конкурс научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области химических наук и наук о материалов в рамках всероссийского фестиваля науки. Сборник научных работ победителей конкурса Том 1, Казань КНИТУ 386-399с. 2011 г.

67. Вайтнер, В.В. Исследование азотнокислотной переработки алюмосиликатов для получения оксида алюминия: дисс. канд. техн. наук / В.В. Вайтнер. - Екатеринбург, 2004 г.

68. Справочник химика: в 5 т. Т3. / редкол.: Б.П. Никольский ( гл. ред.) [и др.]. - Л.: Химия, 1966. - 1088 с.

69. Калиниченко, И.И., Габдуллин А.Н., Молодых А.С., Вайтнер В.В. Комплексные способы азотнокислотной технологии переработки некондиционного магний-, никель- и глиноземсодержащего сырья. // Наука и технологии. XXIX Российская школа: тез. докл. Миасс: МСНТ, 2009. С. 116.

70. Калиниченко, И.И., Габдуллин А.Н., Молодых А.С., Вайтнер В.В. Азотнокислотные способы переработки глинозем- и магнийсодержащего сырья. // Наука и технологии. Труды XXIX Российской школы. М.: РАН, 2009. С. 308 - 313.

71. Черных, Т.Н. Магнезиальные вяжущие из бруситовой породы Кульдурского месторождения. Автореф. дис. канд. техн. наук. / Т.Н. Черных. - Челябинск, 2005г.

72. Методика определения активности по лимонному числу М.: Изд-во литературы по строительству, 1995. 12 с.

73. / Ахметов, Т.Г. Химическая технология неорганических веществ / Т.Г. Ахметов, В.М. Бусыгин, Л.Г Гайсин., Р.Т. Порфирьева. - М.: Химия 1998г. -488 с.

74. Лидин, Р.А. Химические свойства неорганических веществ / Р.А. Лидин, В.А. Молочко, Л.Л. Андреева. - М.: Химия 2000г. 480 с.

75. Вассерман, И.М. Химическое осаждение из растворов. Л.: Химия, 1980. 208 с.

76. Исматов, Х.Р., Рахимов А.А., Расулов Т.П. Отстаивание и фильтрация азотнокислых пульт с добавкой коагулирующих веществ// Бюллетень Цветметинформация. 1965.№12.

77. Пат. №2532871 Способ переработки окисленных никелевых руд. Калиниченко И.И., Вайтнер В.В., Молодых А.С., Шубин В.Н. заявка № 2013118820 приор. изобр. 23.04.2013. опубл. 12.09.2014.

78. Пуртов, А.И. Исследование процессов, протекающих при термическом разложении кристаллогидратов никеля, железа, кобальта и меди. Дисс. канд. техн. наук / А.И. Пуртов - Свердловск, 1967г. 137с.

79. Katyshev S.F. Examination of Processes Thermolysis and Thermohydrolysis Mg(NO3V6^O / S.F. Katyshev, A.S. Molodykh, E.A. Nikonenko, K.G. Zemlyanoy // Eastern European Scientific Journal (Gesellschaftswissenschaften): Düsseldorf (Germany): Auris Verlag, 2014, 6 - pp. 142-147.

80. Бокий, Г.Б. Систематика природных оксидов. Итоги науки и техники / Г.Б. Бокий. Серия Кристаллохимия. Том 32. - М.: ВИНИТИ, 2000. - 115с.

81. Габдуллин, А.Н. Разработка способа азотнокислотной переработки серпентинита Баженовского месторождения: дисс. канд. техн. наук / А.Н. Габдуллин. - Екатеринбург, 2015 г.

82. Емелина, А. Л. Дифференциально сканирующая калометрия. / А.Л. Емелина - М. Лаборатория химического факультета, МГУ 2009 г. 42 с.

83. Круль, Г.Л. Применение информационных технологий в исследовании термических поведений неорганических веществ: реферат / Г.Л. Круль -Минск 2008 г.

84. Пат. 2593861 Российская федерация МПК С02В33/18. Способ получения высокодисперсного диоксида кремния. Габдуллин А.Н., Никоненко Е.А., Катышев С.Ф., Вайтнер В.В., Молодых А.С., Байкова Л.А., Косарева М.А. заявка № 2016116785/05 от 30.04.2015 опубл. 10.08.2016.

85. Молодых, А.С. Способы активации щелочного осадителя - оксида магния. / А.С. Молодых, Е.А. Никоненко, С.Ф. Катышев, А.Н. Габдуллин, В.Э. Ткачева // Вестник технологического университета. Казань 2016 Т. 19 №10 с.29-33.

86 Молодых, А.С. Термическое разложение конечного продукта переработки магний силикатного сырья (окисленной никелевой руды и серпентинита) -гексагидрата нитрата магния / А.С. Молодых, Е.А. Никоненко, С.Ф. Катышев, А.Н. Габдуллин, В.Э. Ткачева // Вестник технологического университета. Казань 2016 Т19 №11 с. 27-31.