Способ переработки сульфатных никельсодержащих растворов

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к геотехнологии, и может быть использовано для селективного извлечения никеля и кобальта из растворов кучного выщелачивания окисленных никелевых руд.

Суть изобретения заключается в переработке растворов кучного выщелачивания окисленных никелевых руд (ОНР) с применением в качестве осадителя растворов гидросульфида натрия и получении концентратов, пригодных для выплавки ферросплавов или растворов, пригодных для электролиза с получением чистых никеля и кобальта.

Известен способ коллективного извлечения никеля и кобальта из сульфатных растворов (патент РФ №2359048, МПК С22В 23/00, 3/40, опубл. 20.06.2009), включающий экстракцию никеля и кобальта ди-(2,4,4)триметилпентилдитиофосфиновой кислотой (Цианекс 301) в разбавителе в присутствии третичных аминов при молярном соотношении Цианекс 301:третичные амины=1,1-1,5 в воздушной атмосфере с последующей отмывкой экстракта от примесей и реэкстракцию серной кислотой (концентрация 200-250 г/дм³).

Недостатком данного способа является его относительная дороговизна импортного реагента (Цианекс 301), а также необходимость предварительной стадии очистки для удаления примесей алюминия и железа из раствора выщелачивания.

Известен способ извлечения никеля из окисленных никелевых руд (патент РФ №2430172, МПК С22В 23/00, 3/08, опубл. 27.09.2011), в котором сульфатные никельсодержащие растворы с большим содержанием магния и кальция перерабатывают экстракцией высшими изокарбоновыми кислотами (ВИК) в разбавителе в присутствии (1-фенил-1,3-декандиона) (LIX 54) с последующей отмывкой экстракта от примесей кальция и магния небольшим количеством промывного раствора серной кислоты.

Недостатком данного способа является необходимость предварительной нейтрализации раствора до рН=6 для дальнейшей переработки экстракцией, дороговизна реагентов (ВИК и LIX 54), а также необходимость предварительной очистки экстракта от примесей магния и кальция.

Известен способ переработки никельсодержащего раствора для получения никелевого концентрата (патент РФ №2352657, МПК С22В 23/00, С22В 3/44, опубл. 20.04.2009), включающий нейтрализацию никельсодержащего раствора шламами гальванического производства до рН=1-2,5 с последующей двухстадийной нейтрализацией полученного раствора кальцийсодержащим материалом на первой стадии до рН 5,0-6,0, а на второй стадии с использованием в качестве кальцийсодержащего материала известкового молока до рН 8,5-9,5 с получением никелевого концентрата.

Недостатком данного способа являются, прежде всего, образование гипса в процессе нейтрализации, что в дальнейшем может потребовать дополнительных операций по перечистке оборудования и концентрата от осадков гипса, а также значительные потери никеля на первой стадии нейтрализации.

По способу (патент США 4042474, МПК С22В 34/32; С25С 1/06, опубл. 16.08.77) предлагается осаждать никель и кобальт в автоклавах с использованием в качестве осадителей сульфида натрия или сероводорода. Предварительно предлагается окислять железо до трехвалентой формы с последующим его осаждением.

Недостаток процесса - большие потери никеля и кобальта в процессе осаждения железа.

Известен способ селективного осаждения из сульфатных растворов никеля и кобальта сульфидсодержащим компонентом (патент США 4110400, МПК C01G 53/11, С22В 23/0461, опубл. 29.08.78). Процесс предлагается проводить при рН=1,5-4 из сульфатных растворов, содержащих инертную соль сульфата с целью создания буферного раствора в процессе осаждении никеля и кобальта при относительно низких температуре и давлении. Несмотря на высокую эффективность, указанный способ неэкологичен, поскольку осаждение осуществляется газообразным сероводородом и требует повышенных температур, что является его недостатком.

Наиболее близким по технической сущности является способ осаждения сульфидного концентрата никеля и кобальта из продуктивного раствора сернокислотного выщелачивания (патент №2281978, МПК С22В 23/00 опубл. 20.08.2006), который предполагает предварительную нейтрализацию раствора до рН не выше 0,8, затем проводят восстановление Fe³⁺ до Fe²⁺ и осаждение примесей гидросульфидом натрия при рН=0,8-1,2, после чего проводят дополнительную нейтрализацию раствора до рН=3-4 для удаления примесей, образовавшийся гипсовый осадок отфильтровывают и при рН=3-4 осаждают сульфиды никеля и кобальта гидросульфидом натрия в Ni-Co концентрат, а полученный после осаждения сульфидов никеля и кобальта раствор подкисляют до рН=1,8-2 и отправляют на выщелачивание. Полученный концентрат промывают водным раствором, подкисленным до рН=3 с целью удаления примесей железа и других металлов.

Недостатками способа являются:

- высокое содержание железа в получаемом Ni-Co сульфидном концентрате, в результате соосаждения железа вместе с никелем и кобальтом;

- технологические трудности, связанные с необходимостью удаления гипсовых осадков, которые образуются в процессе нейтрализации раствора перед процессом осаждения концентрата, и их промывкой с целью удаления никеля и кобальта из них, что влечет за собой увеличение объемов технологических растворов;

- потери никеля и кобальта в процессе нейтрализации раствора перед осаждением гидросульфидом натрия, за счет их соосаждения совместно с железом.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков.

Техническим результатом данного способа является получение качественных Ni-Co концентратов без какой-либо предварительной очистки растворов от примесей железа, магния, марганца и алюминия, содержащихся в перерабатываемом растворе, исключая, тем самым, потерю никеля и кобальта с осадками при очистке растворов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе переработки сульфатных никельсодержащих растворов, включающем осаждение никеля и кобальта гидросульфидом натрия, согласно изобретению осаждение никеля и кобальта в коллективный концентрат осуществляют при рН=2-4,5, комнатной температуре и расходе гидросульфида натрия при 10-50%-ном его избытке по сравнению со стехиометрическим количеством, необходимом для осаждения никеля и кобальта.

Проведение осаждения никеля и кобальта из продукционных растворов при рН<2 сопряжено с повышенным расходом гидросульфида натрия на осаждение Fe³⁺ и его разложением остаточным количеством серной кислоты по реакции (1):

что приводит загрязнению коллективного концентрата примесями железа.

Осаждение никеля и кобальта при рН выше 4,5 приводит к загрязнению концентрата примесями А1 в результате его гидролиза при рН=4,5-5.

Одним из ключевых моментов для достижения технического результата, является расход реагента на осаждение никеля и кобальта. Варьирование количества подаваемого на осаждение гидросульфида натрия позволяет повысить извлечение при рН=2-4,5, что в свою очередь способствует извлечению никеля и кобальта из растворов без предварительной нейтрализации.

В процессе осаждения никеля и кобальта гидросульфид натрия подается в 10-50% избытке для достижения наиболее полного извлечения никеля и кобальта из растворов при рН=2-4,5. Подача стехиометрического количества гидросульфида натрия не обеспечивает полного извлечения никеля и кобальта в коллективный концентрат.

Увеличение расхода гидросульфида >150% нецелесообразно, поскольку не способствует дальнейшему увеличению извлечения никеля и кобальта, а приводит к извлечению магния, марганца и алюминия в осадок.

Настоящий способ позволяет селективно извлечь из раствора никель и кобальт в концентрат и не требует предварительных операций при их осаждении.

Пример 1:

Для проведения опытов были получены растворы сернокислотногого кучного выщелачивания окисленных никелевых руд (ОНР).

Условия опытов: рН=2, Т=25°С, при интенсивном перемешивании 400 об/мин в течение 60 минут и расходе реагента осадителя NaHS, рассчитанного как при стехиометрическом количестве, так и при 110, 115 и 120%-ном количестве по реакции: , где Me - Ni и Со. В процессе осаждения требуемое значение рН регулировали добавляя раствор серной кислоты, (табл. 1, 2).

По результатам осаждения наибольшее извлечение никеля и кобальта из раствора достигается при 20%-ном избытке гидросульфида натрия, и составляет 44,9% никеля и 45% кобальта. Полученный осадок содержал, мас. %: 19,5 Ni и 1% Со, а также незначительное количество примесей.

Пример 2:

Осаждение проводили в условиях, аналогичных примеру 1, при рН=3 и расходе осадителя - NaHS, взятого, как при стехиометрическом количестве, так и при 110, 115, 120, 150% количестве (табл. 3, 4).

Наибольшее извлечение никеля и кобальта из раствора достигается при 20 и 50%-ном избытке гидросульфида натрия, и составляет 80-98% никеля и 75-98,5% кобальта. Осадок содержит, мас. %: 23,1-27,4% Ni, 1,19-1,39 Со. Количество примесей других элементов незначительное.

Пример 3:

Опыты проводили в условиях, аналогичных примеру 2 при рН=4,5 (табл. 5, 6).

Установлено, что наиболее оптимальными для извлечения Ni и Со являются следующие условия: рН=4,5, расход NaHS 120-150%, t=25 При данных условиях извлекается 97-97,9% Ni и 98,6-99,2% Со. Полученный осадок содержит, мас. %: 23,3-23,9 Ni, 0,98-1,31 Со и незначительное по сравнению с никелем количество примесей.