Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СУЛЬФИДНЫХ ПИРРОТИН-ПЕНТЛАНДИТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ, СОДЕРЖАЩИХ ДРАГОЦЕННЫЕ МЕТАЛЛЫ

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к гидрометаллургическим способам переработки сульфидных пирротин-пентландитовых концентратов, содержащих цветные металлы, железо и драгоценные металлы.

Известен способ гидрометаллургической переработки пирротиновых концентратов, включающий автоклавное окислительное выщелачивание материала с переводом серы в элементную, цветных металлов в раствор, железа в оксиды при температуре выше точки плавления элементной серы под давлением кислорода в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ), осаждение сульфидов цветных металлов из раствора окисленной пульпы элементной серой и металлизированным железным порошком с последующим выделением сульфидов и серы флотацией в серосульфидный концентрат, а оксидов железа - в отвальные хвосты. Этот способ промышленно реализован на Надеждинском металлургическом заводе в ЗФ ОАО "ГМК "Норильский никель" (С.С. Набойченко, Л.П. Ни, Я.М. Шнеерсон, Л.В. Чугаев. Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов. Екатеринбург, 2002 г, с. 419-422). Недостатком известного способа является низкое извлечение цветных и драгоценных металлов в серосульфидный концентрат и невозможность в связи с этим перерабатывать по этому варианту пирротин-пентландитовые концентраты с повышенным содержанием никеля и драгоценных металлов.

Также известен способ переработки сульфидного пирротинсодержащего сырья, включающий окислительное автоклавное выщелачивание материала в виде водной пульпы с Ж:Т в пределах 2,5:3,5 при температуре выше точки плавления элементной серы в присутствии поверхностно-активного вещества с переводом цветных металлов в раствор, противоточную промывку окисленной пульпы и раздельную переработку жидкой и твердой фаз. Из раствора осаждаются цветные металлы в виде сульфидов. Твердая фаза перерабатывается флотацией с выделением сульфидов и серы в серосульфидный концентрат, а оксидов железа - в отвальные хвосты (Патент РФ №2114195). Реализация процесса в разбавленных пульпах позволяет увеличить степень разложения сульфидов цветных металлов по никелю до 94-96%, по меди до 80-85%. Кроме того, при работе с разбавленными пульпами повышается скорость диффузии кислорода к реакционной поверхности, что также приводит к увеличению производительности процесса. Недостатком данного способа является низкое извлечение драгоценных металлов в серосульфидный концентрат и невозможность в связи с этим перерабатывать по данному варианту пирротин-пентландитовые концентраты с повышенным содержанием драгоценных металлов.

Наиболее близким к предлагаемому способу, который выбран в качестве ближайшего аналога, является способ выщелачивания сульфидных концентратов (Патент US №5232491), согласно которому сульфидный концентрат подвергается ультратонкому измельчению, а затем направляется на операцию автоклавного окислительного выщелачивания при температуре ниже точки плавления серы. Окисленная пульпа направляется на противоточную промывку и раздельную переработку жидкой и твердой фаз. Из раствора осаждаются цветные металлы в виде сульфидов. Твердая фаза перерабатывается флотацией с выделением сульфидов и серы в серосульфидный концентрат, а оксидов железа в отвальные хвосты. Согласно патенту US 5232491 пентландитовый концентрат, содержащий 22% Ni, 26,2% Fe, 22% S, измельчают до крупности 100% - 15 мкм и выщелачивают в автоклаве при температуре менее 400 K (127°C) и парциальном давлении кислорода порядка 1,0 МПа. При этом в раствор за 1-2 ч извлекается более 90% никеля и не более 3% железа.

К преимуществам данного способа переработки пирротин-пентландитовых концентратов относится:

- повышенное извлечение цветных металлов в растворы (до 95%);

- снижение расхода кислорода в связи с увеличением доли выхода элементной серы;

- существенное повышение срока службы закладных деталей аппаратов (мешалки и теплообменники) в связи со снижением параметров выщелачивания;

- возможность использования более дешевых питающих центробежных насосов в связи со снижением рабочего давления.

Недостатком данного способа является недостаточно высокое извлечение драгоценных металлов в серосульфидный концентрат.

Изобретение направлено на устранение указанного недостатка ближайшего аналога путем выбора оптимального режима выщелачивания пирротин-пентландитовых концентратов, при котором последующая флотационная переработка образующейся твердой фазы обеспечивает минимальный переход драгоценных металлов в железистые хвосты флотации (не более 5-15%).

Заявленный технический результат достигается тем, что в способе переработки сульфидных пирротин-пентландитовых концентратов, содержащем драгоценные металлы, включающем предварительное тонкое измельчение пирротин-пентландитовых концентратов до d80 - 6-25 мкм, автоклавное окислительное выщелачивание при температуре 90-105°C и парциальном давлении кислорода менее 1,0 МПа, согласно изобретению на операцию автоклавного окислительного выщелачивания подают серную кислоту и сульфат натрия.

Способ может характеризоваться тем, что исходный сульфидный пирротин-пентландитовый концентрат содержит 0,5-20% никеля.

Кроме того, способ может характеризоваться тем, что pH конечной пульпы поддерживают в интервале 0,9-1,8 путем изменения расхода серной кислоты.

Способ может характеризоваться и тем, что на операцию автоклавного окислительного выщелачивания подают сульфат натрия в количестве 100-300 кг/т исходного сульфидного пирротин-пентландитового концентрата. Расход сульфата натрия зависит от состава исходного сульфидного пирротин-пентландитового концентрата.

Способ может характеризоваться, кроме того, и тем, что на операцию автоклавного окислительного выщелачивания подают сульфат натрия, полученный из сточных растворов после осаждения цветных металлов.

Потери драгоценных металлов в процессе автоклавного окислительного выщелачивания пирротин-пентландитовых концентратов и последующей флотации твердой фазы происходят с хвостами флотации и формируются по двум возможным механизмам:

- сорбция гидратной составляющей пульпы драгоценных металлов, перешедших в процессе выщелачивания в раствор;

- пассивация неразложившегося пентландита, а также собственных минералов платины и палладия, оксидными пленками.

Подача на операцию автоклавного окислительного выщелачивания пирротин-пентландитовых концентратов серной кислоты и сульфата натрия способствует образованию железогидратных осадков в форме натроярозита. В отсутствии ярозитобразующих добавок железогидратный осадок формируется, в основном, в виде аморфного гетита. Натроярозит является кристаллистическим веществом с менее развитой поверхностью, чем у гетита. В связи с этим скорость сорбции драгоценных металлов из раствора на поверхности железогидратных частиц и степень пассивации неразложившихся сульфидных минералов железогидратными частицами значительно меньше в случае образования натроярозита. Таким образом, формирование железогидратного осадка в виде ярозита в процессе выщелачивания пирротин-пентландитовых концентратов способствует снижению потерь драгоценных металлов с хвостами флотации кека выщелачивания.

В соответствии с изобретением пирротин-пентландитовый концентрат измельчается до d80 - 6-25 мкм. Водная пульпа измельченного концентрата с Ж:Т - 3:5 подается в автоклав и выщелачивается при температуре 90-105°C и парциальном давлении кислорода до 1,0 МПа. На операцию окислительного выщелачивания измельченного концентрата подается серная кислота и сульфат натрия. Расходы реагентов зависят от состава исходного пирротин-пентландитового концентрата. Оптимальный pH конечной окисленной пульпы - 1,2-1,7. Окисленная в результате выщелачивания пульпа направляется на противоточную промывку, в результате чего образуются металлсодержащий раствор, направляемый на переработку, и твердая фаза, отмытая от водорастворимых соединений цветных металлов. Твердая фаза направляется на флотацию, в процессе которой образуется серосульфидный концентрат и хвосты отвального качества, в которые извлекается не более 5% цветных и не более 5-15% драгоценных металлов. После извлечения цветных металлов из полученного в процессе выщелачивания раствора образуется раствор, содержащий сульфат натрия, который может быть направлен на операцию выщелачивания.

Способ применим для выщелачивания пирротин-пентландитовых концентратов при любом содержании никеля в интервале 0,5-20%.

Способ иллюстрируется примерами, в которых в качестве исходного сырья использованы следующие пирротин-пентландитовые концентраты:

- никелевый пентландитовый концентрат (далее K1), состав (% или г/т для драгоценных металлов (ДМ) на сух. вес): никель - 8,72; медь - 4,83; железо - 45,9; сера - 33,69; платина - 3,30; палладий - 22,10; сумма ДМ - 26,86. Крупность - 65% класса - 44 мкм;

- пирротиновый концентрат (далее K2), состав (% или г/т для ДМ на сух. вес): никель - 1,29; медь - 0,203; железо - 46,2; сера - 26,9; платина - 0,67; палладий - 2,4; сумма ДМ - 4,064. Крупность - 48,1% класса - 44 мкм;

- малоникелистый пирротиновый концентрат (далее K3), состав (% или г/т для ДМ на сух. вес): никель - 0,7; медь - 0,054; железо - 46,18; сера - 28,3; платина - 0,39; палладий - 1,13; сумма ДМ - 2,204. Крупность - 53,2% класса - 44 мкм.

Пример 1. (Опыты по известному способу).

Опыты проводили в автоклаве емкостью 1 л с механическим перемешиванием. Условия выщелачивания: температура 150°C; скорость вращения турбинной мешалки - 1500 мин^-1; парциальное давление кислорода 0,5 МПа; продолжительность выщелачивания 75-120 мин. В качестве исходных пирротин-пентландитовых концентратов использованы концентраты K1, K2, K3. Ж:Т исходной водной пульпы измельченного концентрата (до выщелачивания) - 3. Расход ПВА - лигносульфоната - 25-50 кг/т.

По окончании выщелачивания из автоклава отбирали пробу для химического анализа, а оставшуюся пульпу охлаждали и автоклав разгружали. Полученную пульпу фильтровали, кек промывали на фильтре водой, а затем направляли на флотацию, целью которой было получение хвостов с минимальным содержанием цветных и драгоценных металлов. Операция флотации состояла из основной стадии и двух контрольных стадий. Расход флотореагентов был следующий, г/т твердого в питании: бутиловый ксантогенат - 600; дизельное топливо - 600; гексиловый спирт - 250. Условия и результаты опытов приведены в таблице 1.

Пример 2. (Опыты по наиболее близкому способу). Опыты проводили в автоклаве емкостью 1 л с механическим перемешиванием. Условия выщелачивания: температура 100°C; скорость вращения турбинной мешалки - 1500 мин^-1; парциальное давление кислорода 0,3 МПа; продолжительность выщелачивания 90-180 мин. В качестве исходных пирротин - пентландитовых концентратов использованы концентраты K1, K2, K3. Перед выщелачиванием исходные концентраты измельчены до d80 - 10,5-12,4 мкм. Ж:Т исходной водной пульпы измельченного концентрата (до выщелачивания) - 5.

По окончании выщелачивания из автоклава отбирали пробу для химанализа, а оставшуюся пульпу охлаждали и автоклав разгружали. Полученную пульпу фильтровали, кек промывали на фильтре водой, а затем направляли на флотацию, целью которой было получение хвостов с минимальным содержанием цветных и драгоценных металлов. Операцию флотации проводили по схеме, изложенной в примере 1. Условия и результаты опытов приведены в таблице 2.

Пример 3. (Опыты по предлагаемому способу). Опыты проводили в автоклаве емкостью 1 л с механическим перемешиванием. Условия выщелачивания: температура 100°C; скорость вращения турбинной мешалки - 1500 мин^-1; парциальное давление кислорода 0,3 МПа; продолжительность выщелачивания 90-180 мин. В качестве исходных пирротин - пентландитовых концентратов использованы концентраты K1, K2, K3. Перед выщелачиванием исходные концентраты измельчены до d80 - 12,28-17,6 мкм. Ж:Т исходной водной пульпы измельченного концентрата (до выщелачивания) - 5. На операцию выщелачивания подавали серную кислоту в количестве 105-200 кг/т и сульфат натрия в количестве 200-230 кг/т.

По окончании выщелачивания из автоклава отбирали пробу для химанализа, а оставшуюся пульпу охлаждали и автоклав разгружали. Полученную пульпу фильтровали, кек промывали на фильтре водой, а затем направляли на флотацию, целью которой было получение хвостов с минимальным содержанием цветных и драгоценных металлов. Операцию флотации проводили по схеме, изложенной в примере 1. Условия и результаты опытов приведены в таблице 3.

Подача ярозитобразующих добавок (серная кислота и сульфат натрия) позволяет значительно снизить переход драгоценных металлов в хвосты флотации.

Пример 4. (Опыты по предлагаемому способу). Опыты проводили в автоклаве емкостью 1 л с механическим перемешиванием. Условия выщелачивания: температура 100°C; скорость вращения турбинной мешалки - 1500 мин^-1; парциальное давление кислорода 0,3 МПа; продолжительность выщелачивания 90 мин. В качестве исходного пирротин-пентландитового концентрата использован концентрат K2. Перед выщелачиванием исходный концентрат измельчен до d80 - 6,15-25,8 мкм. Ж:Т исходной водной пульпы измельченного концентрата (до выщелачивания) - 5. На операцию выщелачивания подавали серную кислоту в количестве 200 кг/т и сульфат натрия в количестве 225 кг/т.

По окончании выщелачивания из автоклава отбирали пробу для химанализа, а оставшуюся пульпу охлаждали и автоклав разгружали. Полученную пульпу фильтровали, кек промывали на фильтре водой, а затем направляли на флотацию, целью которой было получение хвостов с минимальным содержанием цветных и драгоценных металлов. Операцию флотации проводили по схеме, изложенной в примере 1. Условия и результаты опытов приведены в таблице 4.

Во всем исследованном диапазоне крупности измельченного пирротин-пентландитового концентрата в процессе выщелачивания и последующей флотации твердой фазы потери ДМ с хвостами флотации не превышают 5-15%. Переизмельчение исходного концентрата (d80 менее 9,5 мкм) приводит к повышению потерь драгоценных металлов с хвостами флотации и некоторому ухудшению седиментационных свойств окисленной пульпы. Повышение крупности измельченного концентрата (d80 более 20,7 мкм) также приводит к некоторому увеличению потерь драгоценных металлов с хвостами флотации.

Пример 5. (Опыты по предлагаемому способу). Опыты проводили в автоклаве емкостью 1 л с механическим перемешиванием. Условия выщелачивания: температура 90-103°C; скорость вращения турбинной мешалки - 1500 мин^-1; парциальное давление кислорода 0,2-0,5 МПа; продолжительность выщелачивания 90 мин. В качестве исходного пирротин-пентландитового концентрата использован концентрат K2. Перед выщелачиванием исходный концентрат измельчен до d80 - 17,6 мкм. Ж:Т исходной водной пульпы измельченного концентрата (до выщелачивания) - 5. На операцию выщелачивания подавали серную кислоту в количестве 200 кг/т и сульфат натрия в количестве 225 кг/т.

По окончании выщелачивания из автоклава отбирали пробу для химанализа, а оставшуюся пульпу охлаждали и автоклав разгружали. Полученную пульпу фильтровали, кек промывали на фильтре водой, а затем направляли на флотацию, целью которой было получение хвостов с минимальным содержанием цветных и драгоценных металлов. Операцию флотации проводили по схеме, изложенной в примере 1. Условия и результаты опытов приведены в таблице 5.

В исследованных диапазонах температуры (90-103°C) и давления кислорода (0,2-0,5 МПа) достигаются низкие значения потерь ДМ с хвостами флотации. Снижение температуры процесса ниже 95°C приводит к уменьшению степени перехода цветных металлов в раствор и некоторому повышению потерь ДМ с хвостами флотации. Повышение температуры более 105°C и парциального давления кислорода более 0,5 МПа приводит к расплавлению элементной серы и образованию серосульфидных гранул, вероятно, вследствие местного перегрева пульпы. Диапазон температур и давлений кислорода, при которых наблюдается образование серосульфидных гранул, зависит от состава исходного концентрата и Ж:Т исходной пульпы.

Пример 6. (Опыты по предлагаемому способу). Опыты проводили в автоклаве емкостью 1 л с механическим перемешиванием. Условия выщелачивания: температура 100°C; скорость вращения турбинной мешалки - 1500 мин^-1; парциальное давление кислорода 0,3 МПа; продолжительность выщелачивания 90 мин. В качестве исходного пирротин-пентландитового концентрата использован концентрат K2. Перед выщелачиванием исходный концентрат измельчен до d80 - 17,6 мкм. Ж:Т исходной водной пульпы измельченного концентрата (до выщелачивания) - 5. На операцию выщелачивания подавали серную кислоту в количестве 150-250 кг/т и сульфат натрия в количестве 225 кг/т.

По окончании выщелачивания из автоклава отбирали пробу для химанализа, а оставшуюся пульпу охлаждали и автоклав разгружали. Полученную пульпу фильтровали, кек промывали на фильтре водой, а затем направляли на флотацию, целью которой было получение хвостов с минимальным содержанием цветных и драгоценных металлов. Операцию флотации проводили по схеме, изложенной в примере 1. Условия и результаты опытов приведены в таблице 6.

Серная кислота, подаваемая на выщелачивание, расходуется на образование ярозита, растворение кислоторастворимых компонентов породы, поэтому ее расход зависит от состава концентрата. Минимальные потери ДМ с хвостами флотации получены при pH конечной пульпы в диапазоне 1,22-1,72.

Пример 7. (Опыты по предлагаемому способу). Опыты проводили в автоклаве емкостью 1 л с механическим перемешиванием. Условия выщелачивания: температура 100°C; скорость вращения турбинной мешалки - 1500 мин^-1; парциальное давление кислорода 0,3 МПа; продолжительность выщелачивания 90 мин. В качестве исходного пирротин-пентландитового концентрата использован концентрат K2. Перед выщелачиванием исходный концентрат измельчен до d80 - 17,6 мкм. Ж:Т исходной водной пульпы измельченного концентрата (до выщелачивания) - 5. На операцию выщелачивания подавали серную кислоту в количестве 200 кг/т и сульфат натрия в количестве 125-275 кг/т.

По окончании выщелачивания из автоклава отбирали пробу для химанализа, а оставшуюся пульпу охлаждали и автоклав разгружали. Полученную пульпу фильтровали, кек промывали на фильтре водой, а затем направляли на флотацию, целью которой было получение хвостов с минимальным содержанием цветных и драгоценных металлов. Операцию флотации проводили по схеме, изложенной в примере 1. Условия и результаты опытов приведены в таблице 7.

Снижение расхода сульфата натрия менее 125 кг/т исходного концентрата приводит к некоторому увеличению потерь ДМ с хвостами флотации. Повышение расхода сульфата натрия более 225-275 кг/т исходного пирротин-пентландитового концентрата не приводит к значительному снижению потерь ДМ с хвостами флотации.

Сульфат натрия, подаваемый на выщелачивание, расходуется на образование ярозита, поэтому его расход зависит от содержания железа в исходном пирротин-пентландитовом концентрате.