Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к переработке марганцевых конкреций для получения кобальта, меди, никеля, марганца, других металлов и их соединений.

Известен способ восстановления цветных металлов из глубоководных конкреций(патент СА №1031969, опубл. 30.05.1978). Конкреции состава, %: никель 0,5-2,2; кобальт 0,1-0,5; медь 0,3-2,0; железо 4-17; марганец 12-34, плавят в восстановительных условиях, получая первый жидкий сплав, в который переходят преимущественно цветные металлы и 1-й марганцевый шлак. Жидкий сплав, отделенный от шлака, продувают воздухом, обогащенным кислородом. Получают 2-й жидкий сплав и 2-й марганцевый шлак. В сплаве содержание марганца снижают <0,7%. После этого жидкий металл сульфидируют, получают металлический штейн, из которого извлекают металлы стандартными способами. Извлечение металлов составило: никель - 97,8, медь - 94,5, кобальт - 96,5, железо - 88,5.

Недостатком этого способа является то, что извлечение цветных металлов (никель, кобальт, медь) и марганца проводят последовательно (селективно), что определяет большие объемы каждого передела.

Известен способ переработки железомарганцевых конкреций (патент Японии N 53-19523), конкреции состава, %: никель - 0,9; кобальт - 0,11; медь -0,68; железо - 8,94; марганец - 29,03 перерабатывают с получением сплава на основе железа с высоким содержанием никеля, меди и кобальта и высокоуглеродистого ферромарганца. На 1-й стадии конкреции подвергают восстановительному обжигу во вращающейся или трубчатой печи. При этом селективно переводят в металлическую форму >90% меди, никеля и кобальта. На 2-й стадии восстановленный огарок плавят в отражательной или электрической печи с образованием сплава, содержащего железо, медь, никель, кобальт и шлака с высоким содержанием марганца. На 3-й стадии марганцевый шлак перерабатывают в электрической печи с получением марганцевых продуктов.

Недостатком этого способа являются высокие энергоемкость и продолжительность второй стадии переработки.

Известен способ переработки марганцевых конкреций (патент США N 4029498, опубл. 14.06.1977), который предусматривает извлечение никеля, меди и кобальта и получение сырья для выплавки ферромарганца. Измельченные до -20 меш с углем конкреции окомковывают и подвергают восстановительному обжигу при 500-850°C (содержание кислорода в топочных газах <1%). Для перевода никеля, меди и кобальта в металлическое состояние; железо и марганец восстанавливаются до металла незначительно. Обожженные гранулы измельчают до - 65 меш и репульпируют в растворе (NH₄)₂CO₃; пульпу продувают воздухом для перевода в раствор никеля, меди и кобальта в виде аммиакатов. Раствор отделяют от осадка, содержащего гидроокиси железа и марганца.

Недостатком этого способа является многостадийность и высокая общая продолжительность.

Известен способ извлечения никеля (заявка Японии N 60-19053), кобальта и меди из марганцевых конкреций, по которому с целью извлечения никеля, кобальта и меди измельченные конкреции обрабатывают водным раствором, содержащим 100 г/л (NH₄)₂CO₃ и 50 г/л (NH₄)₂SO₄. При этом извлечение никеля, кобальта и меди превышает 90%, а извлечение марганца и железа составляет около 1% каждого.

Недостатками этого способа являются большие объемы каждого передела, низкое извлечение марганца.

Известен способ переработки марганцевых конкреций, описанный Brooks Р.Т. Dean K.C. Rosenbaum J.B. Experimentsin Processing Murine Nodules IX Международный конгресс по обогащению полезных ископаемых. Pruha 1970, с. 329-333. Марганцевые конкреции выщелачивают при атмосферном давлении растворенным в воде SO₂, равно как и выщелачиваются при повышенной температуре с использованием SO₂ и разбавленной серной кислоты, что позволяет быстро извлечь в раствор марганец, никель, кобальт, медь и железо. При этом извлечение марганца, никеля, кобальта и меди составляет 97%, а железа 72%.

Недостатками этого способа являются низкая скорость отстаивания пульпы, высокое извлечение железа в раствор, что затрудняет последующую переработку растворов.

Известен способ селективного выщелачивания ценных компонентов (Cu, Ni, Co и Mn) из железомарганцевых образований сернистым ангидридом или растворами серной кислоты (Бачева Е.Д. Переработка марганцевых конкреций за рубежом. Черная металлургия, 1989, N 4, с. С. 3-18.), позволяющий снизить растворение железа при выщелачивании путем подачи определенного количества серного ангидрида на единицу массы железомарганцевых образований или окисление железа, перешедшего в раствор в период выщелачивания кислородом.

Недостатками этого способа является высокий расход реагентов, большие потери ценных компонентов, низкая скорость отстаивания пульпы.

Известен способ совместной переработки железомарганцевых конкреций и сульфидных пиритсодержащих материалов (патент RU №2187571, 20.08.2002 г.), принятый за прототип, по которому обжиг проводят в две стадии: обжиг измельченных конкреций в потоке газовой смеси с содержанием SO₂ 0,01-5,00% при 20-245°C, продукт обжига подают на вторую стадию совместно с пиритсодержащим материалом, и обжиг проводится в потоке воздуха при 475-525°C. Продолжительность обжига составляет 2-4 часа. Выщелачивание огарка происходит при комнатной температуре в растворе H₂SO₃ при продувке через раствор SO₂ в течение 10 мин. Степень извлечения металлов в раствор (Ni, Co, Cu, Mn) составляет 99,5%.

Недостатком этого способа является высокая продолжительность каждого этапа переработки.

Техническим результатом является ускорение процесса переработки железомарганцевых конкреций.

Технический результат достигается тем, что обжиг осуществляют в одну стадию в присутствии серосодержащих добавок в кипящем слое при температуре от 500 до 550°C в течение 45 минут, после чего проводят выщелачивание в водном растворе с содержанием H₂SO₄ от 10 до 25 г/л при температуре от 60 до 90°C, отношении твердого к жидкому не менее 1:3 продолжительностью 5 минут.

При выщелачивании огарков, полученных при температуре обжига 500-550°C, достигаются значительно высокие показатели при выщелачивании в водном растворе H₂SO4, чем при работе с огарками, полученными при иных температурах обжига. При этом продолжительность обжига не превышает 45 минут.

Предварительный подогрев раствора выщелачивания до 60-90°C уменьшает затраты энергии, идущей на реакцию выщелачивания.

Содержание в растворе выщелачивания H₂SO₄ в концентрации 10-25 г/л обеспечивает более полую сульфатизацию за счет того, что SO₂, адсорбированный на поверхности конкреций в процессе обжига, полностью вступает в реакцию сульфатизации, не взаимодействуя с водой.

Способ осуществляется следующим образом.

Используют глубоководные железомарганцевые конкреции и обезмеженный пиритный концентрат. В реактор печи кипящего слоя, разогретый до 500-550°C, подается газовая смесь, после чего в него вводится шихта крупностью -250+160 мкм, состоящая из 90% по массе железомарганцевых конкреций и 10% по массе пирита. По истечении 45 минут огарок сульфатизирующего обжига выгружается из реактора и выщелачивают.

Выщелачивание проводят в водном растворе H₂SO₄, концентрация 10-25 г/л, предварительно подогретом до 60-90°C, соблюдая соотношение твердого к жидкому не менее 1:3. Продолжительность процесса 5 минут.

Изложенное подтверждается следующими примерами.

Пример 1. В опыте использовались пиритный концентрат состава, %: никель - 0,07, медь - 0,20, кобальт - 0,16, железо - 46,3, сера – 50, железомарганцевые конкреции, содержащие, %: никель - 1,15, медь - 0,99, кобальт - 0,19, марганец - 26,11, железо - 6,16.

Марганцевые конкреции измельчались, смешивались с 10% пиритного концентрата и обжигались в кипящем слое при температуре 500°C в течение 45 минут. Степень сульфатизации составила, %: никель - 95,23, медь - 90,38, кобальт - 99,57, марганец - 99,41, железо - 3,23. Затем огарок выщелачивался в водном растворе с содержанием H₂SO₄ 10-25 г/л при температуре 60-90°C, отношении твердого к жидкому не менее 1:3 на протяжении 5 минут. Степень извлечения металлов в раствор составила, %: никель - 100, кобальт - 100, медь - 91,32, железо - 24,50, марганец - 100.

Пример 2. В опыте использовались пиритный концентрат состава, %: никель - 0,07, медь - 0,20, кобальт - 0,16, железо - 46,3, сера - 50 железомарганцевые конкреции содержащие, %: никель - 0,90, медь - 0,76, кобальт - 0,27, марганец - 23,79, железо - 10,08

Марганцевые конкреции измельчались смешивались с 10% пиритного концентрата и обжигались в кипящем слое при температуре 500°C в течение 45 минут. Степень сульфатизации составила, %: никель - 82,98, медь - 78,16, кобальт - 90,62, марганец - 87,51, железо - 1,06. Затем огарок выщелачивался в водном растворе с содержанием H₂SO₄ 10-25 г/л при температуре 60-90°C, отношении твердого к жидкому не менее 1:3 на протяжении 5 минут. Степень извлечения металлов в раствор составила, %: никель - 100, кобальт - 100, медь - 83,50, железо - 26,90, марганец - 100.

Полученные данные показывают, что предлагаемый способ позволяет значительно ускорить процесс переработки, при этом сохраняется высокая степень извлечения целевых компонентов переработки. По сравнению со способом прототипа время обжига уменьшится в 2,6-5,3 раза, время выщелачивания в 2 раза. Такое существенное снижение времени технологического процесса, обеспечивает существенный экономический эффект.