СПОСОБ УДАЛЕНИЯ СЕРЫ ПРИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ НИКЕЛЯ

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к способу удаления серы, образовавшейся в технологических процессах получения никеля, таких, как выщелачивание никелевого штейна, из цикла выщелачивания. Получаемый никель широко используется в различных отраслях металлургической промышленности.

Предшествующий уровень техники.

Известно, что никелевые концентраты подвергают пирометаллургической обработке, сначала в плавильной печи, с получением никелевого штейна, имеющего относительно высокое содержание серы. Никелевый штейн в свою очередь подают в конвертер, получаемый из которого богатый никелевый штейн имеет значительно более низкое содержание серы. В последнее время началась модернизация той части технологии производства никеля, которая связана с пирометаллургическим процессом, что привело к исключению из технологии конвертера, и никелевый штейн, получаемый из первой плавильной печи, например из суспензионной плавильной печи, направляют непосредственно для гидрометаллургической обработки. Шлак, полученный в первой плавильной печи, обычно подвергают дальнейшей обработке в электрической печи, откуда полученный штейн также направляют для гидрометаллургической обработки. В особенности в первой плавильной печи содержание серы в образующемся никелевом штейне всегда несколько выше, чем в штейне, получаемом из конвертера, вследствие чего увеличивается количество серы, циркулирующей в технологическом процессе выщелачивания, что может привести к так называемому серному вздутию, если не принимают никаких мер к удалению серы из цикла выщелачивания. Эта проблема типична для технологии выщелачивания никеля, основанной на использовании извести.

В целях дальнейшей гидрометаллургической обработки никелевый штейн размалывают и выщелачивают до получения анолита, участвующего в электрохимическом извлечении никеля. Выщелачивание никелевого штейна представляет собой многостадийный процесс и включает несколько стадий выщелачивания, которые осуществляют как в условиях атмосферного давления, так и при повышенном давлении. Получаемый при этом раствор сульфата никеля пропускают через стадию очистки раствора (удаление кобальта) или же через стадию либо электрохимического извлечения никеля, либо раскисления, осуществляемого путем подачи в металл водорода.

Когда раствор сульфата никеля, образовавшийся при выщелачивании никелевого штейна, подают на стадию электрохимического извлечения, то при этом происходит следующая реакция:

Электроды в процессе электрохимического извлечения изолированы друг от друга с помощью диафрагмы. Одна из основных характеристик этого процесса состоит в том, что через диафрагму необходимо пропускать определенный ток для того, чтобы серная кислота, образовавшаяся во время электрохимического извлечения, не приходила в контакт с катодом, что привело бы к тому, что на катоде образовывался не никель, а газ водород. Таким образом, расход раствора для конкретного количества никеля является постоянной величиной, и при этом вырабатывается некоторое постоянное количество анолита. Анолит состоит примерно из 70 г/л Ni и 45-50 г/л Н₂SO₄. Как можно видеть из реакции (1), количество серной кислоты, образовавшейся во время электрохимического извлечения, молекулярно эквивалентно количеству осажденного никеля. По меньшей мере часть этой окисленной серы необходимо удалять из цикла выщелачивания в виде сульфата для того, чтобы никель не уходил с сульфатом.

Как описано в патенте США 5628817А от 13.5.1997г. кол.3, строки 60-63, удаление серы из цикла выщелачивания, как правило, осуществляют с помощью основанных на натрии нейтрализующих присадок (карбонат натрия, гидроксид натрия), другими словами, окисленную серу (серную кислоту) нейтрализуют гидроксидом натрия или содой, в зависимости от ситуации. В результате процесса нейтрализации образуется растворимый сульфат натрия, который в обычных условиях следует удалять из технологического процесса в виде побочного продукта. Однако сульфат натрия настолько ценный продукт, что его следовало бы направлять на рынок для реализации, а если же такие рынки не существуют, то использование основанных на натрии нейтрализующих присадок для нейтрализации серы экономически неэффективно.

Как правило, препятствием для использования извести в технологических процессах, связанных с сульфатами, является осадок гипса, который забивает фильтр и ткань диафрагмы, а также образует слои гипса, расположенные у горячих поверхностей.

Раскрытие сущности изобретения

В соответствии с настоящим изобретением разработан способ, с помощью которого по меньшей мере часть серы, образовавшейся при выщелачивании никелевого штейна, восстанавливают путем направления части анолита из процесса электрохимического извлечения во вторичный поток, где серную кислоту нейтрализуют некоторыми основанными на кальции соединениями, такими, как негашеная известь (СаО) или известняк (СаСО₃). Нейтрализованный раствор насыщен гипсом, и этот гипс выделяют из раствора, например, с помощью экстрагирующего растворителя, так что содержание гипса в растворе остается заметно ниже уровня насыщения. Нейтрализованный анолит, из которого удалена часть гипса, снова возвращают в цикл выщелачивания, предпочтительно на стадию удаления кобальта, где он не оказывает вредного влияния на существующий на этой стадии раствор никелевого штейна. Существенные новые признаки изобретения будут ясны из прилагаемой формулы изобретения.

В способе по настоящему изобретению вредные воздействия гипса, образовавшегося при осаждении извести, можно предотвратить не только посредством осаждения и фильтрации раствора, но также и путем удаления гипса из насыщенного раствора сразу же после нейтрализации известью. Удаление гипса осуществляют с помощью известных в данной области техники способов, таких, например, как экстрагирование с помощью подходящего экстрагирующего растворителя, такого, как DEHPA, так что содержание гипса в растворе становится значительно ниже уровня насыщения, что сводит к минимуму вредное воздействие гипса. Образовавшийся осадок гипса можно хранить или использовать в качестве строительного материала.

Ниже изобретение описывается со ссылками на прилагаемую технологическую карту 1.

Краткое описание чертежа

Выщелачивание никелевого штейна в целом на технологической схеме показано упрощенно, в виде одной стадии, тогда как фактически это всегда многостадийный процесс, включающий стадии, осуществляемые как при атмосферном давлении, так и при повышенном давлении. Выщелачивание осуществляют с помощью образующегося в процессе электрохимического извлечения конуса анолита, представляющего собой раствор, содержащий серную кислоту. Стадии выщелачивания также включают восстановление меди и железа и их осуществляют обычным способом. Раствор сульфата никеля, полученный при выщелачивании, подают для удаления кобальта, а затем очищенный раствор подвергают электролизу, осуществляемому на принципе электрохимического извлечения.

При электрохимическом извлечении никель восстанавливают в виде элементарного чистого никеля на катодах, а в анодной зоне образуется серная кислота. Во время электрохимического извлечения содержание никеля в растворе падает до около 30 г/л, в то время как содержание серной кислоты увеличивается на такую же самую величину.

Часть анолита повторно направляют в цикл выщелачивания, в то время как другая его часть поступает во вторичный поток, который направляет его к отдельной фазе нейтрализации, где анолит нейтрализуют путем добавления к нему некоторых содержащих кальций нейтрализующих присадок, таких, как тонко размолотые негашеная известь или известняк. Если, например, используют негашеную известь, то происходит следующая реакция:

Количество анолита, направленного во вторичный поток, предпочтительно составляет 30-60% от общего количества анолита. Серная кислота в растворе нейтрализуется до гипса, который осаждают, отфильтровывают и удаляют из технологического цикла.

Раствор, выходящий после нейтрализации, насыщен гипсом (Са=500-700 мг/л), и если его сразу возвращать в цикл выщелачивания, то существует опасность, что гипс будет осаждаться на горячих поверхностях, тканях и т.п. По этой причине раствор подвергают экстракции кальция с помощью обычного экстрагирующего растворителя, такого, как реагент DEHPA. Содержание гипса снижают до уровня, который существенно ниже уровня насыщения (Са=50-150 мг/л), в результате чего устраняют риск осаждения. Органическую фазу, полученную при экстракции кальция, подвергают повторной экстракции раствором соляной кислоты, при этом кальций удаляют в виде хлорида кальция. После выщелачивания кальция нейтрализованный анолит предпочтительно направляют на стадию удаления кобальта, где фактическая величина потока (расход) выщелачивания при выщелачивании никелевого штейна остается существенно более низкой, чем она была бы в том случае, если бы все количество анолита повторно возвращали в цикл выщелачивания.

Преимущества данного способа, о которых стоит упомянуть, заключаются в том, что предлагаемая нейтрализующая присадка экономически гораздо более эффективна, чем применяющиеся в настоящее время нейтрализующие присадки. Количество никеля, восстановленного при электрохимическом извлечении в расчете на определенную величину расхода при выщелачивании, является постоянной величиной, а поскольку часть потока раствора анолита при новом способе направляют в поток выщелачивания, поступающий от выщелачивания штейна только после стадии собственно выщелачивания, то это означает, что содержание никеля в растворе, поступающем от выщелачивания, можно сделать более высоким, чем в том случае, если бы весь поток рециркулировал через стадию выщелачивания. Вследствие этого количество никеля, выделяемого при выщелачивании (дельта никель г/л) в расчете на определенное количество раствора, можно значительно повысить по сравнению с количеством, выделяемым при электрохимическом извлечении. Поскольку лишь часть раствора возвращают на стадию собственно выщелачивания, то, например, затраты на нагревание раствора можно значительно уменьшить. Размеры оборудования для выщелачивания также можно соответственно уменьшить. Температура анолита, поступающего после электрохимического извлечения, составляет примерно 60°С, и для целей выщелачивания его нагревают до температуры 90-140°С, в зависимости от стадии технологического процесса.