Патент на изобретение №2349653

(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СУЛЬФИДНОГО МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО КОНЦЕНТРАТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к гидрометаллургии. Осуществляют обработку медно-никелевого сульфидного концентрата фторидом и/или бифторидом аммония при температуре 165-210°С в течение 2-3 часов с образованием твердых продуктов фторирования и выделением газообразного аммиака и паров воды. Фторид и/или бифторид аммония берут в количестве 1,0-1,2 от стехиометрического по отношению к суммарному содержанию в медно-никелевом концентрате силикатов и пирротина. Твердые продукты фторирования подвергают водному выщелачиванию при температуре 40-60°С и Т:Ж=1:5-6 в течение 1-2 часов с переводом в осадок сульфидов никеля, меди, кобальта, металлов платиновой группы и магнетита, а в раствор – фтораммониевых солей кремния, магния, железа, алюминия и кальция. Осадок отделяют от раствора и подвергают магнитной сепарации с выделением магнетита. Полученный раствор нейтрализуют аммиачной водой до обеспечения рН 8-10 с регенерацией фторида и/или бифторида аммония и получением осадка гидроксидов магния, железа, алюминия и кальция и кремнезема. В качестве аммиачной воды для нейтрализации раствора могут быть использованы газообразный аммиак и пары воды со стадии фторирования сырья. Образовавшийся фторид и/или бифторид аммония возвращают на стадию обработки сырья. Технический результат изобретения заключается в снижении энергоемкости и обеспечении селективности переработки сульфидного рудного сырья при меньшем числе операций. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к гидрометаллургической переработке сульфидного рудного сырья, в частности к переработке сульфидных медно-никелевых концентратов, содержащих в качестве ценных металлов никель, медь, кобальт и металлы платиновой группы.

Известен способ переработки сульфидной руды, преимущественно золотосодержащей (см. Патент РФ №2120487, МПК⁶ С22В 11/00, 1998), включающий предварительный обжиг руды при 650-750°С, обработку фторидом и/или бифторидом аммония при массовом отношении руды к фторирующему агенту 1:1,2-3,5 и температуре 170-190°С с образованием твердых продуктов фторирования и выделением газообразного аммиака и паров воды, термическую обработку продуктов фторирования при 450-650°С с возгонкой гексафторсиликата и/или гексафтортитаната аммония и фторида аммония и образованием золотосодержащего нелетучего остатка, фторирование нелетучего остатка при массовом отношении остатка к фториду и/или бифториду аммония 1:0,3-0,4 и температуре 150-170°С. Затем профторированный остаток подвергают водному выщелачиванию с получением осадка чернового золота, ассоциированного с нефторируемыми минералами, в частности цирконом и магнетитом, и раствора фтораммониевых солей железа и алюминия. Полученный осадок чернового золота подвергают магнитной сепарации с отделением магнетита, а раствор фтораммониевых солей нейтрализуют аммиачной водой с регенерацией фторида и/или бифторида аммония и получением осадка гидроксидов железа и алюминия. Регенерированный фторид и/или бифторид аммония возвращают на стадию обработки руды. Извлечение золота в немагнитную фракцию составляет 97,6%.

Недостатками известного способа являются его повышенная энергоемкость, обусловленная необходимостью предварительного окислительного обжига и последующей термической обработки продуктов фторирования, и значительное число операций для достижения требуемой селективности, что усложняет и удорожает способ.

Известен также способ переработки сульфидного медно-никелевого концентрата с извлечением ценных металлов (см. Патент РФ №2057193, МПК⁶ С22В 11/00, 11/02, 1996), включающий приготовление шихты из концентрата, содержащего 19-20 мас.% сульфидов цветных металлов и железа, 55-60 г/т металлов платиновой группы, и флюса в виде карбонатита в количестве 30-32% от массы шихты, плавку шихты при 1300-1350°С в инертной или слабовосстановительной атмосфере с получением шлакового расплава и штейна, содержащего никель, медь, кобальт, металлы платиновой группы и железо, отделение шлакового расплава и автоклавное окислительное выщелачивание штейна с получением твердого остатка металлов платиновой группы и раствора, содержащего цветные металлы и железо.

Недостатками данного способа являются его повышенная энергоемкость вследствие ведения плавки шихты при высоких температурах, ограниченная селективность, обусловленная переводом в штейн железа наряду с ценными металлами, а также необходимость использования инертной или восстановительной атмосферы при плавке шихты, что усложняет и удорожает способ.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в снижении энергоемкости способа переработки сульфидного медно-никелевого концентрата и повышении его селективности.

Технический результат достигается способом переработки сульфидного медно-никелевого концентрата с извлечением ценных металлов, заключающимся в обработке концентрата фторидом и/или бифторидом аммония, взятом в количестве 1,0-1,2 от стехиометрического по отношению к суммарному содержанию в медно-никелевом концентрате силикатов и пирротина, при нагревании с образованием твердых продуктов фторирования и выделением газообразного аммиака и паров воды, водном выщелачивании твердых продуктов фторирования с переводом сульфидов ценных металлов – никеля, меди, кобальта и металлов платиновой группы и магнетита в осадок, а фтораммониевых солей железа, алюминия, кремния, магния и кальция в раствор, отделении осадка, его магнитной сепарации с выделением магнетита, нейтрализации раствора аммиачной водой с регенерацией фторида и/или бифторида аммония и получением осадка гидроксидов железа, алюминия, кремнезема и гидроксидов магния и кальция и возврате фторида и/или бифторида аммония на стадию обработки концентрата.

Технический результат достигается также тем, что обработку медно-никелевого концентрата фторидом и/или бифторидом аммония ведут при температуре 165-210°С в течение 2-3 часов.

Технический результат достигается также и тем, что выщелачивание твердых продуктов фторирования ведут при температуре 40-60°С и Т:Ж=1:5-6 в течение 1-2 часов.

Технический результат достигается и тем, что нейтрализацию раствора фтораммониевых солей кремния, магния, железа, алюминия и кальция ведут до обеспечения рН 8-10.

На достижение технического результата направлено то, что в качестве аммиачной воды для нейтрализации раствора используют газообразный аммиак и пары воды со стадии фторирования концентрата.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Введение фторида и/или бифторида аммония в количестве 1,0-1,2 от стехиометрического по отношению к суммарному содержанию в медно-никелевом концентрате силикатов (Mg₂SiO₄,(Mg,Fe)₂SiO₄,Mg₂Al₄(OH)₈Si₃O₁₀,(Mg,Fe)₆(OH)₈[Si₄O₁₀],Mg₃(OH)₂[Si₄O₁₀],CaMgSi₂O₆ и др.) и пирротина (Fe_1-xS) обусловлено необходимостью максимально полного фторирования этих минералов с образованием растворимых в воде фтораммониевых солей кремния, магния, железа, алюминия и кальция. При введении фторида и/или бифторида аммония в количестве менее 1,0 от стехиометрического не обеспечивается полнота фторирования силикатов и пирротина, что приводит к снижению содержания в осадке ценных металлов. При количестве вводимого фторида и/или бифторида аммония более 1,2 от стехиометрии будет иметь место перерасход фторирующего реагента без заметного улучшения селективности процесса. Кроме того, возможно выделение в газовую фазу HF.

Водное выщелачивание продуктов фторирования – фтораммониевых солей кремния, магния, железа, алюминия и кальция позволяет перевести их в раствор и отделить нерастворимый осадок сульфидов никеля, меди, кобальта и металлов платиновой группы, а также магнетита, который выделяют магнитной сепарацией.

Нейтрализация полученного раствора аммиачной водой обеспечивает выделение в осадок кремнезема и гидроксидов магния, железа, алюминия и кальция и позволяет регенерировать фторид и/или бифторид аммония и возвратить на стадию обработки концентрата.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в снижении энергоемкости способа переработки сульфидного медно-никелевого концентрата и повышении его селективности.

В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие конкретные операции и режимные параметры.

Обработка медно-никелевого концентрата фторидом и/или бифторидом аммония при температуре 165-210°С в течение 2-3 часов обусловлена следующим. Обработка при температуре менее 165°С не обеспечивает полного фторирования силикатов и пирротина, что снижает селективность способа. Ведение обработки при температуре более 210°С приводит к неоправданному увеличению энергозатрат и потерям фторирующего реагента в результате его выделения в газовую фазу. Экспериментально установлено, что временной интервал 2-3 часа позволяет провести полное фторирование силикатов и пирротина.

Проведение выщелачивания твердых продуктов фторирования при температуре 40-60°С и Т:Ж=1:5-6 обусловлено тем, что выщелачивание при температуре ниже 40°С и соотношении Т:Ж менее 1:5 не обеспечивает полного перевода в раствор фтораммониевых солей, что снижает селективность способа. Выщелачивание при температуре выше 60°С приводит к увеличению энергозатрат, а соотношение Т:Ж более 1:6 нецелесообразно из экономических соображений. Опытным путем установлено, что временной интервал 1-2 часа позволяет обеспечить полный перевод в раствор фтораммониевых солей кремния, магния, железа, алюминия и кальция и отделить нерастворимый осадок сульфидов никеля, меди, кобальта и металлов платиновой группы, а также магнетита.

Нейтрализация аммиачной водой раствора фтораммониевых солей кремния, магния, железа, алюминия и кальция до обеспечения рН 8-10 обусловлена тем, что ведение процесса при рН ниже 8 не позволяет достигнуть полноты гидролиза фтораммониевых солей кремния, магния, железа, алюминия и кальция, что приводит к загрязнению регенерируемого фторида и/или бифторида аммония. Ведение процесса при рН выше 10 ведет к неполноте осаждения гидроксидов магния, железа, алюминия и кальция и кремнезема.

Использование в качестве аммиачной воды для нейтрализации раствора газообразного аммиака и паров воды со стадии фторирования концентрата повышает экономичность и экологичность способа.

Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ переработки сульфидного медно-никелевого концентрата в оптимальном режиме с точки зрения снижения энергоемкости способа и повышения его селективности.

На прилагаемом чертеже приведена схема переработки сульфидного медно-никелевого концентрата согласно заявленному изобретению.

Способ осуществляют следующим образом. Предварительно проводят флотационное обогащение сульфидной руды, измельченной до крупности – 0,1 мм с обеспечением суммарного содержания сульфидов ценных металлов 19-20%. Полученный в процессе обогащения медно-никелевый концентрат 1 обрабатывают при температуре 165-210°С в течение 2-3 часов фторидом и/или бифторидом аммония, который берут в количестве 1,0-1,2 от стехиометрического по отношению к суммарному содержанию в медно-никелевом концентрате силикатов и пирротина. В этих условиях полностью фторируются силикатные минералы с образованием твердых продуктов фторирования 2 и выделением в газовую фазу аммиака и паров воды 3. Сульфиды цветных металлов – пентландит (Ni,Fe₉)S₈ и халькопирит CuFeS₂ практически не взаимодействуют с фторидом и/или бифторидом аммония. Незначительное фторирование пентландита и халькопирита протекает инконгруэнтно, в результате чего образуются новые сульфидные фазы: миллерит NiS, борнит Cu₅FeS₄, ковеллин CuS, обогащенные цветными металлами. Пирротин же реагирует с фторидом и/или бифторидом аммония с образованием гексафторферрата аммония при степени вскрытия минерала – 80-90%. Далее твердые продукты фторирования подвергают водному выщелачиванию 4 при температуре 40-60°С и Т:Ж=1:5-6 в течение 1-2 часов. Сульфиды никеля, меди, кобальта и металлы платиновой группы практически полностью остаются в нерастворимом осадке 5, а фтораммониевые соли кремния, магния, железа, алюминия и кальция переходят в раствор 6. Степень извлечения никеля, меди, кобальта и металлов платиновой группы в осадок составляет при этом 98-99%. Поскольку осадок содержит также магнетит, который не взаимодействует с фторидом и/или бифторидом аммония, то дальнейшая переработка осадка включает магнитную сепарацию 7 с выделением магнетитового 8 и сульфидного 9 концентратов. Сульфидный концентрат 9 направляют на дальнейшую переработку известным способом. Раствор 6 фтораммониевых солей кремния, магния, железа, алюминия и кальция подвергают нейтрализации 10 аммиачной водой, которую вводят в качестве самостоятельного реагента, либо формируют путем пропускания через раствор 6 газообразного аммиака и паров воды 3, выделившихся при фторировании медно-никелевого концентрата 1. Образовавшийся в ходе нейтрализации 10 фторид и/или бифторид аммония 11 после регенерации раствора возвращают в начало процесса на стадию обработки концентрата 1, а полученный осадок 12 гидроксидов магния, железа, алюминия и кальция и кремнезема подвергают термической обработке (сушке и прокалке) 13. Полученный продукт используют для производства строительных материалов.

Сущность и преимущества заявляемого изобретения могут быть проиллюстрированы следующими Примерами.

Пример 1. 1000 г сульфидного медно-никелевого концентрата крупностью – 0,1 мм, содержащего, мас.%: пентландит 15, халькопирит 5, пирротин 19, магнетит 6, серпентин 45 и тальк 10, а также металлы платиновой группы в количестве 5 г/т, обрабатывают 1892,3 г бифторида аммония NH₄HF₂ (стехиометрическое количество по отношению к суммарному содержанию в концентрате силикатов и пирротина) при температуре 165°С в течение 3 часов. Образовавшиеся твердые продукты фторирования в количестве 2175,4 г подвергают водному выщелачиванию при температуре 60°С и Т:Ж=1:5 в течение 1 часа. Выделившийся при фторировании газообразный аммиак и пары воды в количестве соответственно 35,4 г и 369,5 г направляют на утилизацию. Сульфиды никеля, меди, кобальта, металлов платиновой группы и магнетит практически полностью остаются в нерастворимом осадке, а фтораммониевые соли кремния, магния, железа, алюминия и кальция переходят в раствор. Образовавшийся осадок в количестве 353,3 г отделяют от раствора фильтрацией. Степень извлечения никеля, меди, кобальта и металлов платиновой группы в осадок составляет 98%. Полученный осадок подвергают магнитной сепарации с выделением 63 г магнетитового и 290,3 г сульфидного концентратов. Сульфидный концентрат направляют на дальнейшую переработку методом автоклавного окислительного выщелачивания. Раствор фтораммониевых солей кремния, магния, железа, алюминия и кальция в количестве 1,1 л подвергают нейтрализации до обеспечения рН 8 аммиачной водой, содержащей 1185 г NH₄OH. Регенерированный после нейтрализации раствора бифторид аммония в количестве 1870 г возвращают на стадию обработки концентрата. Полученный осадок гидроксидов магния, железа, алюминия и кальция и кремнезема в количестве 926 г подвергают сушке при 110°С и прокалке при 620°С. Полученный продукт в количестве 621 г может быть использован в производстве строительных материалов.

Пример 2. 1000 г сульфидного медно-никелевого концентрата крупностью – 0,1 мм, содержащего, мас.%: пентландит 16, халькопирит 4, пирротин 17, магнетит 9, оливин 32, серпентин 4, тальк 4 и диопсид 2, а также металлы платиновой группы в количестве 5,2 г/т, обрабатывают 1558,6 г бифторида аммония NH₄HF₂ (1,1 от стехиометрического количества по отношению к суммарному содержанию в концентрате силикатов и пирротина) при температуре 210°С в течение 2 часов. Образовавшиеся твердые продукты фторирования в количестве 1856,7 г подвергают водному выщелачиванию при температуре 40°С и Т:Ж=1:6 в течение 2 часов. Выделившийся при фторировании газообразный аммиак и пары воды в количестве соответственно 22,9 г и 238 г направляют на утилизацию. Сульфиды никеля, меди, кобальта, металлов платиновой группы и магнетит практически полностью остаются в нерастворимом осадке, а фтораммониевые соли кремния, магния, железа, алюминия и кальция переходят в раствор. Образовавшийся осадок в количестве 362,6 г отделяют от раствора фильтрацией. Степень извлечения никеля, меди, кобальта и металлов платиновой группы в осадок составляет 99%. Полученный осадок подвергают магнитной сепарации с выделением 98 г магнетитового и 264,6 г сульфидного концентратов. Сульфидный концентрат направляют на дальнейшую переработку методом автоклавного окислительного выщелачивания. Раствор фтораммониевых солей кремния, магния, железа, алюминия и кальция в количестве 1,12 л подвергают нейтрализации до обеспечения рН 10 аммиачной водой, содержащей 780 г NH₄OH. Регенерированный после нейтрализации раствора бифторид аммония в количестве 1550 г возвращают на стадию обработки концентрата. Полученный осадок гидроксидов магния, железа, алюминия и кальция и кремнезема в количестве 783 г подвергают сушке при 120°С и прокалке при 650°С. Полученный продукт в количестве 552 г может быть использован в производстве строительных материалов.

Пример 3. 1000 г сульфидного медно-никелевого концентрата крупностью – 0,1 мм, содержащего, мас.%: пентландит 14, халькопирит 5, пирротин 15, магнетит 7, оливин 35, серпентин 8, хлорит 7, тальк 7 и диопсид 2, а также металлы платиновой группы в количестве 4,9 г/т, обрабатывают 2378 г фторида аммония NH₄F (1,2 от стехиометрического количества по отношению к суммарному содержанию в концентрате силикатов и пирротина) при температуре 200°С в течение 2,5 часов. Образовавшиеся твердые продукты фторирования в количестве 2185,7 г подвергают водному выщелачиванию при температуре 50°С и Т:Ж=1:5,5 в течение 1,5 часов. Выделившийся при фторировании газообразный аммиак и пары воды в количестве соответственно 564 г и 321,7 г направляют на операцию нейтрализации. Сульфиды никеля, меди, кобальта, металлов платиновой группы и магнетит практически полностью остаются в нерастворимом осадке, а фтораммониевые соли кремния, магния, железа, алюминия и кальция переходят в раствор. Образовавшийся осадок в количестве 338 г отделяют от раствора фильтрацией. Степень извлечения никеля, меди, кобальта и металлов платиновой группы в осадок составляет 98,6%. Полученный осадок подвергают магнитной сепарации с выделением 74 г магнетитового и 264 г сульфидного концентратов. Сульфидный концентрат направляют на дальнейшую переработку методом автоклавного окислительного выщелачивания. Раствор фтораммониевых солей кремния, магния, железа, алюминия и кальция в количестве 1,15 л подвергают нейтрализации до обеспечения рН 10 аммиачной водой, содержащей 1098 г NH₄OH, в качестве которой используют выделившиеся при фторировании газообразный аммиак и пары воды. Регенерированный после нейтрализации раствора фторид аммония в количестве 2330 г возвращают на стадию обработки концентрата. Полученный осадок гидроксидов магния, железа, алюминия и кальция и кремнезема в количестве 979 г подвергают сушке при 130°С и прокалке при 600°С. Полученный продукт в количестве 679 г может быть использован в производстве строительных материалов.

Пример 4. 1000 г сульфидного медно-никелевого концентрата крупностью – 0,1 мм состава, как в Примере 1, обрабатывают 2174,5 г смеси фторида NH₄F и бифторида аммония NH₄HF₂, взятых в соотношении 1,3:1 (стехиометрическое количество по отношению к суммарному содержанию в концентрате силикатов и пирротина), при температуре 170°С в течение 3 часов. Образовавшиеся твердые продукты фторирования в количестве 2191,9 г подвергают водному выщелачиванию при температуре 55°С и Т:Ж=1:5,5 в течение 1,5 часов. Выделившийся при фторировании газообразный аммиак и пары воды в количестве соответственно 329,8 г и 375,4 г направляют на операцию нейтрализации. Сульфиды никеля, меди, кобальта, металлов платиновой группы и магнетит практически полностью остаются в нерастворимом осадке, а фтораммониевые соли кремния, магния, железа, алюминия и кальция переходят в раствор. Образовавшийся осадок в количестве 341,2 г отделяют от раствора фильтрацией. Степень извлечения никеля, меди, кобальта и металлов платиновой группы в осадок составляет 98,1%. Полученный осадок подвергают магнитной сепарации с выделением 62,5 г магнетитового и 278,7 г сульфидного концентратов. Сульфидный концентрат направляют на дальнейшую переработку методом автоклавного окислительного выщелачивания. Раствор фтораммониевых солей кремния, магния, железа, алюминия и кальция в количестве 1,2 л подвергают нейтрализации до обеспечения рН 9 аммиачной водой, содержащей 1212 г NH₄OH, в качестве которой используют выделившиеся при фторировании газообразный аммиак и пары воды. Регенерированную после нейтрализации раствора смесь фторида и бифторида аммония в количестве 2170 г возвращают на стадию обработки концентрата. Полученный осадок гидроксидов магния, железа, алюминия и кальция и кремнезема в количестве 955 г подвергают сушке при 120°С и прокалке при 630°С. Полученный продукт в количестве 643 г может быть использован в производстве строительных материалов.

Из анализа вышеприведенных Примеров видно, что предлагаемый способ позволяет по сравнению с прототипом снизить энергоемкость и повысить селективность переработки сульфидного медно-никелевого концентрата. Способ обеспечивает извлечение никеля, меди, кобальта и металлов платиновой группы в пределах 98-99%. Предлагаемый способ относительно прост и может быть реализован с использованием выпускаемых промышленностью реагентов и стандартного оборудования.

Формула изобретения

1. Способ переработки сульфидного медно-никелевого концентрата с извлечением ценных металлов, заключающийся в обработке концентрата фторидом и/или бифторидом аммония, взятом в количестве 1,0-1,2 от стехиометрического по отношению к суммарному содержанию в медно-никелевом концентрате силикатов и пирротина, при нагревании с образованием твердых продуктов фторирования и выделением газообразного аммиака и паров воды, водном выщелачивании твердых продуктов фторирования с переводом сульфидов ценных металлов – никеля, меди, кобальта и металлов платиновой группы и магнетита в осадок, а фтораммониевых солей железа, алюминия, кремния, магния и кальция – в раствор, отделении осадка, его магнитной сепарации с выделением магнетита, нейтрализации раствора аммиачной водой с регенерацией фторида и/или бифторида аммония и получением осадка гидроксидов железа, алюминия, кремнезема и гидроксидов магния и кальция и возврате фторида и/или бифторида аммония на стадию обработки концентрата.

2. Способ по п.1, в котором обработку сульфидного медно-никелевого концентрата фторидом и/или бифторидом аммония ведут при температуре 165-210°С в течение 2-3 ч.

3. Способ по п.1, в котором выщелачивание твердых продуктов фторирования ведут при температуре 40-60°С и Т:Ж=1:5-6 в течение 1-2 ч.

4. Способ по п.1, в котором нейтрализацию раствора фтораммониевых солей кремния, магния, железа, алюминия и кальция ведут до обеспечения рН 8-10.

5. Способ по п.1 или 4, в котором в качестве аммиачной воды для нейтрализации раствора используют газообразный аммиак и пары воды со стадии фторирования сырья.

РИСУНКИ