Гидрометаллургия никеля

Гидрометаллургические методы при получении никеля значительно больше распространены, чем при получении меди. В настоящее время их применяют для переработки окисленных никелевых руд, никелевых сульфидных концентратов, пирротиновых концентратов, сульфидных полупродуктов (штейнов, файнштейнов и др.) с использованием сернокислых, аммиачных и солянокислых растворов.

Выщелачивание проводят как при атмосферном, так н повышенном давлении. Высокое давление в свою очередь позволяет вести процесс и при повышенных температурах. Использование высоких температур и давлений значительно ускоряет химические реакции и повышает полноту их протекания. Такие процессы получили название автоклавных процессов. Их проводят в специальных герметичных аппаратах - автоклавах.

При гидрометаллургической переработке окисленных никелевых руд, содержащих около 1,3% Ni и 0,8 % Со, по аммиачной схеме (завод "Никаро", Куба) руду вначале подвергают селективному восстановительному обжигу, при котором никель и кобальт восстанавливаются до металлов, а железо - преимущественно до Fe₃0₄. Охлажденный огарок выщелачивают в турбоаэра-торах - герметичных пневмомеханических мешалках - раствором, содержащим 5-7 % аммиака и 4- 6 % оксида углерода (С0₂). При этом протекают процессы, описываемые в общем виде уравнением

Me + 6NH₃ + С0₂ + 1/20₂ = Me(NH₃)₆C0₃.

Железо в виде гидроксида и большая часть кобальта (до 80-90 %) остаются в хвостах выщелачивания. Полученные растворы в дальнейшем подвергают термическому разложению острым паром с образованием нерастворимых карбонатов никеля и кобальта. Осадок карбонатов после отделения от растворов сушат и прокаливают в трубчатых печах, что приводит к образованию оксида никеля. Оксид никеля спекают на агломерационных машинах. Товарным продуктом этой технологии является спек (синтер), содержащий 88% Ni и 0,7% Со. Извлечение никеля из руды составляет 75 %, кобальта 20 %.

На заводе "Моа" (Куба) окисленные никелевые руды подвергают сернокислотному выщелачиванию под давлением 0,4- 0,5 МПа в вертикальных автоклавах, что позволяет проводить процесс при температурах до 240-250 ^оС. В раствор при выщелачивании в автоклавах переходит по 95% никеля и кобальта в виде сульфатов NiS0₄ и CoS0₄. После очистки от железа раствор нейтрализуют и обрабатывают сероводородом в специальных автоклавах, в результате чего получают сульфидный концентрат, содержащий 55- 60 % Ni и 5- 6 % Со. Этот концентрат является товарной продукцией завода. Конечное извлечение металлов из руды - ~ 90 %.

Аммиачное выщелачивание в автоклавах для переработки сульфидных никелевых концентратов (14 % Ni; 3 % Си; 0,2-0,4 % Со; 35 % Fe; 28 % S) использует компания "Шеррит-Гордон" (Канада). Процесс выщелачивания ведут в четырех камерных автоклавах объемом 120м³.

Технологическая схема процесса состоит из следующих основных операций:

1) аммиачное выщелачивание концентрата при температуре 77-82^oС и давлении около 700 кПа, при этом в раствор в форме аммиакатов переходят никель, медь и кобальт, а железо, окисляясь, выпадает в осадок в виде гидроксида;

2) кристаллизация сульфида меди при нагреве раствора до 110 ^oС;

3) последовательное автоклавное восстановление водородом никеля и осаждение кобальта сероводородом;

4) кристаллизация сульфата аммония из отработанного раствора.

В целом по такой технологии извлекают, %; Ni 90; Со 45; Си 89; S 75.

В результате автоклавной переработки сульфидных никелевых концентратов по аммиачной схеме получают сульфид меди (70% Си), никелевый порошок (99,8-99,9% Ni), кобальтовый порошок и сульфат аммония.

На отечественных заводах автоклавное выщелачивание используют для переработки пирротиновых концентратов (НГМК), кобальтового штейна (автоклавной массы), получаемого при обеднении конвертерных шлаков на комбинате "Южуралникель", растворения богатых никелевых концентратов с целью обогащения никелевого электролита на комбинате "Североникель".

Переработка пирротиновых концентратов, содержащих, %: Ni 3,5-3,9; Си 3,2-3,6; Со 0,13; Fe 47-54 и S 28-32, осуществляется по технологии автоклавного окислительного выщелачивания.

Окислительное выщелачивание проводят в горизонтальных автоклавах с рабочей емкостью 100 м³ при 108 ^oС и давлении 1,5 МПа. Цель процесса - разложение пирротина с образованием гидроксида железа (Fe₂0₃ ∙ 3Н₂0) и элементарной серы; при этом в раствор частично переходят цветные металлы в форме сульфатов. Химизм основного процесса сложен и недостаточно изучен. Продуктом процесса является окисленная пульпа, в твердой фазе которой содержатся неокислившиеся сульфиды, гидроксид железа, элементарная сера и пустая порода, а в водной - растворенные цветные металлы.

Для осаждения растворенных металлов пульпу в реакторах с механическим перемешиванием обрабатывают железорудными металлизованными окатышами. В результате протекания суммарной реакции, описываемой в общем виде реакций

MeS0₄ + Fe + S° → MeS + FeSO₄

никель, медь и кобальт выпадают в осадок в виде сульфидов.

Серосульфидная флотация имеет своей целью флотационное отделение сульфидов и элементарной серы от оксидов (Fe₂0₃ ∙ 3Н₂0) и пустой породы, которые направляются в отвал. Флотационный серосульфидный концентрат направляют на разделение серы и сульфидов также методом флотации с получением сульфидного и серного концентратов.

Автоклавный сульфидный концентрат в 3-4 раза больше обогащен цветными металлами по сравнению с исходным пирротиновым концентратом. Его плавят в составе шихты плавки на медно-никелевый штейн. Такой процесс в промышленном масштабе внедрен на Надеждинском никелевом заводе (НГМК).

Примером солянокислого выщелачивания с использованием экстракции может служить переработка медно-никелевого файнштейна на промышленной установке в Норвегии.

При выщелачивании соляной кислотой при 70 ^оС сульфиды никеля, кобальта и железа растворяются, a Cu₂S и платиноиды остаются в остатке. Железо в виде HFeCl₄ извлекают экстракцией раствором трибутилфосфата в керосине; кобальт экстрагируют раствором триизооктиламина в толуоле. Из очищенного раствора кристаллизуют NiCI₃ ∙ 6Н₂0. Эту соль затем прокаливают, улавливая пары соляной кислоты, а полученный оксид никеля восстанавливают водородом. Металл плавят и гранулируют; чистота его составляет 99,7 %.