Переработка сульфидных медно-никелевых руд

Сульфидные руды никеля, по сравнению с окисленными, являются более сложными. Они содержат, помимо Ni и Co, Cu, благородные металлы и платиноиды, что значительно усложняет весь ход операций, ведущих к получению отдельных металлов в чистом виде. Это руды Норильского региона (ОАО «Норильский никель») и Кольского полуострова (Комбинат «Североникель»), они содержат: пентландит (Fe,Ni)₉S₈; пирротин Fe₇S₈; халькопирит CuFeS₂. Содержание кобальта в минералах не равноценно и распредляется следующим образом: 90%, до 10% и ~ 1% Co соответственно.

Весь цикл операций, применяющихся в настоящее время для извлечения Ni, Co, Cu и благородных металлов из сульфидных руд, можно разбить на два этапа.

1). Концентрирование ценных составляющих в одном продукте, таким продуктом является Cu – Ni файнштейн.

2). Переработка полученного концентрата с раздельным получением чистых металлов.

Началом первого этапа переработки сульфидных руд является механическое обогащение. В то время как окисленные руды обогащению не подвергаются, сульфидные руды можно обогащать. Руду измельчают и подвергают флотации с получением концентратов – никелевого, медного и пирротинового или совместного Cu –Ni (Комбинат «Североникель»). Медный концентрат идет на получение меди, а никелевый концентрат на пирометаллургическое обогащение – плавку на штейн. На этой стадии технологического процесса теряется 20 – 30%, содержащизся в медно-никелевых рудах ценных элементов, которые переходят в «хвосты» флотации, загрязняя тем самым окружающую среду.

Полученный никелевый концентрат содержит: Ni – 7-8%; Co – 0,2-0,3%; Cu – 2-4%, имеет повышенное содержание влаги до 20%, довольно много Fe ~ 40% и серы S – 30%. Содержание платиновых металлов несколько г/т.

Если такой концентрат подвергать плавке на штейн в электропечах, тополучается очень бедный штейн, так как при высоком содержании серы, не только кобальт и никель, но и железо перейдет в штейн, а нам необходимо, чтобы железо ушло в шлак, поэтому необходимо удалить избыточную серу (частичное удаление серы).

Для этого применяют два способа:

1). Исходную руду подвергают агломерационному обжигу (горение за счет выжигания серы), при этом содержание серы снижается на 50% и одновременно происходит окускование руды.

2). Обжиг в обычных печах (трубчатые, подовые и другие), но не до полного удаления серы, а до ее содержания 15-17%, затем брикетирование. Этого количества серы достаточно для получения при плавке штейна нужного состава.

Плавку проводят в электропечах, и она практически ничем не отличается от плавки окисленных никелевых руд с серусодержащими добавками.

При плаке вначале удаляется оставшаяся влага, а затем по мере нагревания происходит диссоциация сульфидов:

Fe₇S₈ = 7FeS + S (187)

(Fe,Ni)₉S₈ → FeS + Ni₃S₂ + S (188)

2CuFeS₂ = Cu₂S + 2FeS +S (189)

сера сгорает за счет избыточного кислорода, затем происходит реакция окисления сульфида железа:

2FeS + 3O₂ = 2FeO + 2SO₂ (190)

вслед за железом, может окисляться Ni, Co и Cu, но благодаря большему их сродству к сере, они взаимодействуют с FeS:

Ni(Co) + FeS = Ni(Co)S + FeO (191)

Реакция заканчивается в расплаве с образованием Cu – Ni штейна и шлака, с которым тереяется примерно 20% Со. В шлаке содержится ~ 0,2% Ni, Cu еще меньше, так как у нее выше сродство к сере, и она первая переходит в штейн. В штейн извлекается Ni – 96-97%; Cu – 96-97%; Co – 75-84%.

Существенным недостатком этого процесса является большой расход электроэнергии и безвозвратные потери серы в виде сернистого газа, который загрязняет воздушную атмосферу.

Большими достоинствами обладают автогенные процессы, основанные на окислении и плавке сульфидного сырья в расплаве с применением кислородного дутья, воздух обогащен кислородом до 25 – 45% (в основном до 28 – 32%). Он осуществляется за счет использования сульфидов как низкосортного вида топлива, и проводят его в шахтных печах.

Автогенная шахтная плавка (АШП) – интенсивный высоконадежный процесс, обеспечивающий оптимальное потребление топливо-энергетических ресурсов, охрану окружающей среды и высокую комплексность использования сырья. Причем последняя особенно важна при переработке сырья, содержащего благородные металлы и редкие элементы, которые при обогащении обычно распределяются по продуктам флотации, что существенно затрудняет, а нередко исключает возможность их извлечения. В таком случае непосредственная плавка сырья оказывается более эффективной, чем обогащение с последующей плавкой концентрата.

В ряде случаев процесс АШП целесообразно использовать и для переработки концентратов с получением богатых штейнов. При этом перспективность его, даже с учетом затрат на окускование, например, методом брикетирования, в значительной степени обусловливается высокой утилизацией тепла отходящих газов, температура которых не превышает 450 - 480°С.

Этот процесс позволяет практически полностью использовать серу перерабатываемого сырья. При этом часть серы извлекается в виде элементарной, перевозка которой рентабельна при любых расстояниях. Газы после конденсации серы, содержащие в зависимости от выбранного режима плавки от 8 до 25% SO₂, пригодны для последующего эффективного использования.

Для переработки Cu – Ni руд разработан процесс автогенной плавки в стационарном агрегате с верхним кислородном дутьем. Исследования, проведенные на опытном агрегате комбината «Североникель», показали возможность получения богатых штейнов (до 50 – 55% Σ Cu и Ni) и шлаков, содержащих до 20% SiO₂. Содержание никеля в шлаке составляет: 1,0 – 1,2% Ni; до 1,5% Cu; 0,11 – 0,12% Co; 2,3 – 3,7% S. При работе на более кремнистых шлаках содержание цветных металлов, магнетита и серы в них резко снижается.

Одним из достоинств данного процесса является простота аппаратурного оформления и обслуживания. На комбинате «Североникель» действует комплекс автогенной плавки (АП) руды, включающийсобственно плавильный агрегат, электропечь для обеднения шлаков автогенной плавки, котел-утилизатор и систему очистки газов АП. Газы АП направляют на сернокислотное производство совместно с бедными конверторными газами.

Полученный в процессе плавки штейн направляют на конвертирование. При конвертировании идет реакция (удаления железа в шлак):

2FeS + 3O₂ = 2FeO + 2SO₂↑ (192)

2FeO + SiO₂ = (FeO)₂^.SiO₂ (193),

пока есть FeS, Cu и Ni не переходят в шлак. Содержание кобальта в шлаках растет по мере увеличения доли окисленного железа, однако резкое повышение перехода кобальта в шлак наблюдается после окисления 90% Fe.

Поступающий на конвертирование штейн, в отличие от никелевого штейна, полученного в чисто никелевой плавке, почти не содержит металлической фазы. Однако, при продувке в конверторе может образовываться металлическая фаза за счет реакции (181). При продувке штейна получается и некоторое количество металлического никеля. Cu и Ni образуют сплав, т.е. получается металлическая фаза, в ней преимущественно концентрируются платиновые металлы.

Cu – Ni файнштейн будет содержать 60% Ni; 40% Cu; 0,7 – 1,2% Co; 0,2 – 0,3% Fe. При этом извлечение Ni, Cu и Co в файнштейн составляет 97,4, 97,4, 96 и 57,7% соответственно.

Конверторные шлаки, которые захватывают довольно много никеля и особенно кобальта (~ 45%), поэтому ведут их обеднительную плавку в электропечах с введением сульфидизатора, восстановителя и флюсов. За счет действия сульфидов (из руды или агломерата) идет извлечение Co и Ni из шлака:

CoO + FeS = CoS + FeO (194)

Так как часть Co и Ni в них находится в виде сложных оксидов, то для более полного их извлечения в процессе плавки вводят восстановитель, в результате образуется металлизированный штейн, в который переходит 2/3 Co и Ni, а шлаки становятся отвальными хотя с ними теряется ~ 15% Со. Этот металлизированный штейн снова направляют на конвертирование.

Дата добавления: 2014-11-06; просмотров: 697; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!