Способ извлечения никеля, кобальта и других металлов из латеритных руд кучным выщелачиванием и продукт, содержащий никель, кобальт и другие металлы латеритных руд

Есть еще 16 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Настоящее изобретение относится к способу извлечения никеля, кобальта и других металлов из латеритных руд методом кучного выщелачивания и распространяется на получаемый при этом продукт. Способ характеризуется тем, что включает в себя; (I) дробление; (II) агломерацию; (Ш) укладку; (IV) кучное выщелачивание, причем последний этап выполняется в непрерывном режиме в противоточной системе кучного выщелачивания в две или более стадий. Взаимодействующие при выщелачивании две фазы, одна из которых представляет собой руду (растворяемая фаза), а другая выщелачивающий раствор (растворитель), подаются с противоположных концов последовательности стадий выщелачивания и пропускаются в противоположных направлениях навстречу одна другой. По завершении выщелачивания в последней стадии руда удаляется, и на место первой стадии загружается новая руда, подлежащая обработке выщелачивающим раствором, поступающим из последней стадии, куда он, в свою очередь поступил после просачивания через все промежуточные стадии. Таким образом, выщелачивающий раствор циркулирует до насыщения его целевыми металлами, после чего отделяется.

Текст

Смотреть все

(51) 22 23/00 (2009.01) 22 3/08 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ распространяется на получаемый при этом продукт. Способ характеризуется тем, что включает в себя дроблениеагломерациюукладкукучное выщелачивание, причем последний этап выполняется в непрерывном режиме в противоточной системе кучного выщелачивания в две или более стадий. Взаимодействующие при выщелачивании две фазы, одна из которых представляет собой руду (растворяемая фаза), а другая - выщелачивающий раствор (растворитель),подаются с противоположных концов последовательности стадий выщелачивания и пропускаются в противоположных направлениях навстречу одна другой. По завершении выщелачивания в последней стадии руда удаляется,и на место первой стадии загружается новая руда,подлежащая обработке выщелачивающим раствором, поступающим из последней стадии, куда он, в свою очередь поступил после просачивания через все промежуточные стадии. Таким образом,выщелачивающий раствор циркулирует до насыщения его целевыми металлами, после чего отделяется.(72) ДЕ ПОНТЕС ПЕРЕЙРА Гейза СантосДЕ АРОХО ГОББО Оливер Ренато(73) КОМПАНИЯ ВАЛЕ ДО РИО ДОЧЕ(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ НИКЕЛЯ,КОБАЛЬТА И ДРУГИХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ЛАТЕРИТНЫХ РУД КУЧНЫМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕМ И ПРОДУКТ,СОДЕРЖАЩИЙ НИКЕЛЬ, КОБАЛЬТ И ДРУГИЕ МЕТАЛЛЫ ЛАТЕРИТНЫХ РУД(57) Настоящее изобретение относится к способу извлечения никеля, кобальта и других металлов из латеритных руд методом кучного выщелачивания и 20736 Настоящее изобретение относится к способу извлечения никеля, кобальта, цинка, железа и меди,а также прочих металлов из латеритных руд,требующему меньших капиталовложений и эксплуатационных затрат, чем известные в данной области способы. Изобретенный способ основан на кучном выщелачивании, при котором происходит извлечение растворимых компонентов из смеси накопленных латеритных сухих остатков путм перколяции (просачивания) кислых растворов. Экстрактивная металлургия определяется как область науки, исследующая извлечение металлов из минералов и/или материалов физическими или химическими методами. Экстрактивная металлургия может быть разделена на три больших раздела гидрометаллургия, пирометаллургия и электрометаллургия. Гидрометаллургия занимается технологией извлечения металлов с использованием физикохимических процессов в водной среде пирометаллургия включает сухие физикохимические процессы при повышенных температурах электрометаллургия имеет дело с электролитическими методами. Обычно в электрометаллургии используются два процесса электролиз в водной среде, который используется в гидрометаллургии, и электролиз в расплавленной среде, который используется в пирометаллургии. Экстрактивная металлургия включает также определенные самостоятельные операции по концентрированию и/или разделению металлов,такие как методы дробления/измельчения(осаждение, фильтрация и сушка). Гидрометаллургический способ осуществляется в три последовательные физико-химические стадии(а) селективное растворение металлов из тврдой фазы (выщелачивание)очистка и/или концентрирование водных растворов, содержащих искомые металлы (осаждение, цементация, ионный обмен или экстракция растворителями) и (с) селективное восстановление металлов (электровыделение, электрорафинирование, восстановление водородом). Использование гидрометаллургических схем для получения металлов значительно возросло за последние пятьдесят лет. Этот рост тесно связан с тем фактом, что интенсивно разрабатываются богатые месторождения, в результате чего они вс больше и больше беднеют, а минералы становятся более комплексными, что, в свою очередь, требует дополнительных стадий предварительного концентрирования. Кроме того, эта альтернатива имеет незначительное воздействие на окружающую среду и требует меньших капитальных затрат по сравнению с традиционными пирометаллургическими способами. Извлечение растворимой фракции из нерастворимого тврдого компонента растворителем обычно называется выщелачиванием и является процессом переноса массы. Таггарт и Арбитер в работе, 1993, . 549-565 определили его как процесс эффективного контактирования между рудой,подвергаемой выщелачиванию,и растворителем. Выщелачивание может осуществляться в условиях окружающей среды или при повышенных температурах и/или под давлением. Условия процесса зависят от проводимых химических реакций. В любом случае, целью является получение ионов или комплексов металлов, которые можно затем селективно выделить из раствора. Любой реагент, используемый как растворитель в процессе выщелачивания, должен соответствовать,согласно работе.,, . , . 39,следующим характеристикамРастворитель должен растворять минералы достаточно быстро,чтобы процесс был коммерчески оправданным, и преимущественно должен быть химически инертным в отношении пустой породы Растворитель должен быть рентабельным и доступным в больших количествах Если возможно, растворитель должен быть регенерируемым для последующего использования на стадии выщелачивания. Кроме воды, которая применяется для растворения хлоридов или растворимых сульфатов,много других растворителей было использовано в процессах выщелачивания, как показано в примерах, приведнных в табл. 1. 20736 Таблица 1. Классификация реагентов выщелачивания Категория Кислоты Реагент Разбавленная 24 Разбавленная 24 с оксидантом Концентрированная 24 Фтористоводородная кислота Хлористоводородная кислота Гидроксид натрия Карбонат натрия Гидроксид аммония Цианид натрия или калия Хлорид железаВода Применение Оксиды меди, оксид цинка, латеритовый никель С-, - и -сульфиды, окисленная урановая руда Сульфидированный медный концентрат,латериты Колумбит-танталитовая руда Титановые руды, никелевый штейн,восстановленный касситерит Боксит Оксид урана, шеелит Сульфид никеля, сульфид меди,восстановленный латерит Концентраты сульфидов неблагородных металлов Концентраты сульфидов неблагородных металлов Золотые и серебряные руды Сульфид никеля Сульфиды и хлориды, ванадат натрия,молибдат натрия, вольфрамат натрия Кислоты, такие как серная, хлористоводородная и азотная, наиболее применимы для растворения, в частности, выщелачивания. Из них серная кислота наиболее широко применяется и является самой дешвой. Как известно специалисту в данной области,системы выщелачивания, согласно., характеризуются циклом выщелачивания (с одноразовой загрузкой,непрерывный или периодический с многоразовой загрузкой) направлением потоков (прямоточный,противоточный или гибридный) типом стадий(одностадийный, многостадийный или дифферен циально-стадийный) и способом контакта(перколяция или диспергирование тврдого вещества). В многостадийной противоточной системе (.,, 1960, . 43-49),две фазы поступают с противоположных концов последовательности сбалансированных стадий, как показано на схеме 1. Фазы двигаются в противоположных друг к другу направлениях, в результате чего концентрация растворимого вещества в фазепродукта может увеличиваться, и возможно более высокое извлечение растворимого вещества с меньшим количеством растворителя. Что касается способа контакта, выщелачивание подразделяется на подземное(-) выщелачивание, кучное выщелачивание или выщелачивание из отвалов На блок-схеме 1 показано в общем виде, как отдельные операции могут быть объединены с основными современными методами выщелачивания, применяемыми для обработки руд и концентратов,согласно е(-) выщелачивании выщелачивающий раствор направляют непосредственно в место залегания руды, без е добычи из месторождения. Кучное выщелачивание является, по-видимому,одним из старейших способов, в частности, для получения меди. Оно использовалось для получения меди в Испании с 1700-х годов. В этом способе выщелачивания руда,предварительно агломерированная с использованием концентрированной серной кислоты, складывается в кучу и затем на верх кучи подводится выщелачивающий раствор,который просачивается самотком и собирается в нижней части кучи. Подведение и распределение выщелачивающего раствора осуществляют посредством капельниц или разбрызгивателей вибрационного типа. Получаемый раствор,содержащий искомые металлы, направляется на последующие стадии очистки/извлечения. Кучное выщелачивание используется для дроблной руды, в то время как выщелачивание из отвалов применимо к рядовой руде из рудника . Выщелачивание из отвалов, которое очень похоже на описанный ранее процесс, заключается в обработке руд с очень 4 низким содержанием искомого металла, обычно ниже экономически рентабельного для основной линии производства,известных как минерализованные отходы. При кучном выщелачивании кучи могут быть динамичными или перманентными. В случае динамичных куч,называемых также кучи включено-выключено,когда руда после выщелачивания удаляется в место конечного расположения хвостов, основание кучи повторно используется. В случае перманентных куч,или статических куч, новые кучи возводятся на верхушке предыдущих. Чановое выщелачивание (в статических чанах) осуществляется в ряде чанов, обычно с квадратным поперечным сечением, в которые загружается дроблная руда и податся сверху или снизу выщелачивающий раствор так, чтобы он покрыл руду. Эта очень динамичная система пригодна для выщелачивания минералов,которые характеризуются кинетикой быстрого растворения. Обычно цикл чанового выщелачивания составляет от 6 до 12 дней. Выщелачивание с перемешиванием,при атмосферном давлении или под давлением, требует, 20736 чтобы руда была хорошо измельчнная. Процесс осуществляется в чанах, где тврдое вещество перемешивается с выщелачивающим раствором путм вдувания газа или посредством механического перемешивания. По сравнению с другими способами, время выщелачивания меньше,благодаря более мелким размерам частиц руды(больше удельная поверхность) и турбулентности в чане,которая обеспечивает ускорение диффузионных процессов между реагентом и рудой. Следует отметить два главных различия между чановым выщелачиванием и выщелачиванием с перемешиванием. Во-первых, при выщелачивании с перемешиванием жидкость является непрерывной фазой, а во-вторых, процесс протекает в условиях турбулентности,тогда как при чановом выщелачивании поток жидкости обычно практически ламинарный. Поэтому есть существенная разница в скоростях переноса массы при этих двух типах выщелачивания. Более высокие скорости переноса массы достигаются при турбулентных условиях контакта. Кучное выщелачивание для извлечения золота(цианирование в щелочной среде), меди, урана,никеля (сернокислое выщелачивание) и других минералов в последние годы стало более широко применяться, поскольку позволяет обрабатывать очень низкосортные руды, которые общепринятыми методами обрабатывать экономически нецелесообразно, а также является альтернативой для обработки руд, которые характеризуются кинетикой медленного растворения. Кучное выщелачивание для меди широко известно. Впервые этот способ был использован на рудниках Рио-Тинто, в Испании, около 300 лет тому назад. При кучном выщелачивании меди руда дробится,затем агломерируется с концентрированной серной кислотой и складывается на должным образом подготовленную непроницаемую основу. Высота кучи может варьироваться очень сильно, от 1,5 м до 30 м. Выщелачивающий раствор (разбавленная серная кислота) разбрызгивается на верхнюю поверхность и просачивается самотком вниз через руду. Раствор, несущий растворнную медь,собирается и направляется в технологическую цепь,типичную для получения меди, которая включает экстракцию растворителями и электровыделение. Это очень хорошо известный процесс. Ряд операций Кучное выщелачивание/Экстракция растворителями/Электровыделение применяется в коммерческом масштабе более 40 лет. Независимо от типа руды, для осуществления технологической схемы, в которой имеется стадия растворения искомого металла путм кучного выщелачивания,необходимы также стадии дробления/измельчения. Очень важно для способа,чтобы куча имела хорошую проницаемость с хорошим контактом между рудой и раствором. Как хорошо показано в работе 5077021, руды,содержащие избыточные количества глинистой породы или пыли (в основном, материал с размером частиц меньше 0,15 мм), создают проблемы в осуществлении этого типа процесса, потому что они имеют тенденцию замедлять или даже останавливать просачивание через определнные участки кучи из-за их блокировки. Известно, что блокировка происходит из-за сегрегации материала,когда пыль и/или глинистые минералы мигрируют к определнным участкам внутри кучи, таким образом,создавая зоны со значительно отличающимися скоростями просачивания. В результате этого раствор начинает течь через участки с меньшим сопротивлением, образуя каналы предпочтительного течения. Создание этих предпочтительных каналов приводит к тому, что в куче остаются не выщелоченные участки и, как следствие, извлечение искомого металла низкое. Образование шлама из тонкодисперсных частиц руды и/или глинистых материалов в больших количествах приводит к блокировке. Поэтому необходимо сделать слой проницаемым для процесса выщелачивания, или путм удаления пыли и/или глинистых минералов, или посредством их агломерации. Стадия агломерации, следующая за дроблением, служит для подготовки руды перед образованием кучи и является фундаментальной и неотъемлемой для технологической схемы кучного выщелачивания в случае любой руды, будь то золотая, урановая, ванадиевая, серебряная, медная,цинковая или никелевая, оксидная или сульфидная руда. Как известно, никелевые руды могут быть разделены на два больших типа в соответствии с их составом, а именно, сульфидные и латеритные(последние известны также как оксидные). Залегающие в подземных слоях, расположенных ниже богатого глиной сапролитного слоя,сульфидные месторождения содержат около 20 никелевых запасов Запада и находятся, главным образом, в Австралии, Канаде, Китае, Южной Африке и Зимбабве. Примерно 55 всего производства никеля осуществляется из сульфидных руд. Латеритная руда встречается в более близких к поверхности слоях. Месторождения расположены главным образом в Бразилии, на Кубе, в Австралии,Нью-Каледонии и на Филиппинах со средним содержанием никеля 1.95, с содержанием железа больше 24 и в присутствии кобальта и магния. Латеритной рудой представлено примерно 80 известных никелевых запасов. Растущий интерес к переработке руды с меньшими затратами мотивируется увеличением утилизации никелевой руды латеритного происхождения. Два фактора вносят свой вклад в увеличение утилизации этих руд сульфидные никелевые запасы требуют высоких расходов на экстракцию, а латеритные руды имеют более высокую сортность по никелю, чем сульфидные руды,что способствует более высокой эффективности, как показано в табл. 2 ниже. Таблица 2 (,2000) Латеритные руды могут обрабатываться гидрометаллургическим способом или пирометаллургическим. Обычно эти способы включают процессы, которые требуют высоких энергетических затрат, как например плавка на штейн, плавка для производства - сплава,аммиачное выщелачивание,и поэтому нерентабельны применительно к низкосортным никелевым латеритным рудам. При сернокислотном выщелачивании под высоким давлением энергетические затраты более низкие,однако требуются большие капиталовложения в оборудование из-за коррозийной среды. В настоящее время аммиачное выщелачивание и сернокислотное выщелачивание под давлением являются главными гидрометаллургическими технологиями, используемыми для получения никеля и кобальта из латеритов. К их недостаткам,кроме относительно агрессивной химической обработки и высоких капиталовложений, относится также то, что они сильно зависят от цен на горючее и серную кислоту/серу соответственно. Хотя процесс сернокислотного выщелачивания под давлением не приводит к значительным доходам в единицах капитальных затрат по сравнению с более широко распространнными технологиями, он позволяет получать никель с большим экономическим преимуществом в единицах эксплуатационных расходов. Процесс также дат высокий уровень получения кобальта,генерируя достаточное количество энергии в технологическом цикле, хотя и требует больших производственных площадей. Высокие цены на никель и кобальт подтолкнули промышленность к поиску альтернативных способов снижения эксплуатационных расходов,чтобы можно было снизить уровень цен на эти металлы при сохранении рентабельности производства. В последние годы огромный интерес к производству никеля привел к развитию целого ряда новых технологических направлений в области обработки никелево-латеритных руд, в частности,метода кучного выщелачивания. Кучное выщелачивание представляет собой процесс, не требующий больших капиталовложений или же больших эксплуатационных затрат. Он хорошо изучен и широко применяется, главным образом,для медных, урановых и золотых руд. Несмотря на широкое распространение самого процесса, стандартные технологии извлечения металлов из никелево-латеритных руд не могут обеспечить рентабельности данного подхода,преимущественно по причине широкого разброса в ценах на топливо и кислоты, необходимые для реализации процесса. 6 Использование кучного выщелачивания для никелево-латеритных руд является технологической вехой в истории никелевой индустрии, поскольку оно не только обеспечивает экономическую целесообразность добычи бедных или низкокачественных руд или же разработки малых залежей,но также представляет собой альтернативный процесс обработки минеральных руд, нуждающийся в значительно меньших капиталовложениях в сравнении с вышеупомянутыми традиционными технологиями. Хотя процесс кучного выщелачивания хорошо изучен и изложен в других документах, в частности,в патентных описаниях 1001555,1003569, 6312500,2004/031422 и 2005/005671,описанные ранее концепции кучного выщелачивания обеспечивают технологические режимы и системы, совершенно отличные от режимов и систем, предложенных в настоящей заявке. Одним из аналогов данного изобретения является способ, разработанный С. Агацини (.) и раскрытый в материалах греческого патента 1001555. В документе описаны два технологических процесса кучного выщелачивания,которые могут применяться к рудам с низким содержанием никеля. Технологияпредставляет циклический вариант, в котором организована рециркуляция выщелачивающего раствора, то есть раствор вступает во взаимодействие с рудой несколько раз до тех пор, пока не прекратится повышение концентрации никеля в выщелачивающем растворе. По достижении стабилизации подготавливается новый раствор,который применяется для обработки руды. Для приготовления раствора используется серная кислота. Первоначальная концентрация раствора кислоты равняется 1. Скорость просачивания на уровне 4 - 33 л/ч/м 2, предпочтительно 12,5-25 л/ч/м 2. Как уже говорилось, в соответствии с указанной технологией, как правило, раствор, образующийся в результате процесса выщелачивания, является разбавленным,характеризуется низкими концентрациями металлов и в значительной степени зависит от типа руды и этапа осуществляемого процесса. Технологияв существенных аспектах аналогична технологии , но при этом предусматривает коррекцию водородного показателя рН выщелачивающего раствора перед каждым очередным циклом (то есть перед очередным взаимодействием раствора с обрабатываемым сырьем). Показатель рН корректируется до своего исходного значения. Процесс выщелачивания считается завершенным,когда концентрация никеля в растворе перестает повышаться. В дальнейшем образовавшийся раствор может быть использован для выщелачивания 20736 другого материала точно таким же образом, пока не будет обеспечена необходимая концентрация никеля в растворе. Подчеркивается, что описанная технология с постоянной рециркуляцией не подавляет выщелачивания,за исключением ситуации, когда раствор насыщается определенным элементом в таких условиях наблюдается выпадение химического осадка. В соответствии с данной технологией, при насыщении раствора в процессе кучного выщелачивания никелеволатеритной руды первым будет выпадать в осадок алюминий. В патенте 1003569 описывается процесс,основные характеристики которого совпадают с характеристиками процесса, описанного в патенте 1001555. Разница заключается лишь в том, что обычная вода заменяется водой различного химического состава, или производственной, или бытовой сточной водой или даже морской водой,что, по утверждению авторов, не влияет на извлечение никеля и дополнительно повышает выход , Са ииз полученного в результате выщелачивания раствора. В документе 6312500 представлен процесс кучного выщелачивания никелево-латеритных руд со значительным содержанием глинистых материалов (значительность определяется как превышение уровня в 25 процентов). В случае необходимости руда измельчается до необходимого размера - менее 25,0 мм, предпочтительно в диапазоне от 3,35 мм до 19,0 мм. Технология включает в себя этап агломерации, предшествующий формированию кучи сырья, с применением серной кислоты по причине присутствующей в руде мелких фракций. Агломерация осуществляется в стандартном оборудовании или в любом ином оборудовании, обеспечивающем выполнение такой операции. В альтернативном варианте после агломерации руда выдерживается в течение некоторого времени, что может занимать от одного часа до трех дней. Данный этап заключается в выдержке агломерированной руды на открытой площадке. Затем агломерированная руда укладывается таким образом, чтобы сформировать кучу высотой от 60 см до 9 м. Можно сформировать две кучи или более. Верх кучи вступает во взаимодействие с кислотным раствором со скоростью просачивания от 10 до 20 л/ч/м 2. Сам же процесс выщелачивания может быть описан следующим образом. Первая куча выщелачивается свежим раствором 24 с концентрацией, по меньшей мере, 10 г/л. Если водородный показатель рН раствора, истекающего из кучи, превышает 2(или же если содержание свободных кислот составляет менее 1 г/л), то такой раствор может быть направлен для извлечения из него никеля. Если водородный показатель рН ниже 2, раствор направляется для обработки второй кучи. Помимо раствора, поступающего после обработки кучи 1,для обработки кучи 2 применяется свежий раствор 24 (с концентрацией не ниже 10 г/л). Раствор после кучи 2 также анализируется в отношении содержания свободных кислот. Если водородный показатель рН больше 2 или же содержание свободных кислот составляет менее 1 г/л. раствор может быть направлен далее для извлечения из него никеля. При указанных уровнях свободной кислотности не требуется подвергать раствор последующей нейтрализации, поскольку никель может извлекаться непосредственно из раствора, к примеру, с использованием процесса ионного обмена. Большая часть раствора используется для прямого извлечения никеля,однако некоторая часть все же направляется для обработки третьей кучи руды. Этот процесс может быть распространен на множество куч. Несмотря на то, что в патенте 2004/031422 отмечено, что раскрытый способ не характерен в отношении никеля, этот металл все же включен в один из пунктов формулы изобретения. При этом требуется агломерация руды. Заявленный выщелачивающий раствор содержит серную кислоту и растворенный диоксид серы. Концентрация серной кислоты в выщелачивающем растворе равна около 785 г/л. Диоксид серы добавляется в выщелачивающий раствор до того, как он направляется на кучу руды. В отличие от всех вышеупомянутых способов, в настоящей заявке на изобретение предлагается технология непрерывной обработки, в соответствии с которой выщелачивание руды осуществляется в противоточной системе, по меньшей мере, в две стадии, причем каждой из этих стадий соответствует часть кучи или целая куча руды. Задача настоящего изобретения заключается в разработке весьма конкурентоспособного способа извлечения никеля, кобальта, цинка и меди наряду с другими основными металлами из латеритных руд при более низких капиталовложениях и эксплуатационных расходах по сравнению с существующими технологиями, а также в решении экономической проблемы извлечения никеля из низкокачественных руд и/или из небольших залежей. Технический результат настоящего изобретения заключается в существенном сокращении потребления серной кислоты системой - вплоть до уровней 350 кг кислоты на тонну обработанной руды при извлечении никеля в диапазоне от 70 до 90 процентов (в зависимости от минералогического состава), в сокращении цикла выщелачивания и стабилизации водного баланса в системе, а также в повышении селективности извлечения целевых металлов из рудных пород и в значительном уменьшении общего объема раствора. Изобретение представляет непрерывный процесс, в соответствии с которым выщелачивание руды осуществляется в противоточной системе, по меньшей мере, в две стадии, причем каждой из стадий соответствует либо часть кучи обрабатываемого сырья, либо вся куча. Способ может применяться к рудам с высоким содержанием природной пыли,а также представляет альтернативный вариант для обработки крупных фракций (0,5 мм). Такое кучное выщелачивание является оптимальной альтернативой для 7 20736 извлечения никеля, кобальта и цинка наряду с прочими основными металлами из латеритной руды при более низких капиталовложениях и эксплуатационных расходах по сравнению с существующими технологиями, а также для решения экономической проблемы извлечения никеля из низкокачественных руд и/или из небольших залежей. Изобретенный способ извлечения никеля,кобальта и других металлов из латеритных руд методом кучного выщелачивания включает этапы дробления , агломерации , укладкии кучного выщелачивания , причем последний из указанных этапов является непрерывным процессом и осуществляется в противоточной динамической системе кучного выщелачивания, состоящей из двух фаз, одна из которых - руда (Т), а другая выщелачивающий раствор (Ж), которые подаются с противоположных концов последовательности стадий и продвигаются в противоположных направлениях. По завершении выщелачивания в последней стадии последовательности обработанная руда удаляется,и на первую стадию последовательности вводится новая порция руды и обрабатывается выщелачивающим раствором,который подается с последней стадии последовательности, просачивается через все предшествующие стадии серии до достижения первой стадии последовательности и отделяется после насыщения целевыми металлами ( насыщенный выщелачивающий раствор). Изобретенный способ извлечения никеля,кобальта и других металлов из никелево-латеритных руд путем кучного выщелачивания, представляет собой непрерывный процесс,в котором выщелачивание руды осуществляется в противоточной системе, состоящей, по меньшей мере, из двух стадий, каждой из которых соответствует либо часть кучи обрабатываемого сырья, либо отдельная куча. Процесс может применяться к рудам с высоким содержанием естественных мелких фракций и представляет собой альтернативный вариант для обработки крупных фракций (0,5 мм). Такое кучное выщелачивание является оптимальной альтернативой для извлечения никеля, кобальта и цинка наряду с другими металлами из латеритной руды при более низких капиталовложениях и эксплуатационных расходах по сравнению с существующими технологиями, а также для решения экономической проблемы извлечения никеля из низкокачественных руд и/или из небольших залежей. Приложенная фиг. 1 представляет собой структурную схему, отображающую в общих чертах последовательность операций, составляющих процесс, вплоть до получения раствора, насыщенного целевым металлом приложенная фиг. 2 представляет собой схематический чертеж собственно стадии противоточного кучного выщелачивания. Настоящее изобретение включает в себя технологический маршрут гидрометаллургической обработки никелево-латеритных руд, в соответствии 8 с которым этап растворения металлических включений осуществляется кучным выщелачиванием. Фиг. 1 представляет в общих чертах последовательность операций, составляющих процесс,вплоть до получения раствора, насыщенного целевым металлом. Как правило, предлагаемый технологический маршрут включает в себя следующие этапы дроблениеагломерацияукладкаи кучное выщелачивание . Несортированная руда измельчается до такой степени, чтобы размер частиц был удобен для осуществления процесса. Число этапов дробления должно быть таким, чтобы обеспечивался размер частиц, достаточно мелкий для эффективной реализации описываемого процесса с учетом характеристик руды. Как правило, уже на втором этапе дробления максимальный размер частиц руды укладывается в диапазон от 25,0 мм до 50,0 мм, а третий этап дробления позволяет снизить максимальный размер частиц до 6,30 - 12,5 мм. Двухэтапного дробления оказывается достаточно в случае высокопористых руд (большие значения удельной поверхности), содержащих большое количество мелких фракций. В случае более компактных и более прочных руд для обеспечения большей активной поверхности могут потребоваться три и даже четыре этапа дробления. Образование пыли в таких операциях следует, по возможности, свести к минимуму. На приложенной фиг.3 изображен тип руды с высокой пористостью, что облегчает доступ для выщелачивающего агента. Далее измельченный продукт направляется с помощью ленточного транспортера в агломерационную установку . В случае необходимости во время транспортировки к руде может добавляться вода, к примеру, когда руда очень сухая и содержит большое количество пыли. Добавление воды на ленту транспортера может осуществляться различными способами (например,путем опрыскивания). Это минимизирует образование пыли,способствуя улучшению производственных условий. Кроме того (и это очень важное обстоятельство), добавление воды позволяет свести к минимуму потери никеля, поскольку характерной особенностью латеритных руд является повышенная концентрация никеля именно в более мелких фракциях. Агломерация выполняется в стандартном оборудовании, таком как вращающиеся барабаны или диски, или в любом ином оборудовании,обеспечивающем необходимый результат. На этом этапе серная кислота,концентрированная или разбавленная, и вода добавляются к руде в количествах, определяемых в зависимости от фактического количества пыли(может быть 30-70 частиц с размером меньше, чем 0,074 мм). Дозировка кислоты и воды должна быть достаточной для обеспечения необходимой влажности агломерации. Требуемый уровень влажности агломерации определяется заблаговременно в ходе лабораторных испытаний. Этот 20736 уровень также зависит от физических и минералогических характеристик руды. При наличии сверхмелкой фракции может быть добавлено вяжущее вещество, неорганическое или органическое, синтетическое или натуральное(например, бентонит), при условии его инертности к кислоте выщелачивающего раствора. В агломерированном продукте не должна присутствовать пыль, что эквивалентно требованию отсутствия рудных фракций мельче 1,70 мм. Следует отметить, что руды с естественной щелочностью по причине высокого содержания основных компонентов (таких, какили СаО) обладают высоким нейтрализующим потенциалом. В частности, этим отличаются сапролитные руды. Поэтому, в дополнение к уже известным преимуществам агломерации,данный этап предлагаемого технологического маршрута играет важную роль с точки зрения предварительной нейтрализации руды. Количество добавляемой серной кислоты определяется с учетом содержания основных минеральных видов,являющихся потребителями кислоты. Выполнение нейтрализации на данном этапе ускоряет начало извлечения целевых металлов. Если же на данном этапе кислота не добавляется и агломерация протекает только с использованием воды (со связующими агентами или без таковых), извлечение целевых металлов, и в первую очередь никеля и кобальта, начинается с некоторой задержкой, хотя не наблюдается сколько-нибудь значительного влияния на весь цикл выщелачивания. Как правило,основными потребителями кислоты являются магний, железо, алюминий и кальций. После агломерациируда проходит этап укладки , в рамках которого формируются кучи,окончательная высота которых составляет от 2 м до 7 м (предпочтительно 4 м). Предлагаемая система выщелачиванияпредставляет собой динамическую (с заменой куч) противоточную многостадийную систему. Число стадий - две или более, предпочтительно три. Описанная здесь система соответствует принципам,изложенным Фустом и др. (.) в работе Принципы типовых процессов (), упомянутой в описании технического уровня. Будучи типовым процессом выщелачивания,рассматриваемый процесс включает две фазы руду (Т - растворяемое вещество), откуда требуется извлечь металлические включения (главным образом, никель и кобальт), и раствор серной кислоты (Ж - растворитель). Эти две фазы подаются с двух противоположных концов последовательности сбалансированных стадий и продвигаются в противоположных направлениях навстречу одна другой. Благодаря данной технологии достигаются более высокие концентрации никеля и кобальта в жидкофазном продукте, более короткая продолжительность цикла выщелачивания и сниженный расход используемого растворителя в сравнении с вариантом прямоточных циклов или параллельных потоков. Исходный выщелачивающий раствор, а именно,раствор серной кислоты с концентрацией в диапазоне от 50 г/л до 200 г/л, подается на верх или верхнюю поверхность кучи последней стадии,то есть стадии 3 в случае трехстадийной системы,а просочившиеся растворы из каждой стадии собираются по отдельности в индивидуальные емкости и используются в следующей стадии в соответствии с направлением потока. Растворы из стадий 2 и 3 обозначаются как промежуточный раствор 2(2) и промежуточный раствор 3 (3) соответственно,и так далее. Остаточная кислотность конечного раствора с большим содержанием целевых металлов (так называемого насыщенного выщелачивающего раствора - ) составляет 10-30 г/л. В конце этапа выщелачивания , в последней стадии (то есть в стадии 3 в случае трехстадийной системы) руда промывается либо свежей, либо производственной водой. После промывки выщелоченная руда направляется на участок с непроницаемыми границами и подготавливается для окончательного осаждения остатков выщелачивания. Важно понимать, что, поскольку речь идет о непрерывном процессе, как только выщелачивание руды завершается в последней стадии, к примеру, в стадии 3, руда из стадии 2 переносится в стадию 3, руда из стадии 1 - в стадию 2, а в стадию 1 загружается куча или часть кучи свежей руды. Заявленный способ кучного выщелачивания может применяться для обработки руд с высоким содержанием природной пыли. Кроме того, он представляет собой альтернативный способ обработки крупнозернистых фракций (например, с размером частиц более 0.5 мм). В этом случае мелкозернистая фракция подвергается стандартной обработке в автоклаве под высоким давлением или выщелачиванию при атмосферном давлении, или же обработке с использованием того или иного сочетания указанных двух процессов выщелачивания. Изобретение распространяется также на конечный продукт, содержащий никель, кобальт и другие металлы, извлеченные из никелеволатеритных руд с использованием изобретенного способа кучного выщелачивания , или раствор,насыщенный целевыми металлами,полученный изобретенным способом. Различные альтернативы могут применяться для обработки насыщенного выщелачивающего раствора , раствора, полученного в стадии 1,например, возможно получение смешанного осадка или преобразование процесса вплоть до производства металлического никеля. Из обогащенного раствора извлекают железо и алюминий поэтапным осаждением путем добавления щелочного реагента. Затем раствор,освобожденный от железа и алюминия (или же, в крайнем случае,содержащий приемлемые концентрации указанных элементов) направляется для последующего извлечения никеля и кобальта 9(6), которые могут быть извлечены различными способами, к примеру, осаждением, экстракцией растворителем или с помощью ионного обмена. Применение экстракции растворителем или с помощью ионообменной смолы позволяет получать металлический никель осаждение используется для получения смеси гидроксидов или сульфидов никеля, кобальта, цинка и других основных металлов. Технологические условия, в частности, такие показатели как высота кучи руды, размер частиц руды, концентрация серной кислоты и другие, могут меняться в любой одной стадии кучного выщелачивания без неблагоприятных последствий для конечного продукта процесса. Хотя представлено описание предпочтительного варианта реализации процесса,необходимо подчеркнуть, что возможны и реализуемы вариации описанного процесса, не выходящие за рамки сущности настоящего изобретения. Пример 1 Для того, чтобы оценить применимость кучного выщелачивания для обработки отвальной фракции(0,5 мм) после обогащения латеритной руды с использованием технологии сернокислотного автоклавного выщелачивания под высоким давлениемили выщелачивания при атмосферном давлении, были отобраны три образца,химические характеристики которых представлены в табл. 3 ниже, и подвергнуты испытаниям в колонне высотой 1 м. Таблица 3 Химические характеристики загрузочных образцов Описание Образец 1 Образец 2 Образец 3 На приложенном графике 1 (фиг.4) отображено распределение никеля в этих образцах. Никель встречается, главным образом, в филосиликатах(серпентинах и хлоритах). Определенный для образцов размер частиц 100 менее 1,27 мм. Распределение размеров частиц представлено на приложенном графике 2(фиг.5). Прочие условия проведения указанных испытаний скорость просачивания 10 л/ч/м 2 концентрация серной кислоты в выщелачивающем растворе 20 г/л дозировка кислоты, добавляемой при агломерации, 20 кг на тонну руды испытания в режиме незамкнутого цикла. Эти предварительные испытания продемонстрировали потенциал извлечения никеля с использованием процесса совместного кучного выщелачивания. Однако кривые, характеризующие извлечение никеля (см. приложенный График 3(фиг.6, свидетельствуют о том, что система требует большего количества кислоты, к примеру,посредством подачи выщелачивающего раствора с более высокой концентрацией. Возможно, низкая концентрация кислоты стала фактором,способствовавшим медленной кинетике. За 100 дней испытаний для образцов 1, 2 и 3 извлечение никеля достигло уровня 34, 58 и 69 соответственно. Пример 2 Испытания проводились в колоннах высотой 1 м,а также в колоннах высотой 4 м для предварительной оценки влияния высоты на эффективность извлечения никеля. Эти испытания выполнялись на образцах четырех разных литологий и на композитном образце, включавшем отдельные литотипы. Все образцы измельчались до такой степени, чтобы размер всех частиц составлял менее 12,5 мм. Скорость просачивания оставалась постоянной и равнялась 10 л/ч/м 2. Концентрация 10 серной кислоты в выщелачивающем растворе была в диапазоне 20-200 г/л в случае 1-метровых колонн и равнялась 50 г/л в случае 4-метровых колонн. При определенных условиях кислотности кривые извлечения никеля для различных типов руд подтвердили влияние этой переменной характеристики на эффективность процесса. Повышение кислотности приводит к ускорению кинетики. Извлечение никеля менялось в зависимости от минералогических характеристик. Минералы, в которых значительное количество никеля связано с гидроксидами железа, в наибольшей степени затрудняют процесс и, следовательно, приводят к самым низким уровням извлечения никеля. Повидимому,это затрудненность объясняется нахождением никеля в кристаллической решетке гидроксидов железа, извлечение из которой требует большого количества энергии, так как требуется преодоление высокой энергии связи в указанных гидроксидах. Атомы никеля, соответственно, менее доступны для выщелачивающего раствора. На приложенных графике 4 (фиг.7) (извлечение никеля, сапролитовая руда) и графике 5 (фиг.8)(извлечение никеля, железистая или лимонитная руда) отображены кривые извлечения, полученные в результате испытаний в колоннах высотой 1 м. Испытания, выполненные в мини-колоннах,позволяют оценить максимально возможное ожидаемое извлечение никеля. Поскольку для всех типов стабилизация достигалась за 100 дней циклических испытаний, этот период времени брался в качестве полного цикла, а концентрация кислоты менялась каждые 20 дней - сначала с 20 г/л до 200 г/л, а затем с 200 г/л до 20 г/л. Влияние концентрации кислоты на процесс было подтверждено еще раз. В испытании с повышением кислотности наблюдалось изменение изгиба кривой 20736 по мере повышения кислотности. В испытании со снижением кислотности этот эффект также наблюдался, но носил незначительный характер. Указанные испытания позволили выявить три основных этапа оценивавшегося процесса выщелачивания,а именно нейтрализацию,первичное выщелачивание и вторичное выщелачивание, как показано на приложенном графике 6 (фиг.9) этапы выщелачивания). На первом этапе, главным образом, подвергаются воздействию минералы наиболее растворимые, в первую очередь те, которые содержат магний, и потому этот этап определяется как нейтрализация. В зависимости от характера распределения никеля в минералах наблюдаются три различные кинетики никель,включенный между пластами филосиликатов(межпластовый), извлекается легче, нежели никель,включенный в пласт этих самых минералов(внутрипластовый), последний же, в свою очередь,извлекается легче, чем никель, заключенный в гидроксиды железа. Такое поведение различных зон выщелачивания подчеркивает важность разработки схемы Тип схемысхема Открытая схема Схема с рециркуляцией и коррекцией кислотности Пример 4 Испытания проводились на одном и том же образце, в колоннах высотой 4 м, с целью оценить влияние размера частиц на эффективность извлечения никеля. Все прочие условия процесса,включая концентрацию выщелачивающего раствора,скорость просачивания,условия агломерации,поддерживались постоянными. Наблюдения показали,что для образцов,характеризующихся высокой пористостью и присутствием естественной пыли, отсутствует сколько-нибудь значительное влияние размера частиц руды на извлечение никеля для верхнего размера 12,5 мм или 50,0 мм, как показано на приложенном Графике 9 (фиг.12) (оценка влияния размера частиц на извлечение никеля). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ извлечения никеля, кобальта и других металлов из латеритных руд кучным выщелачиванием,отличающийся тем,что включает последовательные операции дробления ,агломерации , укладки , и выщелачивания, при этом выщелачиваниеосуществляют в две или более последовательные стадии в противоточной непрерывной системе выщелачивания, где две фазы, одна из которых является рудой, а другая выщелачивающим раствором, поступают с противоположных концов осуществления процесса, организованного в соответствии с противоточным принципом. На приложенном графике 7(фиг.10) представлены кривые извлечения никеля,полученные для четырех типологий,при испытаниях в 4-метровых колоннах. Пример 3 Выполнялась оценка трех различных вариантов схемы выщелачивания. На графике 8 (фиг.11) приведены полученные кривые извлечения для открытой схемы, противоточной схемы с тремя стадиями ( схема - с промежуточным раствором) и схемы с рециркуляцией(насыщенного выщелачивающего раствора) и коррекцией концентрации кислоты. В случаесхемы рассмотренный цикл составлял 150 дней - три этапа по 50 дней в каждом. Противоточная схема представляется наилучшим вариантом для оценивавшихся руд,поскольку она обеспечивает существенное сокращение цикла выщелачивания и снижение общего объема раствора и расхода кислоты, что отражено в таблице 4 ниже Таблица 4 Извлечение никеля последовательности стадий и продвигаются в противоположных направлениях по окончании выщелачивания в последней стадии обработанную руду удаляют, а в первую стадию подают новую руду,подлежащую выщелачиванию раствором,введенным в последней стадии и просочившимся через руду всех предыдущих стадий, пока не достиг первой стадии после насыщения целевыми металлами выщелачивающий раствор отделяют. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дроблениеможно проводить посредством такого количества стадий, которое необходимо для достижения требуемого размера зерен. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при вторичном дроблении получают максимальный размер зерен приблизительно между 25,0 мм и 50,0 мм, а при третичном дроблении получают максимальный размер зерен приблизительно между 12,5 мм и 6,30 мм. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что,необязательно, перед агломерациейк продукту дробления может быть добавлена вода. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что во время агломерациидобавляют воду и,необязательно, кислоту или другие добавки, такие как вяжущие агенты, среди прочих. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что добавляют серную кислоту, концентрированную или разбавленную, и воду в дозах, достаточных для достижения требуемой для агломерации влажности. 11 20736 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что вяжущий агент может быть неорганический или органический, синтетический или природный, или минерального происхождения, такой как бентонит. 8. Способ по п.1 или п.5, отличающийся тем,что в агломерированном продукте не содержится свободная пыль, которая ухудшает процесс просачивания. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что кучи руды преимущественно динамичные или типа включено-выключено. 10. Способ по п.1 или п.9, отличающийся тем,что руду укладывают в кучивысотой приблизительно от около 2 м до 7 м. 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что система кучного выщелачиваниявключает три стадии. 12. Способ по п.1. отличающийся тем, что новый выщелачивающий раствор содержит раствор серной кислоты. 13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что концентрация раствора серной кислоты составляет от 50 г/л до 200 г/л. 14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что новый выщелачивающий раствор подают на верхнюю поверхность, или на вершину, последней стадии. 15. Способ по п.1, отличающийся тем, что просочившийся раствор с каждой стадии собирают отдельно и используют в последующей стадии в соответствии с направлением потока. 16. Способ по п.1, отличающийся тем, что остаточная кислотность в насыщенном целевыми металлами растворе выщелачивания находится в диапазоне между приблизительно 10 г/л и 30 г/л. 17. Способ по п.1, отличающийся тем, что в конце последней стадии процесса выщелачивания обработанную руду промывают либо свежей водой,либо производственной водой и затем направляют в отходы. 18. Способ по п.1, отличающийся тем, что насыщенный металлами растворможно использовать для последующего выделения металлов, таких как никель, кобальт цинк,алюминий и железо, среди прочих. 19. Продукт, содержащий никель, кобальт и другие металлы латеритных руд, отличающийся тем, что он получен способом кучного выщелачиванияили содержит раствор,насыщенный целевыми металлами,полученный способом по любому из предшествующих пунктов.

МПК / Метки

МПК: C22B 23/00, C22B 3/08

Метки: способ, выщелачиванием, других, кобальт, металлы, другие, кобальта, латеритных, никель, извлечения, руд, никеля, продукт, содержащий, кучным, металлов

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/24-20736-sposob-izvlecheniya-nikelya-kobalta-i-drugih-metallov-iz-lateritnyh-rud-kuchnym-vyshhelachivaniem-i-produkt-soderzhashhijj-nikel-kobalt-i-drugie-metally-lateritnyh-rud.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ извлечения никеля, кобальта и других металлов из латеритных руд кучным выщелачиванием и продукт, содержащий никель, кобальт и другие металлы латеритных руд</a>

Похожие патенты