Способ очистки гидролитических железистых кеков от никеля

Изобретение относится к области переработки никельсодержащих полупродуктов - железистых кеков, получаемых в процессе гидрометаллургического производства никеля. Способ включает репульпацию кеков кислотным раствором, содержащим соли щелочных металлов, при повышенной температуре и при поддержании рН пульпы 1,2-1,6. Репульпацию проводят в реакторе с механическим перемешиванием при удельной мощности перемешивания на первой стадии в пределах 500-1000 Вт/м³, а на второй - в пределах 5-100 Вт/м³. Техническим результатом является более глубокая очистка кеков от никеля, улучшение фильтруемости получаемых продуктов. 3 з.п. ф-лы, 5 табл.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к гидрометаллургической переработке промышленных продуктов электролитического производства никеля.

Известен способ очистки гидролитических железистых кеков от никеля и кобальта, включающий кислую репульпацию при повышенной температуре [Орехов М.А., Патюков Г.М., Халимова А.К. Изучение состава отвального железистого кека и некоторых закономерностей его формирования. «Цветные металлы», №9, 1971, с.50-54].

По известному способу часть пульпы железокобальтового кека растворяют в избытке кислоты, затем раствор нагревают до 85-90°С, доокисляют закисное железо пульпой гидроокисей, нейтрализуют кислоту содой до рН=3,3 с осаждением железа и последующим перемешиванием («выкруткой») осадка вместе с затравкой, продолжительность репульпации 6-11 ч. Получают хорошо фильтруемые основные соли железа. Основные недостатки способа - значительная продолжительность процесса и необходимость оборота в виде затравки хорошо фильтрующихся осадков.

Наиболее близким к предлагаемому является способ очистки гидролитических железистых кеков от никеля и кобальта (А.с. 827576 (СССР) / Гутин В.А., Соболь С.И., Фраш Т.М. и др. БИ, №17, 1981, с.103), по которому пульпу первичного железистого кека, содержащую 160-300 г/л твердого, нагревают до температуры 85-95°С, преимущественно 90-93°С, подкисляют до заданной величины рН и вводят хлористый калий в количестве 0,06-0,2 т/т кека. Величина рН пульпы 1,3-1,7 является оптимальной, при превышении ее заметно повышается остаточное содержание цветных металлов в кеке, при рН менее 1,3 увеличивается переход железа в раствор. Постоянную величину рН поддерживают добавками небольших количеств соды или поташа. В указанных условиях достигается перекристаллизация железистого кека с получением легко фильтруемого осадка, содержащего 0,4-0,6% никеля.

К недостаткам способа следует отнести то, что способ обеспечивает остаточное содержание никеля в железистом кеке на уровне 0,4-0,6%, что слишком высоко для кеков отвального качества, и низкую фильтруемость кеков.

Задачей изобретения является очистка гидролитического железистого кека от никеля. Техническим результатом, достигаемым при этом, является получение остаточного содержания никеля в кеке на уровне 0,1-0,2%, улучшение фильтруемости полученного кека.

Заявленный технический результат достигается тем, что в способе очистки гидролитических железистых кеков от никеля, включающем репульпацию кислотным раствором, содержащим соли щелочных металлов, при повышенной температуре и поддержании рН пульпы 1,2-1,6, согласно изобретению, репульпацию проводят в две стадии в реакторах с механическим перемешиванием, поддерживая удельную мощность перемешивания на первой стадии 500-1000 Вт/м³, а на второй 5-100 Вт/м³.

Преимущественной величиной рН репульпации является 1,3-1,4.

Время репульпации на первой стадии составляет не менее 30 минут, а на второй 5-7 часов.

Кроме того, с целью снижения расходов реагентов процесс репульпации железистых кеков может осуществляться в растворе сточных вод, содержащих сульфат и хлорид натрия.

Величина рН пульпы 1,2-1,6 (преимущественно 1,3-1,4) является оптимальной, при этом остаточное содержание никеля в железистом кеке составляет 0,1-0,2%, степень перехода железа в раствор не превышает 4-6%. В указанных условиях репульпации происходит превращение аморфных тонкодисперсных хлопьевидных агрегатов железистого кека в хорошо раскристаллизованный легко фильтруемый осадок, основу которого составляет ярозит натрия. В ходе перекристаллизации одновременно происходит несколько процессов: растворение гидратного железистого кека, образование зародышей кристаллов натроярозита, кристаллизация натроярозита на собственных зародышах и кристаллизация натроярозита на поверхности гидратной фазы. Технические результаты, заявленные в изобретении (остаточное содержание никеля в кеке на уровне 0,1-0,2%, улучшение фильтруемости полученного кека), достигаются при поддержании определенного соотношения скоростей вышеуказанных процессов, обеспечивающего получение крупнокристаллического легко фильтруемого осадка. Необходимое соотношение скоростей этих процессов достигается при поддержании определенной интенсивности перемешивания в ходе репульпации железистого кека.

Для получения крупнокристаллического осадка необходимо на первой стадии репульпации снижать скорость образования зародышей натроярозита и повышать скорость кристаллизации его на подложке. На первой стадии репульпации происходит интенсивное растворение части гидратного железистого кека и, следовательно, повышается содержание железа в растворе. При этом увеличивается скорость образования зародышей натроярозита, повышению скорости кристаллизации его на подложке препятствуют диффузионные ограничения, связанные с высокой вязкостью исходной пульпы железистого кека. Исходная пульпа обладает свойствами неньютоновской жидкости, поэтому для снижения ее вязкости должна быть обеспечена высокая интенсивность перемешивания (удельная мощность перемешивания не менее 500 Вт/м³). Снижение вязкости исходной пульпы должно приводить к увеличению скорости кристаллизации натроярозита на поверхности твердой фазы, повышению крупности конечного ярозитного кека и его фильтруемости.

Вторая стадия характеризуется пониженным содержанием железа в растворе, что приводит к значительному снижению скорости образования собственных зародышей кристаллов натроярозита. Таким образом, на второй стадии происходят следующие процессы: растворение подложки гидратного железистого кека, кристаллизация натроярозита на поверхности гидратной фазы и рост образовавшихся кристаллов ярозита. Высокая интенсивность перемешивания на данной стадии повышает скорость растворения гидратной подложки, что приводит к повышению содержания железа в растворе и к возможному повышению скорости образования собственных зародышей кристаллов натроярозита. Кроме того, увеличение интенсивности перемешивания снижает вязкость пульпы и повышает скорость кристаллизации натроярозита на поверхности гидратной фазы. Повышение скоростей обоих этих процессов приводит к снижению крупности конечного кека и снижению его фильтруемости. Повышение скорости кристаллизации натроярозита на поверхности гидратной фазы, вызванное увеличением интенсивности перемешивания приводит к повышению степени экранирования гидратной подложки натроярозитом, при этом в конечном кеке повышается остаточное содержание никеля. Таким образом, для получения кристаллического осадка с низким остаточным содержанием никеля необходимо на второй стадии репульпации поддерживать малую интенсивность перемешивания (удельная мощность перемешивания менее 100 Вт/м³).

Оптимальное время репульпации на первой стадии составляет не менее 30 минут, а на второй - 5-7 часов.

Репульпация может быть осуществлена раствором сточных вод, содержащим сульфат и хлорид натрия, например сточными водами, прошедшими нейтрализацию. В этом случае происходит сокращение расхода реагентов.

Способ применим для очистки как первичных железистых кеков, так и кеков, частично отмытых от никеля.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. (Опыты по наиболее близкому способу).

Опыты проводили в стакане емкостью 1 литр с механическим перемешиванием. Навеску частично отмытого железистого кека среднего состава (% на сух. вес): железо - 38,5; никель - 5,1; натрий - 0,68 и влажностью 48% репульпировали раствором серной кислоты до содержания твердого 200-250 г/дм³, доводили до величины рН - 1,4-1,5, нагревали до температуры 90-93°С, вводили хлорид калия в количестве 0,12 г/г кека и выдерживали при перемешивании в течение 90 мин. Скорость фильтрации конечной пульпы определялась при фильтрации на вакуумной воронке при разряжении 0,06 МПа и при наращивании слоя кека до 15-17 мм. Условия и результаты опытов приведены в таблице 1.

Пример 2. Опыты проводили в аппарате с механическим перемешиванием емкостью 100 литров. Навеску частично отмытого железистого кека среднего состава (% на сух. вес): железо - 38,5; никель - 5,1; натрий - 0,68 и влажностью 48% распульповывали раствором сернокислого натрия до содержания твердого 200-250 г/дм³, нагревали до температуры 90-95°С, подавали серную кислоту до заданной величины рН, выдерживали при перемешивании в течение 30 мин (I стадия), после чего изменяли интенсивность перемешивания и выдерживали пульпу в течение 5-7 часов (II стадия). Скорость фильтрации конечной пульпы определялась при фильтрации на вакуумной воронке при разряжении 0,06 МПа и при наращивании слоя кека до 15-17 мм. Условия и результаты опытов приведены в таблице 2.

Пример 3. Опыты по репульпации частично отмытого железистого кека проводили в стакане емкостью 1 литр с механическим перемешиванием. Условия проведения опытов аналогичны описанным в примере 2. Скорость фильтрации конечной пульпы определялась при фильтрации на вакуумной воронке при разряжении 0,06 МПа и при наращивании слоя кека до 22-24 мм. Результаты опытов приведены в таблице 3.

Пример 4. Опыт по репульпации первичного железистого кека среднего состава (% на сух. вес): железо - 24,4; никель - 14,1; натрий - 1,9 и влажностью 47% проводили в стакане емкостью 1 литр с механическим перемешиванием. Условия проведения опытов аналогичны описанным в примере 2. Скорость фильтрации конечной пульпы определялась при фильтрации на вакуумной воронке при разряжении 0,06 МПа и при наращивании слоя кека до 15 мм. Результаты опыта приведены в таблице 4.

Пример 5. Опыт по рекристаллизации частично отмытого железистого кека, распульпованного в сточной воде, содержащей сульфат и хлорид натрия. Состав сточной воды (г/дм³): сульфат-ион - 28,7; хлорид-ион - 10,9; натрий - 21,6. Опыт проводили в стакане емкостью 1 литр с механическим перемешиванием. Условия проведения опытов аналогичны описанным в примере 2. Скорость фильтрации конечной пульпы определялась при фильтрации на вакуумной воронке при разряжении 0,06 МПа и при наращивании слоя кека до 15 мм. Результаты опыта приведены в таблице 5.

Таблица 1. (Наиболее близкий способ)
№ опыта	Удельная мощность перемешивания,	Продолжительность,	рН пульпы на I стадии	Извлечение Fe в раствор,	Содержание Ni в конечном кеке,	Скорость фильтрации,
	Вт/м3	мин		%	%	м3/м2ч
1	50	90	1,45	5,5	0,35	0,345
2	700	90	1,41	4,5	0,381	0,38

Таблица 2
№ опыта	Удельная мощность перемешивания, Вт/м3	Продолжительность II стадии,	рН пульпы на I стадии	Извлечение Fe в раствор,	Содержание Ni в конечном кеке,	Скорость фильтрации,
I стадия	II стадия	ч	%	%	м3/м2ч
3	700	10	7	1,33	5,1	0,141	0,763
4	700	50	7	1,3	4,36	0,166	0,63
5	700	90	7	1,3	5,2	0,15	0,48
6	700	150	7	1,32	6,1	0,145	0,41
7	700	205	7	1,31	9,03	0,129	0,375
8	700	500	7	1,33	6,09	0,182	0,192
9	500	50	7	1,31	4,5	0,152	0,6
10	300	50	7	1,32	4,3	0,153	0,4
11	700	50	7	1,36	5,87	0,143	0,817
12	700	50	7	1,45	2,88	0,204	0,589
13	700	50	5	1,3	5,04	0,181	0,56
14	700	50	3	1,3	6,8	0,181	0,44

Таблица 3
№ опыта	Удельная мощность перемешивания, Вт/м3	Продолжительность II стадии	рН пульпы на I стадии	Извлечение Fe в раствор,	Содержание Ni в конечном кеке,	Скорость фильтрации,
I стадия	II стадия	ч		%	%	м3/м2ч
15	700	50	5	1,35	4,5	0,176	0,419
16	700	200	5	1,38	4,5	0,221	0,2
17	300	50	5	1,33	4,3	0,19	0,25
18	700	50	3	1,28	12,0	0,156	0,558

Таблица 4
№ оопыта	Удельная мощность перемешивания, Вт/м3	Продолжительность II стадии	рН пульпы на I стадии	Извлечение Fe в раствор,	Содержание Ni в конечном кеке,	Скорость фильтрации,
I стадия	II стадия	ч		%	%	м3/м2ч
19	700	50	5	1,32	5,1	0,18	1,484

Таблица 5
№ опыта	Удельная мощность перемешивания, Вт/м3	Продолжительность II стадии	рН пульпы на I стадии	Извлечение Fe в раствор,	Содержание Ni в конечном кеке,	Скорость фильтрации,
I стадия	II стадия	ч	%	%	м3/м2ч
13	700	50	5	1,3	5,04	0,179	0,6

1. Способ очистки гидролитических железистых кеков от никеля, включающий репульпацию кислотным раствором, содержащим соли щелочных металлов, при повышенной температуре и при поддержании рН пульпы 1,2-1,6, отличающийся тем, что репульпацию осуществляют в реакторах с механическим перемешиванием в две стадии, на первой стадии при удельной мощности перемешивания в пределах 500-1000 Вт/м³, на второй - в пределах 5-100 Вт/м³.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рН пульпы поддерживают в интервале 1,3-1,4.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что время репульпации на первой стадии составляет не менее 30 мин, а на второй - 5-7 ч.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что при репульпации используют сточные воды, содержащие сульфат и хлорид натрия.