CC BY
17Научная статья
УДК 669.334:541.124.2
doi:10.37614/2949-1215.2023.14.2.041
ГЛУБОКАЯ МЕДЕОЧИСТКА НИКЕЛЬ-КОБАЛЬТОВЫХ РАСТВОРОВ АКЦИОНЕРНОГО ОБЩЕСТВА «КОЛЬСКАЯ ГМК»
Максим Игоревич Рябушкин1, Дмитрий Сергеевич Савоськин2, Александр Павлович Тюкин3, Алексей Владимирович Рабчук4, Константин Владимирович Смирнов5, Павел Владимирович Смирнов6, Дмитрий Владимирович Степанов7, Константин Михайлович Волчек8, Александр Георгиевич Касиков9
1-8Кольская горно-металлургическая компания, Мончегорск, Россия
9Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени И. В. Тананаева
Кольского научного центра Российской академии наук, Апатиты, Россия
Автор, ответственный за переписку: Максим Игоревич Рябушкин, [email protected]
Аннотация
Установлено, что при использовании для осаждения смеси металлического железа и серы возможна глубокая медеочистка хлоридных никель-кобальтовых растворов. Проведены промышленные испытания медеочистки растворов выщелачивания кобальтового концентрата железо-серным реагентом, в ходе которых достигнуто снижение концентрации меди до 10 и менее мг/л. Ключевые слова:
никель-кобальтовый раствор, глубокая медеочистка, железо-серный осадитель Для цитирования:
Глубокая медеочистка никель-кобальтовых растворов акционерного общества «Кольская ГМК» / М. И. Рябушкин [и др.] // Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 2. С. 218-222. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.2.041
Original article
DEEP COPPER PURIFICATION OF NICKEL-COBALT SOLUTIONS OF KOLA MMC
Maksim I Ryabushkin1, Dmitriy S Savoskin2, Aleksandr P Tyukin3, Aleksey V Rabchuk4, Konstantin V Smirnov5, Pavel V Smirnov6, Dmitriy V Stepanov7. Konstantin M. Volchek8, Alexander G. Kasikov9
1-8"Kola Mining and Metallurgical Company" JSC, Monchegorsk, Russia
9I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences, Apatity, Russia Corresponding author: Maksim I. Ryabushkin, [email protected]
Abstract
It has been established that when using a mixture of metallic iron and sulfur for precipitation, deep copper purification of nickel-cobalt chloride solutions is possible. Industrial tests of copper purification of cobalt concentrate leaching solutions with an iron-sulfur reagent were carried out, during which a decrease in copper concentration to 10 mg/l or less was achieved. Keywords:
nickel-cobalt solution, deep copper purification, iron-sulfur precipitator For citation:
Deep copper cleaning of nickel-cobalt solutions of Kola MMC / M. I. Ryabushkin [et al.] // Transactions of the Ко1а Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 2. P. 218-222. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.2.041
Введение
При экстракционной переработке растворов гидрохлоридного выщелачивания гидратных кобальтовых концентратов образуются концентрированные никель-кобальтовые растворы, содержащие различные примеси, включая медь. При проведении жидкостной экстракции хлорокомплексов кобальта(П) третичными аминами удается отделить кобальт от основной массы примесей. Исключение составляет медь(11), коэффициенты распределения которой при экстракции третичными аминами близки с кобальтом(П), вследствие чего медь необходимо предварительно удалять из никель-кобальтового раствора. Одним из возможных вариантов предварительной очистки растворов от меди может быть ее жидкостная экстракция в виде хлорокомплексов меди( I). Данный процесс ранее был
реализован в кобальтовом производстве Кольской ГМК и в основном обеспечивал глубокую очистку растворов выщелачивания кобальтового концентрата от меди [1]. Однако в результате аварийной ситуации на кобальтовом производстве возникла необходимость использования альтернативного метода проведения глубокой медеочистки хлоридных никель-кобальтовых растворов.
Распространенным способом очистки растворов от меди является ее извлечение методом цементации c использованием различных металлов [2]. Для проведения цементационной очистки хлоридных кобальтовых растворов на комбинате «Североникель» ранее применяли активный никелевый порошок, но при его использовании не удавалось достичь глубокой очистки от меди [3]. В работе [3] также показано, что остаточное содержание меди может быть снижено при использовании для цементации порошка железа, который ранее использовали для очистки от меди и серебра хлоридных растворов [4]. При использовании для осаждения металлических порошков на практике столкнулись с обратным растворением меди в процессе отделения цементного осадка, что периодически приводило к получению кобальтовых растворов с повышенным содержанием меди. Снизить остаточное содержание меди также возможно при одновременном введении в раствор с металлическим восстановителем элементарной серы [3, 5, 6], однако этот способ не вошел в промышленную практику.
Целью данной работы являлось проведение проверки в промышленном масштабе работоспособности схемы глубокой медеочистки (остаточное содержание меди < 10 мг/л) хлоридного раствора кобальтового производства (КП) цеха электролиза никеля (ЦЭН) смесью измельченной серы и железных окатышей.
Результаты
В ходе лабораторных испытаний было установлено, что наиболее глубокая очистка хлоридных кобальтовых растворов возможна при использовании смеси серы с железным порошком. Промышленные испытания разработанного способа проводились в два этапа. В ходе проведения первого этапа промышленных испытаний произведено измельчение железистых окатышей с добавлением комовой серы в шаровой мельнице МШР 0,9 Х 1,8. Гранулометрический и химический состав окатышей приведен в таблицах 1 и 2. Загрузка мельницы производилась вручную, через загрузочный бункер-воронку, непосредственно в мельницу. Дозирование компонентов осуществлялось подсчётом загруженных лопат серы и окатышей. На три лопаты окатышей подавали одну лопату серы. По причине отсутствия приборов учёта расхода подачи воды в мельницу, оценка объёма подаваемой воды велась визуально. Оценочное содержание твёрдого в пульпе разгрузки мельницы составляла 25-40 %. Пульпа измельчённой смеси из мельницы поступала в разгрузочный бак (зумпф) и далее на начальном этапе центробежным насосом подавалась на пресс фильтр. В последующем смонтирована линия для подачи пульпы от насоса бака разгрузки мельницы в загрузочный бункер мельницы, за счёт этого организовали циркуляционный поток. На начальном этапе в загрузку подавались только окатыши и сера. На последующих этапах к исходному сырью добавлялись зачистки зумпфа. В некоторых операциях перерабатывались только зачистки. В ходе проведения испытаний специалистами Кольской ГМК велись хронометражные наблюдения за процессами измельчения и фильтрации. С периодичностью 1 раз в 20 мин отбирались пробы пульпы разгрузки мельницы, из частных проб сформированы пробы пульпы при различных режимах работы. Определено содержание твёрдого, результаты представлены в табл. 3.
Таблица 1
Гранулометрический состав окатышей по ГОСТ 27562-87
Фракция крупности, мм 3-20 0-3
Содержание, % 97,3 2,7
Таблица 2
Химический состав окатышей
Материал Содержание, % мас. Степень металлизации
Ееобщ Fei^i C SÎÛ2 S P CaO MgO AI2O3
Окатыши 91,9 88,2 0,18 6,2 0,011 0,013 0,71 0,40 0,49 96,0
Таблица 3
Содержание твёрдого в пульпе разгрузки мельницы
Дата Режим Содержание твёрдого, %
13.10 Скорость вращения мельницы 7,5 об/мин Питание — зачистки бака разгрузки мельницы 58,8
Скорость вращения мельницы 7,5 об/мин Питание — оборотная пульпа из бака разгрузки мельницы 1,72
Скорость вращения мельницы 11 об/мин Питание мельницы — окатыши 24,4
14. 10 Скорость вращения мельницы 15 об/мин Питание мельницы — окатыши 11,5
15.10 Скорость вращения мельницы 15 об/мин Питание мельницы — зачистки 45,6
Скорость вращения мельницы 15 об/мин Загрузка прекращена 7,28
16.10 Скорость вращения мельницы 15 об/мин Питание мельницы — окатыши 35,8
Второй этап испытаний проведен на промышленном растворе первичной цементационной медеочистки кобальтового производства никелевым порошком. Концентрация меди в исходном хлоридном растворе составляла 0,5-0,7 г/л. Раствор после цементационной медеочистки из сборника 1-17 (рис. 1) по существующей схеме подавали на фильтр-пресс № 1-16.
В ЭкО мц
Рис. 1. Аппаратурно-технологическая схема установки глубокой очистки от меди кобальтового раствора передела вскрытия и медеочистки КП ЦЭН
Фильтрат поступал в репульпатор 702 (см. рис. 1), в котором проводили глубокое осаждение меди по реакции:
2^ + Fe +S ^ Cu2S+Fe.
Анализ цементата показал, что совместно с медью происходило частичное соосаждение сульфида никеля, как это наблюдали ранее при использовании в качестве осадителя смеси никеля и серы [3, 6].
В процессе промышленных испытаний контролировали и определяли следующие параметры: расход раствора; расход смеси измельчённых железных окатышей и серы; температура процесса; рН и редокс-потенциал относительно хлор-серебрянного электрода сравнения; параметры фильтрования пульпы; содержание меди в очищенном растворе; содержание железа и кобальта в очищенном растворе. Проведено шесть операций по доочистке раствора (одна из них через узел репульпации кека). Достигнуто остаточное содержание меди в фильтрате менее 5 мг/л. На рис. 2 приведены результаты испытаний за период с 18.10.2022 — 19.10.2022.
Рис. 2. Остаточное содержание меди при проведении опытно-промышленных испытаний технологии глубокой медеочистки кобальтовых растворов
Выводы
1. Показана возможность глубокой медеочистки кобальтовых растворов КП ЦЭН железо-серным
осадителем.
2. В ходе промышленных испытаний достигнуты стабильные показатели по остаточному содержанию
меди в кобальтовом растворе до менее 10 мг/л.
3. Схема глубокой медеочистки кобальтовых растворов КП ЦЭН железо-серным осадителем была
внедрена в промышленное производство Кольской ГМК.
Список источников
1. Захаров А. В., Мальц И. Э., Хомченко О. А., Касиков А. Г. Освоение экстракционных технологий в ОАО «Кольская ГМК» при производстве кобальта и меди // Цветные металлы. 2013. № 10.
2. Алкацев М. И. Процессы цементации в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1981. 114 с.
3. Касиков А. Г., Кшуманева Е. С., Садовская Г. И. Осаждение меди из растворов от соляно-кислотного выщелачивания гидратных кобальтовых концентратов // Хим. технология. 2004. № 9. С. 19-24.
4. Епископян М. Л., Каковский И. А. Изучение кинетики цементации меди и серебра металлическим железом из хлористых растворов // Цветные металлы. 1965. № 10. С. 15-20.
5. Затицкий Б. Э., Волков Л. В., Шалыгина Е. М. Медеочистка хлоридных никелевых растворов смесью никелевого концентрата и серы // Новые процессы в металлургии цветных, редких и благородных металлов: сб. тр. Апатиты, 2001. С. 5-14.
6. Цапах С. Л., Лутова Л. С., Четверкин А. Ю. Механизм осаждения меди из хлоридных растворов в присутствии элементной серы и восстановителя // Цветные металлы. 2012. № 4. С. 26-31.
References
1. Zakharov A. V., Malts I. E., Khomchenko O. A., Kasikov A. G. Osvoyeniye ekstraktsionnykh tekhnologiy v OAO "Kol'skaya GMK" pri proizvodstve kobal'ta i medi [Development of extraction technologies in Kola MMC in the production of cobalt and copper]. Tsvetnyye metally [Non-ferrous metals], 2013, no. 10. (In Russ.).
2. Alkatsev M. I. Protsessy tsementatsii v tsvetnoy metallurgii [Carburization processes in non-ferrous metallurgy]. Moscow, Metallurgiya, 1981, 114 p. (In Russ.).
3. Kasikov A. G., Kshumaneva E. S., Sadovskaya G. I. Osazhdeniye medi iz rastvorov ot solyano-kislotnogo vyshchelachivaniya gidratnykh kobal'tovykh kontsentratov [Deposition of copper from solutions from hydrochloric acid leaching of hydrated cobalt concentrates]. Khim. Tekhnologiya [Chem. Technology], 2004, no. 9, pp. 19-24. (In Russ.).
4. Episkopyan M. L., Kakovskij I. A. Izucheniye kinetiki tsementatsii medi i serebra metallicheskim zhelezom iz khloristykh rastvorov [Study of the kinetics of cementation of copper and silver with metallic iron from chloride solutions]. Cvetnye metally [Non-ferrous metals], 1965, no. 10, pp. 15-20. (In Russ.).
5. Zatitsky B. E., Volkov L. V., Shalygina E. M. Medeochistka khloridnykh nikelevykh rastvorov smesi nikelevogo kontsentrata i sery [Copper treatment of nickel chloride solutions of a mixture of nickel concentrates and sulfurjVovyye protsessy v metallurgii tsvetnykh, redkikh i blagorodnykh metallov: sb. tr. [New processes in the metallurgy of non-ferrous, rare and noble metals. Coll. of works]. Apatity, 2001, pp. 5-14. (In Russ.).
6. Capah S. L., Lutova L. S., Chetverkin A. Yu. Mekhanizm osnovaniya medi iz khloridnykh rastvorov v priblizhennoy elementnoy sere i vosstanovitele [The Mechanism of Copper Deposition from Chloride Solutions in the Presence of Elemental Sulfur and a Reducing Agent]. Tsvetnyye metally [Cvetnye metally], 2012, no. 4, pp. 26-31. (In Russ.).
Информация об авторах
М. И. Рябушкин — первый заместитель генерального директора — главный инженер, [email protected];
Д. С. Савоськин — начальник научно-технического центра, [email protected];
А. П. Тюкин — начальник научно-технического отдела, [email protected]; А. В. Рабчук — начальник технического управления, [email protected]; К. В. Смирнов — начальник цеха электролиза никеля, [email protected]; П. В. Смирнов — начальник гидрометаллургического отдела, [email protected]; Д. В. Степанов — начальник пирометаллургического отдела,[email protected]; К. М. Волчек — главный специалист, [email protected];
А. Г. Касиков — кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-7694-0910.
Information about the authors
M. 1 Ryabushkin — First Deputy General Director — Chief Engineer, [email protected];
D. S. Savoskin — head of the scientific and technical center, [email protected];
A. P. Tyukin — head of the scientific and technical department, [email protected];
A. V. Rabchuk — head of the technical department, [email protected];
K. V. Smirnov — Head of Nickel Electrolysis, [email protected];
P. V. Smirnov — head of the hydrometallurgical department, [email protected];
D. V. Stepanov — head of the pyrometallurgical department, [email protected];
K. M. Volchek — chief specialist, [email protected];
A. G. Kasikov — Candidate of Chemical Sciences, Leading Researcher, [email protected], https://orcid.org/0000-0001-7694-0910.
Статья поступила в редакцию 31.01.2023; одобрена после рецензирования 13.02.2023; принята к публикации 14.02.2023. The article was submitted 31.01.2023; approved after reviewing 13.02.2023; accepted for publication 14.02.2023.
