ИЗВЛЕЧЕНИЕ БАЗОВЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СУЛЬФИДНЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ
EXTRACTION OF BASIC METALS FROM SULFIDE ORES AND CONCENTRATES

Настоящая заявка утверждает приоритет патентной заявки США №61/674624, озаглавленной «Извлечение базовых металлов из сульфидных руд и концентратов», поданной 23 июля 2012 года, и которая включена здесь ссылкой во всей своей полноте.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к извлечению базовых металлов из сульфидных руд и концентратов.
Традиционная обработка содержащих базовые металлы сульфидных руд включает флотацию и пирометаллургические способы, такие как плавка на концентрат.
Патентный документ US 4283017 описывает селективную флотацию кубанита и халькопирита из медно-никелевой минерализованной породы. Недостаток этого способа состоит в необходимости процесса обогащения руды, которое требует потребления большого количества энергии, чтобы обеспечить получение очень мелких частиц. Настоящее изобретение может оперировать с крупнозернистыми частицами.
Патентный документ US 3919079 описывает способ флотации сульфидных минералов из содержащей сульфиды руды. Недостаток этого способа состоит в процессе флотации, в котором используют комплексные реагенты: диспергатор, коллектор, щелочь, флокулянты. Комплексные реагенты, применяемые для флотации, могут вызывать загрязнение окружающей среды вследствие химического потребления кислорода для разложения этих реагентов. В настоящем изобретении комплексные реагенты не требуются.
Патентный документ US 5281252 описывает конверсию не содержащих железа сульфидов, для которой требуется вдувание частиц сульфида меди, и этот способ нуждается в сложном контроле уровней перемешивания и контакта «твердое вещество/жидкость». Кроме того, необходимо регулирование внутренней атмосферы для обеспечения восстановления меди, и подведение энергии для реакции.
Патентный документ US 4308058 описывает способ окисления расплавленного металлического штейна с низким содержанием железа для получения необработанного металла. Однако этот способ требует применения обработки в многочисленных печах, а также высоких температур (>1000°C), чем обусловливается высокое энергопотребление.
Однако эти традиционные способы становятся очень дорогостоящими, когда имеют дело с низкосортным материалом и рудами с высоким содержанием загрязняющих примесей, таких как хлор и фтор. Еще одной проблемой пирометаллургической обработки являются высокие капиталовложения в новую установку, экологические проблемы и высокое энергопотребление.
2
2
2
Обычно, когда имеют дело с низкосортным материалом и рудами с высоким содержанием загрязняющих примесей, газы, образующиеся в процессе (пыль; СО; NOx; НО), должны быть подвергнуты обработке перед подачей SО в установку для получения серной кислоты. Альтернативные способы включают выжигание концентрата.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С учетом вышеописанных проблем и неудовлетворенных потребностей, настоящее изобретение представляет полезный и эффективный способ непрямого и селективного сульфирования базовых металлов с образованием сульфидов. Этот способ может быть применен как для концентратов, так и для низкосортных сульфидных руд; причем большее внимание уделено последним. Низкосортные сульфидные руды обычно не достигают желательного содержания в концентрате; и когда пытаются добиться этого, возникают большие потери. Основную проблему составляют загрязняющие примеси. На этом основании и был предложен описываемый здесь способ.
Более конкретно, настоящее изобретение представляет извлечение базовых металлов из сульфидных руд и концентратов, включающее стадии, в которых смешивают содержащую базовый металл руду с солями трехвалентного железа, соотношения которых с базовым металлом варьируют между 50% и 200%, нагревают указанную смесь до температур между 400°C и 600°C в течение периода времени от 2 до 8 часов; добавляют воду для образования суспензии, затем перемешивают и профильтровывают суспензию.
Дополнительные преимущества и элементы новизны этих аспектов изобретения будут изложены отчасти в нижеследующем описании, и отчасти станут более очевидными квалифицированным специалистам в этой области технологии после изучения нижеизложенного, или в ходе практической реализации изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее подробное описание никоим образом не предполагает ограничения области, применимости или конфигурации изобретения. Более конкретно, нижеследующее описание предоставляет необходимое понимание для исполнения примерных способов. При использовании приведенных здесь указаний квалифицированным специалистам в этой области технологии будут понятны соответственные альтернативные варианты, которые могут быть применены без выхода за пределы области настоящего изобретения.
Способ согласно настоящему изобретению включает стадию, в которой смешивают руду, концентрат или другой сульфидный материал, содержащий базовые металлы, с сульфатом или хлоридом трехвалентного железа в шнековом смесителе. Соль может быть в гидратированной или безводной форме. Смесь может иметь соотношение от 1:0,001 до 1:1000 сульфидного материала и безводной соли. Если используют гидратированную соль, соотношения могут быть пропорционально изменены.
Предпочтительные отношения составляют между 50% и 200% к базовым металлам, исходя из стехиометрии, предпочтительно между 90 и 120% для безводной формы. В особенности привлекательным способ становится, когда залежь имеет низкое содержание сульфида, и концентрирование при флотации не образует концентрат хорошего качества. Он также эффективен, если концентрации фтора и хлора превышают допустимые пределы.
Затем эту конечную смесь помещают в обжиговую печь, печь или любое другое оборудование, известное квалифицированным специалистам в этой области технологии, подводящее достаточное количество теплоты для достижения температур предпочтительно между 400°C и 600°C, более предпочтительно между 400°C и 500°C, при атмосферном давлении в смесительном устройстве любого типа. При этой температуре протекает следующая реакция типичного базового металла в сульфиде:
2
4
3
2
4
2
3
2
3 MS + Fe(SO) + 4,5 O = 3 NiSO + FeO + 3 SO
(где «М» представляет базовый металл).
Базовые металлы предпочтительно представляют собой медь, никель и цинк, более предпочтительно никель.
Сульфат трехвалентного железа применяют в качестве одного примера, поскольку также может быть использован хлорид трехвалентного железа, при изменении стехиометрических соотношений реакции. Продолжительность пребывания оценивается составляющей предпочтительно между 2 и 8 часами, более предпочтительно в течение периода времени от 5 до 6 часов.
Получение сульфата трехвалентного железа может быть выполнено квалифицированными специалистами в этой области технологии несколькими путями.
В альтернативном варианте в эту смесь может быть добавлен оксидный материал, обусловливая следующую реакцию:
2
4
3
2
4
2
3
MS + 3 MO + Fe(SO) + 2 O = 4 NiSO + FeO
(где «М» представляет базовый металл).
Базовые металлы предпочтительно представляют собой медь, никель и цинк, более предпочтительно никель.
2
В вышеуказанной реакции фиксировался бы SО, избегая очистки газа в скруббере. Для улавливания фтора или хлора в твердой форме может быть добавлен источник бората, например, такой как борная кислота, аморфный кремнезем или любой другой реагент, известный квалифицированным специалистам в этой области технологии.
Конечный продукт из обжиговой печи направляют в стадию растворения, чтобы перевести в жидкостное состояние большую часть или все соли базовых металлов. Его смешивают с водой с образованием суспензии с 10-33% твердых веществ, предпочтительно между 20% и 30%. Суспензия должна быть выдержана при перемешивании в течение периода времени 1-5 часов, предпочтительно между 2 и 4 часами. От этого момента любой вариант действий ниже по потоку, также известный квалифицированным специалистам в этой области технологии, может быть выбран для дальнейшей обработки и очистки базовых металлов.
Поэтому аспекты способа согласно настоящему изобретению включают стадию, в которой перемешивают соль (например, хлорид или сульфат трехвалентного железа) с Ni-концентратом при температуре между 400°C и 600°C и в течение периода времени от 2 до 8 часов.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения перемешивание соли (например, хлорида или сульфата трехвалентного железа) с Ni-концентратом проводят при температуре между 400°C и 500°C и в течение периода времени от 5 до 6 часов, с получением сульфатов или хлоридов никеля (Ni), которые направляют в стадию растворения. Согласно разнообразным аспектам, сульфаты или хлориды никеля (Ni) могут быть непосредственно перенесены в стадию растворения. Способ обеспечивает возможность достижения очень стабильного остатка (гематита) и быстрого растворения солей.
Как оценивается, выход процесса составляет между 80 и 95%.
Необязательно, после исполнения настоящего способа могут быть применены стандартные процессы ниже по потоку, такие как производство MHP (смешанного металлогидроксидного осадка) и электролиз, с целью получения любого целевого продукта.
Пользователь предусматривает, получать ли высокочистый никель, такой как электролитический, или же промежуточный продукт, такой как MHP. Эти варианты действий не являются исчерпывающими, но представляют собой только примеры обработки ниже по потоку. Эта обработка ниже по потоку была бы значительно упрощена, поскольку стадия, в которой удаляют загрязняющие примеси из раствора (такие как Fe и Al), уже больше не требуется.
Преимущества способа согласно настоящему изобретению многочисленны и могут включать:
- более эффективную разработку месторождения, в том числе залежей с низким содержанием сульфидов, которые были бы экономически невыгодны для традиционных процессов флотации;
- сокращенное потребление кислот;
- улучшенные характеристики осаждения суспензии;
- сниженное расходование флокулянтов;
- высокие уровни содержания фтора и хлора не создавали бы проблем в способе согласно настоящему изобретению;
- этот способ является селективным для базовых металлов. Так, загрязняющие примеси, такие как железо и алюминий, не растворяются, и эти загрязняющие примеси в традиционном процессе ниже по потоку образуют гидроксиды, которые являются очень объемными и с трудом поддаются декантированию. Так как эти элементы представляют собой стабильные оксиды (в случае железа предполагается стабилизация в виде гематита), то как количество образующихся твердых веществ было бы меньшим, так и декантирование твердого вещества было бы более легким и быстрым, тем самым сокращая расход флокулянтов;
- кислотность полученного раствора низка, что сокращает необходимость нейтрализации.
- Ниже показаны термодинамические характеристики предлагаемых реакций (для никеля и меди).
Как можно видеть, вышеуказанные данные показывают, что реакции являются термодинамически благоприятными.
Пример 1. Руду «Ягуар», имеющую описанный в нижеприведенной таблице состав, смешали с сульфатом трехвалентного железа в пропорции 200 граммов руды к 2,5 граммам безводного сульфата трехвалентного железа (стехиометрическое соотношение). После надлежащей гомогенизации смесь подвергли нагреванию до температур 500°С в течение 3 часов. После завершения охлаждения материала добавили воду для образования суспензии, содержащей 30% твердых веществ, и смесь перемешивали в течение 1 часа. Суспензию профильтровали, и образцы фильтрационного осадка и PLS (pregnant leach solution, продуктивный выщелачивающий раствор) направили на химический анализ. Результаты показали 85%-ную экстракцию никеля, 77%-ную экстракцию меди, и 88%-ное извлечение кобальта. Содержание железа и прочих загрязняющих примесей было ниже 1%, за исключением марганца, экстракция которого составляла 97%.
Пример 2. Руду «Ягуар», имеющую описанный в нижеприведенной таблице состав, смешали с сульфатом трехвалентного железа в пропорции 200 граммов руды к 2,5 граммам безводного сульфата трехвалентного железа (120% от стехиометрического соотношения). После надлежащей гомогенизации смесь подвергли нагреванию до температур 600°C в течение 2 часов. После завершения охлаждения материала добавили воду для образования суспензии, содержащей 30% твердых веществ, и смесь перемешивали в течение 1 часа. Суспензию профильтровали, и образцы фильтрационного осадка и PLS направили на химический анализ. Результаты показали 92%-ную экстракцию никеля, 79%-ную экстракцию меди, и 93%-ное извлечение кобальта. Содержание железа и прочих загрязняющих примесей было ниже 1%, за исключением марганца, экстракция которого составляла 99%.
Пример 3. Руду «Ягуар», имеющую описанный в нижеприведенной таблице состав, смешали с сульфатом трехвалентного железа в пропорции 200 граммов руды к 2,5 граммам безводного сульфата трехвалентного железа (130% от стехиометрического соотношения). После надлежащей гомогенизации смесь подвергли нагреванию до температур 600°C в течение 2 часов. После завершения охлаждения материала добавили воду для образования суспензии, содержащей 30% твердых веществ, и смесь перемешивали в течение 1 часа. Суспензию профильтровали, и образцы фильтрационного осадка и PLS направили на химический анализ. Результаты показали 98%-ную экстракцию никеля, 82%-ную экстракцию меди, и 94%-ное извлечение кобальта. Содержание железа и прочих загрязняющих примесей было ниже 1%, за исключением марганца, экстракция которого составляла 99%.