СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО ФАЙНШТЕЙНА
SEPARATION METHOD OF COPPER-NICKEL NIS MATTE

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способу разделения медно-никелевого файнштейна.
В настоящее время известен способ переработки медно-никелевых файнштейнов по технологии разделительной флотации [Худяков И.Ф., Тихонов А.И., Деев В.И., Набойченко С.С. Металлургия меди и кобальта. Т.2. - М.: Металлургия, 1977. - с.88-95.]. Технология многостадийна, требует большого количества технологических площадей и оборудования и не обеспечивает глубокого разделения сульфидов меди и никеля.
Известен способ разделительной плавки медно-никелевого файнштейна [Чижиков Д.М., Гуляницкая З.Ф., Плигинская Л.В., Субботина Е.А. Электрометаллургия медно-никелевых сульфидных сплавов в водных растворах. - М.: Наука, 1977. - с.263], основанный на том, что введение в файнштейн сульфида натрия приводит к растворению в нем сульфида меди, а сульфид никеля не растворяется. При этом сульфид никеля находится в донной фазе, а сульфиды меди и натрия в верхней фазе. Однако разделение сульфида меди и сульфида натрия требует окисления последнего до сульфата натрия, а затем вновь восстановления его до сульфида натрия с целью повторного использования. Способ включает много переделов, связан с получением большого количества промежуточных продуктов и значительного расхода окислителя и восстановителя.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ обработки файнштейна (никелевого матта) [US 3802870, C01G 53/00; С22В 23/00; С22В 23/02; С22В 5/08; С22В 23/00, опубл. 1974.04.09.], содержащего до 15% примесей меди, кобальта и железа, расплавленным хлоридом натрия, содержащим до 10% хлорида никеля, при температуре 780°C и соотношении файнштейн ÷ солевой расплав, равном один к одному. Солевой расплав, в который перешли из файнштейна медь, кобальт, железо, регенерируют электролизом или магниевым сплавом.
Недостатками известного способа является то, что для выделения из файнштейна меди, кобальта и железа в качестве реагента используется хлорид никеля, растворенный в расплаве хлорида натрия или в эвтектике хлорида натрия и калия, полученный солевой экстрагент требует регенерации путем электролиза или обработки его магниевым сплавом. Способ может быть применен для файнштейна, содержащего только до 15% примесей.
Техническим результатом изобретения является упрощение технологии разделения медно-никелевого файнштейна, содержащего значительные количества меди (до 35 мас.%), сокращение энергетических и материальных затрат.
Технический результат достигается тем, что в способе разделения медно-никелевого файнштейна, содержащего медь, кобальт и железо, на медный и никелевый концентраты, включающем обработку его расплавом хлорида щелочного металла для растворения в нем сульфида меди, отделение сульфида никеля от сульфида меди путем слива хлоридного расплава с растворенным в нем сульфидом меди и регенерацию расплава хлорида щелочного металла, новым является то, что обработке подвергают файнштейн, содержащий до 35 мас.% меди, и проводят ее расплавом хлорида натрия при температуре 950-900°C. Также новым является то, что оставшийся после отделения от сульфида меди сульфид никеля повторно обрабатывают расплавом хлорида натрия при температуре 900°C, из хлоридного расплава с растворенным сульфидом меди выделяют кристаллы сульфида меди и регенерируют расплав хлорида натрия охлаждением хлоридного расплава с 900°C до 750°C путем подачи азота на его поверхность.
Полученный в конвертере файнштейн следующего состава (масс.%): 45 Ni, 28 Си, 2,4 Fe, 1,0 Со, 22,6 S, сливают в отстойник и охлаждают до 950-900°C. Затем сливают в расплав хлорида натрия, находящегося в рафинированной печи и перемешивают в течение 30-40 минут. В результате сульфид меди растворяется в хлориде натрия.
Выбор соотношения хлорид натрия÷файнштейн зависит от содержания сульфида меди в файнштейне. Максимальная растворимость сульфида меди в хлориде натрия при 900°C достигает 90 мас.%. Растворимость сульфидов железа, кобальта и никеля в хлориде натрия при 900°C не превышает 0,1-0,3 мас.%. Остаточное содержание меди в файнштейне не более 1 мас.%.
Из рафинировочной печи первоначально сливают хлоридно-сульфидный расплав в котел-кристаллизатор и азотом охлаждают расплав с поверхности с 900°C до 750°C. В ходе охлаждения расплава содержание сульфида меди в нем снижается с 60-70 мас.% до 15 мас.%. Кристаллы сульфида меди опускаются на дно решетчатой корзины. Расплав хлорида натрия сливают в ковш и затем подают для повторного использования в рафинировочную печь. Из котла-кристаллизатора извлекают решетчатую корзину с кристаллами сульфида меди, выгружают и отправляют на медный завод.
Оставшийся в рафинировочной печи сульфид никеля повторно обрабатывают при температуре 900°C расплавом хлорида натрия в соотношении 10:1, что снижает содержание меди в сульфиде никеля до 0,1-0,3 мас.%. Расплав хлорида натрия с небольшим содержанием сульфида меди используют на переделе первой промывки файнштейна.
Применение хлорида натрия, вместо хлорида калия, более эффективно, так как хлорид калия при температуре 900°C растворяет до 80 мас.% сульфида меди, а при охлаждении хлоридного расплава до 800°C в нем содержится до 59,0 мас.% сульфида меди, а в хлориде натрия при 750°С остаточное содержание меди равно 23,0 мас.%, что свидетельствует о достижении в два раза большего извлечения сульфида меди из сульфида никеля за одну операцию экстракции.
Представленный способ разделения медно-никелевого файнштейна позволяет устранить передел охлаждения файнштейна в изложницах, грубое и тонкое дробление, помол и флотацию. Однако получаемый в результате сульфидный никелевый концентрат содержит до 3,0-4,0 мас.% меди и 3,0-3,5 мас.% железа, а медный концентрат - 3,4-4,0 мас.% никеля и 0,16-0,20 мас.% кобальта, то есть не достигается глубокое разделение меди и никеля. Снижение содержания меди в сульфиде никеля до 0,22 мас.% уменьшает на порядок потребность в никелевом порошке для удаления меди из анодного электролита при электролитическом рафинировании никеля, а прямое электролитическое растворение сульфида никеля устранит передел его обжига, выброс сернистого газа в атмосферу, восстановление закиси никеля, то есть снизит потребность в восстановителе.
Достоверность полученных результатов по разделению медно-никелевого файншейна от меди подтверждается изучением взаимной растворимости сульфида меди и сульфида никеля в расплаве хлорида натрия. Установлено, что сульфид меди, растворяясь в хлориде натрия, при температуре 870°C образует две сульфидно-хлоридных фазы. Одна содержит до 90 мас.% сульфида меди, а вторая - 40,5 мас.% сульфида меди. При снижении температуры до 750°C из расплава кристаллизуется 75,5 мас.% сульфида меди. Эвтектика кристаллизуется при 725°C и содержит около 10,0 мас.% сульфида меди.
Пример 1.
2
Сплавляют 70 г сульфида никеля и 30 г сульфида меди, охаждают и при температуре 950-900°C выливают в солевой расплав (75,5 мас.% NaCl и 15,0 мас.% CuS), взятый в количестве 33 г. Перемешивают в течение 30 минут. Затем разделяют сульфидно-никелевую и хлоридно-сульфидно-медную фазы путем сливания. В результате масса сульфида никеля составляет 71,2 г и в ней содержится 1,70 мас.% сульфида меди. Масса солевого расплава составлят 61,8 г и содержит 46,60 мас.% сульфида меди.
Повторная промывка сульфида никеля (71,2 г) расплавом хлорида натрия (20 г) позволяет снизить содержание сульфида меди в нем до 0,15 мас.%. Этот расплав можно использовать многократно или применить на первой стадии экстракции.
Пример 2.
Никелевый концентрат, взятый после разделительной флотации файнштейна, массой 100 г, содержащий (мас.%): 67,0 Ni, 3,5 Cu, 3,5 Fe, 1,2 Со, 24,8 S, обрабатывают расплавом хлорида натрия, взятого в количестве 10 г, при температуре 950-900°C. Перемешивают в течение 30 минут и разделяют, путем сливания, сульфидную и солевую фазы, состав которых представлен в таблице 1.
Таблица - 1.
Распределение элементов между сульфидной и солевой фазами.
Начальная масса фаз, г сульфидная/солевая
Конечная масса фаз, г сульфидная/солевая
Содержание элементов в фазах, мас.% сульфидная/солевая
Ni
Cu
Fe
Со
S
100/10
95,4/14,6
70,85/0,05
0,1/23,3
3,4/0,1
1,05/0,05
23,9/7,0
Полученный солевой расплав можно использовать до четырех раз для извлечения из файнштейна меди, содержание которой в хлоридном расплаве повышается до 70,0 мас.%, серы до 15,0 мас.%, хлорида натрия - до 14 мас.%. Потери хлорида натрия на испарение за одну операцию не превышают 0,5-1,0 мас.%.
Пример 3.
Файнштейн, массой 100 г, содержащий (мас.%): 45 Ni, 28 Cu, 2,4 Fe, 1,0 Со, 22,6 S, обрабатывают расплавом хлорида натрия, взятого в количестве 10 г, при температуре 950-900°C. Перемешивают в течение 30 минут и разделяют, путем сливания, сульфидную и солевую фазы, состав которых представлен в таблице 2.
Таблица - 2.
Распределение элементов между сульфидной и солевой фазами.
Начальная масса фаз, г сульфидная/ солевая
Конечная масса фаз, г сульфидная/ солевая
Содержание элементов в фазах, мас.% сульфидная/солевая
Ni
Cu
Fe
Со
S
100/10
67,65/42,15
68,70/0,04
1,53/62,3
3,50/0,1
1,55/0,05
26,4/13,53
Для регенерации солевого расплава (42,15 г), с целью повторного использования, его охлаждают с 900°C до 750°C путем подачи на поверхность расплава азота. Содержание сульфида меди в солевом расплаве снижается с 77,7 мас.% до 15 мас.%.
Выделяется 29,7 г сульфида меди и остается 12,25 г солевого расплава, который повторно используют для разделения медно-никелевого файнштейна.
Преимущества заявляемого технического решения заключаются в том, что проведение обработки файнштейна расплавом хлорида натрия при температуре 950-900°C обеспечивает переход судьфида меди в хлоридный расплав на 90%. Также более глубокое извлечение меди из сульфида никеля обеспечивается тем, что после первичной очистки от сульфида меди оставшийся сульфид никеля при температуре 900°C повторно промывают расплавом хлорида натрия, что приводит к снижению содержания сульфида меди в сульфиде никеля до 0,2-0,3%. Регенерацию солевого хлоридного экстрагента осуществляют путем охлаждения расплава с поверхности с 900°C до 750°C азотом, что обеспечивает кристаллизацию сульфида меди и снижение его концентрации в солевом расплаве до 10 мас.%. Полученный солевой расплав используют повторно для разделения медно-никелевого файнштейна, а выделенный сульфид меди направляют на медное производство.