Способ удаления натрия из хлоридных растворов
METHOD OF REMOVING SODIUM FROM CHLORIDE SOLUTIONS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу удаления натрия из хлоридсодержащих растворов в гидрометаллургических процессах извлечения металлов. В частности, изобретение относится к удалению натрия из растворов гидрометаллургических процессов, которые образуются в результате хлоридного выщелачивания никельсодержащих руд и/или концентратов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При хлоридном выщелачивании руд и/или концентратов, в частности никельсодержащих руд и/или концентратов, выщелачивающий раствор обычно рециркулируют внутри процесса. Это приводит к накоплению элементов, таких как натрий и калий. Натрий обычно присутствует в растворе в виде хлорида натрия. При низких концентрациях, т.е. менее чем приблизительно 10 г/л, это не является проблемой. Тем не менее, натрий делает раствор более концентрированным, и со временем требуется большее количество раствора для выщелачивания такого же количества металлов, если натрий не удаляют.
Традиционный способ удаления примесей, таких как натрий, состоит в отведении небольшого количества отбираемого потока из процесса. В случае концентрированных хлоридных растворов это не является экономичным вариантом, так как растворы необходимо обрабатывать, а хлориды необходимо заменять.
Настоящее изобретение основано на том факте, что хлорид натрия кристаллизуется до других солей, присутствующих в растворе, например хлорида кальция или хлорида аммония.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, целью настоящего изобретения является создание способа, который устраняет указанные выше недостатки. Целей настоящего изобретения достигают с помощью способа, отличительные признаки которого указаны в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные воплощения изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Настоящее изобретение основано на понимании того, что натрий может быть удален из технологических потоков гидрометаллургического процесса одновременно с регулированием содержания воды в технологическом потоке. Соответственно, при удалении только той примеси, которую необходимо удалить, объем отбираемого потока может быть сведен к минимуму, а способ может быть более экономичным и, как правило, более экологически безопасным.
Так как количество натрия, подаваемого в процесс, как правило, достаточно мало, и процесс может допускать некоторое количество натрия, то нет необходимости удалять весь натрий из технологического потока. Это позволяет осуществлять кристаллизацию из отбираемого потока, а не из основного технологического потока. Это означает, что оборудование будет меньше по размеру, а затраты на капитальные вложения снизятся. Так как воду необходимо испарять из-за замкнутой циркуляции раствора в процессе, насыщенный раствор для кристаллизации также может быть получен, когда проводят испарение отбираемого потока. Кристаллизация из насыщенного раствора происходит легче, так как она начинается сразу же при испарении большего количества воды или при понижении температуры.
Хлорид натрия может быть получен по данному изобретению в виде почти чистого продукта, так как некоторое количество натрия остается в обедненном натрием растворе. Хлорид натрия является солью, которая кристаллизуется из раствора первой, и, следовательно, количество твердых примесей в полученном хлориде натрия мало. Для дальнейшей очистки полученный хлорид натрия можно промыть.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно с помощью предпочтительных воплощений со ссылкой на прилагаемые чертежи, где на Фиг. 1 показана блок-схема, иллюстрирующая воплощение способа по настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу удаления натрия из технологического потока гидрометаллургического процесса на основе хлоридов, включающему стадии:
(a) отведения отбираемого потока растворов и/или суспензий гидрометаллургического процесса из технологического потока гидрометаллургического процесса на основе хлоридов;
(b) испарения воды из отбираемого потока с получением насыщенного раствора, содержащего натрий;
(c) кристаллизации части хлорида натрия, содержащегося в насыщенном растворе, содержащем натрий, из указанного раствора с получением обедненного натрием раствора; и
(d) возврата обедненного натрием раствора в технологический поток.
2
4
+
Способ по настоящему изобретению подходит для обработки любых технологических потоков гидрометаллургического процесса, образующихся в результате выщелачивания металлсодержащих руд и/или концентратов с помощью выщелачивающих растворов на основе хлоридов, таких как раствор на основе концентрированного CaCl. Указанный технологический поток гидрометаллургического процесса дополнительно содержит хлорид аммония, хлорид никеля, хлорид меди, хлорид кобальта и/или хлорид магния. Как правило, указанный технологический поток гидрометаллургического процесса содержит хлорид аммония. Технологический поток гидрометаллургического процесса, как правило, содержит значительные количества натрия. В частности, технологический поток гидрометаллургического процесса содержит от 1 до 50 г/л, более предпочтительно от 5 до 25 г/л натрия. Кроме того, предпочтительно технологический поток гидрометаллургического процесса содержит от 10 до 100 г/л Са и/или от 0,1 до 10 г/л NH.
Способ по настоящему изобретению особенно подходит для обработки выщелачивающего раствора, образующегося в результате выщелачивания никельсодержащей руды и/или концентрата. Термин "концентрат", используемый в данном описании, относится к любому продукту, как правило, получаемому из металлсодержащей руды для концентрирования требуемого металла(ов) в продукте и/или удаления примесей из добытой руды для дальнейшей обработки продукта для извлечения одного или более чем одного из указанных металлов. Такой концентрат может быть получен с помощью любых подходящих способов, известных специалистам в данной области техники.
Предпочтительно способ по настоящему изобретению обеспечивает удаление по меньшей мере 30%, более предпочтительно по меньшей мере 50%, обычно от 30 до 90%, более предпочтительно от 60 до 80% натрия, содержащегося в технологическом потоке гидрометаллургического процесса до отведения отбираемого потока. Обычно обедненный натрием раствор, который возвращают в основной технологический поток, т.е. в технологический поток гидрометаллургического процесса, содержит менее 4 масс. %, предпочтительно менее 2 масс. % натрия. В некоторых случаях, когда в ходе процесса потребность в испарении является большой, концентрация натрия в основном технологическом потоке после испарения воды и удаления натрия является более высокой, чем до этих стадий способа, из-за уменьшения общего количества технологического потока.
На Фиг. 1 показан пример технологической схемы способа по настоящему изобретению. Как показано на Фиг. 1, отбираемый поток 2 отводят из технологического потока 1 гидрометаллургического процесса. Отбираемый поток может быть отведен на любой стадии процесса после выщелачивания руды и/или концентрата. В предпочтительном воплощении отбираемый поток отводят на стадии процесса, когда концентрация каких-либо ценных металлов в указанном технологическом потоке является как можно более низкой, чтобы предотвратить потерю указанных ценных металлов во время удаления натрия. Предпочтительно отбираемый поток отводят после стадии процесса, когда концентрация кислоты в указанном технологическом потоке составляет менее 5 г/л. Такие стадии процесса включают осаждение, экстракцию растворителем и нейтрализацию. При выщелачивании никеля такими стадиями процесса являются, в частности, осаждение железа, экстракция растворителем и/или регенерация аммиака. Подходящие места для отведения включают места после осаждения железа, после одной из стадий экстракции растворителем и/или после регенерации аммиака. В предпочтительном аспекте настоящего изобретения отбираемый поток отводят после регенерации аммиака.
2
Объем отбираемого потока зависит от количества воды, которое необходимо удалить из технологического потока для поддержания водного баланса. Если за водным балансом следят в других частях процесса, то объем отбираемого потока зависит от количества натрия, которое необходимо удалить, но, как правило, водный баланс определяет количество отбираемого потока. Количество отбираемого потока может быть вычислено из количества воды, которое необходимо удалить из процесса на этой стадии, от концентрации солей в технологическом потоке и концентрации солей в насыщенном растворе, содержащем натрий, например, раствор, содержащий 50 г/л CaCl и 5 г/л NaCl, имеет концентрацию солей 55 г/л. Если не указано иное, термин "концентрация солей", используемый здесь и далее, относится к количеству всех растворенных солей в конкретном потоке. Концентрация солей в растворе зависит от температуры и природы солей в указанном растворе. Технологический поток, как правило, содержит от 5 до 35 масс. % солей, более предпочтительно от 10 до 30 масс. % от общей массы указанного потока. Насыщенный раствор, содержащий натрий, как правило, содержит от 35 до 70 масс. % солей, более предпочтительно от 40 до 65 масс. % от общей массы насыщенного раствора. Как правило, отклонение ±10%, более предпочтительно ±5%, является допустимым для количества требуемого отбираемого потока. Если концентрация солей в технологическом растворе, потребность в испарении или концентрация солей в насыщенном растворе, содержащем натрий, изменяются, то количество отбираемого потока также изменится. Примеры расчета количества отбираемого потока приведены в примерах 1 и 2.
Отбираемый поток предпочтительно отводят непрерывно из технологического потока гидрометаллургического процесса, т.е. в виде непрерывно отбираемого потока из технологического потока гидрометаллургического процесса. Непрерывная операция кристаллизации хлорида натрия позволяет использовать оборудование меньшего размера и обеспечивает более равномерную концентрацию натрия в процессе. Другой вариант заключается в отведении непрерывно отбираемого потока для испарения воды на стадии (b) и выполнении кристаллизации хлорида натрия на стадии (с) как периодического процесса.
Отбираемый поток 2 затем подвергают испарению 10 на стадии (b) испарения для удаления воды 11 из отбираемого потока и для увеличения концентрации натрия в отбираемом потоке. Это дает в результате насыщенный или почти насыщенный раствор 3, содержащий натрий, который подвергают кристаллизации 20 на стадии (с) кристаллизации. Термин "насыщенный или почти насыщенный", используемый в контексте насыщенного раствора, содержащего натрий, относится к тому факту, что дальнейшее испарение воды из раствора приведет к кристаллизации хлорида натрия, таким образом, обеспечивая его кристаллизацию на следующей стадии.
Стадию (b) испарения 10, как правило, выполняют на многоступенчатом испарительном оборудовании. При многоступенчатом испарении первую стадию испарения обычно выполняют при атмосферном давлении или давлении, близком к атмосферному. Последующую стадию (стадии) испарения, как правило, выполняют при пониженном давлении. Предпочтительно, пар, образующийся на первой стадии испарения, используют для косвенного нагрева на последующей стадии (стадиях) испарения.
В зависимости от баланса натрия в процессе, часть насыщенного или почти насыщенного раствора 3, содержащего натрий, можно подавать обратно в основной процесс между испарением воды и кристаллизацией хлорида натрия в виде концентрированного потока 5. Так, в одном воплощении настоящего изобретения часть полученного на стадии (b) насыщенного раствора (3), содержащего натрий, возвращают в технологический поток гидрометаллургического процесса перед стадией (с) кристаллизации. Альтернативно или дополнительно, часть частично концентрированного раствора, содержащего натрий, т.е. часть отбираемого потока, сконцентрированного на стадии (b), может быть возвращена в технологический поток гидрометаллургического процесса до того, как он станет насыщенным или почти насыщенным. Это возможно, когда используют многоступенчатое испарительное оборудование и/или когда стадию испарения выполняют по-другому, в несколько подстадий. В вышеупомянутых воплощениях отбираемый поток растворов и/или суспензий гидрометаллургического процесса, который отводят из технологического потока гидрометаллургического процесса на основе хлоридов, может составлять 100% от технологического потока гидрометаллургического процесса.
Концентрированный поток 5 предпочтительно возвращают непрерывно в технологический поток 1 гидрометаллургического процесса. Количество такого концентрированного потока зависит от количества натрия в данном потоке, потребности в удалении натрия из процесса и количества натрия в концентрированном потоке после кристаллизации, поток 4. Например, если количество натрия в потоке 3 составляет 100 кг/ч, а количество натрия, которое необходимо удалить из процесса, составляет 50 кг/ч, и поток 4 после кристаллизации содержит 10 кг/час натрия, то 40% от потока 3 подают обратно в основной технологический поток в виде потока 5. Как правило, отклонение от процентного отношения разделенных потоков составляет ±10%, более предпочтительно ±5%.
Насыщенный раствор 3, содержащий натрий, затем подают на стадию (с) кристаллизации 20 для удаления натрия в виде хлорида натрия 22 из насыщенного раствора, содержащего натрий. Кристаллизация может быть достигнута за счет испарения воды, в результате чего происходит кристаллизация хлорида натрия из насыщенного раствора, или за счет понижения температуры, в результате чего также происходит кристаллизация хлорида натрия. В варианте с испарительной кристаллизацией испарившуюся воду удаляют из процесса с потоком 21. Как правило, кристаллизацию 20 на стадии (с) осуществляют в отдельном устройстве для кристаллизации. В качестве альтернативы, стадию (с) кристаллизации 20 можно осуществлять в том же оборудовании, которое используют на стадии (b) испарения 10. Кроме того, часть стадии испарения можно осуществлять в первом испарительном оборудовании, чтобы сконцентрировать поток, а конечное насыщение и стадию кристаллизации осуществляют в другом оборудовании.
Как правило, на стадии кристаллизации получают суспензию, содержащую кристаллы хлорида натрия. Затем суспензию обычно сушат в центрифуге, получая сухие или в основном сухие кристаллы. Высушенные кристаллы затем можно промыть водой, чтобы удалить остатки маточного раствора и дополнительно очистить кристаллы. Промывочный раствор предпочтительно возвращают на стадию (с) кристаллизации, чтобы повысить выход хлорида натрия.
Предпочтительно, кристаллизуют по меньшей мере 30 масс. %, предпочтительно от 30 до 100 масс. %, более предпочтительно от 50 до 95 масс. % хлорида натрия, содержащегося в первоначально отведенном отбираемом потоке. В результате удаления хлорида натрия на стадии (с) получают обедненный натрием раствор 4, который возвращают в технологический поток, чтобы поддерживать солевой баланс в замкнутом контуре процесса.
Обедненный натрием раствор 4 возвращают в технологический поток 1 гидрометаллургического процесса, как правило, на ту же стадию процесса, с которой отводили отбираемый поток 2 из технологического потока 1. Это дает возможность продолжения последующих стадий процесса обычным образом.
Обедненный натрием раствор 4 предпочтительно возвращают в технологический поток гидрометаллургического процесса, т.е. в виде обедненного натрием непрерывного потока. Это обеспечивает стабильную концентрацию солей в основном технологическом потоке. Даже если кристаллизацию осуществляют в режиме периодического процесса, необходим непрерывный поток обедненного натрием раствора в технологический поток, так как большое различие в концентрациях солей в других частях процесса затрудняет управление процессом. Технологический поток 1 гидрометаллургического процесса, как правило, содержит от 1 до 50 г/л, более предпочтительно от 5 до 25 г/л натрия после того, как обедненный натрием раствор смешивают с указанным технологическим потоком.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
50 т/ч воды удаляют из технологического раствора с расходом 100 т/ч. Расход необходимого количества отбираемого потока рассчитывают следующим образом. Технологический раствор содержит 20 масс. % солей. Используют насыщенный раствор с содержанием солей 60 масс. %. Тогда технологический раствор с расходом 100 т/ч содержит 20 т/ч солей, 80 т/ч воды, а полученный насыщенный раствор содержит 20 т/ч солей и 13,3 т/ч воды. Поэтому количество воды в отбираемом потоке составляет 50 т/ч + 13,3 т/ч = 63,3 т/ч. Это означает, что количество воды, которое необходимо отводить в отбираемый поток, составляет 63,3 т/ч / 80 т/ч = 0,791 от количества воды в исходном технологическом потоке.
Пример 2
Если расход технологического потока составляет 100 т/ч, требуемое количество испаряемой воды составляет 10 т/ч, концентрация солей в технологическом растворе составляет 25 масс. %, а концентрация солей в насыщенном растворе составляет 60 масс. %, то количество отбираемого потока будет составлять 33,3%.
Для специалиста в данной области техники будет очевидно, что с развитием технологии концепция настоящего изобретения может быть реализована различными способами. Настоящее изобретение и его воплощения не ограничены описанными выше примерами, но могут изменяться в пределах объема формулы изобретения.