Материал: Сплавы никеля

В сульфидных концентратах, поступающих на выщелачивание, цветные металлы и железо представлены низшими и высшими сульфидами.

Так во флотационных концентратах основными формами железа являются FeS₂, Fe_xS_y и FeS.

Пирит является одним из наиболее устойчивых сульфидов и в аммиачной среде практически не окисляется. Окисление пирита в кислой среде протекает по реакциям:

FeS + 7O₂ + 2H₂O = 2FeSO₄ + 2H₂SO₄ (2.104)

2FeSO₄ + 0,5O₂ + H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + H₂O (2.105)₂(SO₄) + 4H₂O = Fe₂O₃·H₂O + 3H₂SO₄ (2.106)

ложение реакций (2.104), (2.105) и (2.106) даёт суммарную реакцию окисления пирита в кислых средах:

2FeS₂+ 7,5O₂ + 5H₂O = Fe₂O₃·H₂O + 4H₂SO₄ (2.107)

Окисление пирротина в кислых средах протекает с образованием сероводорода, который может окислятся до элементарной серы:

FeS +H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂S (2.108)

FeSO₄ + 0,5O₂ + H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + H₂O (2.109)₂S + Fe₂(SO₄)₃ = 2 FeSO₄ + H₂SO₄ + S (2.110)₂(SO₄)₃ + 4H₂O = Fe₂O₃·H₂O + 3H₂SO₄ (2.111)

В аммиачных растворах окисление пирротига протекает с заметной скоростью по уравнениям реакций :

FeS+NH₃ + H₂O = Fe₂O₃·H₂O + (NH₄)₂S₂O₃ (2.112)

(NH₄)₂S₂O₃ + 2O₂ = (NH₄)₂S₃O₆+(NH₄)₂SO₄ (2.113)

(NH₄)₂S₃O₆+2O₂+4NH₃+H₂O = NH₄SO₃NH₂+2(NH₄)₂SO₄ (2.114)

Никель и кобальт во флотационных концентратах представлены высшими сульфидами типа МeS, ассоциированными с сульфидами железа. В штейнах никель и кобальт присутствуют в виде сульфидов Ni₃S₂ и Co₄S₃.

При автоклавном выщелачивании в сернокислых средах окисление сульфидов никеля протекает по реакциям:

NiS + 2O₂ = NiSO₄ (2.115)+ 0,5O₂ + H₂SO₄ = NiSO₄ + S +H₂O (2.116)₃S₂ + 4,5O₂ + H₂SO₄ = 3NiSO₄ + H₂O (2.117)

Образование элементарной серы по реакции (2.116) незначительно. Поэтому окисление сульфидов никеля сопровождается в основном образованием сульфатов.

При аммиачном выщелачивании сульфидных материалов никель, медь, кобальт в виде аммиакатов переходят в раствор, а железо, окисляясь, переходит в осадок в виде гидрооксида.

Аммиачное выщелачивание в автоклавах для переработки сульфидных медных концентратов, содержащих 14,0 % Ni, 3,0%Cu, 0,2-0,4 % Co, 35% Fe, 28,0% S, используется канадской компанией «Шеррит - Гордон» в городе Форт- Саскачеван (Канада).

Технологическая схема переработки сульфидного никелевого концентрата на этом заводе включает в себя следующие основные операции:

двухстадийное выщелачивание при температуре 71-82^оС под давлением 700 кПа;

кипячение осветлённого раствора в герметичных котлах под разряжением с постепенным поднятием температуры до 110^оС, где происходит осаждение меди в виде сульфида;

досаждение сульфида меди сероводородом;

окисление кислородом воздуха тиосульфатов и политионатов в сульфаты при температуре 177-246^оС и давлении 49 атм;

восстановление никеля водородом при температуре 200-210^оС и давлении 17,5-35,0 атм;

доосаждение остатков никеля и осаждение кобальта сероводородом;

перевод кобальта в раствор;

восстановление кобальта водородом.

кристаллизация сульфата аммония из отработанного раствора.

Извлечение никеля по приведенной технологии составляет порядка 90- 95%, кобальта 50-75%, меди 88-92%, серы 75%.

В результате автоклавной переработки сульфидных никелевых концентратов по аммиачной схеме получают сульфид меди (70% Cu), никелевый порошок (99,8-99,9% Ni), кобальтовый порошок ( 99,6% Со) и сульфат аммония.

Сернокислотное выщелачивание

Сернокислотное автоклавное выщелачивание применяют на заводе в г.Растенберг (ЮАР). Здесь осуществляется переработка медно-никелевого файнштейна с целью получения обогащённого по благородным металлам твёрдого остатка, а также для попутного извлечения меди и никеля из растворов.

В России автоклавное сернокислотное выщелачивание применяют для растворения сульфидных никелевых концентратов и никелевого файнштейна. Растворы, полученные в результате выщелачивания подвергают электролизу с целью извлечения никеля.

В конечном растворе после растворения никелевых сульфидных концентратов содержится 120-130 г/л Ni, 1,8-2,0 г/л Co, 2,0-3,0 г/л Cu и 0,02-0,05 г/л Fe.

В раствор извлекают до 95% NI, до 85% Co, до 35 % Cu и до 80 % Fe.

При растворении никелевого файнштейна получают раствор, содержащий 100-120 г/л Ni, 0,5-0,8 г/л Со, 0,5-1,5 г/л Fe, 1,0-1,5 г/л Cu, 2-5 г/л H₂SO₄.

Извлечение в раствор составило для никеля 96-98%.

Литература

Панов А.Г., Конашков В.В., Цепелев В.С., Корниенко Аина Э. Структурообразование расплавов Fe-Ni-Mg-лигатуры

Давыдов С.В., Панов А.Г. Тенденции развития модификаторов для чугуна и стали // Заготовительные производства в машиностроении. -2007.- №1. - С. 3-11.

Чугун: Справочник / Под ред. А.Д.Шермана и А.А.Жукова. - М.: Металлургия, 1991. - 576 с.

Панов А.Г., Корниенко А.Э., Корниенко А.Э., Совершенствование технологии модифицирования чугунов с шаровидным графитом Mg-Ni-Fe лигатурой // М: Литейщик России, 2009, № 3. - с. 27-30.

Панов А.Г., Давыдов С.В. Исследование влияния микроструктуры литых Ni-Mg-Fe лигатур на их ударную вязкость // Заготовительные производства в машиностроении. 2010. - №2. - С. 3-8.

Панов А.Г., Конашков В.В., Цепелев В.С., Гуртовой Д.А., Корниенко А.Э. Исследование структурообразования расплавов чугунов // М: Литейщик России, 2010, № 3. - С. 32-38.

Б.А. Баум, Г.А. Хасин, Г.В. Тягунов и др. Жидкая сталь. - М.: Металлургия, 1984. - 208 с.

Афанасьев В.К., Долгова С.В., Копытько А.А., Ващенко А.Ю., Чевозёрова А.К. Тепловое расширение и коэрцитивная сила термоциклированной малоуглеродистой стали

Афанасьев В.К. О воздействии термоциклической деформации и последующей термообработки на свойства малоуглеродистой стали / В.К. Афанасьев, А.А. Столбов, А.А. Золотовский и др. // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - №2. - 1994. - С. 37-39.

Афанасьев В.К. Влияние обработки расплава на линейное расширение чугуна / В.К. Афанасьев, О.В. Исаенко, М.М. Сагалакова и др. // Литейное производство. - 2001. - №9. - С. 8-9.

А.с. 1470780 МПК С21Д 5/02. Способ термической обработки конструкционной стали / В.К. Афанасьев, И.А Сушкова, М.В. Афанасьева и др.

Афанасьев В.К. Об аномалии теплового расширения железа и стали / В.К. Афанасьев, С.В. Долгова, А.А. Копытько и др. // Металлургия машиностроения. - №5. - 2009. - С. 15-18.

Курочкин К.Т. Влияние водорода и азота на электротехнические свойства трансформаторной стали / К.Т. Курочкин, П.В. Умрихин, Б.А. Баум // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 1958. - №2. - С. 143-150.

Афанасьев В.К. Особенности влияния нагрева на газосодержание и механические свойства высокочистого железа / В.К. Афанасьев, С.В. Долгова, Н.Б. Лаврова и др. // Металлургия машиностроения. - №6. - 2009. - С. 12-15.