RU2827187C1

RU2827187C1 - Method of copper deposition from solutions of autoclave and atmospheric leaching of copper-nickel white matte and matte

Info

Publication number: RU2827187C1
Application number: RU2024101354A
Authority: RU
Inventors: Кирилл Ахтямович Каримов; Ульяна Рамильевна Шарипова; Евгений Александрович Кузас; Денис Александрович Рогожников; Максим Алексеевич Третьяк; Татьяна Николаевна Луговицкая
Filing date: 2024-01-22
Publication date: 2024-09-23

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to hydrometallurgy of non-ferrous metals, namely to methods for selective deposition of copper from solutions of autoclave and atmospheric leaching of white matte, matte, and can be used in the development of hydrometallurgical technology of copper-nickel solutions containing, along with nickel and copper, platinum group metals. Method involves adding nickel sulphide to a copper-nickel solution at temperature of 50-90 °C and pH of solution is 3-7 to form nickel sulphate and insoluble copper sulphide. Precipitation is carried out with wet freshly deposited nickel sulphide from copper-nickel solutions containing up to 40 g/dm³ copper and up to 110 g/dm 3 nickel, wherein nickel sulphide is obtained from solution of autoclave or atmospheric leaching of white matte or matte after purification from copper by precipitation with sodium hydrosulphide.

EFFECT: method makes it possible to increase degree of copper deposition, to minimize contamination of solutions sent for nickel electrodeposition with impurities.

1 cl, 1 dwg, 5 ex

Description

Изобретение относится к области гидрометаллургии цветных металлов, а именно к способам селективного осаждения меди из растворов автоклавного и атмосферного выщелачивания файнштейна, штейна, и может быть использовано при разработке гидрометаллургической технологии переработки медно-никелевых растворов, содержащих, наряду с никелем и медью, металлы платиновой группы.The invention relates to the field of hydrometallurgy of non-ferrous metals, namely to methods of selective precipitation of copper from solutions of autoclave and atmospheric leaching of converter matte, matte, and can be used in the development of hydrometallurgical technology for processing copper-nickel solutions containing, along with nickel and copper, platinum group metals.

Традиционная переработка никелевой сульфидной руды включает пирометаллургические стадии с последующими гидрометаллургическими переделами, где руду сначала мелко измельчают, а затем никелевые сульфидные концентраты подвергают плавке и восстановлению с образованием никелевого файнштейна или штейна, которые также содержат медь, кобальт и железо. Затем файнштейн или штейн выщелачивают в атмосферных и автоклавных условиях, полученные растворы очищают от примесей, а никель из растворов выделяют восстановлением водородом или электрохимически. Медь является одной из основных примесей в растворе, для ее удаления требуется использование дорогостоящих реагентов и оборудования, поэтому данная задача является актуальной.Traditional processing of nickel sulphide ore includes pyrometallurgical stages followed by hydrometallurgical processing, where the ore is first finely ground, and then the nickel sulphide concentrates are smelted and reduced to form nickel converter matte or matte, which also contain copper, cobalt and iron. The converter matte or matte is then leached under atmospheric and autoclave conditions, the resulting solutions are purified from impurities, and nickel is separated from the solutions by hydrogen reduction or electrochemically. Copper is one of the main impurities in the solution, its removal requires the use of expensive reagents and equipment, so this task is relevant.

Известен способ хлорного выщелачивания файнштейна и осаждения меди из раствора выщелачивания, содержащего ионы никеля (патент США №3880653А). Метод селективного извлечения металлов из сульфидного сырья, содержащих медь, никель и драгоценные металлы, в которых твердая фракция подвергается хлорному выщелачиванию раствором, содержащим ионы меди. Растворенную медь из этих растворов можно осадить в отдельном резервуаре в присутствии элементной серы и сульфида никеля при [NiS/S] > 1. Медь выделяют из раствора добавлением свежей порции файнштейна. Такой метод не дает высокого извлечения никеля в раствор (до 80 %). Образовавшийся сульфид меди (медный кек) может быть отделен от хлорного никельсодержащего раствора известными способами (фильтрация). A method of chlorine leaching of converter matte and precipitation of copper from a leaching solution containing nickel ions is known (US Patent No. 3880653A). A method of selective extraction of metals from sulphide raw materials containing copper, nickel and precious metals, in which the solid fraction is subjected to chlorine leaching with a solution containing copper ions. Dissolved copper from these solutions can be precipitated in a separate tank in the presence of elemental sulfur and nickel sulphide at [NiS/S] > 1. Copper is extracted from the solution by adding a fresh portion of converter matte. This method does not provide high extraction of nickel into the solution (up to 80%). The resulting copper sulphide (copper cake) can be separated from the nickel-containing chlorine solution by known methods (filtration).

Недостатком данного способа является то, что электроэкстракция никеля из чисто хлоридных растворов требует создания отдельного производства для реализации технологии. Организация процесса очистки растворов от меди с использованием чистого хлоридного электролита затруднена.The disadvantage of this method is that electroextraction of nickel from pure chloride solutions requires the creation of a separate production facility to implement the technology. The organization of the process of cleaning solutions from copper using a pure chloride electrolyte is difficult.

Известен способ производства электролитного никеля (патент
РФ №2303086С2). Способ включает стадии: флотационное разделение на никелевый и медный концентраты, окислительный обжиг никелевого концентрата, восстановление закиси никеля, выщелачивание восстановленной закиси никеля, очистку раствора от железа, меди, кобальта, электроэкстракцию никеля. Недостатком способа является сохранение пирометаллургических операций переработки файнштейна, что приводит к потерям металла и высоким эксплуатационным расходам.A method for producing electrolytic nickel is known (patent
RF No. 2303086C2). The method includes the following stages: flotation separation into nickel and copper concentrates, oxidative roasting of nickel concentrate, reduction of nickel oxide, leaching of reduced nickel oxide, purification of the solution from iron, copper, cobalt, electrowinning of nickel. The disadvantage of the method is the preservation of pyrometallurgical operations for processing converter matte, which leads to metal losses and high operating costs.

Наиболее близким к заявляемому по технической сути является метод селективного осаждения меди из раствора на сульфиде никеля [Шарипова У.Р., Кузас Е.А., Каримов К.А., Третьяк М.А., Рогожников Д.А. Очистка растворов автоклавного выщелачивания медно-никелевого файнштейна от меди // Материалы XXVIII Международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья», Екатеринбург, 2023. С. 313-317], включающий следующие стадии:The closest to the claimed method in technical essence is the method of selective precipitation of copper from a solution on nickel sulfide [Sharipova U.R., Kuzas E.A., Karimov K.A., Tretyak M.A., Rogozhnikov D.A. Purification of solutions of autoclave leaching of copper-nickel converter matte from copper // Proceedings of the XXVIII International Scientific and Technical Conference "Scientific Foundations and Practice of Processing Ores and Man-Made Raw Materials", Yekaterinburg, 2023. Pp. 313-317], which includes the following stages:

(1) Получение никелевого раствора с концентрацией никеля 40-80 г/дм³, содержащего медь;(1) Obtaining a nickel solution with a nickel concentration of 40-80 g/ ^dm3 , containing copper;

(2) Добавление сульфида никеля для осаждения меди в мольном отношении Ni/Cu (1-3) при температуре 50-90°С и pH раствора 3-6, продолжительность процесса до 120 мин. Осаждение меди в зависимости от используемых параметров составляет от 33 до 99%. (2) Addition of nickel sulfide for copper precipitation in a molar ratio of Ni/Cu (1-3) at a temperature of 50-90°C and a solution pH of 3-6, the process duration is up to 120 min. Copper precipitation, depending on the parameters used, ranges from 33 to 99%.

Из описания примеров реализации способа-прототипа следует, что лучшие результаты по осаждению меди из никелевых растворов достигаются при температуре 70°С, рН = 4,5, мольном соотношении Ni/Cu = 2, исходной концентрации Ni = 40 г/дм³ при продолжительности в 60 минут. Основным недостатком прототипа является высокий удельный расход сульфида никеля Ni/Cu = 2, низкая степень его извлечения в раствор (88 %) и высокое содержание в кеке (3,3 %).From the description of examples of the prototype method implementation, it follows that the best results in copper precipitation from nickel solutions are achieved at a temperature of 70°C, pH = 4.5, molar ratio Ni/Cu = 2, initial concentration Ni = 40 g/ ^dm3 with a duration of 60 minutes. The main disadvantage of the prototype is the high specific consumption of nickel sulfide Ni/Cu = 2, the low degree of its extraction into the solution (88%) and high content in the cake (3.3%).

Изобретение направлено на снижение материальных затрат, эксплуатационных расходов и потерь при производстве никеля, за счет атмосферного осаждения меди с применением активного сульфида никеля. The invention is aimed at reducing material costs, operating expenses and losses in the production of nickel, due to atmospheric deposition of copper using active nickel sulfide.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является повышение степени осаждения меди из растворов автоклавного выщелачивания медно-никелевых файнштейнов за счет введения в систему активного сульфида никеля, это также позволит сократить многостадийность переработки сырья, а также количество применяемого дорогостоящего оборудования, исключить пирометаллургические процессы в технологической схеме производства, минимизировать загрязнение примесями растворов, направляемых на электроэкстракцию никеля.The technical result achieved by implementing the invention is an increase in the degree of copper precipitation from solutions of autoclave leaching of copper-nickel converter mattes due to the introduction of active nickel sulfide into the system, this will also reduce the multi-stage processing of raw materials, as well as the amount of expensive equipment used, eliminate pyrometallurgical processes in the technological scheme of production, minimize contamination with impurities of solutions sent for electroextraction of nickel.

На стадии атмосферного осаждения меди достигается глубокое извлечение в раствор никеля из активного сульфида никеля, который возможно получить из раствора после стадии атмосферного выщелачивания. At the stage of atmospheric precipitation of copper, deep extraction of nickel into solution is achieved from active nickel sulfide, which can be obtained from the solution after the stage of atmospheric leaching.

Заявленное изобретение обеспечивает условия максимальной селективности, что достигается за счет взаимодействия активного сульфида никеля (содержание %: 50-58 Ni, 28-35 S) с медно-никелевыми растворами, содержащими до 40 г/дм³ меди и до 120 г/дм³ никеля, тем самым уменьшая расход активного сульфида до мольного отношения Ni/Cu = 1,0 - 1,5 за счет снижения степени его разложения при протекании соответствующих реакций с образованием сероводорода и сульфата никеля.The claimed invention provides conditions for maximum selectivity, which is achieved by the interaction of active nickel sulfide (content %: 50-58 Ni, 28-35 S) with copper-nickel solutions containing up to 40 g/ ^dm3 of copper and up to 120 g/ ^dm3 of nickel, thereby reducing the consumption of active sulfide to a molar ratio of Ni/Cu = 1.0 - 1.5 due to a decrease in the degree of its decomposition during the corresponding reactions with the formation of hydrogen sulfide and nickel sulfate.

Технической проблемой, на решение которой направлен предлагаемый способ, является высокий расход сульфида никеля при осаждении меди из никелевых растворов и его высокое содержание в осадке. Технический результат заключается в изменении реагентного режима и использовании свежеосажденного сульфида никеля. The technical problem, which the proposed method is aimed at solving, is the high consumption of nickel sulfide during copper precipitation from nickel solutions and its high content in the sediment. The technical result consists in changing the reagent mode and using freshly precipitated nickel sulfide.

Технический результат достигается в способе осаждения меди из никелевых растворов после автоклавного и атмосферного выщелачивания медно-никелевых файнштейнов и штейнов, основанного на взаимодействии ионов меди с сульфидом никеля. В отличие от прототипа осаждение меди ведут на свежеосажденном сульфиде никеля, не проходящем стадию сушки. Для приготовления активного сульфида никеля используют раствор атмосферного выщелачивания файнштейна или штейна, прошедшего очистку от меди. Сульфид никеля осаждают гидросульфидом натрия. Также в отличие от прототипа медь осаждают из растворов атмосферного выщелачивания файнштейна или штейна, которые содержат наибольшую концентрацию меди (до 40 г/дм³) и никеля (до 110 г/дм³) в растворе, что позволяет уменьшить расход активного сульфида никеля за счет снижения степени прохождения реакции его разложения с образованием сероводорода и сульфата никеля (1).The technical result is achieved in the method of copper precipitation from nickel solutions after autoclave and atmospheric leaching of copper-nickel converter mattes and mattes, based on the interaction of copper ions with nickel sulfide. Unlike the prototype, copper precipitation is carried out on freshly precipitated nickel sulfide, which does not undergo a drying stage. To prepare active nickel sulfide, a solution of atmospheric leaching of converter matte or matte that has undergone purification from copper is used. Nickel sulfide is precipitated with sodium hydrosulfide. Also, unlike the prototype, copper is precipitated from atmospheric leaching solutions of converter matte or matte, which contain the highest concentration of copper (up to 40 g/ ^dm3 ) and nickel (up to 110 g/ ^dm3 ) in solution, which makes it possible to reduce the consumption of active nickel sulfide by reducing the degree of its decomposition reaction with the formation of hydrogen sulfide and nickel sulfate (1).

NiS + H₂SO₄ = NiSO₄ + H₂S (1).NiS + H ₂ SO ₄ = NiSO ₄ + H ₂ S (1).

Техническим результатом проведенного исследования является степень осаждения меди в кек на 99,9 %, извлечение никеля в раствор - 90-98 % при установленных параметрах: температура 60-90°С, рН = 5-7, соотношение [Ni/Cu] = 1-1,5, начальная концентрация меди до 40 г/дм³, никеля - до 110 г/дм³, продолжительность 60-120 минут; получен медный сульфидный кек состава, %: 62-70 Cu, 25-33 S, 1-3 Ni.The technical result of the conducted research is the degree of copper precipitation in the cake by 99.9%, nickel extraction into the solution - 90-98% at the set parameters: temperature 60-90°C, pH = 5-7, ratio [Ni/Cu] = 1-1.5, initial concentration of copper up to 40 g/ ^dm3 , nickel - up to 110 g/ ^dm3 , duration 60-120 minutes; copper sulfide cake of the following composition was obtained, %: 62-70 Cu, 25-33 S, 1-3 Ni.

Извлечение никеля из сульфида никеля в раствор определяли по формуле 1:The extraction of nickel from nickel sulfide into solution was determined by formula 1:

(1)(1)

где: m_кек- масса кека, г;where: m _cake - cake mass, g;

С^Ni _кек - содержание никеля в кеке, %;С ^Ni _cake - nickel content in cake, %;

m^NiS _влаж - масса NiS влажного, г;m ^NiS _wet - mass of wet NiS, g;

W_NiS - влажность NiS, %;W _NiS - NiS moisture content, %;

C^Ni _NiS - содержание Ni в NiS, %.C ^Ni _NiS - Ni content in NiS, %.

Степень осаждения меди из раствора в твердый остаток определяли по формуле 2:The degree of precipitation of copper from solution into a solid residue was determined using formula 2:

(2)(2)

где: C^Cu _ф-т- концентрация меди в фильтрате, мг/дм³; where: C ^Cu _filtrate is the concentration of copper in the filtrate, mg/ ^dm3 ;

V_ф-т- объем полученного фильтрата, см³; V _filtrate - volume of the obtained filtrate, cm ³ ;

С^Сu _р-р- концентрация меди в исходном растворе, г/дм³; С ^Cu _sol - copper concentration in the initial solution, g/ ^dm3 ;

V_p-р- исходный объем раствора, см³.V _p-p is the initial volume of the solution, cm ³ .

Способ осаждения меди из растворов автоклавного и атмосферного выщелачивания медно-никелевых файнштейнов и штейнов поясняется примерами 1-5 и фиг. 1. На фиг. 1. представлены условия и результаты экспериментов по осаждению меди из растворов автоклавного выщелачивания медно-никелевых файнштейнов и штейнов. The method of copper precipitation from solutions of autoclave and atmospheric leaching of copper-nickel converter mattes and mattes is explained by examples 1-5 and Fig. 1. Fig. 1 shows the conditions and results of experiments on copper precipitation from solutions of autoclave leaching of copper-nickel converter mattes and mattes.

Пример 1. Раствор с содержанием меди 6 г/дм³ и никеля 40 г/дм³ доводили до рН 6 (регулировку рН выполняли с помощью серной кислоты и едкого натра) и нагревали на водяной бане до 90°С ± 5°С. В нагретый медно-никелевый раствор загружали влажный активный сульфид никеля с мольным соотношением [Ni/Cu] = 3. Пульпу и кек после осаждения выдерживали 60 мин, затем разделяли фильтрованием. Кек промывали дистиллированной водой до нейтрального значения рН промывного раствора, высушивали при 60°С и анализировали на содержание меди и никеля. Степень осаждения меди составила 99,9 %, извлечение никеля из сульфида никеля в раствор составила 51,47 %. Example 1. A solution containing 6 g/ ^dm3 of copper and 40 g/ ^dm3 of nickel was adjusted to pH 6 (the pH was adjusted using sulfuric acid and caustic soda) and heated in a water bath to 90°C ± 5°C. Wet active nickel sulfide with a molar ratio of [Ni/Cu] = 3 was loaded into the heated copper-nickel solution. The pulp and cake were held for 60 min after precipitation and then separated by filtration. The cake was washed with distilled water until the pH of the washing solution was neutral, dried at 60°C and analyzed for copper and nickel content. The degree of copper precipitation was 99.9%, the extraction of nickel from nickel sulfide into the solution was 51.47%.

Пример 2. отличается от примера 1 соотношением [Ni/Cu] = 1,5 и исходной концентрацией Ni в растворе 80 г/дм³, меди - 20 г/дм³. Все последующие операции аналогичны Примеру 1. Степень осаждения меди составила 99,9 % ± 2 %, извлечение никеля из сульфида никеля в раствор составило 90,1 % ± 2 %. Example 2. differs from Example 1 by the ratio [Ni/Cu] = 1.5 and the initial concentration of Ni in the solution of 80 g/ ^dm3 , copper - 20 g/ ^dm3 . All subsequent operations are similar to Example 1. The degree of copper precipitation was 99.9% ± 2%, the extraction of nickel from nickel sulfide into the solution was 90.1% ± 2%.

Пример 3. отличается от примера 2 продолжительностью 120 минут, рН=3, концентрацией никеля в растворе 110 г/дм³. Все последующие операции аналогичны Примеру 2. Степень осаждения меди составила 51,80 %, извлечение никеля в раствор из сульфида никеля 93,51 %. Example 3 differs from example 2 in its duration of 120 minutes, pH=3, and nickel concentration in solution of 110 g/ ^dm3 . All subsequent operations are similar to example 2. The degree of copper precipitation was 51.80%, and the extraction of nickel into solution from nickel sulfide was 93.51%.

Пример 4. отличается от примера 3 параметром рН = 5. Все последующие операции аналогичны Примеру 3. Степень осаждения меди составила 99,9 %, извлечение никеля из сульфида никеля в раствор 94,4 %. Example 4. differs from example 3 by the parameter pH = 5. All subsequent operations are similar to Example 3. The degree of copper precipitation was 99.9%, the extraction of nickel from nickel sulfide into solution was 94.4%.

Пример 5. отличается от примера 4 соотношением [Ni/Cu] = 1,3 и начальной концентрацией меди - 40 г/дм³. Все последующие операции аналогичны Примеру 4. Степень осаждения меди составила 99,9 % ± 2 %, извлечение никеля из сульфида никеля в раствор составило 97,5 % ± 2 %. Example 5 differs from example 4 by the ratio [Ni/Cu] = 1.3 and the initial copper concentration of 40 g/ ^dm3 . All subsequent operations are similar to Example 4. The degree of copper precipitation was 99.9% ± 2%, the extraction of nickel from nickel sulfide into solution was 97.5% ± 2%.

Таким образом в изобретении показана эффективность использования активного сульфида никеля в процессе осаждения меди из растворов автоклавного выщелачивания медно-никелевых файнштейнов. Это позволяет при сопоставимых параметрах достигнуть максимальной степени перехода меди в кек 99,9 % ± 2 %, извлечения никеля в раствор 97,5 % ± 2 % при установленных оптимальных параметрах: температура 90°С, рН = 5, соотношение [Ni/Cu] = 1,3, исходная концентрация Ni = 110 г/дм³, меди - 40 г/дм³, продолжительность 120 минут; получен медный сульфидный кек состава, %: 72,6 Cu, 24 S, 1,3 Ni.Thus, the invention demonstrates the efficiency of using active nickel sulfide in the process of copper precipitation from autoclave leaching solutions of copper-nickel converter mattes. This makes it possible, with comparable parameters, to achieve the maximum degree of copper transition into cake of 99.9% ± 2%, nickel extraction into solution of 97.5% ± 2% with the established optimal parameters: temperature 90°C, pH = 5, ratio [Ni/Cu] = 1.3, initial concentration of Ni = 110 g/ ^dm3 , copper - 40 g/ ^dm3 , duration 120 minutes; copper sulfide cake of the following composition is obtained, %: 72.6 Cu, 24 S, 1.3 Ni.

Claims

A method for precipitating copper from copper-nickel solutions of autoclave and atmospheric leaching of copper-nickel converter mattes and mattes, including adding nickel sulfide to a copper-nickel solution at a temperature of 50-90°C and a solution pH of 3-7 with the formation of nickel sulfate and insoluble copper sulfide, characterized in that the precipitation is carried out with wet, freshly precipitated nickel sulfide from copper-nickel solutions containing copper up to 40 g/ ^dm3 and nickel up to 110 g/ ^dm3 , wherein the nickel sulfide is obtained from a solution of autoclave or atmospheric leaching of converter matte or matte after purification from copper by precipitation with sodium hydrosulfide.