ИТС 12-2019 Производство никеля и кобальта

     1.3.2. Переработка сульфидных руд с получением файнштейна

Никельсодержащие сульфидные руды, в отличие от окисленных, поддаются флотационному обогащению. Так, из руды, содержащей 1-3% Ni, получают концентрат с 7-20+% Ni. Технологическая схема включает в себя дробление, измельчение и флотацию. В зависимости от состава руды, в частности, от соотношения меди и никеля, используются различные схемы.

При небольшом содержании в руде халькопирита реализуется процесс коллективной флотации с получением Ni-Cu-концентрата, при значительном (массовое соотношение Cu: Ni>0,3) - производится разделение на никелевый (медно-никелевый) и медный концентраты. На Талнахской обогатительной фабрике ЗФ ПАО "ГМК "Норильский Никель", перерабатывающей сплошные сульфидные руды, осуществлялось также выделение никелистого пирротина в отдельный, так называемый пирротиновый концентрат.

Наиболее распространённой практикой переработки никелевых сульфидных концентратов является штейновая плавка, которая может быть реализована либо в автогенных агрегатах (печь взвешенной плавки), либо в руднотермических электропечах. Полученный штейн конвертируют с получением файнштейна, который затем рафинируют гидрометаллургическим (весь мир) или комбинированным способом (Россия) с получением товарных металлов (рисунок 1.4).

________________

По данным на 2016 год, на единственном никельрафинировочном предприятии России - комбинате Североникель АО "Кольская ГМК" - до сих пор используется устаревшая технологическая схема получения катодного никеля методом электрорафинирования металлических анодов, однако от этой технологии в настоящее время отказываются, постепенно переходя на технологию хлорного выщелачивания никелевого порошка трубчатых печей с получением никеля электроэкстракцией.

     
Рисунок 1.4 - Принципиальная схема переработки сульфидных медно-никелевых руд

Главным преимуществом головной пирометаллургической операции является возможность практически количественного концентрирования присутствующих в сульфидных медно-никелевых рудах драгоценных металлов (за исключением серебра).

Для руд, практически не содержащих драгоценных металлов (медно-никелевые руды канадского месторождения Voisey's Bay), возможна гидрометаллургическая переработка с тотальным вскрытием сульфидной составляющей и получением медно-никель-кобальтового раствора, пригодного для дальнейшей переработки с получением катодных рафинированных металлов и отвального кека, который после нейтрализации можно захоранивать.

Следует также остановиться на переработке пирротиновых никельсодержащих концентратов, прямая пирометаллургическая переработка которых ввиду низкого содержания ценных компонентов экономически нецелесообразна. Процедура гидрометаллургического обогащения, реализованная на Надеждинском металлургическом заводе ЗФ ПАО "ГМК "Норильский Никель", с выводом в отдельные продукты основной части серы в элементарной форме, а железа - в гидратной делает получаемый сульфидный концентрат весьма привлекательным для извлечения из него ценных компонентов (никеля, кобальта, меди, драгоценных металлов) стандартными пирометаллургическими способами.

________________

Никельсодержащий пирротиновый концентрат месторождений района Sudbury (Канада) также ранее перерабатывали компании Inco (теперь Vale) и Falconbridge (теперь Glencore). Обе компании, стремясь увеличить пропускную способность плавильного передела, максимально удаляли моноклинный пирротин из рудных концентратов с помощью барабанных магнитных сепараторов. C 1950-х годов Inco перерабатывала этот моноклинный пирротин с получением железорудных (гематитовых) окатышей для предприятий черной металлургии (67% Fe), чёрного оксида NiO (77%) и серной кислоты. Пульпу обжигали в КС, горячий огарок с 95% Ni в и 5% никеля - в сульфиде никеля перерабатывали модифицированным процессом Карона: восстановительным обжигом и выщелачиванием . Извлечение железа - более 90%, никеля - около 75%. В 1982 году в разгар экономического спада была закрыта цепочка восстановления/выщелачивания, а в 1991 году остановлен обжиг.

Falconbridge начала селективный сульфатирующий обжиг пирротина в 1950-е годы. Огарок содержал растворимый в воде сульфат никеля и нерастворимый . Получали синтетические железосодержащие окатыши с 66% Fe и кеки с 20% Ni (9% Fe, 36% S), который после нейтрализации известью отправляли на плавку. Завод был закрыт в 1972 году, когда были введены в действие экологические стандарты (газы с выбрасывались прямо в трубу, пыль улавливалась плохо) [25].

Производство штейна

Головной операций пирометаллургической переработки никельсодержащих руд и концентратов является плавка на штейн.

В исторической ретроспективе плавку предварительно обожжённых и окускованных концентратов или кусковой руды вели в отражательных или шахтных печах. Эти способы плавки характеризовались относительно низкой удельной производительностью, высоким расходом кокса и повышенными потерями ценных компонентов с отвальными шлаками из-за присущей минералам пустой породы медно-никелевых руд тугоплавкости. Данные обстоятельства, а также стремительное развитие электроэнергетики привели к достаточно быстрому вытеснению этих процессов значительно более эффективной и менее "капризной" электроплавкой, которая, в свою очередь, также постепенно заменяется автогенными процессами плавки.

До недавнего времени электроплавка предварительно обожжённого никелевого (медно-никелевого) концентрата применялась на пяти заводах (в т.ч. двух, расположенных на территории Российской Федерации), перерабатывающих никелевое (никель-медное) сульфидное сырьё. В никель-платиновой подотрасли руднотермическая плавка повсеместно используется и по сей день, при этом из-за низкого содержания серы материал не обжигают, а после сушки непосредственно подают в электропечь (табл.1.19-1.20).

________________

После закрытия Никелевого завода в Норильске в 2016 году в России и никелевого завода Томпсон в Канаде в 2018 году в эксплуатации останутся только два никелевых плавильных завода (Печенганикель компании "Норильский Никель" и завод в г.Садбери компании Glencore), работающие по этой технологии. Заметим, что в январе 2016 года Glencore получила отсрочку на 10 лет для своего плавильного завода по части выполнения новых стандартов Канады по выбросам в атмосферу.

Несмотря на то, что процесс электроплавки является довольно старым, он имеет ряд неоспоримых преимуществ, а именно:

- возможность переработки малосульфидного высокомагнезиального сырья за счёт способности электропечи обеспечивать высокие температуры шлаковых расплавов;

- возможность переработки конвертерных шлаков и прямого получения отвальных по цветным и драгоценным металлам шлаков, не требующих специального обеднения.

Именно эти обстоятельства и обусловливают повсеместное применение рудно-термических печей для плавки платиносодержащих концентратов. Даже при содержании в шлаке оксида магния на уровне 13-23% за счёт поддержания высокой температуры шлаковой ванны удаётся обеспечить чрезвычайно низкие потери цветных и драгоценных металлов (потери ДМ пропорциональны потерям меди, т.к. никель может присутствовать в шлаках не только в виде корольков, но и в растворенной форме) (табл.1.20).

________________

Следует отметить, что в таблице приведено содержание цветных металлов в шлаке после флотации. Однако утверждение не теряет силы, поскольку при флотации шлаков содержание драгоценных и цветных металлов снижается почти пропорционально, всего примерно в два раза.