ИТС 12-2019 Производство никеля и кобальта
1.3.3. Получение рафинированного никеля
Как было показано выше, при переработке сульфидных и окисленных никелевых руд никель и кобальт обычно концентрируются в богатых промежуточных продуктах, за исключением гидрометаллургических технологий, использующих метод жидкостной экстракции, который позволяет производить товарные катодные металлы без промежуточного осаждения концентратов. К этим богатым промпродуктам, пригодным для дальнейшего рафинирования с получением товарных никеля и кобальта, относятся: файнштейн (сульфидные руды), штейн, смешанные никель-кобальтовые гидроксиды (или карбонаты), смешанные никель-кобальтовые сульфиды (окисленные никелевые руды).
Способы переработки сульфидных никелевых продуктов чрезвычайно разнообразны (табл.1.25) и определяются составом и экономическими соображениями с учётом географического положения и исторических особенностей развития конкретных предприятий. Однако обзор мировой практики получения рафинированного никеля показывает практически повсеместное распространение процессов гидрометаллургического рафинирования файнштейна. Наряду с получением никеля электроэкстракцией в мировой практике достаточно широко применяется карбонил-процесс, позволяющий получать никелевую продукцию с высокой добавленной стоимостью. Он реализован на предприятиях Vale: Copper Cliff (Канада) и Clydach (Великобритания), а также на заводе Jinchuan (Китай) компании Jinchuan Group и на комбинате Североникель (АО КГМК, ПАО "ГМК "Норильский никель", Россия). На заводах Copper Cliff и Jinchuan также осуществляют электролитическое рафинирование сульфидных анодов.
На ряде предприятий с целью упрощения технологической схемы Ni-Cu-МПГ файнштейны медленно охлаждают, что способствует раскристаллизации, при этом образуются крупные индивидуальные зерна хизлевудита 
, халькоцита и металлического (магнитного) сплава. После дробления и измельчения затвердевшего файнштейна методами магнитной сепарации и/или флотации выделяют сплав, сульфидный медный концентрат и сульфидный никелевый концентрат. Такая практика имеет место на рафинировочном заводе Copper Cliff компании Vale, Jinchuan компании Jinchuan Group, рафинировочном заводе базовых металлов (BMR) компании Anglo American Platinum в ЮАР и в России на комбинате Североникель (АО КГМК, ПАО "ГМК "Норильский никель"). Так, на рафинировочном заводе Copper Cliff полученный в результате магнитной сепарации файнштейна металлический концентрат с ~65% Ni, 17% Cu и высоким содержанием Au, Ag и МПГ направляется на конвертирование в конвертерах TBRC и далее на карбонилирование. Разделение меди от никеля в немагнитной фракции осуществляется флотацией. Полученный никелевый сульфидный концентрат (~71% Ni, 0,9% Cu) поступает на окислительный обжиг с получением NiO для отправки на завод компании Clydach (Великобритания), где он перерабатывается карбонил-процессом при атмосферном давлении. Медный сульфидный концентрат (~74% Cu, 4% Ni) поступает в медеплавильное производство. Промпродукт (подситовый продукт измельчения и очистки медного концентрата), содержащий ~66% Ni и 6,6% Cu, обжигают и далее рафинируют карбонилированием на Copper Cliff.
Таблица 1.25 - Способы получения рафинированного никеля на некоторых предприятиях
Завод, компания, страна | Исходный материал | Состав, % | Принцип переработки | Продукция |
Nikkelverk (Норвегия), Glencore | Файнштейн завода Sudbury | Ni - 52,0; Cu - 19,0 | Хлорное выщелачивание, автоклавное выщелачивание, электроэкстракция | Ni-катоды, Cu-катоды, концентрат МПГ |
Niihama (Япония), Sumitomo Metal Mining | Файнштейн завода Sorowako и Ni-Co смеш. сульфиды Coral Bay и Taganito | Ni - 73; Cu - 4,5; Co - 2,5 | Хлорное выщелачивание, электроэкстракция для получения катодного никеля; автоклавное выщелачивание, жидкостная экстракция - для солей | Ni-катоды, Co-катоды, Ni-соли |
Sandouville (Франция), Eramet | Файнштейн, полученный сульфидированием ферроникеля (до 2018 г.) | Ni - 78; Cu - 0,2; Co - 2; Fe - 3; остальное - сера | Хлорное выщелачивание, электроэкстракция | Ni-катоды |
Matsuzaka, Vale (Япония) | Файнштейн завода Sorowako | Н.д. | Окислительный обжиг, восстановительный обжиг, брикетирование | Tonimet-брикеты, Tonimet, Tonimet 97, синтер, Compact 97 |
Комбинат Североникель, ПАО "ГМК "Норильский Никель", Мончегорск, Россия | Файнштейн | Ni - 40% | Медленно охлаждённый файнштейн дробят, измельчают, флотируют с получением никелевого и медного концентратов. Затем никелевый концентрат обжигают намертво, восстанавливают и плавят с получением металлических никелевых анодов, направляемых на электролитическое рафинирование. В ближайшей перспективе обожжённый и восстановленный никелевый концентрат (никелевый порошок трубчатых печей) будет направляться на операции хлорного растворения и последующей электроэкстракции | Ni-катоды, Ni-карбонильный (порошки, дробь), Cu-катодная, Co-катодный, концентрат МПГ, концентрат Ag |
___________________ * Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных. | ||||
Thompson (Канада), Vale (до 2018 г.) | Файнштейн | Ni - 73,0 | Электролитическое рафинирование сульфидных анодов, отлитых из файнштейна | Ni-катоды |
Copper Cliff, Vale, Канада | Файнштейн | Ni - 45,0; Cu- 35,0 | Из файнштейна выделяется обогащённая ДМ магнитная фракция, а немагнитная фракция разделяется флотацией на никелевый и медный концентраты. Никелевый концентрат обжигается, восстанавливается до металла, далее, как и магнитная фракция, рафинируется карбонилированием | Карбонильная никелевая продукция |
Jinchuan, Nonferrous Metals, вание* | Файнштейн | Ni 47,0; Cu 23,0 | Из файнштейна обогатительными методами выделяются ДМ-концентрат, медный и никелевый концентраты. Из никелевого концентрата отливаются сульфидные аноды, которые рафинируются электролизом | Катодный никель, карбонильная никелевая продукция |
_________________ * Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных. | ||||
Kwinana, BHP Billiton, Австралия | Файнштейн | Ni 73,5; Cu 4,0; Fe 0,8; Co 0,7; S 20,0 | Аммиачное выщелачивание, водородное восстановление | Ni-брикеты, Ni-порошок, Cu-сульфидный концентрат, Ni-Co-сульфидный концентрат |
Fort Saskatchewan, Канада | Ni-Co смешанные сульфиды с завода Moa (Куба) | Ni+Co 60% | Аммиачное выщелачивание, водородное восстановление | Ni-брикеты 99,8%, Co-брикеты 99,9% |
Bindura, Bindura Nickel, Зимбабве (бездействует) | Файнштейн | Ni 38,0; Cu 54,0; Fe 0,1; S 5,5; As 0,1 | Сернокислотное автоклавное выщелачивание, электроэкстракция | Ni-катоды, медный сульфидный концентрат, гидроксид кобальта |
Harjavalta, ПАО "ГМК "Норильский никель", Финляндия | Немагнитная фракция никелевого концентрата флотации файнштейна | Ni 65,0; Cu 5,0; Fe 4,0; S 21,0 | Комбинация процессов атмосферного и автоклавного сернокислотного выщелачивания, электроэкстракция и/или восстановление H2 | Ni-катоды, Ni-брикеты, Co-брикеты, Cu-сульфидный концентрат |
Yabulu Refinery, Австралия (остановлен в 2016 г.) | Импортная латерит. руда | Ni 1,6; Co 0,15; Fe 37; Mg 5,2 | Жидкостная экстракция, реэкстракция, отгонка аммиака с получением основного карбоната никеля, прокалка, восстановление водородом, кобальт осаждается в виде сульфида, затем доводится до кобальта металлического, медь осаждается в виде сульфида | "QNI Highgrade" - 99,5% Ni, рондели - 98,5% Ni, QN ChemGrade Cobalt, медный сульфидный концентрат |
Impala Platinum, Springs ЮАР | Файнштейн | N 45,0; Cu 28,0 | Сернокислотное автоклавное выщелачивание, восстановление H2 | Ni-порошки, брикеты |
Sybanie Stillwater, США | Файнштейн | Н.д. | Комбинация процессов атмосферного и автоклавного сернокислотного выщелачивания закалённого файнштейна | Сульфат никеля, катодная медь, концентрат МПГ |
BMR, Anglo Platinum ЮАР | Файнштейн | Ni 47,0 | Медленно охлаждённый файнштейн измельчают, выделяют металлизированную фракцию магнитной сепарацией, раздельное выщелачивание продуктов, электроэкстракция | Ni-катоды, Cu-катоды, концентрат МПГ |
Northam Platinum, ЮАР | Файнштейн | Н. д. | Комбинация процессов атмосферного и автоклавного сернокислотного выщелачивания закалённого файнштейна | Сульфат никеля, катодная медь, концентрат МПГ |
Clydach, Великобритания | Обожжённый никелевый концентрат немагнитной фракции флотации файнштейна | Н.д. | Карбонил-процесс | Карбонильная продукция |
На заводе BMR компании Anglo Platinum (ЮАР) в результате магнитной сепарации получают немагнитную сульфидную фракцию и магнитный сплав. На сульфиды приходится примерно 90% веса файнштейна, на сплав - порядка 10% веса. Однако в сплаве, содержащем порядка 60% никеля, остальное - медь и железо, коллектируется более 99% МПГ (а также серебро). Очевидно, что обособленная переработка магнитной фракции существенно сокращает длительность технологического цикла получения концентратов драгметаллов и их безвозвратные потери.
Переработка сульфидных никель-кобальтовых концентратов, осаждённых из растворов высокотемпературного автоклавного сернокислотного выщелачивания окисленных никелевых руд, аналогична таковой для файнштейнов; смешанные никель-кобальтовые гидроксиды (карбонаты) могут быть легко интегрированы в технологический цикл любого рафинировочного завода, хотя более логичным представляется их использование в сульфатных схемах.
Следует отметить, что гидрометаллургическое рафинирование файнштейна и производство никеля методом карбонилирования целесообразно рассматривать как основу современных и прогрессивных технологий получения рафинированного никеля.
Гидрометаллургическое рафинирование файнштейнов
Во всех случаях гидрометаллургического рафинирования богатых никелевых пром-продуктов (за исключением смешанных гидроксидов) головной операцией рафинирования является окислительное выщелачивание, которое осуществляется в хлоридных, сульфатных или аммиачно-сульфатных средах. Дальнейшая конфигурация технологической схемы предусматривает очистку раствора от примесей и разделение присутствующих в растворе меди, никеля и кобальта. Ниже рассмотрены примеры реализации процесса на некоторых предприятиях (табл.1.26).
Рафинирование файнштейна в хлоридных средах
В настоящее время технология рафинирования файнштейна в хлоридных средах применяется на трёх предприятиях, технологические схемы которых существенно различаются между собой, как по условиям растворения файнштейна, так и по способу очистки растворов от примесей. На всех четырёх предприятиях катодный никель получают электроэкстракцией в ящичных ваннах с общим катодным пространством и помещёнными в анодные диафрагменные ячейки титановыми нерастворимыми анодами с активным покрытием из оксидов рутения. Из каждой анодной ячейки осуществляется совместная аспирация анолита и анодных газов.
На рафинировочном никелевом заводе Nikkelverk (Glencore, Норвегия) измельчённый файнштейн выщелачивается при температуре кипения в каскаде реакторов в оборотном никелевом анолите при подаче хлора и поддержании заданного окислительно-восстановительного потенциала для коллектирования в нерастворимом остатке меди и драгоценных металлов. Затем выщелоченная пульпа подаётся в каскад автоклавов, работающих при температуре 140°C-145°C и давлении 0,3-0,4 МПа. Пульпа из хвостового автоклава непрерывно через холодильник разгружается в реакторы медеочистки, которая осуществляется частью свежего файнштейна.
Таблица 1.26 - Условия получения катодного никеля на некоторых предприятиях