7.4. Обогащение никелевых руд

В природе собственных никелевых минералов известно около 50 и несколько десятком минералов, содержащих двухвалентное железо и магний, в которые никель ваходит в виде изоморфной примеси. Основная масса никеля извлекается из руд в виде сульфидных и силикатных минералов, характеристика которых приведена в табл. 84

.

Таблица 84. Характеристика основных никельсодержащих минералов

Минерал	Формула	Содержание никеля,%	Плотность, кг/м3	Твердость
Пентландит	( Fe, Ni)9S8	31,22	4500…5000	3…4
Пирротин	от Fe6S9 до Fe11S12	от 0,25 до 14,22	4500…4700	3,5…4,5
Миллерит	NiS	64,67	5200…5600	3 …3,5
Никелин	NiAs	43,9	760…7900	5,0…5,5
Гарниерит	(Ni,Mg)OsiO2·H2O	40…46,6	2,27…2,93	2,0…3,5

Основное количество никеля добывается в месторождениях магматических сульфидных медно-никелевых руд, которые добываются в Норильске, на Кольском полуострове, в Канаде, Норвегии, Швеции, США. Содержание никеля в этих рудах колеблется от 0,3 до 4%, а соотношение меди и никеля в маломедистых рудах составляет от 0,5 до 0,8 и в высокомедистых – от 2 до 4.

Основные минералы в рудах этих месторождений – никеленосный пирротин, пентландит, халькопирит, магнетит, встречаются никелин, миллерит, пирит, кубанит, а также минералы платиновой группы.

В зависимости от вещественного состава и текстурных лособенностей никелевые руды подразделяются на следующие типы:

- вкрапленные при содержании никеля от 0,25 до 0,5% никеля и соотношении никеля, меди и кобальта 55…50 : 28…23 : 1;

- брекчиевидные руды ( содержание никеля 2…4% и меди 0,8…2,5%) при соотношении никеля, меди и кобальта 56 : 22 : 1;

- сплошные сульфидные, состоящие в основном из пирротина (60…80%), пентландита и халькопирита при соотношении никеля, меди и кобальта 25…35 : 14 : 1.

Силикатные никелевые руды характеризуются невысоким содержанием никеля ( до 1%) при соотношении никеля и кобальта 20…30 : 1. Добыча никеля из силикатных руд в общем производствеиникеля составляет не более 15…20%, причем перерабатываются эти руды без предварительного обогащения.

По своим флотационным свойствам никелевые минералы – сульфиды и арсениды близки к халькопириту и пириту. Пентландит флотируется значительно лучше пирритина, причем флотируемость этих минералов сильно зависит от степени изоморфного замещения никеля железом и кобальтом, а также от степени окисленности. Эти минералы, особенно пирритин, окисляются значительно быстрее других сульфидов, что используется при их селективной флотации из медно-никелевых руд. Флотируемость этих минералов значительно улучшается при активации медным купоросом, а введение сернистого натрия перед активацией медным купоросом повышает сорбцию ксантогената на поверхности пирротина и пентландита и их флотируемость.

В настоящее время обогащаются практическитолько сульфидные медно-никелевые руды, которые при содержании никеля более 2% могут направляться непосредственно в плавку без предварительного обогащения.

Выбор метода обогащения медно-никелевых руд зависит от содержания меди и никеля в руде и от их соотношения в получаемом коллективном концентрате.

Основные трудности обогащения сульфидных медно-никелевых руд связаны с разделением сульфидов меди и никеля. Это объясняется прежде всего изменением флотационных свойств сульфидов никеля в зависимости от содержания в них железа, тонкой взаимной вкрапленностью сульфидов, трудностью депрессии сульфидов никеля при их активации медным купоросом и сложным составом минералов вмещающих пород, особенно алюмосиликатов. Для депрессии таких флотоактивных силикатов, как тальк, хлорит, серицит, применяется карбоксиметилцеллюлоза ( КМЦ) при рН 7,5…9,5, иногда в сочетании с жидким стеклом.

Вкрапленные медно – никелевые руды обогащаются по схеме коллективной флотации с получением коллективного медно-никелевого концентрата, который в зависимости от соотношения меди и никеля селективно разделяют на медный и никелевый ( при соотношении больше 2) или подвергают плавке с получением файнштейна ( при соотношении меньше 2), который затем разделяется флотацией на медный и никелевый ( метод И.Н. Масляницкого).

По схеме коллективной флотации ( рис.208) обогащаются руды на обогатительной фабрике комбината «Печенганикель», где перерабатываются бедные медно-никелевые руды, отличающиеся весьма тонкой и неравномерной вкрапленностью рудных минералов, повышенным содержанием неизвлекаемого никеля, связанного как с эмульсионной вкрапленностью сульфидов, так и с наличием силикатных форм никеля. Наиболее труднообогатимыми рудами являются оталькованные. Рудные минералы представлены пентландитом, пирротином, халькопиритом, магненитом. Никельна 74…89% связан с пентландитом и на 11…26% с пирротином. Породообразующие минералы представлены оливином, пироксеном, серпентином, серицитом, тальком, хлоритом.

После измельчения в шаровых мельницах до крупности 45…50% класса минус 0,074 мм пульпа поступает на межцикловую флотацию, куда подается медный купорос бутиловый ксантогенат и дитиофосфат. Хвосты межцикловой флотации доизмельчаются в мельницах в присутствии ксантогената до крупности 80…85% класса минус 0,074 мм при подаче медного купороса и бутилового дитиофосфата. Концентраты перечищаются в присутствии КМЦ ( 400…560 г/т) для депрессии минералов вмещающих пород. Получаемый коллективный медно-никелевый концентрат содержит 5,8…6% никеля, 2,3…2,75% меди при извлечении меди и никеля по 75%.

Готовый медно-никелевый концентрат после сгущения и обжига направляется на плавку с получением файнштейна. При медленном охлаждении файнштена в течение 36…40 часов выделяются крупнозернистые соединения халькозина Cu₂S и хизлевудита Ni₃S₂ , а также металлического медно-никелевого сплава. После измельчения файнштейн флотируют в сильнощелочной среде при рН 12 при подаче едкого натрия и соды. При подаче бутилового ксантогената в пенный продукт извлекаются сульфиды меди, а в камерном продукте остаются сульфиды никеля и медно-никелевый сплав. Медный концентрат содержит до 68…69% меди и до 8…9% никеля, а никелевый концентрат – 64…67% никеля и 4…8% меди, при извлечении никеля 96% и меди 92%.

По схеме селективной флотации ( рис.209) перерабатываются сплошные богатые руды месторождения Талнах на Талнахской обогатительной фабрике ОАО «ГМК « Норильский никель». Эти руды характеризуются различной флотационной активностью сульфидных минералов, которые можно расположить по уменьшению флотируемости в следующей последовательности: халькопирит ( талнахит, моихукит, кубанит ), пентландит и никеленосный пирротин, пирротин. Селективная флотация медных и никелевых минералов происходит прежде всего за счет различной скорости окисления сульфидной поверхности. Никелевые сульфидные минералы хорошо и быстро окисляются, в то время как халькопирит окисляется значительно медленнее. В известковой среде при рН 10,5 сначала флотируются медные сульфидные концентраты, сожержащие 27,5% меди и 1% никеля, а затем пентдадит с пирротином в коллективный концентрат. Этот концентрат затем направляется на никелевую флотацию, где в пенный продукт извлекается никелевый концентрат, содержащий 9,2% никеля и 4,5% меди. Получаемый пирротиновый концентрат, в котором содержится 2,2% никеля и 1,5% меди , направляется на гидрометаллургическое производство, где концентрат подвергается автоклавно-окислительному выщелачиванию при Т:Ж=1:1. температуре 108°С, давлении 150 кПа в присутствии воздуха обогащенным кислородом. При этом все сульфидные минералы окисляются и выщелачиваются. С образованием элементной серы и сульфаьлв меди и железа.. После агрегации серы при температуре 135…140°С, давлении 40…50 кПа и рН 3 осаждаются сульфиды меди медными гранулами и металлизованными железными окатышами. При последующей серосульфидной флотации выделяется серосульфидный концентрат, который после дезинтеграции в присутствии ПАВ, направляется на серную флотацию, которая проводится в присутствии ДП-4 ( ). Полученный сульфидный концентрат, содержащий 8% никеля, 3…5% меди и не более 5% элементной серы, направляется на плавку. Серный концентрат с содержанием элементной серы более 70% направляется на автоклавную выплавку серы, которая также проводится в присутствии ПАВ.