книги из ГПНТБ / Шишкин Н.Н. Кобальт в рудах месторождений СССР

та в руде 0,056%. В пиритных концентратах, полученных из руды при обогащении, содержание кобальта составляет 1,3—1,5%.

Запасы кобальта в жильных месторождениях никель-кобальто­ вых (Бу-Аззер, Агбар в Марокко), кобальт-серебряных (месторож­ дения рудных районов Кобальт и Говганды, в пров. Онтарио, Канада) и медно-кобальтовых руд (Блекбирд, шт. Айдахо, США) составляют в сумме 50 тыс. т общих и около 30 тыс. т достоверных (в Марокко, Канаде и США по 10 тыс. т).

Наиболее крупным медноколчеданным месторождением ко­ бальтсодержащих руд за рубежом является Оутокумпу в Восточ­

Запасы кобальта в свинцово-цинковых рудах сосредоточены в месторождениях Австралии (преимущественно в Брокен-Хилл) и составляют 15 тыс. т.

Небольшие запасы кобальта в месторождениях различных генетических типов имеются в Японии, Чили и других странах.

В СССР главными источниками добычи и производства ко­ бальта являются сульфидные медно-никелевые руды и никелевые руды коры выветривания серпентинитов.

Динамика производства кобальта в СССР приведена на рис. 60. В последние годы в связи с увеличением потребления кобальта в ряде отраслей промышленности спрос на него резко возрастает.

Из других социалистических стран кобальт получают в Респуб­ лике Кубе и ЧССР. Он извлекается из никелевых руд коры вывет­ ривания серпентинитов.

В капиталистическом мире добычу руды, содержащей кобальт, обеспечивают Заир, Замбия, Уганда, Марокко, Финляндия,

перерабатываются пиритньіе огарки, поступающие главным обра­ зом из Финляндии и в небольшом количестве из Норвегии, Шве­ ции, Испании и Республики Кипр. ФРГ ежегодно производит 1,4—1,6 тыс. т кобальта. В последнее время в связи с завершением

15,000

5Щ

50JZ

Самым крупным потребителем кобальта являются США. По­ требление кобальта в США в 1967 г. составило 5,6 тыс. т [128, 134], главным образом в производстве термостойких высокопроч­ ных материалов (22%) и магнитных сплавов (19%). Япония в 1967 г. использовала 1400 т кобальта, Великобритания, Франция и Италия по 500 т.

194

mm гптгі ri.и win пни І Ч П І i'ini ими іпмі ним г іи

то тз ms тг то ж то m то im m гг.

Рис. 61. Динамика производства кобальта в капита­ листических странах

Условные обозначения см. на рис. 59

Т И П Ы РУД, ИЗ КОТОРЫХ КОБАЛЬТ И З В Л Е К А Е Т С Я В П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О М МАСШТАБЕ В СССР И ЗА Р У Б Е Ж О М

Как было сказано выше, кобальт в СССР извлекается в про­ мышленном масштабе из кобальтсодержащих руд месторождений сульфидных медно-никелевых и никелевых коры выветривания серпентинитов, а также из руды жильного никель-кобальтового Ховуаксинского месторождения. В незначительном количестве кобальт извлекается также из кобальтсодержащих руд медноколчеданного Пышминско-Ключевского месторождения.

В капиталистических странах кобальт извлекают из руд ко­ бальтовых и кобальтсодержащих месторождений. Руды кобальт-

13* 195

Медных метаморфизованных осадочных месторождений, как отме­ чалось ранее, являются основным источником кобальта. Кроме того, кобальт извлекают из руды жильных кобальтовых и никелькобальтовых месторождений. Кобальтсодержащие месторождения,

никелевые коры выветривания серпентинитов, свинцово-цинковые жилы и залежи.

В связи с большим разнообразием в химическом и минераль­ ном составе кобальтовых и кобальтсодержащих руд не существует единой универсальной технологии, дающей хорошие технико-эко­

кель, а, кроме того, медь, марганец, сера, мышьяк и другие эле­ менты. Технологические схемы, применяемые для переработки руд, включают ряд последовательных операций, позволяющих от­ делить кобальт от железа, никеля и других элементов и выделить его в чистом виде. Схемы бывают комбинированные, включающие пиро- и гидрометаллургические операции и чисто гидрометаллур­ гические.

Комбинированные схемы являются более универсальными. Как правило, они предусматривают плавку руды или концентрата в

не позволяют достаточно глубоко отделить кобальт от железа и никеля, в связи с чем эти операции, а также очистка кобальта от ряда других примесей должны осуществляться гидрометаллурги­ ческими методами.

Гидрометаллургические схемы в отличие от комбинированных применимы лишь для определенных типов руд, но они позволяют достигнуть более высоких показателей по извлечению кобальта и других металлов.

Применение пирометаллургических методов разделения метал­ лов основано на различной прочности окислов, которые возрас­ тают в ряду СигО, NiO, СоО, FeO. Действительно, при наличии

состав фаз. Таким образом, если в руде цветные металлы и железо находятся в окисленном состоянии, то, осуществляя неполное вос­ становление железа, металлурги создают условия для концентри­ рования никеля, меди и кобальта в сплаве и перевода значитель­ ных количеств железа в шлак. Аналогичная картина наблюдается и при плавке сульфидных руд и концентратов, однако в этом слу­ чае необходимо предварительное частичное окисление железа.

196

Более полное отделение железа от цветных металлов достига­ ется при конвертировании. Железо переводится в шлак, никель и медь — в сульфидный материал (файнштейн) или сплав (ферро­ никель). Кобальт распределяется между сплавом (или сульфид­ ным материалом) и шлаком. Причем известны условия, при кото­ рых возможно концентрирование кобальта в сульфидной фазе или практически полный перевод его в шлак.

Распределение кобальта между сплавом и шлаком определя­ ется в соответствии с равновесием реакции

СоО -т- Fe ^ FeO -f- Со.

В условиях равновесия потери кобальта согласно приведенной выше реакции определяются по уравнению [178]

К— концентрационная функция равновесного рас­ пределения кобальта;

ма богатых по кобальту продуктов. Однако в этом случае шлаки являются оборотным продуктом, который должен подвергаться специальному обеднению. Такой прием используется при перера­ ботке ферроникеля, получающегося в результате восстановитель­ ной плавки никелевой руды коры выветривания серпентинитов. Окисляя железо и переводя его в шлак, получают богатый по ни­ келю и кобальту сплав. Шлаки, отвечающие сплаву с 20—25% Ni и 1,5—2,5% Со, являются отвальными. При более глубоком обога­ щении сплава шлаки должны подвергаться обеднению.

Данный метод используется при обогащении кобальтсодержащего «чугунка», образующегося при плавке конвертерных шлаков.

Наличие в жидких фазах других компонентов, например: серы или мышьяка в металле, кремнезема или окиси кальция в шлаке, существенно отражается на распределении .кобальта. В настоящее время установлено, что наличие серы и мышьяка в металлическом

потери кобальта со шлаками выше, чем при продувке металличе­ ских расплавов (ферроникеля).

При глубоком удалении железа наличие серы в расплаве спо­ собствует переводу значительных количеств кобальта в шлак. Это позволяет практически легко осуществить перевод кобальта в

197

шлак при продувке никелевых штейнов и тем самым разделить никель от кобальта.

Последовательное сочетание окислительных и восстановитель­ ных процессов при переработке, в частности кобальтсодержащих шлаков, позволяет достаточно эффективно осуществить разделение основной массы железа от кобальта.

Если часть железа будет оставлена в сульфидной фазе (или в сплаве) и при обеднении шлаков, кобальт может быть сконцентри­ рован в сульфидной массе, как это происходит при переработке медно-никелевых сульфидных руд.

Характер распределения кобальта между сплавом и шлаком показывает, что при наличии в сырье больших количеств железа добиться высоких показателей по извлечению кобальта практи­ чески невозможно. В связи с этим вывод железа из таких мате­ риалов должен осуществляться гидрометаллургическими или механическими методами.

Таким образом, пирометаллургия кобальта заканчивается по­ лучением полупродуктов с повышенным содержанием этого метал­ ла. Дальнейшая переработка полупродуктов осуществляется гид­

передела: 1) растворение (выщелачивание) полезных компонентов, 2) очистку раствора от примесей, 3) выделение кобальта и других металлов из раствора.

При выщелачивании в раствор легко переходят сульфаты и хлориды металлов и практически не растворяются окислы и суль­ фиды. Для перевода металлов в легкорастворимые формы исполь­ зуются различные подготовительные технологические операции: сульфатизирующий обжиг, сульфат-хлорирующий обжиг. Кроме того, сульфатизация металлов может быть осуществлена и непо­ средственно при выщелачивании, если проводить окисление суль­ фидов в водной фазе при повышенных температурах кислородом под давлением или растворение окислов в растворе серной кис­ лоты также при повышенных температурах (автоклавные про­ цессы).

За последнее время широкое распространение получили про­ цессы аммиачного выщелачивания, при которых перевод металлов в раствор осуществляется в виде хорошо растворимых аммиакатов путем окисления сульфидов кислородом воздуха при повышенных температурах и давлении (завод «Шеррит-Гордон Майнз энд К0 »). Аммиачный процесс применяется также для перевода в раствор металлов (никеля и кобальта), находящихся в концентрате в ме­ таллической форме, полученной путем предварительного восстано­ вительного обжига руды (завод Никаро, Куба; завод в г. Середь, ЧССР).

При очистке растворов от примесей используют свойства метал­ лов подвергаться гидролизу при различных значениях pH, образо-

198

вывать нерастворимые соединения (сульфиды), восстанавливаться газообразным восстановителем при повышенных температурах и давлениях, цементироваться другими металлами или избирательно экстрагироваться органической фазой.

Наиболее распространенным является способ гидролитической очистки растворов, основанный на различиях произведений рас­ творимости гидроокисей металлов и последовательности их осаж­ дения в зависимости от pH. Метод гидролитической очистки поз­ воляет эффективно разделять никель, кобальт и железо.

Способ цементационного осаждения металлов основан на спо­ собности электроотрицательных металлов вытеснять из растворов электроположительные металлы. Последовательность осаждения обусловлена электрохимическим рядом напряжений металлов Бекетова. Тем же закономерностям подчиняются и процессы осаж­ дения металлов газообразными восстановителями (например, во­ дородом).

Способ разделения металлов путем осаждения их сульфидов основан на различии в произведениях растворимости сульфидов. Осадителями обычно служит сернистый натрий или сероводород. Метод сульфидного осаждения позволяет эффективно отделить никель и кобальт от меди и марганца.

Сущность метода экстракционного разделения металлов состоит в том, что раствор приводится в контакт с несмешивающейся органической жидкостью, которая избирательно извлекает из него металлы в виде различных комплексных соединений. Этот метод позволяет проводить значительно более тонкое по сравне­

Выделение кобальта из раствора может производиться электро­ лизом (из кислых растворов), восстановлением водородом (из аммиачных растворов) или окислением хлором с осаждением гидроокиси (из кислых растворов). В последнем случае для полу­ чения металла из окиси кобальта ее прокаливают и восстанавли­ вают при высоких температурах.

Ниже рассмотрены основные типы кобальтовых и кобальтсодержащих руд, из которых извлекается кобальт в промышлен­ ном масштабе, характерные особенности руд, технологические схемы переработки их и экономическая эффективность извлечения кобальта из них.

КОБАЛЬТОВЫЕ РУДЫ

Среди кобальтовых руд выделяются руды: кобальт-медных метаморфизованных осадочных месторождений и кобальтовых и никель-кобальтовых постмагматических гидротермальных жиль­ ных месторождений.

199

вторичного сульфидного обогащения и первичных сульфидных руд. Зона окисления распространяется на глубину 80—100 м, а иногда до 150—200 м. В месторождениях Заира, где породы рудоносной свиты претерпели интенсивную складчатость и разбиты многочис­ ленными нарушениями, преобладают окисленные руды, а в место­ рождениях Замбии — первичные сульфидные руды.

В крупнейших карьерах месторождений Мусеной и Камото добы­ ча руды ежегодно составляет 2,5—3 млн. т.

Разрабатывается в основном руда из зоны окисления, обога­ щенная кобальтом (среднее содержание кобальта в руде 0,6%).

Кроме меди и кобальта, руда содержит в промышленных кон­ центрациях платину, кадмий, германий, серебро, уран и другие

Высокое содержание кобальта в руде, комплексный состав ее, благоприятные горнотехнические условия разработки и низкая зарплата местных рабочих обеспечивают низкие издержки произ­

200

ках, •доломитовых сланцах, кремнистых породах, доломитах, гли­

ленность карролита на контакте горизонта ячеистых кремнистых пород с вышележащим нижним горизонтом доломитовых сланцев и в отдельных прослоях самих доломитовых сланцев. В отдельных горизонтах рудной свиты в месторождениях Заира (в ячеистых кремнистых породах и в главной зоне частично окислившегося пи­ рита) отмечается увеличение размеров вкрапленников карролита (октаэдриты размером в несколько миллиметров).

месторождений Замбии и Уганды. Среди окисленной руды выде­ ляют богатую 1 и рядовую.

Богатая окисленная медно-кобальтовая руда, или «черная руда», составляет 8—10% от общего количества добываемой окис­ ленной руды; содержание кобальта в ней 2,06%, меди — 2,31%. Руда представляет собой доломитовые сланцы и кремнистые по­ роды с порошковатыми минералами меди (тенорит), кобальта (гетерогенит и его разновидность шульценит), марганца (кобальт­ содержащие асболаны и псиломелан).

Рядовая окисленная кобальтсодержащая медная руда, или «зеленая руда», представлена известняками и доломитовыми слан­ цами с тончайшими вкрапленниками малахита, псевдомалахита, хризоколлы и в незначительном количестве гетерогенита, шульценита, кобальтсодержащих асболанов и псиломелана. Содержание кобальта в руде — 0,2—0,3%, меди — 5—6%.

Смешанная руда представлена доломитовыми сланцами с пре­ обладающими вкрапленниками из окисленных минералов — мала­ хита, из сульфидных — халькозина. В небольшом количестве при­ сутствуют хризоколла, кобальтовые (гетерогенит, шульценит, реже

201

Кобальтовые минералы представлены здесь линнеитом, карролитом, кобальтсодержащие — пиритом. Содержание кобальта в суль­ фидной руде меньше, чем в смешанной, и составляет 0,1—0,2%, меди — 5%.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПЕРЕРАБОТКИ РУД

Добыча и производство кобальта в Заире осуществляются компанией «Юнион миньер дю О-Катанга». Этой компании при­ надлежит обогатительная фабрика в Колвези и три металлурги­ ческих завода (в Ликаси-Шитуру, Ликаси-Панде и Луилу) общей годовой производственной мощностью 12 тыс. т в пересчете на металлический кобальт.

Переработка кобальт-медной руды месторождений Заира про­ изводится следующим образом [18, 222]. На обогатительную фаб­ рику Колвези поступают: 1) окисленная медная руда, или «зеле­ ная руда»; 2) окисленная медно-кобальтовая руда, или «черная руда», поступает периодически и 3) смешанная руда. Полученный флотационный концентрат окисленной медной руды содержит 26—27% меди и около 1% кобальта. Извлечение меди составляет 82—85%. В концентрате, полученном при обогащении окисленной медно-кобальтовой руды, содержание кобальта 7,9%, меди 10,4%.

1,7% кобальта и 20% меди.

Суммарное извлечение кобальта в сульфидный и окисленный концентраты составляет 47%, меди — 80%.

Дальнейшая переработка полученных существенно кобальтово­ го (окисленного) и существенно медного (сульфидного) концен­ тратов производится следующим образом [18, 222]. Медный кобальтсодержащий концентрат подвергается сульфатизирующему обжигу в кипящем слое на заводах Ликаси-Шитуру и Луилу с последующей гидрометаллургической переработкой/ полученного продукта и попутным получением электролитного кобальта. Ко­ бальтовый концентрат выщелачивают отработанным электролитом. Кобальт из растворов выделяют электролизом.

На заводах в Заире выпускают гранулированный кобальт и медно-кобальтовый сплав, содержащий 40—45% кобальта. Общая годовая производственная мощность всех трех заводов в пересчете на металлический кобальт составляет 12 тыс. т [28].

Вся продукция экспортируется преимущественно в США и Бельгию. Компания «Юнион миньер дю О-Катанга» имеет в Бель­ гии металлургический завод производительностью в 3 тыс. т кобальта в год. На базе импортируемых из Заира продуктов орга­ низовано производство кобальта высокой чистоты и его солей.

202