Блохин А.А., Мурашкин Ю.В., Плешков М.А.
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
ООО «Институт Гипроникель», Санкт-Петербург, Россия

The possibility of processing nickel heap leaching solutions by means of ion exchange technology is investigated. Dowex M4195 chelating resin proved to be suitable for nickel recovery and it partial separation with iron.

При переработке бедного по никелю окисленного рудного сырья иногда используют способ кучного выщелачивания никеля растворами серной кислоты.

При этом помимо никеля в растворы переходят сопутствующие ему в сырье компоненты, в первую очередь, железо и магний. Представлялось, что для решения проблемы извлечения никеля из растворов сложного состава могут быть привлечены методы ионного обмена, основанные на использовании селективных ионитов. Анализ литературных данных показал, что наиболее высокую селективность к никелю при сорбции из слабокислых сульфатных растворов с высокой концентрацией железа следует ожидать от ионита с бис-пиколиламинными функциональными группами типа Dowex M4195 (ранее в литературе упоминался, как Dowex XFS4195) [1].

Целью работы явилась оценка принципиальной возможности осуществления ионообменного извлечения никеля непосредственно из растворов после кучного выщелачивания рудного сырья с высокой концентрацией железа и магния с помощью ионита Dowex M4195.

Вначале в статических условиях были сняты изотермы сорбции никеля из модельного раствора, имеющего состав по сопутствующим компонентам, идентичный усредненному составу растворов кучного выщелачивания никеля из руды одного из месторождений, г/дм3: Fe - 33.5; Co - 0.45; Mg - 10.1; Al - 2.1; Mn - 1.8 (рис.1). Железо в растворах выщелачивания окисленных никелевых руд находится преимущественно в состоянии окисления (3+), однако может присутствовать в заметной концентрации и железо (2+). Поэтому в первом эксперименте железо вводилось в виде FeSO4 , во втором - в виде Fe2(SO4)3 при одной и той же концентрации железа 33.5 г/дм3. 

Рис. 1. Изотермы сорбции никеля на ионите Dowex M4195 из растворов состава, приведенного в тексте, содержащих FeSO4 (1) и Fe2(SO4)3 (2) в равных концентрациях по железу. Равновесные значения рН раствора, содержащего FeSO4 - 2.2 ± 0.3; содержащего Fe2(SO4)3 - 1.5 ± 0.05

Из приведенных данных следует, что ионит проявляет способность к сорбции никеля из растворов указанного состава. Более высоких значений емкость ионита по никелю достигает при сорбции из растворов, содержащих железо в степени окисления (2+).

Емкость ионита по железу(III) зависит от степени насыщения сорбента никелем и рН сорбата. При контакте Dowex M4195 с модельными растворами, содержащими Fe(III) - 11, Mg- 42 г/дм³, а также увеличивающиеся концентрации никеля, она изменяется в диапазоне 5-40 г/дм3 набухшего ионита (рис. 2). Отчетливо видна тенденция вытеснения железа(III) никелем, что свидетельствует от достаточной селективности ионита к никелю. При сорбции из раствора, содержащего в качестве макрокомпонента FeSO4 емкость сорбента по железу составляла ~ 2 г/дм³.

Рис.2. Зависимость емкости сорбента Dowex M4195 по железу(III) от достигнутой емкости по никелю при равновесном рН сорбатов 2.4± 0.1 (1) и 1.8± 0.1 (2) для растворов приведенного в тексте состава

Рис.3. Выходные кривые сорбции железа (1), никеля (2) и кобальта (3) (а) и их десорбции 2М раствором серной кислоты (б) (пунктирными линиями обозначены концентрации металлов в исходном растворе)

Более обоснованный ответ на вопрос о возможности осуществления ионообменного извлечения никеля непосредственно из растворов после кучного выщелачивания рудного сырья с помощью ионита Dowex M4195 могут дать результаты эксперимента, проведенного в динамических условиях.

В ходе этого эксперимента через колонку, заполненную 17 см3 набухшего ионита (соотношение H:D = 12 : 1), со средней скоростью 0.7 уд. об. /ч был пропущен раствор состава, г/дм³: Fe - 30.5, Ni - 1.85, Со - 0.4; Mg- 16.0; Al - 2.0; Mn - 1.8; с рН 2.0.

Величина рН = 2.0, соответствующая рН реальных растворов, достигнута путем подбора соотношения концентраций Fe(II) и Fe(III) в исходном растворе: концентрация Fe(II) в смеси была равна 20 г/дм³, концентрация Fe(III) - 14 г/дм³. После выравнивания концентрации никеля в растворе на выходе из колонки с исходной концентрацией подача раствора была прервана, и ионит в колонке был отмыт водой от исходного раствора. Затем была проведена десорбция сорбированных компонентов путем пропускания через колонку 2М раствора серной кислоты. Полученные данные в виде выходных кривых сорбции-десорбции никеля, железа и кобальта приведены на рис. 3.

Как видно из рис. 3, в процессе сорбции-десорбции, действительно, происходит существенное концентрирование никеля. Так, если в исходном растворе, подаваемом на сорбцию, соотношение Ni : Fe = 0.06, то в объединенном десорбате соотношение Ni : Fe составило уже ~ 2.4. Емкость ионита по никелю достигла 21.5; по железу - 8.9 г/дм³ ионита. Таким образом, коэффициент разделения никеля и железа при их сорбции-десорбции на опробованном ионите при данном составе исходного раствора составляет ~ 40. Кобальт при этом практически не сорбируется.

Таким образом, полученные данные подтверждают принципиальную возможность осуществления селективного ионообменного извлечения никеля непосредственно из растворов после кучного выщелачивания рудного сырья с высокой концентрацией железа.

Литература

1. Grinstead R.R. Selective absorption of copper, nickel, cobalt and other transition metals ions from sulfuric acid solutions with the chelating ion exchange resin XFS 4195 // Hydrometallurgy. 1984. Vol. 12, № 3. P. 387-400.

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья