10.5.1 Разделение медно-никелевого файнштепна флотацией

Режим охлаждения файнштейна. Медно-никелевый файнштейн имеет ясно выраженное кристаллическое строение и состоит из кристаллов двух видов: кристаллов сульфида никеля с небольшой примесью сульфида медики кристаллов сульфида меди с небольшой примесью сульфида никеля. В файнштейне с малым содержанием серы имеются кристаллы сплава меди с никелем. Структура медно-никелевого файнштейна показана на рис.78.

Исследованиями И. Н. Масляницкого и С. Л. Кричевского было установлено, что для разделения флотацией требуется медленное охлаждение файнштейна. В процессе охлаждения кристаллы каждого сульфида должны обособиться один от другого и вырасти до большого размера.

Рис. 78. Структура медно-никелевого файнштейна

Режим охлаждения файнштейна можно разделить на четыре периода. В течение первого периода масса файнштейна остается жидкой, и скорость охлаждения в этом периоде не имеет значения. Второй период начинается с появления первых кристаллов и включает все время кристаллообразования. Размеры кристаллов увеличиваются с уменьшением скорости охлаждения, поэтому для лучшего разделения файнштейна флотацией необходимо во время образования кристаллов охлаждать файнштейн медленно со скоростью не больше 28 град в час. Медленное охлаждение надо начинать с температуры на 60—100 град выше конечной температуры затвердевания файнштейна. Температура начала затвердевания файнштейна, содержащего 50—55% никеля и 20—25% меди, равна примерно 750—780°С, а файнштейна с соотношением Ni : Cu=l : 1 составляет 930° С, так как температура плавления у сульфида меди выше, чем у сульфида никеля. По окончании затвердевания в кристаллах сульфида никеля остается примерно до 2% сульфида меди. Третий период, является периодом превращения β-сульфида никеля в α-сульфид; превращение происходит в интервале температур 598—510°С. Превращение β-Ni₃S₂ в α-Ni₃S2 сопровождается уменьшением концентрации Cu₂S в твердом растворе сульфидов никеля. При медленном охлаждении файнштейна сульфид меди вытесняется из кристаллов сульфида никеля и отлагается на кристаллах сульфида меди, при этом кристаллы сульфида никеля Ni₃S₂ становятся более чистыми. На практике для лучшего обособления кристаллов сульфидов меди и никеля скорость охлаждения поддерживают в пределах 5 град в час. Соблюдение режима охлаждения в третьем периоде наиболее важно для обеспечения чистоты кристаллов сульфида никеля и сульфида меди в файнштейне.

Четвертым периодом охлаждения файнштейна является период после превращения β-Ni₃S₂ в α-Ni₃S₂. Теоретически этот период начинается при 510°С, но, учитывая время, требующееся для окончания превращения одной формы сульфида никеля в другую, медленное охлаждение надо продолжать до температуры, значительно более низкой (примерно до 100°С). Скорость охлаждения файнштейна в этом периоде может быть доведена до 50—60 град в час.

Чистота и степень разделения сульфидов никеля и меди определяются главным образом содержанием серы и железа в файнштейне. При повышении содержания железа ухудшается структура файнштейна и результаты его разделения, так как сульфиды меди и никеля загрязняются сульфидом железа. Исследования Северо-Кавказского горнометаллургического института показали, что при содержании в файнштейне 1—3% железа, охлаждать его следует со скоростью 10 град в час от 600—650 до 400—450° С. Выше и ниже этих температур охлаждение можно производить с большей скоростью.

Содержание серы определяет количество металлической фазы, которая является основным источником загрязнения концентратов, получаемых при флотации файнштейна, другим металлом, т. е. никелевого концентрата медью и медного концентрата никелем. Исследования показали, что при повышении содержания серы в файнштейне улучшается структура файнштейна и его разделение на никелевый и медный концентраты.

Флотация файнштейна. Перед флотацией блоки медно-никелевого файнштейна разбивают и дробят. Разбивку производят стальной бабой с электрокрана или копром. Дробление осуществляют в три стадии до 20 мм в щековых и конусных дробилках. В флотационном отделении файнштейн подвергают мокрому измельчению в две стадии в шаровых мельницах до размера частиц менее 0,04—0,05 мм с целью отделить кристаллики сульфидов один от другого. Отделению помогает то, что при дроблении куски файнштейна дают трещины преимущественно по местам соприкосновения разнородных кристаллов, а не по телу однородного вещества. Файнштейн с высоким содержанием серы хрупок и его дробление и измельчение не вызывает особых трудностей.

Схема флотации медно-никелевого файнштейна предусматривает получение двух конечных продуктов — никелевого и медного концентратов и третьего промежуточного продукта.

Флотацию файнштейна ведут в сильно щелочной среде с получением медного концентрата, всплывающего с пеной, и никелевого концентрата, не всплывающего с пеной. Для флотации применяют два реагента: соду каустическую (3—3,2 кг/т файнштейна), устанавливающую сильно щелочную среду, и ксантогенат калия (1 кг/т файнштейна), создающий условия для всплывания сульфида меди.

Пенный продукт (грубый медный концентрат) и непенный продукт многократно перечищают, в результате получают концентраты высокого качества: никелевый концентрат (68—70% Ni, 3—4% Сu) и медный концентрат (68—73% Сu и 3,5—5% Ni). В никелевый концентрат извлекается 96—97% никеля и около 92% кобальта и переходит около 8% меди, в медный концентрат — 91 — 92% меди и 3—4% никеля. Выход никелевого и медного концентратов зависит от состава файнштейна. Для некоторых файнштейнов выход никелевого концентрата составляет на одном заводе 55%, а на другом 67%, а медного соответственно 45 и 33%.

В отличие от флотационного обогащения руды при разделении медно-никелевого файнштейна флотацией отвальных хвостов не получают. Все металлы — никель, медь, кобальт и платиноиды распределяются между продуктами флотации и извлекаются при последующей переработке. Метод флотационного разделения медно-никелевого файнштейна экономически эффективен и получил широкое распространение.