Ученые из Университета Аделаиды в Австралии испытали способ извлечения никеля и кобальта из бедных латеритных руд, при котором металлы одновременно выщелачиваются кислотой и улавливаются ионообменной смолой. В наиболее успешном эксперименте за 72 часа удалось извлечь около 42% никеля и 46% кобальта – примерно в 2,2 раза больше, чем при аналогичном кислотном выщелачивании без смолы.
Латеритные руды образуются в результате длительного выветривания горных пород и являются важным источником никеля и кобальта. Однако перерабатывать их бедные разновидности сложно: содержание никеля в исследованных образцах составляло около 1%, тогда как основная масса приходилась на железосодержащие минералы, силикаты, глины и другие компоненты. Одни из них активно расходуют кислоту, другие плохо растворяются и удерживают никель и кобальт в своей структуре. Кучное выщелачивание позволяет перерабатывать такое сырье при сравнительно мягких условиях, но может занимать до 500 суток.
В своей работе исследователи испытали технологию RIMM (Resin in Moist Mix – «ионообменная смола во влажной смеси»), ранее разработанную компаниями InnovEco Australia и Oryxeio Ingeniería из Чили. Ее уже применяли для извлечения меди из бедных руд и отходов обогащения, однако возможности технологии при переработке сложных никелевых латеритных руд оставались практически неизученными. Особенность RIMM заключается в том, что выщелачивание руды и улавливание высвободившихся металлов происходят одновременно.
Для этого мелко измельченную руду смешивают с водой и серной кислотой, добавляют более крупные гранулы ионообменной смолы и перемешивают смесь во вращающейся емкости. Кислота постепенно высвобождает никель и кобальт из минералов, а смола захватывает их ионы из раствора. При этом смола, по предположению ученых, не только собирает уже растворившиеся металлы: их постоянное удаление из жидкой фазы способствует дальнейшему растворению руды. Дополнительную роль может играть обмен ионов металлов на ионы водорода, поддерживающие процесс выщелачивания. После обработки крупные гранулы смолы отделяют от мелких частиц руды просеиванием, а накопленные металлы снимают с нее раствором серной кислоты для последующей переработки.
Технологию проверили на трех типах низкосортной латеритной руды из Западной Австралии, заметно различающихся по минеральному составу. Сапролитовая руда содержала много магнийсодержащих силикатов и глинистых минералов, которые сравнительно легко реагируют с кислотой, но одновременно увеличивают ее расход. Кремнистая гетитовая руда состояла преимущественно из кварца, гетита и глинистых минералов, а третий образец содержал около 60% гетита – железосодержащего минерала, устойчивого к кислотному выщелачиванию при мягких условиях.
Содержание никеля в трех образцах составляло от 0,88% до 1,05%, кобальта – от 0,03% до 0,08%. Руду измельчали до частиц размером менее 212 микрометров, а эксперименты проводили при температуре около 22 °C и атмосферном давлении. Исследователи меняли четыре параметра: количество смолы и воды, концентрацию серной кислоты и продолжительность обработки – от 6 до 72 часов. Для сравнения аналогичные эксперименты проводили без добавления смолы.
Лучший результат был получен при переработке кремнистой гетитовой руды: за 72 часа удалось извлечь около 42% никеля и 46% кобальта. При сопоставимых условиях без ионообменной смолы показатели составляли около 19% и 21% соответственно. Для сапролитовой руды степень извлечения достигала примерно 30% для никеля и 24% для кобальта. Хуже всего технология справилась с рудой с высоким содержанием гетита: никель и кобальт в ней связаны с устойчивыми железосодержащими минералами, которые значительно труднее растворить при комнатной температуре.
Наибольшее влияние на результат оказывала продолжительность обработки. Увеличение времени выщелачивания, концентрации кислоты и количества смолы в целом повышало извлечение обоих металлов. Влияние воды зависело от состава сырья. Для богатой глинистыми минералами сапролитовой руды дополнительная вода делала смесь менее вязкой и облегчала взаимодействие ее компонентов. В двух других случаях увеличение количества воды, наоборот, разбавляло кислоту и несколько снижало извлечение никеля и кобальта. Таким образом оптимальные параметры RIMM необходимо подбирать отдельно для каждого типа руды.
Еще одной проблемой остается отделение целевых металлов от примесей. Использованная в эксперименте смола способна связывать не только никель и кобальт, но и другие металлы, причем особенно высоким сродством она обладает к ионам железа. Поэтому часть ее емкости расходуется на нежелательные компоненты. Ученые считают, что дальнейший подбор более селективных смол может повысить эффективность технологии и упростить последующую очистку получаемого раствора.
