Актуальность темы
Предприятие КОО «Эрдэнэт» ежегодно получает из руд месторождения Эрдэнэтийн-Овоо 500 тысяч тонн медного концентрата с содержанием меди 23-25%. До настоящего времени его продают по цене меди в концентрате. Актуальна разработка собственной технологии переработки медного концентрата на месте с получением товарной катодной меди.
Перспективен гидрометаллургический способ переработки трудновскрываемых халькопиритных медных концентратов КОО «Эрдэнэт», предусматривающий, в частности, выщелачивание растворами азотной кислоты с регенерацией ее из отходящих нитрозных газов. В итоге сульфидная сера окисляется до сульфатов, достигается высокое извлечение меди (до 98%). Очищенный от примесей раствор подвергают электроэкстракции с получением катодной меди.
Цель работы:
Основными целями диссертационной работы являются:
- изучение механизма и кинетических закономерностей выщелачивания сульфидных минералов в растворах азотной кислоты;
- выбор условий выщелачивания медного концентрата, обеспечивающих извлечение не менее 98% меди;
- исследование закономерностей очистки технологических растворов от железа с использованием фосфорорганического реагента;
- определение параметров электроэкстракции меди из смешанных сульфатно-нитратных электролитов;
- разработка принципиальной технологической схемы комплексной переработки медных концентратов КОО «Эрдэнэт».
Научная новизна
- термодинамически (диаграммы Е-рН) определены условия эффективного растворения сульфидов в азотной кислоте, исключающие образование элементной серы и оксидов железа;
- согласно кинетическим закономерностям процесс выщелачивания сульфидов при высокой концентрации кислоты протекает во внешнедиффузионной области;
- предложено математическое описание выщелачивания сульфидных минералов азотной кислотой, позволяющее оценить влияние параметров выщелачивания медного концентрата на извлечение меди;
Практическая ценность
Предложена технологическая схема переработки сульфидных медных концентратов на КОО «Эрдэнэт», которая включает:
- выщелачивание концентрата азотной кислотой с утилизацией нитрозных газов и извлечением 98 % меди;
- очистку продуктивных растворов от железа с применением нового фосфорсодержащего осадителя до остаточного содержания железа ниже 10 мг/дм3;
- электроэкстракцию меди из смешанных сульфатно-нитратных электролитов с получением катодной меди;
Предлагаемая технология соответствует требованиям эффективности, экологичности, не требует существенных капитальных затрат.
Методика исследований
Исследования выполнены в лабораторном и укрупненном масштабах. Эксперименты проводили с использованием потенциометрического титрования (прибор «Аквилон»), электрохимические - потенциодинамическим методом (потенциостат 1РС-РгоМ). Для сбора данных лабораторного гидрометаллургического эксперимента применены методы планирования эксперимента, математического моделирования, пакеты специально разработанных компьютерных программ. При анализе химического и фазового состава исходных материалов, промежуточных и конечных продуктов пользовались аттестованными физико-химическими методами анализа: рентгенофлюоресцентным (УКЛ-30), рентгенофазовым (М8-46 Камека), атомно-абсорбционным (ИОУЛЛ 330), металлографическим (микроскоп Р/О с компьютерной приставкой ИЪ-1аЬ).
На защиту выносятся:
- результаты термодинамических расчетов диаграмм Е-рН;
- кинетические закономерности выщелачивания сульфидных минералов растворами азотной кислоты;
- оптимизированные параметры выщелачивания медного концентрата;
- способ и показатели очистки раствора от железа с применением нового фосфорсодержащего осадителя;
- технологическая схема переработки медного концентрата с применением регенерируемой азотной кислоты.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на:
- Международной НТК «Приоритетные направления развития науки и технологий», Тула, апрель 2011;
- Всероссийской НПК с международным участием « Перспективы развития технологий переработки углеводородных и минеральных ресурсов», Иркутск, апрель 2011;
- Международной НТК «Актуальные вопросы металлургии цветных металлов», Красноярск, май 2011;
- VI Международной конференции «Инновационные технологии в горно-металлургической отрасли», ВНИИ!ЦВЕТМЕТ, Республика Казахстан, Усть-Каменогорск, май 2011;
- Международной НПК «Абишевские чтения-2011» «Гетерогенные процессы в обогащении и металлургии», Республика Казахстан, Караганда, июнь 2011.
Публикации. По результатам работы опубликовано 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ и 5 тезисов докладов на российских и международных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературных источников. Материал изложен на 120 страницах основного текста, содержит 9 таблиц, 44 рисунка; список литературы включает 119 наименований отечественных и зарубежных авторов.
1. Для безотходной технологии переработки медных концентратов КОО «Эрдэнэт» экономичными, экологически выдержанными и эффективными являются гидрометаллургические технологии, в частности, с использованием азотнокислого выщелачивания.
2. По данным термодинамического анализа процесса взаимодействия сульфидных минералов с азотной кислотой (построение диаграмм Пурбе) установлено, что в системе «медь-железо-сера-азотная кислота» возможно разделение меди и железа в процессах окисления без выделения элементной серы.
3. Скорость выщелачивания сульфидов в азотной кислоте при ее недостатке контролируется диффузией через оболочку ее продуктов 8° и Бе2О3, покрывающую поверхность исходного сульфида. Величина критерия Пиллинга-Бедвордса (Кп-б = 1,03), указывает на то, что эта пленка отличается сплошностью и способна создавать внутридиффузионное торможение процесса.
4. При стехиометрическом и избыточном расходе кислоты суммарный порядок реакции определяется частным порядком по азотной кислоте. При достаточно высоком окислительном потенциале системы (0,7 В), (4,5-5,0 М HNO3), пленки элементной серы и оксида железа не формируются.
5. Получено математическое описание процесса в виде полных поли-номов, позволяющее оценить роль каждого фактора в извлечение при выщелачивании меди и железа. Предложены условия выщелачивания медного концентрата азотной кислотой, обеспечивающие извлечение меди не менее 98%.
6. Для очистки раствора, полученного при выщелачивании медного концентрата, от железа использован комплексон нитрилтриметиленфосфоновая кислота (НТФ), образующий в кислой среде с железом прочные труднорастворимые комплексонаты состава Fe3H3(ntph)2-6H2O, позволяющие селективно и количественно выделить железо из раствора. Полученный железофосфонатный осадок может быть использован в дальнейшем как сырье для производства железофосфорной лигатуры.
7. Заключительной операцией технологической цепи является электро-экстракция меди из очищенного раствора. Восстановление меди из электролитов смешанного анионного состава, с одинаковой концентрацией меди и ионов водорода, протекает по схожему механизму. Характер зависимостей скорости электродного процесса от концентрации меди в электролите и температуры позволяет предположить концентрационный механизм поляризации.
8. Для сульфатно-нитратных электролитов предложены следующие условия электролиза: CCu2+- 50 г/дм3; СН+ - 1моль/дм3; температура 20-250С; плотность катодного тока 200 - 400 А/м2.
9. Предложена технологическая схема переработки медного концентрата КОО «Эрдэнэт» с получением катодной меди и с регенерацией растворителя.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
