АВТОКЛАВНАЯ ПЕРЕРАБОТКА КОЛЛЕКТИВНОГО МЕДНО-СВИНЦОВО-ЦИНКОВОГО КОНЦЕНТРАТА
|
Актуальность темы. При производстве цветных металлов всё больше возрастает внимание к переработке полиметаллических руд.
При флотационной обработке труднообогатимых полиметаллических руд не достигается полноты разделения меди, свинца, цинка в одноименные концентраты; велики потери цинка, свинца и меди с хвостами обогащения, и значителен переход цинка и свинца в медные концентраты. Наряду с моно-металлическими концентратами возрастает выход промежуточных коллективных продуктов обогащения. При переработке коллективных концентратов по стандартным технологиям неизбежны значительные потери цветных металлов.
Комплексная переработка труднообогатимых полиметаллических руд может быть достигнуто при рациональном сочетании возможностей обогати-тельного и металлургического переделов - по комбинированным технологиям.
При пирометаллургической переработке Си РЬ /и концентрата (ОАО “ММСК”) извлекают 62,3% РЬ; 13,4% /и в форме коллективных пылей, требующих дополнительной переработки. Поэтому разработка технологии, обеспечивающей повышенное извлечение ценных компонентов, представляется актуальной.
Цель работы. Исследование и разработка автоклавной технологии переработки коллективных Си-РЬ-2п концентратов с переводом ценных компонентов в одноименные продукты, пригодные для дальнейшей переработки на профильных предприятиях.
Задачи исследований.
1. Исследовать свойства коллективных Си РЬ /и концентратов и их поведение в процессе выщелачивания с последующим флотационным разделением кека.
2. Установить зависимости показателей процессов солевого и серно-кислотного автоклавного выщелачивания меди и цинка из Cu-Pb-Zn концентратов, а также режимы и показатели флотационного разделения полученных кеков.
3. Установить математические зависимости показателей (Yj) автоклавного выщелачивания коллективных концентратов от величины основных технологических параметров (Xj) для последующего их использования в системах управления разработанной технологии извлечения меди, цинка и свинца.
4. Подобрать оптимальные режимы автоклавной переработки полиметаллических концентратов для увеличения извлечения ценных компонентов из них.
Методы исследований. Использованы стандартные компьютерные программные пакеты; математическая статистика; физико-химические методы исследований и анализа сырья, промежуточных и товарных продуктов, вторичных отходов производства:
- атомно-абсорбционная спектрометрия с пламенной атомизацией (FAAS) (Cu, Zn, Fe, Pb);
- титриметрия (Cu, Fe, H2SO4);
- рентгенофазовый анализ (дифрактометр “Bruker D 8 ADVANCE”);
- микрорентгеноспектральный анализ (“Jeol JSM 6490 LV”, приставка к микроскопу “Oxford Inca DryCool”) (O, Cu, Zn, Fe, Pb, S).
Достоверность полученных результатов базируется на использовании сертифицированных физико-химических методик исследования и аналитики, воспроизводимости экспериментальных данных в пределах заданной точности измерений (не менее 90-95%).
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Технология комплексной переработки коллективного концентрата с получением одноименных продуктов.
2. Условия образования антлерита при гидротермальном осаждении меди.
3. Механизм протекания гидротермального осаждения меди на галените.
4. Механизм образования сульфата свинца на поверхности галенита во время гидротермального осаждения меди.
5. Математическое описание извлечения меди из раствора при гидротермальном осаждении на галените от концентрации серной кислоты в растворе, температуры, крупности галенита и соотношения галенита к меди.
6. Оптимальные параметры основных операций солевого и автоклавно-го выщелачивания коллективного Сн-РЬ-2п концентрата Рубцовской ОФ.
7. Контуры технической схемы с использованием автоклавного выщелачивания и её технико-экономическая оценка.
Научная новизна.
Кинетика и механизм гидротермального осаждения меди на галените. Нами впервые установлено, что первичным актом взаимодействия галенита с сульфатом меди является образование сульфидом меди с последующим образованием на его поверхности сульфата свинца.
Изучено взаимодействие галенита с сульфатными растворами меди в условиях повышенных температур:
- галенит осаждает медь из раствора по мере увеличения дисперсности минерала при температуре выше 433 К;
- кинетика процесса осложнена образующимися пленками сульфата свинца, сульфида меди (II);
- впервые установлено, что при температурах 453-463 К из водной фа-зы (pH > 3) медь осаждается в форме аналогичной минералу антлерит.
Выявлен факт экранирования халькопирита сульфатом свинца, что ухудшает его флотируемость и приводит к попаданию соединений меди в камерный продукт.
Практическая значимость.
1. Разработана технологическая схема комплексной переработки коллективных концентратов позволяющая:
- выделять ценные металлы в отдельные продукты из состава первичного коллективного концентрата;
- повысить степень сквозного извлечения свинца и цинка по сравнению с существующей технологией.
2. Установлены регрессионные зависимости определяющих показателей (У1) от величины параметров (Х,) операции гидротермального осаждения меди на галените из растворов, получаемых при автоклавном выщелачивании; с помощью которых можно подобрать оптимальные параметры проведения гидротермального осаждения меди после стадии автоклавного выщелачивания.
3. Рассчитан дополнительный экономический эффект, в сравнении с пирометаллургической технологической схемой (в расчете на 50 тыс. тонн концентрата в год), составивший 72,48 млн. руб., полученный за счет увеличения извлечения ценных компонентов в готовую продукцию и снижения за-трат на перевозку бедных коллективных концентратов.
Реализация результатов работы.
Предложенная технологическая схема может быть реализована на металлургических предприятиях ООО “УГМК-Холдинг” как более экономически выгодная и обеспечивающая более полное извлечение ценных компонентов из коллективных концентратов.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены на 5 всероссийских и международных научно-технических конференциях.
Личный вклад автора.
Научно-теоретическое обоснование, постановка и непосредственное участие в проведении исследований, анализе и обобщении полученных результатов, при написании обзора и научных публикаций.
Публикации.
Материалы диссертации использованы при написании обзора изданного в 2012г. По теме диссертации опубликованы 2 научные работы в журналах Перечня ВАК.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, обзора литературы (первая глава) и пяти глав экспериментальной части, выводов, списка литературы из 107 наименований отечественных и зарубежных источников. Материалы диссертации изложены на 131 страницах машинописного текста, в том числе рисунков -40, таблиц - 27.
При флотационной обработке труднообогатимых полиметаллических руд не достигается полноты разделения меди, свинца, цинка в одноименные концентраты; велики потери цинка, свинца и меди с хвостами обогащения, и значителен переход цинка и свинца в медные концентраты. Наряду с моно-металлическими концентратами возрастает выход промежуточных коллективных продуктов обогащения. При переработке коллективных концентратов по стандартным технологиям неизбежны значительные потери цветных металлов.
Комплексная переработка труднообогатимых полиметаллических руд может быть достигнуто при рациональном сочетании возможностей обогати-тельного и металлургического переделов - по комбинированным технологиям.
При пирометаллургической переработке Си РЬ /и концентрата (ОАО “ММСК”) извлекают 62,3% РЬ; 13,4% /и в форме коллективных пылей, требующих дополнительной переработки. Поэтому разработка технологии, обеспечивающей повышенное извлечение ценных компонентов, представляется актуальной.
Цель работы. Исследование и разработка автоклавной технологии переработки коллективных Си-РЬ-2п концентратов с переводом ценных компонентов в одноименные продукты, пригодные для дальнейшей переработки на профильных предприятиях.
Задачи исследований.
1. Исследовать свойства коллективных Си РЬ /и концентратов и их поведение в процессе выщелачивания с последующим флотационным разделением кека.
2. Установить зависимости показателей процессов солевого и серно-кислотного автоклавного выщелачивания меди и цинка из Cu-Pb-Zn концентратов, а также режимы и показатели флотационного разделения полученных кеков.
3. Установить математические зависимости показателей (Yj) автоклавного выщелачивания коллективных концентратов от величины основных технологических параметров (Xj) для последующего их использования в системах управления разработанной технологии извлечения меди, цинка и свинца.
4. Подобрать оптимальные режимы автоклавной переработки полиметаллических концентратов для увеличения извлечения ценных компонентов из них.
Методы исследований. Использованы стандартные компьютерные программные пакеты; математическая статистика; физико-химические методы исследований и анализа сырья, промежуточных и товарных продуктов, вторичных отходов производства:
- атомно-абсорбционная спектрометрия с пламенной атомизацией (FAAS) (Cu, Zn, Fe, Pb);
- титриметрия (Cu, Fe, H2SO4);
- рентгенофазовый анализ (дифрактометр “Bruker D 8 ADVANCE”);
- микрорентгеноспектральный анализ (“Jeol JSM 6490 LV”, приставка к микроскопу “Oxford Inca DryCool”) (O, Cu, Zn, Fe, Pb, S).
Достоверность полученных результатов базируется на использовании сертифицированных физико-химических методик исследования и аналитики, воспроизводимости экспериментальных данных в пределах заданной точности измерений (не менее 90-95%).
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Технология комплексной переработки коллективного концентрата с получением одноименных продуктов.
2. Условия образования антлерита при гидротермальном осаждении меди.
3. Механизм протекания гидротермального осаждения меди на галените.
4. Механизм образования сульфата свинца на поверхности галенита во время гидротермального осаждения меди.
5. Математическое описание извлечения меди из раствора при гидротермальном осаждении на галените от концентрации серной кислоты в растворе, температуры, крупности галенита и соотношения галенита к меди.
6. Оптимальные параметры основных операций солевого и автоклавно-го выщелачивания коллективного Сн-РЬ-2п концентрата Рубцовской ОФ.
7. Контуры технической схемы с использованием автоклавного выщелачивания и её технико-экономическая оценка.
Научная новизна.
Кинетика и механизм гидротермального осаждения меди на галените. Нами впервые установлено, что первичным актом взаимодействия галенита с сульфатом меди является образование сульфидом меди с последующим образованием на его поверхности сульфата свинца.
Изучено взаимодействие галенита с сульфатными растворами меди в условиях повышенных температур:
- галенит осаждает медь из раствора по мере увеличения дисперсности минерала при температуре выше 433 К;
- кинетика процесса осложнена образующимися пленками сульфата свинца, сульфида меди (II);
- впервые установлено, что при температурах 453-463 К из водной фа-зы (pH > 3) медь осаждается в форме аналогичной минералу антлерит.
Выявлен факт экранирования халькопирита сульфатом свинца, что ухудшает его флотируемость и приводит к попаданию соединений меди в камерный продукт.
Практическая значимость.
1. Разработана технологическая схема комплексной переработки коллективных концентратов позволяющая:
- выделять ценные металлы в отдельные продукты из состава первичного коллективного концентрата;
- повысить степень сквозного извлечения свинца и цинка по сравнению с существующей технологией.
2. Установлены регрессионные зависимости определяющих показателей (У1) от величины параметров (Х,) операции гидротермального осаждения меди на галените из растворов, получаемых при автоклавном выщелачивании; с помощью которых можно подобрать оптимальные параметры проведения гидротермального осаждения меди после стадии автоклавного выщелачивания.
3. Рассчитан дополнительный экономический эффект, в сравнении с пирометаллургической технологической схемой (в расчете на 50 тыс. тонн концентрата в год), составивший 72,48 млн. руб., полученный за счет увеличения извлечения ценных компонентов в готовую продукцию и снижения за-трат на перевозку бедных коллективных концентратов.
Реализация результатов работы.
Предложенная технологическая схема может быть реализована на металлургических предприятиях ООО “УГМК-Холдинг” как более экономически выгодная и обеспечивающая более полное извлечение ценных компонентов из коллективных концентратов.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены на 5 всероссийских и международных научно-технических конференциях.
Личный вклад автора.
Научно-теоретическое обоснование, постановка и непосредственное участие в проведении исследований, анализе и обобщении полученных результатов, при написании обзора и научных публикаций.
Публикации.
Материалы диссертации использованы при написании обзора изданного в 2012г. По теме диссертации опубликованы 2 научные работы в журналах Перечня ВАК.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, обзора литературы (первая глава) и пяти глав экспериментальной части, выводов, списка литературы из 107 наименований отечественных и зарубежных источников. Материалы диссертации изложены на 131 страницах машинописного текста, в том числе рисунков -40, таблиц - 27.
1. Актуальность и экономическую целесообразность совершенствования технологий по переработке медь-цинк-свинец коллективных концентратов с получением монометальных продуктов определяют ограниченность сырьевых ресурсов, необходимость снижения затрат на производство, повышение комплексности использования сырья.
2. С целью повышения селективного извлечения тяжелых цветных металлов из коллективных концентратов представляются перспективными гидрометаллургические технологии, позволяющие сочетать головную операцию при переработке цинксодержащего сырья со стандартной схемой цинкэлектролитного производства.
3. При разработке гидрометаллургической технологии выбрано следующее направление: на стадии сернокислотного выщелачивания максимально и селективно извлечь цинк из концентрата в раствор и получить Си- РЬ кек, подвергаемый флотационному разделению с получением медного концентрата и свинецсодержащего продукта (“хвосты”).
При варианте “солевого выщелачивания” (г/дм3: 30 Те(Ш); 10 Н2ЗО4, Ж:Т = 4, температура 363-368 К, продолжительность 6 час) извлекали в раствор 78,8% /и и 5% Си. Получаемые растворы содержали (г/дм3): 1,5 Си; 14,8 /п; 27,3 Бе, переработка которых в схеме цинкового завода осложнена. При флотационном разделении кека не удалось достигнуть качественного разделения соединений меди и свинца. Поэтому, несмотря на более доступное аппаратурное оформление этот процесс признан бесперспективным.
4. При автоклавном выщелачивании медно - цинково - свинцового концентрата в раствор извлекали 92-94,6% цинка с одновременным концентрированием до 95-98% меди в кеке и количественном окислении сульфида свинца при следующих условиях: температура 453 К; продолжительность 3 час; концентрация серной кислоты 30 г/дм3; давление кислорода 0,2-0,4 МПа; Ж:Т = 3.
5. Кеки, получаемые при высокотемпературном выщелачивании, не удается количественно разделить на медный и свинцовые продукты. Лучшие показатели разделения меди и свинца в одноименные продукты были достигнуты при флотации кеков, получаемых при низкотемпературном выщелачивании, содержащие, %: 15,6-21,8 Си; 1,1-3,3 /п; 9,4-11,2 РЬ; 20-23,8 Бе.
6. В условиях низкотемпературного (Т < 378 К) автоклавного выщелачивания, извлекали в раствор ~ 99% /п с одновременным концентрированием до 99% Си в кеке на стадии ГТО. Наилучшие показатели по селективности при извлечении в раствор ~ 73% цинка и остаточной концентрации в растворе ~ 0,06 г/дм3 меди достигнуты в режиме: Ж:Т = 3; т = 5 час; давление кислорода 0,4 МПа; температура 378 К; концентрация серной кислоты 30 г/дм3 с последующим гидротермальным осаждением меди. Окисление галенита со-ставило ~ 100%. До 40% сульфидной серы окислялось до сульфат-иона, что приводило к накоплению серной кислоты.
7. Доизмельчение исходного кека перед флотацией позволило повысить качество медного концентрата за счет уменьшения перехода в него свинца до ~23% (без измельчения извлечение свинца составило 35,4%), но при этом несколько снизилось качество свинцового концентрата за счет увеличения перехода в него меди до 5,4% (без измельчения - 3,3%). Получены пенный продукт (медный концентрат) содержащий, %: 22,5 Си; 1,6 /п; 3,5 РЬ; 29,5 Бе; выход его 74% и камерный продукт (свинцовый концентрат), %: 36,1 РЬ; 3,5 Си; 0,9 /и; 11,9 Бе.
8. При использовании ксантогената натрия в камерный продукт (выход 23%) переходило 74-77% свинца и 13 % меди. Замена ксантогената на другие флотореагенты (ЭЗР--013 и метилизобутилкарбинол) позволила снизить переход меди в камерный продукт до 2-3%. Наиболее чистый медный концентрат получен при флотации кека с перечисткой камерного продукта, отношение Си:РЬ достигнуто близкое к 9 (в исходном концентрате - 1-1,7).
Полученные концентраты состава (%) медный - 22,4 Си; 4,1 /и; 2,5 РЬ; 29,4 Бе и свинцовый - 36,1 РЬ; 3,5 Си; 0,9 /п; 11,9 Бе удовлетворяют требованиям технических условий для соответствующих продуктов.
10. По данным электронно-зондового анализа:
- основными минералами коллективного концентрата являются: халькопирит (СиБеЗ2), пирит (БеЗ2), галенит (РЬЗ), сфалерит (2пЗ);
- в составе камерного продукта обнаружены частички халькопирита, а в пенном продукте - сульфат свинца;
- выявлен факт экранирования халькопирита сульфатом свинца, что ухудшает его флотируемость и приводит к попаданию соединений меди в камерный продукт;
- установлен захват частичек сульфата свинца халькопиритом, что послужило причиной попадания свинца в пенный продукт.
11. Скорость гидротермального осаждения меди на галените существенно падает после 5-8 мин ведения процесса, что связано с образованием пленки из сульфата свинца и сульфида меди на поверхности галенита. По-видимому, процесс гидротермального осаждения меди на галените с течением времени смещается в диффузионную область.
12. В слабокислых растворах (pH = 2-4) медь из растворов осаждается в виде сине-зеленых водонерастворимых кристаллов - антлерит.
После обработки в растворе меди частица галенита покрываются мел-кими кристаллами сульфида меди, а поверх них образуются более крупные частички сульфата свинца.
13. При гидротермальном осаждении меди установлено:
- галенит осаждает медь из раствора на 40-60%, особенно при увеличении дисперсности минерала и температуре выше 433 K;
- впервые выявлено образование минерала антлерита;
- получили объяснения аномальные явления, наблюдаемые при автоклавной переработки галенитсодержащего сырья и при флотационном разделении сульфидной и свинецсодержащих фаз.
14. Полученные результаты проведенных укрупненных испытаний подтвердили данные лабораторных исследований автоклавной технологии переработки коллективного концентрата Рубцовской обогатительной фабрики. Предложена технологическая схема, которая при переработке 50 тыс.т/год концентрата обеспечит прибыль в размере - 6589 тыс.$ ( 197,6 млн. руб.) Подготовлены исходные данные для проектирования промышленного участка по переработке коллективных концентратов.
2. С целью повышения селективного извлечения тяжелых цветных металлов из коллективных концентратов представляются перспективными гидрометаллургические технологии, позволяющие сочетать головную операцию при переработке цинксодержащего сырья со стандартной схемой цинкэлектролитного производства.
3. При разработке гидрометаллургической технологии выбрано следующее направление: на стадии сернокислотного выщелачивания максимально и селективно извлечь цинк из концентрата в раствор и получить Си- РЬ кек, подвергаемый флотационному разделению с получением медного концентрата и свинецсодержащего продукта (“хвосты”).
При варианте “солевого выщелачивания” (г/дм3: 30 Те(Ш); 10 Н2ЗО4, Ж:Т = 4, температура 363-368 К, продолжительность 6 час) извлекали в раствор 78,8% /и и 5% Си. Получаемые растворы содержали (г/дм3): 1,5 Си; 14,8 /п; 27,3 Бе, переработка которых в схеме цинкового завода осложнена. При флотационном разделении кека не удалось достигнуть качественного разделения соединений меди и свинца. Поэтому, несмотря на более доступное аппаратурное оформление этот процесс признан бесперспективным.
4. При автоклавном выщелачивании медно - цинково - свинцового концентрата в раствор извлекали 92-94,6% цинка с одновременным концентрированием до 95-98% меди в кеке и количественном окислении сульфида свинца при следующих условиях: температура 453 К; продолжительность 3 час; концентрация серной кислоты 30 г/дм3; давление кислорода 0,2-0,4 МПа; Ж:Т = 3.
5. Кеки, получаемые при высокотемпературном выщелачивании, не удается количественно разделить на медный и свинцовые продукты. Лучшие показатели разделения меди и свинца в одноименные продукты были достигнуты при флотации кеков, получаемых при низкотемпературном выщелачивании, содержащие, %: 15,6-21,8 Си; 1,1-3,3 /п; 9,4-11,2 РЬ; 20-23,8 Бе.
6. В условиях низкотемпературного (Т < 378 К) автоклавного выщелачивания, извлекали в раствор ~ 99% /п с одновременным концентрированием до 99% Си в кеке на стадии ГТО. Наилучшие показатели по селективности при извлечении в раствор ~ 73% цинка и остаточной концентрации в растворе ~ 0,06 г/дм3 меди достигнуты в режиме: Ж:Т = 3; т = 5 час; давление кислорода 0,4 МПа; температура 378 К; концентрация серной кислоты 30 г/дм3 с последующим гидротермальным осаждением меди. Окисление галенита со-ставило ~ 100%. До 40% сульфидной серы окислялось до сульфат-иона, что приводило к накоплению серной кислоты.
7. Доизмельчение исходного кека перед флотацией позволило повысить качество медного концентрата за счет уменьшения перехода в него свинца до ~23% (без измельчения извлечение свинца составило 35,4%), но при этом несколько снизилось качество свинцового концентрата за счет увеличения перехода в него меди до 5,4% (без измельчения - 3,3%). Получены пенный продукт (медный концентрат) содержащий, %: 22,5 Си; 1,6 /п; 3,5 РЬ; 29,5 Бе; выход его 74% и камерный продукт (свинцовый концентрат), %: 36,1 РЬ; 3,5 Си; 0,9 /и; 11,9 Бе.
8. При использовании ксантогената натрия в камерный продукт (выход 23%) переходило 74-77% свинца и 13 % меди. Замена ксантогената на другие флотореагенты (ЭЗР--013 и метилизобутилкарбинол) позволила снизить переход меди в камерный продукт до 2-3%. Наиболее чистый медный концентрат получен при флотации кека с перечисткой камерного продукта, отношение Си:РЬ достигнуто близкое к 9 (в исходном концентрате - 1-1,7).
Полученные концентраты состава (%) медный - 22,4 Си; 4,1 /и; 2,5 РЬ; 29,4 Бе и свинцовый - 36,1 РЬ; 3,5 Си; 0,9 /п; 11,9 Бе удовлетворяют требованиям технических условий для соответствующих продуктов.
10. По данным электронно-зондового анализа:
- основными минералами коллективного концентрата являются: халькопирит (СиБеЗ2), пирит (БеЗ2), галенит (РЬЗ), сфалерит (2пЗ);
- в составе камерного продукта обнаружены частички халькопирита, а в пенном продукте - сульфат свинца;
- выявлен факт экранирования халькопирита сульфатом свинца, что ухудшает его флотируемость и приводит к попаданию соединений меди в камерный продукт;
- установлен захват частичек сульфата свинца халькопиритом, что послужило причиной попадания свинца в пенный продукт.
11. Скорость гидротермального осаждения меди на галените существенно падает после 5-8 мин ведения процесса, что связано с образованием пленки из сульфата свинца и сульфида меди на поверхности галенита. По-видимому, процесс гидротермального осаждения меди на галените с течением времени смещается в диффузионную область.
12. В слабокислых растворах (pH = 2-4) медь из растворов осаждается в виде сине-зеленых водонерастворимых кристаллов - антлерит.
После обработки в растворе меди частица галенита покрываются мел-кими кристаллами сульфида меди, а поверх них образуются более крупные частички сульфата свинца.
13. При гидротермальном осаждении меди установлено:
- галенит осаждает медь из раствора на 40-60%, особенно при увеличении дисперсности минерала и температуре выше 433 K;
- впервые выявлено образование минерала антлерита;
- получили объяснения аномальные явления, наблюдаемые при автоклавной переработки галенитсодержащего сырья и при флотационном разделении сульфидной и свинецсодержащих фаз.
14. Полученные результаты проведенных укрупненных испытаний подтвердили данные лабораторных исследований автоклавной технологии переработки коллективного концентрата Рубцовской обогатительной фабрики. Предложена технологическая схема, которая при переработке 50 тыс.т/год концентрата обеспечит прибыль в размере - 6589 тыс.$ ( 197,6 млн. руб.) Подготовлены исходные данные для проектирования промышленного участка по переработке коллективных концентратов.
Подобные работы
- АВТОКЛАВНАЯ ПЕРЕРАБОТКА МЫШЬЯКСОДЕРЖАЩИХ ПРОМПРОДУКТОВ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Диссертации (РГБ), металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 4210 р. Год сдачи: 2016