КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТОНКИХ ПЫЛЕЙ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ОАО «СУМЗ»
|
Актуальность темы. На медеплавильных предприятиях неизбежно образуются техногенные отходы (кеки, пыли, шламы), количество которых постоянно растет. Эти отходы, кроме свинца, цинка и меди, содержат мышьяк и др. токсичные элементы. Проблема их переработки актуальна, так как складирование таких продуктов экологически опасно.
Существует множество гидрометаллургических способов переработки такого рода сырья. В отличие от пирометаллургических они отличаются меньшими энергозатратами на реализацию. Оборудование для гидрометаллургических процессов проще в исполнении и отличается низкими энергозатратами. Пирометаллургическими способами не удается в одну операцию получить товарный продукт или селективно разделить металлы, присутствующие в сырье; увеличивается количества выбросов, которые необходимо улавливать, очищать от пыли и утилизировать. Поэтому преимущества гидрометаллургических способов перед пирометаллургическими как с технологической, так и экологической точек зрения представляются очевидными.
Непрерывно ведется поиск новых растворителей с целью максимального и селективного извлечения металлов в раствор. Фосфорсодержащий хелатообразующий комплексон - оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ) позволяет наиболее полно перевести в раствор такой компонент системы, как свинец. При электролизе растворов возможно получить катодный свинец и одновременно регенерировать реагент -растворитель.
Цель работы: Разработка технологии комплексной переработки тонких пылей с применением оксиэтилидендифосфоновой кислоты, обеспечивающей как экологическую безопасность, так и высокие технико-экономические показатели.
Задачи исследований.
1. Изучение термодинамических и кинетических закономерностей взаимодействия ОЭДФ с соединениями, присутствующими в пылях.
2. Исследование кинетики выщелачивания свинца и примесных элементов в растворах ОЭДФ.
3. Выбор и обоснование параметров операций очистки растворов от примесей.
4. Разработка технологической схемы комплексного использования тонких пылей (на примере промпродуктов ОАО «СУМЗ»).
Методика исследований
Исследования выполнены в лабораторном и опытно-промышленном масштабе. В исследованиях применяли электрохимический метод снятия поляризационных кривых (IPC-pro), метод потенциометрического титрования (Аквилон).
Для анализа химического и фазового составов исходных материалов, промежуточных и конечных продуктов использовали физико-химические методы: рентгено-флюоресцентный (VRA-30), спектрофотометрический (Lambda), рентгенофазовый XRD 7000C (Shimadzu), атомно-абсорбционный анализ (novAA 300), ИК-спектрометрии (ALPHA-T) и др.
Использованы методы математического моделирования и планирования эксперимента, пакеты специально разработанных компьютерных программ сбора, обработки, преобразования и управления данными лабораторного эксперимента, хранения и передачи результатов.
Достоверность полученных результатов базируется на использовании сертифицированных физико-химических методик исследования и воспроизводимости данных на этапах лабораторного и опытно-промышленного эксперимента.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- сравнительная оценка возможных направлений теоретических и технологических исследований проблемы;
- результаты термодинамических расчетов химических и электрохимических взаимодействий соединений цветных металлов с растворами ОЭДФ;
- сведения о кинетике гидрометаллургических и электрохимических процессов, протекающих при выщелачивании и очистке растворов;
- результаты исследований процесса электроэкстракции свинца из комплексных соединений с одновременной регенерацией растворителя;
- технология гидрометаллургической переработки свинцово-цинковых тонких пылей ОАО «СУМЗ».
Научная новизна
Степень завершения реакций между ионами металлов и ОЭДФ зависит от констант комплексообразования и от констант их нестойкости оксиэтилидендифосфоновой кислоты и pH раствора.
Построена кинетическая модель выщелачивания МеЗО4*пН2О оксиэтилендифосфоновой кислотой; Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о протекании процессов комплексообразования цветных металлов в системе «ОЭДФ - МеЗО4-пН2О в диффузионной области.
Сведения о растворимости и устойчивости фосфонатов металлов в широком диапазоне рН, данные о степени протонированности получаемых комплексов. На основании этих данных предложен метод селективного разделения свинца и примесей из раствора;
Впервые определены энергетические характеристики разряда ионов свинца на катоде и подтверждена гипотеза о концентрационной природе поляризации.
Практическая значимость
Гидрометаллургическая технология переработки тонких пылей с применением комплексообразующего реагента - ОЭДФ обеспечивает высокое (более 98 %) извлечение свинца в товарный металл и электрохимическую ре-генерацию растворителя - комплексона, экологическую чистоту производства.
В полупромышленном масштабе на участке гидрометаллургической переработки исследовательского центра (ОУГП ИЦ) в ГМО ХМЦ ОАО «Уралэлектромедь» подтверждена возможность переработки тонких пылей с получением товарного свинца, регенерацией растворителя и возвращением его в голову процесса (на выщелачивание тонкой пыли). Предложена технология попутного извлечения цинка и меди.
Разработанная технология перспективна для переработки других видов свинец- и цинксодержащих техногенных отходов.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены на:
- Третьей молодежной научно-практической конференции «Инновационный потенциал молодежи - вклад в развитие ОАО «Уралэлектромедь»». Верхняя Пышма: ОАО «Уралэлектромедь», 2010.
- II международной научно-технической конференции «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии. Иваново: ИГ- ХТУ, 2010.
- Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Проблемы экологии и рационального природопользования стран АТЭС и пути их решения». МИСиС, 2010.
- Конференции «Перспективы и пути создания эффективного производства на предприятиях УГМК». Екатеринбург: УрФУ, 2011.
- VIII Российской конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». ИМЕТ РАН. Москва. 2011.
- Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. «Перспективы развития технологии переработки углеводородных, растительных и минеральных ресурсов». Иркутск 2012.
Личный вклад автора.
Научно-теоретическое обоснование, подготовка и непосредственное участие в проведении исследований, анализе и при обобщении полученных результатов, в подготовке научных публикаций.
Публикации.
По результатам работы опубликовано 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и 6 тезисах докладов на всероссийских и международных конференциях.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературных источников и 3 приложений. Материал изложен на 173 страницах основного текста, содержит 49 таблиц, 70 рисунков; список литературы включает 87 наименований отечественных и зарубежных авторов.
Существует множество гидрометаллургических способов переработки такого рода сырья. В отличие от пирометаллургических они отличаются меньшими энергозатратами на реализацию. Оборудование для гидрометаллургических процессов проще в исполнении и отличается низкими энергозатратами. Пирометаллургическими способами не удается в одну операцию получить товарный продукт или селективно разделить металлы, присутствующие в сырье; увеличивается количества выбросов, которые необходимо улавливать, очищать от пыли и утилизировать. Поэтому преимущества гидрометаллургических способов перед пирометаллургическими как с технологической, так и экологической точек зрения представляются очевидными.
Непрерывно ведется поиск новых растворителей с целью максимального и селективного извлечения металлов в раствор. Фосфорсодержащий хелатообразующий комплексон - оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ) позволяет наиболее полно перевести в раствор такой компонент системы, как свинец. При электролизе растворов возможно получить катодный свинец и одновременно регенерировать реагент -растворитель.
Цель работы: Разработка технологии комплексной переработки тонких пылей с применением оксиэтилидендифосфоновой кислоты, обеспечивающей как экологическую безопасность, так и высокие технико-экономические показатели.
Задачи исследований.
1. Изучение термодинамических и кинетических закономерностей взаимодействия ОЭДФ с соединениями, присутствующими в пылях.
2. Исследование кинетики выщелачивания свинца и примесных элементов в растворах ОЭДФ.
3. Выбор и обоснование параметров операций очистки растворов от примесей.
4. Разработка технологической схемы комплексного использования тонких пылей (на примере промпродуктов ОАО «СУМЗ»).
Методика исследований
Исследования выполнены в лабораторном и опытно-промышленном масштабе. В исследованиях применяли электрохимический метод снятия поляризационных кривых (IPC-pro), метод потенциометрического титрования (Аквилон).
Для анализа химического и фазового составов исходных материалов, промежуточных и конечных продуктов использовали физико-химические методы: рентгено-флюоресцентный (VRA-30), спектрофотометрический (Lambda), рентгенофазовый XRD 7000C (Shimadzu), атомно-абсорбционный анализ (novAA 300), ИК-спектрометрии (ALPHA-T) и др.
Использованы методы математического моделирования и планирования эксперимента, пакеты специально разработанных компьютерных программ сбора, обработки, преобразования и управления данными лабораторного эксперимента, хранения и передачи результатов.
Достоверность полученных результатов базируется на использовании сертифицированных физико-химических методик исследования и воспроизводимости данных на этапах лабораторного и опытно-промышленного эксперимента.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- сравнительная оценка возможных направлений теоретических и технологических исследований проблемы;
- результаты термодинамических расчетов химических и электрохимических взаимодействий соединений цветных металлов с растворами ОЭДФ;
- сведения о кинетике гидрометаллургических и электрохимических процессов, протекающих при выщелачивании и очистке растворов;
- результаты исследований процесса электроэкстракции свинца из комплексных соединений с одновременной регенерацией растворителя;
- технология гидрометаллургической переработки свинцово-цинковых тонких пылей ОАО «СУМЗ».
Научная новизна
Степень завершения реакций между ионами металлов и ОЭДФ зависит от констант комплексообразования и от констант их нестойкости оксиэтилидендифосфоновой кислоты и pH раствора.
Построена кинетическая модель выщелачивания МеЗО4*пН2О оксиэтилендифосфоновой кислотой; Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о протекании процессов комплексообразования цветных металлов в системе «ОЭДФ - МеЗО4-пН2О в диффузионной области.
Сведения о растворимости и устойчивости фосфонатов металлов в широком диапазоне рН, данные о степени протонированности получаемых комплексов. На основании этих данных предложен метод селективного разделения свинца и примесей из раствора;
Впервые определены энергетические характеристики разряда ионов свинца на катоде и подтверждена гипотеза о концентрационной природе поляризации.
Практическая значимость
Гидрометаллургическая технология переработки тонких пылей с применением комплексообразующего реагента - ОЭДФ обеспечивает высокое (более 98 %) извлечение свинца в товарный металл и электрохимическую ре-генерацию растворителя - комплексона, экологическую чистоту производства.
В полупромышленном масштабе на участке гидрометаллургической переработки исследовательского центра (ОУГП ИЦ) в ГМО ХМЦ ОАО «Уралэлектромедь» подтверждена возможность переработки тонких пылей с получением товарного свинца, регенерацией растворителя и возвращением его в голову процесса (на выщелачивание тонкой пыли). Предложена технология попутного извлечения цинка и меди.
Разработанная технология перспективна для переработки других видов свинец- и цинксодержащих техногенных отходов.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены на:
- Третьей молодежной научно-практической конференции «Инновационный потенциал молодежи - вклад в развитие ОАО «Уралэлектромедь»». Верхняя Пышма: ОАО «Уралэлектромедь», 2010.
- II международной научно-технической конференции «Современные методы в теоретической и экспериментальной электрохимии. Иваново: ИГ- ХТУ, 2010.
- Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Проблемы экологии и рационального природопользования стран АТЭС и пути их решения». МИСиС, 2010.
- Конференции «Перспективы и пути создания эффективного производства на предприятиях УГМК». Екатеринбург: УрФУ, 2011.
- VIII Российской конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». ИМЕТ РАН. Москва. 2011.
- Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. «Перспективы развития технологии переработки углеводородных, растительных и минеральных ресурсов». Иркутск 2012.
Личный вклад автора.
Научно-теоретическое обоснование, подготовка и непосредственное участие в проведении исследований, анализе и при обобщении полученных результатов, в подготовке научных публикаций.
Публикации.
По результатам работы опубликовано 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и 6 тезисах докладов на всероссийских и международных конференциях.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературных источников и 3 приложений. Материал изложен на 173 страницах основного текста, содержит 49 таблиц, 70 рисунков; список литературы включает 87 наименований отечественных и зарубежных авторов.
Термодинамически комплексообразование для каждого металла воз-можно в определенной области рН среды. При снижении величины рН вероятно снижение прочности образующихся комплексонатов металлов или полностью исключение их образование. Специфические свойства фосфонатных растворов позволяют варьировать составом и степенью протонирования получаемых комплексов, изменяя рН.
Кинетические константы растворения соединений свинца, меди, цинка и железа свидетельствуют о протекании реакций с участием комплексонов в щелочной области.
Установлены оптимальные параметры щелочного выщелачивания свинецсодержащих пылей: исходная концентрация ОЭДФ 1,5 моль/дм3, рН=11 - 12, отношение Ж:Т = 5:1, температура 25 -27°С. При этих условиях извлечение в раствор составляет, %: 96 - 98 РЬ; 0,05 - 0,1 Си; 15 - 20 /п; 1 - 3 Бе.
Процесс разрушения комплекса и селективное формирование осадка фосфоната свинца происходит при рН 9 - 9,5.
Максимальный выход по току свинца (выше 98 %) при электроэкстракции реализуется при начальном рН электролита 11 - 12. Процесс восстановления свинца протекает с Еа = 9,3 - 15,53 кДж/моль, что характерно для концентрационной поляризации.
Предложена технологическая схема комплексной переработки свинец-содержащих пылей медеплавильного производства с использованием комплексообразующего реагента ОЭДФ.
Технология испытана в полупромышленном масштабе на участке гидрометаллургической переработки исследовательского центра (ОУГП ИЦ) в ГМО ХМЦ ОАО «Уралэлектромедь». Показана возможность регенерации растворителя, попутного извлечения цинка и меди.
Преимуществами технологии являются: обеспечение экологически чистого производства; комплексное использование сырья; применение органического комплексона, обладающего большой растворимостью в воде, что обеспечивает получение концентрированных по свинцу (до 200 г/дм3 РЬ) растворов, позволяет селективно отделить металлы-примеси, перешедшие в раствор при выщелачивании. Проведение технологических процессов не требует повышенных температур и герметичной аппаратуры.
Гидрометаллургическая технология переработки тонких пылей ОАО «СУМЗ» с применением комплексообразующего реагента - ОЭДФ обеспечивает достаточно полное извлечение свинца, возможность электрохимической регенерации растворителя с получением катодного свинца; экологическую чистоту производства.
Кинетические константы растворения соединений свинца, меди, цинка и железа свидетельствуют о протекании реакций с участием комплексонов в щелочной области.
Установлены оптимальные параметры щелочного выщелачивания свинецсодержащих пылей: исходная концентрация ОЭДФ 1,5 моль/дм3, рН=11 - 12, отношение Ж:Т = 5:1, температура 25 -27°С. При этих условиях извлечение в раствор составляет, %: 96 - 98 РЬ; 0,05 - 0,1 Си; 15 - 20 /п; 1 - 3 Бе.
Процесс разрушения комплекса и селективное формирование осадка фосфоната свинца происходит при рН 9 - 9,5.
Максимальный выход по току свинца (выше 98 %) при электроэкстракции реализуется при начальном рН электролита 11 - 12. Процесс восстановления свинца протекает с Еа = 9,3 - 15,53 кДж/моль, что характерно для концентрационной поляризации.
Предложена технологическая схема комплексной переработки свинец-содержащих пылей медеплавильного производства с использованием комплексообразующего реагента ОЭДФ.
Технология испытана в полупромышленном масштабе на участке гидрометаллургической переработки исследовательского центра (ОУГП ИЦ) в ГМО ХМЦ ОАО «Уралэлектромедь». Показана возможность регенерации растворителя, попутного извлечения цинка и меди.
Преимуществами технологии являются: обеспечение экологически чистого производства; комплексное использование сырья; применение органического комплексона, обладающего большой растворимостью в воде, что обеспечивает получение концентрированных по свинцу (до 200 г/дм3 РЬ) растворов, позволяет селективно отделить металлы-примеси, перешедшие в раствор при выщелачивании. Проведение технологических процессов не требует повышенных температур и герметичной аппаратуры.
Гидрометаллургическая технология переработки тонких пылей ОАО «СУМЗ» с применением комплексообразующего реагента - ОЭДФ обеспечивает достаточно полное извлечение свинца, возможность электрохимической регенерации растворителя с получением катодного свинца; экологическую чистоту производства.
Подобные работы
- АВТОКЛАВНАЯ ПЕРЕРАБОТКА МЫШЬЯКСОДЕРЖАЩИХ ПРОМПРОДУКТОВ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Диссертации (РГБ), металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 4210 р. Год сдачи: 2016