Тема: АВТОКЛАВНАЯ ПЕРЕРАБОТКА МЫШЬЯКСОДЕРЖАЩИХ ПРОМПРОДУКТОВ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
📋 Содержание
ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1 Поведение мышьяка при пирометаллургических методах
переработки медьсодержащего сырья 9
1.2 Гидрометаллургические и комбинированные методы переработки
мышьяксодержащих материалов 17
1.3 Современные способы очистки растворов от мышьяка 27
1.4 Выводы и постановка задач исследования 32
ГЛАВА 2 АВТОКЛАВНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ
МЫШЬЯКСОДЕРЖАЩИХ ШТЕЙНОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ПОСЛЕ
ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ ТОНКИХ ПЫЛЕЙ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА 34
2.1 Методика проведения эксперимента и
используемая аппаратура 34
2.2 Прямое окислительное сернокислотное автоклавное
выщелачивание штейнов 36
2.3 Двухстадийная автоклавная переработка штейнов 43
2.3.1 Автоклавное выщелачивание штейна растворами сульфата меди 43
2.3.2 Окислительное сернокислотное автоклавное выщелачивание
кеков, полученных после обработки штейнов растворами сульфата меди 52
2.4 Выводы 58
ГЛАВА 3 ПЕРЕРАБОТКА ТОНКИХ ПЫЛЕЙ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА 60
3.1 Методика проведения эксперимента и используемая аппаратура 60
3.2 Окислительное сернокислотное автоклавное выщелачивание
тонких пылей 62
3.3 Двухстадийное выщелачивание тонких пылей медеплавильного
производства 66
3.3.1 Атмосферное выщелачивание тонких пылей 66
3.3.2 Автоклавное выщелачивание кеков после
атмосферного выщелачивания пылей 76
3.4 Выводы 83
ГЛАВА 4 ГИДРОТЕРМАЛЬНОЕ ОСАЖДЕНИЕ АРСЕНАТОВ ЖЕЛЕЗА... 85
4.1 Теоретические основы окисления мышьяка (III) в системах
НаАзОэ - Ье2+ - Си2+ - ^БОд и ЩАзОв - Ье2+ - ^БОд 85
4.1.1 Термодинамика процессов окисления мышьяка (III) ионами
железа (III) 86
4.1.2 Кинетика процессов окисления мышьяка (III) в системах
НвАзОв - Ье2+ - Си2+ - ЩБО4 и ЩАзОв - Ье2+ - ЩБО4 89
4.2 Гидротермальное осаждение арсенатов железа из
растворов автоклавной обработки штейна сульфатом меди и выщелачивания пылей 100
4.3 Исследование растворимости осадков после
гидротермального осаждения мышьяка 106
4.4 Выводы 112
ГЛАВА 5 АВТОКЛАВНОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ МЕДИ И ЦИНКА ИЗ РАСТВОРОВ 114
5.1 Выводы 118
ГЛАВА 6 ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ШТЕЙНОВ И ТОНКИХ ПЫЛЕЙ АО «СУМЗ» 120
6.1 Схема переработки штейнов 120
6.2 Схема переработки тонких пылей 123
6.3 Технологические исследования переработки тонкой пыли
ПВ АО «СУМЗ» 126
6.4 Исходные данные для проектирования предприятия по
переработке тонкой пыли АО «СУМЗ» 130
6.5 Экономические показатели технологии по переработке
тонкой пыли АО «СУМЗ» 133
6.6 Выводы 136
Заключение 137
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 140
ПРИЛОЖЕНИЕ А - Акт испытаний переработки тонкой пыли ПВ АО «СУМЗ» 153
ПРИЛОЖЕНИЕ Б - Расчет материального баланса технологии по переработке тонкой пыли АО «СУМЗ» 157
ПРИЛОЖЕНИЕ В - Расчет капитальных затрат и налоговых выплат 163
📖 Введение
На медеплавильных предприятиях Уральского региона в техногенных отходах содержатся значительные количества цветных металлов. Их состав зависит от конструкции агрегатов, состава исходного сырья и от особенностей технологии конкретных предприятий.
Одним из основных путей повышения комплексности использования сырья металлургического производства является вывод из технологической схемы медеплавильных предприятий и отдельная переработка тонких пылей. Тонкие пыли, образующиеся при переработке медных концентратов в печи Ванюкова (ПВ), обогащены медью, свинцом, цинком, содержат большое количество мышьяка. Пыли относятся к I классу опасности, и предприятия вынуждены платить штрафы за хранение этих отходов.
Актуальным является научное обоснование и разработка технологии комплексной переработки пылей, при которой попутные металлы извлекаются в товарные продукты или промпродукты пригодные для существующих производств. Все это предопределяет интерес к гидрометаллургической технологии, включающей селективное выщелачивание цветных металлов и дробное разделение ценных компонентов на соответствующие продукты.
Настоящая диссертационная работа посвящена поиску оптимальной гидрометаллургической переработки мышьяксодержащих пылей и штейнов, полученных после восстановительной плавки тонких пылей АО «СУМЗ» с селективным извлечением мышьяка в отдельный промпродукт.
Степень разработанности темы исследования
Ранее была предложена и опробована пирометаллургическая технология совместной переработки пылей и других оборотных полупродуктов на ПСЦМ АО «Уралэлектромедь» (Верх-Нейвинский завод), которая заключалась в восстановительной плавке пылей с получением полиметаллического штейна. Переработка этого штейна на пирометаллургических агрегатах также приведет к накоплению в обороте мышьяка и потерям свинца, цинка со шлаками, что обусловливает преимущество его переработки по гидрометаллургической технологии.
Исследованиями по переработке мышьяк- и цинк-содержащего техногенного сырья занимались известные отечественные и зарубежные ученые, среди которых можно выделить работы С.С. Набойченко, А.А. Перетрутова, Я.М. Шнеерсона, С.В. Мамяченкова, С.М. Исабаев, K.X. Dan, M.R. Peterson, P. Oustadakis, X Zhi-feng, A. Morales, однако, остается недостаточно изученным селективное выделение мышьяка из растворов, содержащих цветные металлы, и извлечение цинка и меди из различных сырьевых материалов с высоким содержанием их ферритных форм.
Цель работы
Разработка научно-обоснованной гидрометаллургической технологии переработки мышьяксодержащих пылей и штейнов, полученных после восстановительной плавки тонких пылей АО «СУМЗ» с селективным извлечением мышьяка в отдельный промпродукт с минимальным воздействием на окружающую природную среду.
Задачи исследования:
1 Исследовать кинетику окисления мышьяка (III) в сернокислых растворах в присутствии ионов железа (II) и меди (II).
2 Выявить особенности процесса гидротермального осаждения мышьяка в виде арсенатов железа.
3 Определить оптимальные параметры процесса автоклавного выщелачивания штейнов с целью селективного выделения меди от мышьяка и железа.
4 Установить технологические показатели отдельных стадий переработки тонких пылей.
5 Определить возможность разделения меди и цинка из коллективных растворов.
Научная новизна:
1 Показана возможность извлечения мышьяка из арсенидов и сульфидов автоклавным выщелачиванием растворами сульфата меди без введения кислорода в систему.
2 Установлено, что ионы железа (III) в гидротермальных условиях способны окислять мышьяк (III) с образованием промежуточных комплексов РеН2АзО42+.
3 Получены обобщающие кинетические уравнения процесса окисления мышьяка (III) для систем НзАзОз - Ре2+ - Си2+ - Н23О4 и НзАзОз - Ре2+ - Н23О4. Показано, что исследованный процесс протекает в кинетической области.
4 Установлено, что при мольном отношении в растворе Аз:Ре = 0,51 - 1,41, I = 180 - 200 °С, [Н2ЗО4] = 10 - 70 г/дм3 в присутствии ионов меди мышьяк с железом осаждается в мольном отношении Лз:Ре = 0,514-0,575, в форме [Ре(АзО4)1-х(ЗО4)х](ОН)х^Н2О.
5 Впервые установлено, что увеличение концентрации цинка растворе в диапазоне 65 - 120 г/дм3 приводит к увеличению размера зерна, осаждаемого гидроксосульфата арсената железа.
Теоретическая и практическая значимость работы
1 Разработана и обоснована технология комплексной переработки штейнов, полученных после восстановительной плавки тонких пылей медеплавильного производства.
2 Определены оптимальные параметры процесса автоклавного выщелачивания штейнов растворами сульфата меди с высоким извлечением мышьяка в раствор.
3 Разработана и обоснована технология комплексной переработки мышьяксодержащих пылей АО «СУМЗ»; определены оптимальные параметры двухстадийной переработки тонких пылей атмосферным и последующим автоклавным выщелачиванием в сернокислых растворах.
4 Получены обобщающие кинетические уравнения для скорости окисления мышьяка (III) в системах Н3АзО3 - Ре2+ - Си2+ - Н2ЗО4 и Н3АзО3 - Ре2+ - Н2ЗО4.
Экспериментальные порядки реакции по концентрациям мышьяка, железа для системы H3ASO3 - Fe2+- Cu2+- H2SO4 составили 0,5, 0,26, соответственно, для системы H3AsO3- Fe2+- H2SO4получены 0,5, 0,54. Экспериментальные порядки реакции равны 1,1 по кислороду и 0,33 по начальной концентрации меди в растворе.
5 Разработан способ селективной очистки раствора от мышьяка гидротермальным осаждением арсенатов железа.
6 Показана возможность селективного выделения меди из цинкового раствора с получением высококачественного медного концентрата.
Методология и методы диссертационного исследования
Исследования выполнены в лабораторных условиях с применением методов математического планирования эксперимента, моделирования, специальных пакетов компьютерных программ управления и сбора данных (HSC Chemistry 6, Statgraphics 16, Microsoft office и др.).
Анализ исходного сырья, продуктов и получаемых полупродуктов проводили с использованием аттестованных методов: спектрофотометрический (AnalytikJena Lambda Specord 250), рентгенофлуоресцентный (Shimadzu EDX- 720), рентгенофазовый (Shimadzu XRD-7000C, ДРОН-3), атомно-абсорбционный анализ (AnalytikJena novAA-300), металлографический (микроскоп PZO с компьютерной приставкой Nb-lab), электронно-микроскопический (электронный микроскоп JEM 2100 с приставкой для микроанализа Oxford Inca), атомно-эмиссионный спектрометр с индуктивно связанной плазмой (Iris Intrepid II Duo фирмы Thermo Electron) и др.
Положения выносимые на защиту:
1 Технология двухстадийной переработки штейнов, полученных после восстановительной плавки тонких пылей по схеме автоклавное выщелачивание растворами сульфата меди - автоклавное окислительное выщелачивание полученного кека.
2 Оптимальные параметры для сернокислотного атмосферного выщелачивания пыли с последующим автоклавным выщелачиванием кека.
3 Кинетические закономерности окисления мышьяка (III) для системы H3ASO3 - Fe2+- Cu2+и H3ASO3 - Fe2+.
4 Параметры и показатели селективного гидротермального осаждения арсенатов железа из медно-цинковых сульфатных растворов.
5 Оптимальные параметры селективного осаждения меди из цинкового раствора с получением высококачественного медного концентрата.
6 Схема гидрометаллургической переработки тонких пылей медеплавильного производства на примере АО «СУМЗ».
Личный вклад автора
Научно-теоретическое обоснование, формирование цели и направлений, постановка исследований и укрупненных испытаний, непосредственное участие в них, анализ и обобщение полученных результатов, подготовка научных публикаций, оценка эффективности предложенной технологии.
Степень достоверности и апробация результатов обеспечиваются представительностью и надежностью исходных данных, использованием сертифицированного оборудования, современных средств и методик проведения исследований, использованием достоверных и аттестованных методик выполнения измерений. Подтверждается согласованностью данных эксперимента и научных выводов, воспроизводимостью результатов лабораторных и укрупненных лабораторных испытаний.
Основные результаты работы доложены на четырех всероссийских и международных научно-технических конференциях. По теме диссертации опубликованы пять научных работ в рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК (WOS, Scopus).
Автор выражает благодарность научному руководителю члену - корреспонденту РАН, доктору технических наук, профессору Набойченко Станиславу Степановичу, кандидату технических наук, доценту Неустроеву Виктору Ивановичу, коллективу кафедры «МТЦМ» УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, исследовательскому центру и центральной лаборатории АО «Уралэлектромедь» за помощь в работе над диссертацией.
✅ Заключение
1 Прямое окислительное сернокислотное автоклавное выщелачивание промпродуктов, содержащих наряду с мышьяком железо приводит к образованию арсенатов железа, которые могут вызывать внутридиффузионные торможения на поверхности сульфидов.
2 Рекомендованы следующие параметры автоклавного выщелачивания штейнов растворами сульфата меди: мольный расход меди Си/(2п+Ре+0,5*РЬ+Аз) = 1; [Н28О4]О = 6 г/дм3; продолжительность = 30 мин; 1 = 180 °С; Ж:Т = 6:1. При этом в раствор извлекается до 90 % железа, 86 % мышьяка и 90 % цинка.
3 Переработка штейнов по схеме «автоклавное выщелачивание растворами сульфата меди - автоклавное окислительное выщелачивание» позволяет перерабатывать штейны с высоким содержанием железа (23 %) с извлечением 99 % меди в раствор и 99 % свинца в кек.
4 При атмосферном сернокислотном выщелачивании тонких пылей растворяются сульфаты, оксиды меди и цинка, свинец полностью переходит в сульфатную форму, происходит растворение оксида мышьяка (III). Оптимальными параметрами являются: мольный расход кислоты Н28О4/(РЬ+2Н+СН) = 1,05; Ж:Т = 6-12:1; 1 = 60 °С. В раствор извлекали до 95 % мышьяка, 58 % меди, 82 % цинка и 95 % кадмия. Сульфиды, ферриты меди и цинка, полностью остаются в кеке.
5 При автоклавном выщелачивании кеков после атмосферного выщелачивания тонких пылей происходит полное вскрытие сульфидов, ферритов меди и цинка (1 = 160 °С; (Н28О4/(РЬ+2п+Си) = 2,2, Р02 = 0,2 МПа). Присутствие серо-сульфидных гранул в кеках объясняется окислением сульфидов меди ионами железа (III), что подтверждается увеличением концентрации ионов железа (II) в растворе.
6 Получены обобщающие кинетические уравнения для скорости окисления мышьяка (III) в системах Н3ЛзО3 - Те2+ - Си2+ - Н2ЗО4 и Н3ЛзО3 - Те2+ - Н2ЗО4. Экспериментальные порядки реакции по концентрациям мышьяка, железа для системы Н3ЛзО3 - Те2+ - Си2+ - Н23О4 были 0,5, 0,26, соответственно, для системы Н3ЛзО3 - Те2+ - Н23О4 составили 0,5, 0,54. Экспериментальные порядки реакции равны 1,1 по кислороду и 0,33 по начальной концентрации меди в растворе.
7 Независимость скорости реакции от перемешивания, положительное влияние увеличения концентрации ионов железа, с экспериментальным порядком реакции 0,26 - 0,54, повышенные значения Еа, положительная роль внешнего катализатора (ионы меди (II)) - все это позволяет считать, что окисление мышьяка (III) в системах Н3ЛзО3 - Те2+ - Си2+ - Н2ЗО4 и Н3ЛзО3 - Те2+ - Н2ЗО4 протекает в кинетической области (Еа ~ 86 кДж/моль).
8 Показано положительное влияние ионов меди на окисление мышьяка (III), которое, связано с возрастанием окислительной способности кислорода в присутствии ионов переменной валентности, склонных к комплексообразованию или стремящихся приобрести более устойчивое значение валентности. Этим объясняется увеличение скорости окисления мышьяка (III) в присутствии ионов меди (II). Также ионы Си2+ оказывают каталитическое влияние и на окисление ионов Те2+ до ионов Те3+, которые необходимы для окисления мышьяка (III).
9 Кеки, полученные после 30 и 60 минут осаждения, являются рентгеноаморфными. Кристаллическая структура формируется через 120 минут осаждения. Мышьяк с железом осаждаются в виде гидроксосульфата арсената железа [Те(ЛзО4)1-х(ЗО4)х](ОН)х-(1-х)Н2О.
10 Сплавление ферро-арсенатного кека с элементной серой (I = 130 °С,
массовое отношение серы к кеку > 1, т = 30 минут.) позволило снизить вымывание мышьяка до концентрации 0,2 - 0,3 мг/дм3. Полученные гранулы или слитки удобны для транспортировки и хранения.
11 Гидротермальное осаждение на халькопирите позволяет селективно извлекать медь из раствора на 95 - 98 % (I = 180 °С, концентрат/Си = 7 - 8 г/г (Си:СиБе82 = 0,95 - 0,82), т = 120 мин), при этом марку концентрата удалось повысить с КМ7 до КМ2.
12 Технология прямой гидрометаллургической переработки тонких пылей наиболее предпочтительна, так как позволяет извлекать помимо 86 - 95 % меди дополнительно 86 - 96 % цинка в цинковый купорос, кадмия 98 % в раствор после нейтрализации. Мышьяк на 90 % переходит в ферри-арсенатный кек, свинец, сурьма в кек автоклавного выщелачивания на 98 и 85 %, соответственно. Простой срок окупаемости затрат по переработке тонкой пыли АО «СУМЗ» составит 6,5 года.



