АВТОКЛАВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕКОНДИЦИОННЫХ МЕДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 2
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 4
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 21
Список литературы 22
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ 4
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 21
Список литературы 22
Актуальность темы исследования
В настоящее время вследствие интенсивной разработки месторождений цветных металлов в значительной степени отработаны запасы богатых и легкообогатимых руд, наблюдается общая тенденция снижения содержания металлов в добываемых рудах. Все чаще имеет место вовлечение в переработку труднообогатимого, тонковкрапленного, низкокачественного, полиметаллического и техногенного сырья. Сложный минералогический состав таких материалов неизбежно приводит к необходимости применения комплексных технологий, позволяющих выделить основные ценные компоненты сырья и обеспечивать рентабельность переработки. Снижение качества шихты вызывает проблемы технологического характера; в частности, повышается выход отходов производства, возрастает циклическая нагрузка, снижается извлечение меди и производительность, что, в свою очередь, приводит к повышению операционных затрат и себестоимости продукции.
Исследовательскими институтами и предприятиями ведутся работы, направленные на поиск новых или модернизированных технологических решений. При выборе технологии учитывается минеральный состав сырья, географическое расположение месторождения, удалённость от основных промышленных районов, наличие существующих производственных мощностей, доступность квалифицированной рабочей силы, стоимость кислорода, электроэнергии, реагентов.
Таким образом, несмотря на достаточно прочные позиции пиропроцессов в металлургии меди, практика переработки сульфидных медных концентратов на медеплавильных заводах вызывает необходимость поиска альтернативных вариантов переработки сырья, в том числе на основе гидрометаллургических процессов.
Степень разработанности темы
Общеизвестным способом улучшения медных концентратов являлась их перефлотация с неизбежными потерями меди и благородных металлов с хвостами и промпродуктами. Впервые предлагается улучшить качество медных концентратов путем их гидротермальной обработки подкисленным раствором сульфата меди, получаемого на первой стадии автоклавного окислительного выщелачивания исходного концентрата, что позволит селективно отделить цинк, железо и исключить потери благородных металлов.
Цель работы
Целью данного исследования является разработка технологии переработки некондиционных медных концентратов ТОО «Корпорация Казахмыс» с использованием существующего оборудования Цинкового завода ТОО «Kazakhmys Smelting (Казахмыс Смэлтинг)», позволяющей снизить общую стоимость производства меди. Данная технология должна обеспечивать возможность экономически эффективной переработки двух типов некондиционных медных сульфидных концентратов с содержанием меди на уровне 11 % и 18 %, в которых в качестве ценных компонентов также присутствуют цинк, свинец, золото и серебро.
Задачи исследования
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
- определение свойств рассматриваемых концентратов и возможности их автоклавного окислительного выщелачивания с переводом меди и цинка в раствор;
• определение возможности рационального использования и анализ пригодности действующего автоклавного оборудования Цинкового завода ТОО «Корпорация Казахмыс» для проведения операций автоклавного окисления и гидротермального осаждения;
• определение рабочих параметров процессов автоклавного окисления и гидротермального осаждения;
• определение методов выделения основных продуктов в рассматриваемой схеме;
• снижение общей себестоимости продукции (производства меди) за счет снижения выхода отходов производства, снижения циклической нагрузки и увеличения производительности предприятия;
• оптимальная компоновка технологической схемы в условиях существующего производства.
Методы исследования
Использован стандартный набор инструментов интегрированного пакета ОС Windows и других стандартных компьютерных программ, финансово-математическое моделирование, физико-химические методы исследования и анализа сырья, рабочих растворов и пульп, промышленных продуктов и готовых товарных продуктов:
• рентгенофазовый анализ (оптический микроскоп Zeiss);
• микрорентгеноспектральный анализ (растровый электронный микроскоп Tescan Vega LMH II LMH с ЭД спектрометром и системой микроанализа INCA Oxford Instruments).
Научная новизна
1. Установлено, что селективное окисление сфалерита и халькопирита достигается с понижением давления кислорода;
2. Уменьшение выхода элементной серы достигается за счет процесса обмена с сульфатом меди, который стимулируется пониженным давлением кислорода и повышенной концентрацией меди в растворе АОВ;
3. Определено влияние кислорода на показатели извлечения цинка из медно-цинкового концентрата в процессе гидротермальной обработки;
4. Получены кинетические характеристики процесса автоклавного окислительного выщелачивания полиметаллических концентратов;
5. Определены обратные зависимости ключевых показателей процесса гидротермального обогащения из растворов автоклавного выщелачивания (степени извлечения меди и цинка) от величины параметров процесса ГТО...
В настоящее время вследствие интенсивной разработки месторождений цветных металлов в значительной степени отработаны запасы богатых и легкообогатимых руд, наблюдается общая тенденция снижения содержания металлов в добываемых рудах. Все чаще имеет место вовлечение в переработку труднообогатимого, тонковкрапленного, низкокачественного, полиметаллического и техногенного сырья. Сложный минералогический состав таких материалов неизбежно приводит к необходимости применения комплексных технологий, позволяющих выделить основные ценные компоненты сырья и обеспечивать рентабельность переработки. Снижение качества шихты вызывает проблемы технологического характера; в частности, повышается выход отходов производства, возрастает циклическая нагрузка, снижается извлечение меди и производительность, что, в свою очередь, приводит к повышению операционных затрат и себестоимости продукции.
Исследовательскими институтами и предприятиями ведутся работы, направленные на поиск новых или модернизированных технологических решений. При выборе технологии учитывается минеральный состав сырья, географическое расположение месторождения, удалённость от основных промышленных районов, наличие существующих производственных мощностей, доступность квалифицированной рабочей силы, стоимость кислорода, электроэнергии, реагентов.
Таким образом, несмотря на достаточно прочные позиции пиропроцессов в металлургии меди, практика переработки сульфидных медных концентратов на медеплавильных заводах вызывает необходимость поиска альтернативных вариантов переработки сырья, в том числе на основе гидрометаллургических процессов.
Степень разработанности темы
Общеизвестным способом улучшения медных концентратов являлась их перефлотация с неизбежными потерями меди и благородных металлов с хвостами и промпродуктами. Впервые предлагается улучшить качество медных концентратов путем их гидротермальной обработки подкисленным раствором сульфата меди, получаемого на первой стадии автоклавного окислительного выщелачивания исходного концентрата, что позволит селективно отделить цинк, железо и исключить потери благородных металлов.
Цель работы
Целью данного исследования является разработка технологии переработки некондиционных медных концентратов ТОО «Корпорация Казахмыс» с использованием существующего оборудования Цинкового завода ТОО «Kazakhmys Smelting (Казахмыс Смэлтинг)», позволяющей снизить общую стоимость производства меди. Данная технология должна обеспечивать возможность экономически эффективной переработки двух типов некондиционных медных сульфидных концентратов с содержанием меди на уровне 11 % и 18 %, в которых в качестве ценных компонентов также присутствуют цинк, свинец, золото и серебро.
Задачи исследования
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
- определение свойств рассматриваемых концентратов и возможности их автоклавного окислительного выщелачивания с переводом меди и цинка в раствор;
• определение возможности рационального использования и анализ пригодности действующего автоклавного оборудования Цинкового завода ТОО «Корпорация Казахмыс» для проведения операций автоклавного окисления и гидротермального осаждения;
• определение рабочих параметров процессов автоклавного окисления и гидротермального осаждения;
• определение методов выделения основных продуктов в рассматриваемой схеме;
• снижение общей себестоимости продукции (производства меди) за счет снижения выхода отходов производства, снижения циклической нагрузки и увеличения производительности предприятия;
• оптимальная компоновка технологической схемы в условиях существующего производства.
Методы исследования
Использован стандартный набор инструментов интегрированного пакета ОС Windows и других стандартных компьютерных программ, финансово-математическое моделирование, физико-химические методы исследования и анализа сырья, рабочих растворов и пульп, промышленных продуктов и готовых товарных продуктов:
• рентгенофазовый анализ (оптический микроскоп Zeiss);
• микрорентгеноспектральный анализ (растровый электронный микроскоп Tescan Vega LMH II LMH с ЭД спектрометром и системой микроанализа INCA Oxford Instruments).
Научная новизна
1. Установлено, что селективное окисление сфалерита и халькопирита достигается с понижением давления кислорода;
2. Уменьшение выхода элементной серы достигается за счет процесса обмена с сульфатом меди, который стимулируется пониженным давлением кислорода и повышенной концентрацией меди в растворе АОВ;
3. Определено влияние кислорода на показатели извлечения цинка из медно-цинкового концентрата в процессе гидротермальной обработки;
4. Получены кинетические характеристики процесса автоклавного окислительного выщелачивания полиметаллических концентратов;
5. Определены обратные зависимости ключевых показателей процесса гидротермального обогащения из растворов автоклавного выщелачивания (степени извлечения меди и цинка) от величины параметров процесса ГТО...
1. В начале 2000-х годов внимание технологов возросло к использованию автоклавных процессов для обработки медных концентратов в связи с нарастающей проблемой утилизации серосодержащих газов и производимой серной кислоты в пирометаллургическом производстве.
2. На крупнейших горных предприятиях Казахстана в связи с истощением богатых руд обострилась проблема получения качественных концентратов при обогащении (снизилось содержание меди, возросло содержание цинка и свинца), что ухудшило показатели их переработки по классической пирометаллургической технологии.
3. Одним из эффективных вариантов улучшения качества низкосортных концентратов является их гидротермальное рафинирование по сернокислотной автоклавной технологии.
4. В структуре Балхашского комбината компании ТОО «Kazakhmys Holding» имеется законсервированный Цинковый завод, включающий автоклавное отделение, пригодное для реакций сернокислотного выщелачивания.
5. Руководством Компании совместно со специалистами ООО «НИЦ «Гидрометаллургия» (г. Санкт-Петербург) предложено использовать мощности существующего автоклавного отделения для кондиционирования низкосортных медных концентратов, однако это предполагало проведение целевых исследований по оптимизации технологии, в том числе по использованию повышенных температур (150 - 170 °С).
6. Представлены результаты разработки технологии комплексной переработки медных концентратов компании ТОО «Kazakhmys Holding». В ходе лабораторных, укрупненных лабораторных и полупромышленных испытаний выделены следующие ключевые моменты технологии:
• Автоклавное окислительное выщелачивание концентрата БОФ в лабораторных условиях и с использованием реальных оборотных растворов, с наработкой растворов и твёрдой фазы для последующих операций.
• Гидротермальная обработка концентрата ЖГОК с использованием растворов, полученных в процессе АОВ, с наработкой достаточного количества раствора и кека ГТО для исследования последующих операций.
• Проведение флотационного разделения твёрдых продуктов — кондиционированных кеков АОВ, автоклавных остатков ГТО и гипсово-цинкового кека. Уточнение параметров и показателей флотационного разделения продуктов.
7. На основании результатов испытаний процесса автоклавного окислительного выщелачивания (АОВ) в непрерывном режиме рекомендованы следующие режимные параметры окисления концентратов БОФ с использованием оборотного раствора АОВ:
• измельчение концентрата до 85 % класса минус 45 мкм;
• температура 170 °С;
• давление кислорода 0,6 МПа при общем давлении в автоклаве 1,4 МПа;
• удельная производительность АОВ: 68 кг сульфидной серы в 1 час на 1 м3 пульпы в автоклаве (68 кг 8/(ч-м3));
• удельный расход кислорода: 1090 нл кислорода на 1 кг сульфидной серы (1090 нл/кг S).
8. Проведенные испытания процесса гидротермальной обработки (ГТО) в непрерывном режиме определили следующие параметры процесса:
• измельчение концентрата до 88 % класса минус 45 мкм;
• температура 170 °С;
• проведение окисления в первой секции автоклава: при давлении кислорода 0,6
МПа; при общем давлении в автоклаве 1,4 МПа; и удельном расходе кислорода: 45- 90 нл кислорода на 1 кг концентрата (45 - 90 нл/кг);
• удельная производительность АОВ: до 280 кг концентрата в 1 час на 1 м3 пульпы в автоклаве (283 кг/(ч-м3));
• остаточная концентрация меди в растворе ГТО (в разгрузке автоклава) от 0,5 до 1 г/дм3.
Содержание меди в кеках ГТО составляло 35 - 38 % при извлечении меди из раствора в кек на уровне 98 - 99 %. Извлечение цинка стимулировалось увеличением расхода кислорода и достигало 63 %.
9. При нейтрализации растворов ГТО достигается степень очистки раствора от железа более 99,5 %, при его остаточном содержании менее 0,2 г/дм3; степень очистки от кремния 85 - 88 %, при его остаточном содержании 0,25 г/дм3. При этом потери цинка с кеком нейтрализации составляют от 6 до 11 %.
10. Испытания операций обогащения остатков после кондиционирования кеков АОВ подтвердили возможность извлечения 98 - 99 % меди в сульфидный продукт. Увеличение содержания меди в остатке кондиционирования позволило выделить концентраты с содержанием меди 23 - 24 %. Извлечение меди в концентрат составило свыше 98 %, а содержание меди в окисленных хвостах флотации - 0,2 - 0,4 %. По сравнению с исходным концентратом БОФ, данный продукт содержит значительно меньше вредных примесей: свинца не более 0,1 - 0,2 %, цинка 0,3 - 0,4 %...
2. На крупнейших горных предприятиях Казахстана в связи с истощением богатых руд обострилась проблема получения качественных концентратов при обогащении (снизилось содержание меди, возросло содержание цинка и свинца), что ухудшило показатели их переработки по классической пирометаллургической технологии.
3. Одним из эффективных вариантов улучшения качества низкосортных концентратов является их гидротермальное рафинирование по сернокислотной автоклавной технологии.
4. В структуре Балхашского комбината компании ТОО «Kazakhmys Holding» имеется законсервированный Цинковый завод, включающий автоклавное отделение, пригодное для реакций сернокислотного выщелачивания.
5. Руководством Компании совместно со специалистами ООО «НИЦ «Гидрометаллургия» (г. Санкт-Петербург) предложено использовать мощности существующего автоклавного отделения для кондиционирования низкосортных медных концентратов, однако это предполагало проведение целевых исследований по оптимизации технологии, в том числе по использованию повышенных температур (150 - 170 °С).
6. Представлены результаты разработки технологии комплексной переработки медных концентратов компании ТОО «Kazakhmys Holding». В ходе лабораторных, укрупненных лабораторных и полупромышленных испытаний выделены следующие ключевые моменты технологии:
• Автоклавное окислительное выщелачивание концентрата БОФ в лабораторных условиях и с использованием реальных оборотных растворов, с наработкой растворов и твёрдой фазы для последующих операций.
• Гидротермальная обработка концентрата ЖГОК с использованием растворов, полученных в процессе АОВ, с наработкой достаточного количества раствора и кека ГТО для исследования последующих операций.
• Проведение флотационного разделения твёрдых продуктов — кондиционированных кеков АОВ, автоклавных остатков ГТО и гипсово-цинкового кека. Уточнение параметров и показателей флотационного разделения продуктов.
7. На основании результатов испытаний процесса автоклавного окислительного выщелачивания (АОВ) в непрерывном режиме рекомендованы следующие режимные параметры окисления концентратов БОФ с использованием оборотного раствора АОВ:
• измельчение концентрата до 85 % класса минус 45 мкм;
• температура 170 °С;
• давление кислорода 0,6 МПа при общем давлении в автоклаве 1,4 МПа;
• удельная производительность АОВ: 68 кг сульфидной серы в 1 час на 1 м3 пульпы в автоклаве (68 кг 8/(ч-м3));
• удельный расход кислорода: 1090 нл кислорода на 1 кг сульфидной серы (1090 нл/кг S).
8. Проведенные испытания процесса гидротермальной обработки (ГТО) в непрерывном режиме определили следующие параметры процесса:
• измельчение концентрата до 88 % класса минус 45 мкм;
• температура 170 °С;
• проведение окисления в первой секции автоклава: при давлении кислорода 0,6
МПа; при общем давлении в автоклаве 1,4 МПа; и удельном расходе кислорода: 45- 90 нл кислорода на 1 кг концентрата (45 - 90 нл/кг);
• удельная производительность АОВ: до 280 кг концентрата в 1 час на 1 м3 пульпы в автоклаве (283 кг/(ч-м3));
• остаточная концентрация меди в растворе ГТО (в разгрузке автоклава) от 0,5 до 1 г/дм3.
Содержание меди в кеках ГТО составляло 35 - 38 % при извлечении меди из раствора в кек на уровне 98 - 99 %. Извлечение цинка стимулировалось увеличением расхода кислорода и достигало 63 %.
9. При нейтрализации растворов ГТО достигается степень очистки раствора от железа более 99,5 %, при его остаточном содержании менее 0,2 г/дм3; степень очистки от кремния 85 - 88 %, при его остаточном содержании 0,25 г/дм3. При этом потери цинка с кеком нейтрализации составляют от 6 до 11 %.
10. Испытания операций обогащения остатков после кондиционирования кеков АОВ подтвердили возможность извлечения 98 - 99 % меди в сульфидный продукт. Увеличение содержания меди в остатке кондиционирования позволило выделить концентраты с содержанием меди 23 - 24 %. Извлечение меди в концентрат составило свыше 98 %, а содержание меди в окисленных хвостах флотации - 0,2 - 0,4 %. По сравнению с исходным концентратом БОФ, данный продукт содержит значительно меньше вредных примесей: свинца не более 0,1 - 0,2 %, цинка 0,3 - 0,4 %...
АВТОКЛАВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕКОНДИЦИОННЫХ МЕДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ
