Извлечение металлов из отвалов

Обновлено: 07.01.2025

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрена жидкостная экстракция ценных и редких металлов из отвалов горно-металлургических комбинатов в экстракторе с увеличенным временем контакта. Даны конструкция, принцип работы барботажного экстрактора с увеличенным временем контакта на основе пневмоперемешивания. Изучены гидродинамические параметры непрерывного извлечения без потерь ценных металлов в аппарате.

ABSTRACT

The article investigates the liquid extraction of valuable and rare metals from dumps of mining and metallurgical plants in an extractor with an increased contact time. The design, the principle of operation of a bubbler extractor with an increased contact time based on pneumatic mixing are studied. The hydrodynamic parameters of continuous extraction without loss of valuable metals in the apparatus are studied.

Ключевые слова: жидкостная экстракция, редкие металлы, увеличенное время контакта, расход энергии, барботаж, непрерывный режим, удельные затраты энергии, многоступенчатый барботажный экстрактор, эффективность процесса массообмена.

Keywords: liquid extraction, rare metals, increased contact time, energy consumption, bubbling, continuous operation.

При извлечении тяжелых, редких, рассеянных и благородных металлов методами гидрометаллургии основополагающими критериями выбора типа экстракционного аппарата являются небольшие удельные затраты энергии для осуществления процесса экстракции, а также обеспечение требуемого для проведения процесса времени контакта реагирующих жидкостей [1].

Этим требованиям в полной мере отвечают жидкостные экстракторы с пневмоперемешиванием или барботажные экстракторы. С точки зрения затрат удельной энергии на осуществление процесса экстракции подобные аппараты расходуют до 3,5–4,0 раз меньше электрической энергии по сравнению с экстракторами, в которых перемешивание жидкостей осуществляется с помощью различных мешалок [4; 3].

Второму условию обеспечения достаточно длительного времени контакта реагирующих жидкостей для наиболее полного извлечения целевого компонента, с нашей точки зрения, полностью отвечает разработанная нами конструкция многоступенчатого барботажного экстрактора с увеличенным временем контакта фаз [5].

Устройство и принцип работы многоступенчатого барботажного экстрактора представлены на рис. 1.

Рисунок 1. Многоступенчатый барботажный экстрактор

Многоступенчатый барботажный экстрактор включает вертикальный корпус 1, разделенный перегородками 2 на отдельные секции-отстойники. На перегородках между внутренним 3 и наружным 4 патрубками смесительного устройства расположены дополнительные внутренний (нечетный) 5 и наружный (четный) 6 концентрические патрубки. Внутренний патрубок 5 закреплен в полотне верхней перегородки секции-отстойника и расположен с зазором к нижней перегородке секции-отстойника. Наружный патрубок 6 закреплен в полотне нижней перегородки секции-отстойника и расположен с зазором к верхней перегородке секции-отстойника. В нижней части внутреннего патрубка 3 смесительного устройства расположена газораспределительная насадка 7 с отверстиями 8 в боковой стенке. В полотне перегородки 2 крепятся также переточные трубки 9 для тяжелой жидкости, которые в нижних заглушенных концах имеют отверстия 10. Верхний срез переточных трубок 9 поднят над перегородкой 2 и перекрыт колпачками 11 с прорезями 12 в нижней части и отверстиями 13 в верхних крышках.

Работает экстрактор следующим образом. Легкая жидкость через нижний срез газораспределительной насадки 7 поступает во внутрь патрубка 3. Туда же через отверстия 10 переточных трубок 9 из отстойной части вышележащей секции-отстойника поступает тяжелая жидкость. При совместном движении смеси жидкостей снизу вверх внутри патрубка 3, далее сверху вниз между патрубками 3 и 5, затем снизу вверх между патрубками 5 и 6, наконец сверху вниз между патрубками 4 и 6 жидкости интенсивно перемешиваются барботирующим инертным газом, который поступает в патрубок 3 через отверстия 8 газораспределительных насадок 7. В верхней части пространства между патрубками 5 и 6 пузырьки газа отделяются от смеси жидкостей и газ выходит в зазор между верхней перегородкой секции-отстойника и верхним срезом патрубка 4, откуда поступает в смесительные устройства вышележащей секции-отстойника. Смесь жидкостей выходит между патрубками 4 и 6 в отстойную часть секции-отстойника, где капли тяжелой жидкости оседают в сплошной слой, границу которого определяет высота поднятия переточных трубок 9 над перегородкой 2, которая делит корпус экстрактора 1 на отдельные секции-отстойники.

Перекрытие верхних срезов переточных трубок 9 колпачками 11 с прорезями 12 в нижней части гарантирует попадание в трубки 9 только полностью отстоявшейся тяжелой жидкости. Отверстия 13 служат для выхода воздуха из колпачков 11 при заполнении экстрактора жидкостями перед пуском.

Устанавливая между патрубками 3 и 4 любое четное число дополнительных концентрических патрубков, каждый нечетный из которых, начиная с самого внутреннего, устанавливается с зазором к нижней перегородке секции, а каждый четный – с зазором к верхней перегородке секции, можно обеспечить любое необходимое время контакта реагирующих жидкостей.

Нормальная работа экстрактора будет обеспечена в том случае, когда кольцевые каналы между патрубками 3 и 5, а также 4 и 6 будут иметь такое поперечное сечение, при котором скорость движения смеси жидкостей там будет больше скорости всплытия газовых пузырей в смеси жидкостей.

Эксперименты по установлению основных гидродинамических показателей аппарата, а также эффективности процессов массообмена были проведены нами на лабораторной установке, схема которой представлена на рис. 2.

Рисунок 2. Схема установки

Зоны смешения экстрактора моделируют стеклянные обечайки 4, 14 и 15, сквозь которые можно визуально наблюдать протекающие в них процессы (дробление капель дисперсной фазы, поведение пузырей воздуха на перемешивание и др.). Легкая фаза, расход которой регулируется ротаметром 7 и вентилем 6, подается в аппарат из емкости ЛФ с помощью насоса 2, а тяжелая фаза, расход которого регулируется ротаметром 15 и вентилем 13, поступает из емкости ТФ через отверстия в нижнем конце трубки 10. При совместном движении фаз снизу вверх внутри обечайки 4, сверху вниз внутри обечайки 14 и снизу вверх внутри обечайки 15 жидкости интенсивно перемешиваются подаваемым от воздуходувки 28 инертным газом, расход которого регулируется ротаметром 9 и вентилем 8. Смесь жидкостей после аппарата собирается в емкости ТФ. Смесь жидкостей разделяется на легкую и тяжелую фазы в емкости 31, в которой также отделяется от жидкостей инертный газ, который выводится из установки через патрубок 16.

Для определения истинных размеров капель дисперсной фазы и пузырей газа используется фотоаппарат 22, а уровень расслаивающихся в емкости 31 жидкостей контролируется с помощью уровнемера 17 для регулирования стока тяжелой жидкости в емкость 30 вентилем 29.

На данной установке были осуществлены эксперименты по определению многих гидродинамических показателей многоступенчатого барботажного экстрактора. Скорость истечения тяжелой жидкости в смесь жидкостей и газа через отверстия трубки можно рассчитать по следующему уравнению [2]:

где r_см – плотность смеси легкой и тяжелой жидкостей, кг/м 3 ;

j – объемное газосодержание;

r_Т – плотность тяжелой жидкости, кг/м 3 ;

x – коэффициент сопротивления отверстия в трубке 10.

Поскольку для конкретной жидкостной системы все величины, входящие в (1), будут постоянными, кроме j, то производительность экстрактора по тяжелой жидкости зависит именно от газосодержания j .

При прямоточном движении жидкости и инертного газа объемное газосодержание определяется по зависимости [6]:

, (2)

а при противоточном движении жидкости и инертного газа объемное газосодержание можно определить по зависимости:

, (3)

где ω_ж – приведенная скорость жидкости, м/с;

φ 1 – газосодержание в неподвижной жидкости.

Для расчета φ 1 предложено эмпирическое уравнение:

где ω_г – приведенная скорость газа в зоне смешения, м/с.

Выводы. Перемешивание несмешивающихся жидкостей проводилось в зоне смешения типа зиг-заг. Это позволит увеличить время интенсивного перемешивания и повысить эффективность процесса экстракции. Объемные параметры газа в зоне смешения экстрактора j важны для проектирования аппарата, поэтому размеры зон аппарата определяются в зависимости от них. В результате проведенных научных исследований выведены уравнения для определения газосодержания и скорости в зоне смешения в новом созданном аппарате.

Список литературы:
1. Алиматов Б.А. Развитие научно-технических основ конструирования жидкостных экстракторов с пневмоперемешиванием : дис. … д-ра техн. наук. – Ташкент, 2003.
2. Алиматов Б.А., Соколов В.Н., Хурсанов Б.Ж. Влияние газосодержания на производительность барботажного экстрактора по тяжелой жидкости // НТЖ ФерПИ, Scientific-technical journal (STJ FerPI). – 2001. – № 2. – C. 93–94.
3. Затраты энергии при пневматическом и механическом перемешивании несмешивающихся жидкостей / Б.А. Алиматов, Б.Ж. Хурсанов [и др.] // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 3. – C. 111–112.
4. К затратам энергии на пневмоперемешивание жидкостей в экстракционной установке с барботажным экстрактором / Х.М. Садуллаев, Д.М. Матбабаев, Б.А. Алиматов, Б.Ж. Хурсанов // НТЖ ФерПИ, Scientific-technical journal (STJ FerPI). – 2003. – № 4. – C. 85–88.
5. Многоступенчатый барботажный экстрактор // Патент РФ № 2658053, кл. В01д11/04. 2018. / Алиматов Б.А., Хурсанов Б.Ж.
6. Шендеров Л.З., Дильман В.В. Движение газа в барботажных реакторах // Теоретические основы химической технологии. – 1988. – № 4. – С. 496–510.

Извлечение металла из шлаковых отвалов

В результате доменной плавки получаются: основной про­дукт— чугун и побочный продукт — шлак и доменный газ.

Чугун идет для дальнейшего передела на сталь в мартенов­ские, электросталеплавильные, бессемеровские и томасовские це­хи, а также для отливок.

Газ используется как в самом доменном цехе для нагрева воз­духонагревателей, так и в качестве топлива в тепловых агрегатах (котельных, нагревательных и других печах).

При выплавке чугуна в доменных печах в зависимости от ка­чества руд и сорта выплавляемого чугуна в среднем образуется около 0,6 т шлака на тонну выплавленного металла.

В зависимости от наличия в составе шлака тех или иных окислов шлаки принимают ту или иную окраску.

Небольшие примеси закиси железа и марганца в кислом шлаке придают ему желтый и зеленый оттенки. Шлаки расстроенного хода печи с большим содержанием окислов железа становятся более темным» и даже черными. Шлаки с повышенным содержа­нием закиси марганца имеют голубоватые и зеленоватые цвета различных оттенков.

Один литр доменного шлака в жидком виде весит от 1,8 до 2,2 кг, один литр шлака при «стылом» ходе печи—темного и черного цвета — вследствие большого содержания окислов железа весит до 3,5 кг.

Нормальные доменные шлаки при выплавке различных видов чугуна имеют состав, приведенный в табл. 1.

В жидком состоянии в шлаках эти составные компоненты на­ходятся частью в связанном и частью в свободном состоянии в зависимости от температуры и количества тех или других окислов.

При остывании в массе нормальные доменные шлаки образу­ют стеклообразную твердую монолитную породу, сравнительно хрупкую при быстром охлаждении и, наоборот, более прочную при замедленном остываний.

За последнее время из нормальных доменных шлаков на мно­гих заводах организовано производство брусчатки для мощения шоссейных дорог.

Сильно основные шлаки с большим содержанием извести, осты­вая, рассыпаются в порошок. Эти шлаки, будучи просеяны через сито с мелкими отверстиями, применяются как добавочный ма­териал, обладающий хорошими связующими свойствами, вместе с цементом и известью для строительных растворов.

На многих заводах доменные шлаки гранулируют, т. е. в жид­ком виде подвергают воздействию воды. Благодаря образованию при этом пара шлак разрывается на мелкие частицы в виде стек­ловидных зерен, образуя песковидный материал.

Доменные шлаки в значительной мере можно использовать при соответствующей обработке их для строительных работ и в каче­стве сырья для производства цемента, шлакового кирпича, шла­ковой ваты, для изготовления растворов шлакобетонов и пр. Не­смотря на это, основная масса доменных шлаков вывозится в жидком виде на шлаковые отвалы.

В отвалах доменных шлаков металлический лом встречается в виде скрапа от чистки желобов, пришедших в негодность метал­лических изделий и чугунных скардовин, образующихся в жело­бах, ковшах и во время неполадок при разливках чугуна.

ОТВАЛЫ МАРТЕНОВСКИХ ШЛАКОВ

Сущность мартеновского процесса заключается в расплавле­нии металлошихты и удалении из жидкого металла примесей (углерода, марганца, кремния, фосфора; серы и др.) до пределов, определяемых маркой выплавляемой стали.

В сталеплавильные печи задают чугун, стальной (и чугунный) лом, стружку, руду, флюсы (известняк) и раскислители, к кото­рым относят ферромарганец, ферросилиций, зеркальный чугун и др. Благодаря применению соответствующих материалов и со­блюдению технологии каждая плавка, получаемая в сталепла­вильных агрегатах, должна соответствовать химическому составу и качеству в зависимости от требований заказа.

Шлак в мартеновской ванне для свободного выделения газов при кипении ванны, а также нормального протекания технологи­ческого процесса плавки должен соответствовать требованиям ин­струкции и обладать определенными свойствами.

На формирование мартеновского шлака оказывают влияние окислы компонентов металлической шихты, флюсы и руда, мате­риалы подины « кладки печи, загрязнения металлической шихты (земля, песок) и пр.

Придание шлаку необходимых свойств достигается введением как в завалку, так и по ходу плавки флюсов — известняка, бок­сита, плавикового шпата, а также железной и марганцевой руды или окалины.

Преобладание в составе сталеплавильных шлаков окислов кремнезема, фосфора, титана, ванадия, железа, хрома делает его кислым, а кальция, магния, закиси железа, марганца — ос­новным.

Кроме того, на образование сталеплавильных шлаков оказы­вает влияние ряд амфотерных окислов, т. е. окислов, меняющих свои химические свойства в зависимости от условий среды, в ко­торой они находятся. К таким окислам относятся Аl2О3 и в неко­торых случаях Mg.

Процесс шлакообразования, по существу, есть процесс нейтра­лизации в расплаве кислотных окислов основными окислами с образованием соответствующих солей. Число соединений шлако-образующих компонентов в передельных шлаках велико и зави­сит от физических и химических условий процесса плавки.

Типичные сталеплавильные шлаки имеют состав, приведенный в табл. 2.

В жидких сталеплавильных шлаках окислы и их составляющие находятся главным образом в связанном состоянии, хотя некото­рая часть их может быть и в свободном виде, в зависимости от физико-химических условий.

Переход шлаков из жидкого состояния в твердое сопровожда­ется рядом изменений как физических, так и химических. Суще­ствующая связь отдельных составляющих шлаков в расплавлен­ном состоянии при этом меняется с образованием новых соедине­ний и многочисленных минералогических систем в зависимости от характера сталеплавильного процесса.

Нормальные основные мартеновские шлаки, затвердевая, как правило, образуют монолитную массу плотного или ноздреватого строения от темно-серого до черного цвета.

В случае содержания большого количества извести, что бывает при специальных мартеновских плавках и при электроплавках, основные шлаки делаются более светлыми, а иногда белыми. Та­кие шлаки под воздействием атмосферной влаги более или менее разлагаются, превращаясь иногда в порошок.

Шлаки томасовского передела, как сильно основные, неустой­чивы. Эти шлаки, как ценное сельскохозяйственное удобрение, от­правляют на переработку.

Кислые мартеновские шлаки при остывании превращаются в плотную стеклообразную массу серого или зеленоватого цвета, прочную и устойчивую, но в значительной мере хрупкую.

Бессемеровские шлаки в твердом состоянии имеют такие же физические свойства, как и кислые мартеновские шлаки с той лишь разницей, что окраска их несколько темнее.

Из перечисленных сталеплавильных шлаков в заводских отвалах в основном встречаются шлаки основного мартенов­ского передела, поскольку он собственно является превалиру­ющим в производстве стали на металлургических предприя­тиях.

На заводах, имеющих доменное производство, основные мар­теновские шлаки, содержащие значительное количество мелких металлических корольков, химически связанное железо и марга­нец, а также окись кальция, с успехом используются в доменной плавке в качестве флюса взамен известняка. За счет этого в до­менном цехе может быть достигнута экономия марганцевой руды и известняка, а также получено дополнительное .количество желе­за н марганца в шихте. Надо, однако, отметить, что, к сожалению, не все заводы используют эти возможности.

Отвалы мартеновских шлаков являются наиболее богатым ис­точником добычи металлических отходов. В мартеновские шлаки попадают и с ними вывозятся в отвалы из сталеплавильных це­хов остатки металла, получаемые при очистке ванн печей после выпуска плавок и подготовки печи к следующим плавкам, а так­же остатки металла после разливки плавок, сливаемые со шлаком в коробки, шлаковые ковши и ямы. Немало металла попадает и в скачиваемые первичные шлаки в начале процесса плавок. Мар­теновских шлаков получается от 10 до 15 % от выплавляемой ста­ли. Шлаки с содержанием большого количества окислов кальция, как указывалось выше, находясь длительное время в отвалах, под влиявшем атмосферной влаги рассыпаются. Обычные же нор­мальные мартеновские шлаки долго сохраняются в виде глыб и прочных кусков, тем более, что в них в большинстве случаев всег­да имеются прослойки металла.

ОТВАЛЫ КОТЕЛЬНЫХ ШЛАКОВ

На всех металлургических заводах обычно имеются крупные энергетические хозяйства с значительным количеством котельных установок, отапливаемых, как правило, энергетическими углями. Кроме того, каменным углем нередко отапливают на многих заво­дах прокатные нагревательные печи, а также газифицируют его для получения генераторного газа. В результате этого на метал­лургических заводах ежесуточно получается большое количество зольных отходов.

В настоящее время на ряде заводов некоторое количество ко­тельных шлаков используется для производства строительных шлакоблочных камней, в качестве материала для шлакоцементных стеновых материалов и для других разнообразных строительных работ. Однако значительная часть заводских зальных шлаков все же вывозится за черту завода в специально подобранные низко расположенные участки, где и сваливается в специальные отвалы котельных и зольных шлаков. Такие отвалы состоят в основном из рыхлых мелках материалов.

Однако на большинстве заводов предпочитают зольные отхо­ды вывозить в имеющиеся доменные или мартеновские отвалы, не отводя для ник специальных мест. Металлический лом в зольных отходах тоже встречается, хотя и в небольших количествах.

СМЕШАННЫЕ ОТВАЛЫ

Смешанные отвалы образуются в том случае, когда отходы всех производств вывозятся в одно место.

Сливание жидких доменных шлаков на шлаки и отходы дру­гих цехов превращает всю массу в монолит. Для его рыхления приходится применять взрывчатые вещества. При разработке сме­шанных отвалов, на которые вывозится также мусор из цехов за­вода, часто приходится разрабатывать участки отвалов, в которых почти не содержится металла, или разрабатывать скалистую мо­нолитную массу, трудно поддающуюся разработке. В смешанных отвалах иногда попадается мартеновский шлак с большим содер­жанием металла в виде остатков его в коробках со шлаком или в виде чистого скрапа, а также другие крупные металлические от­ходы, попавшие с мусором.

МУСОРНЫЕ ОТВАЛЫ

В металлургическом производстве в доменных, мартеновских, прокатных цехах мусор всегда смешивается с металлом. Мусором в металлургических цехах являются отходы огнеупоров в виде боя кирпича и сифонных изделий, обломков шлака, остатков раство­ров и прочих поделочных материалов. В мусор иногда попадают после ремонтов агрегатов старые детали — шестерни, болты, смя­тые листы, сутунки, мелкие скардовины , литники, куски металла и пр. — все это собирают в мусорные коробки и высыпают в ваго­ны, которые затем разгружают в отвалы.

Мусорные отвалы часто имеют значительную высоту и зани­мают большие площади.

СОДЕРЖАНИЕ МАТАЛЛА В ОТВАЛАХ

По содержанию металла в отвалах наиболее богатыми явля­ются, как правило, шлаковые отвалы мартеновского производства, содержание лома в которых доходит до 150—250 кг на 1 ж 3 шлака.

На втором месте по наличию металлоотходов стоят смешан­ные отвалы, в которых в 1 м 3 содержится от 100 до 200 кг лома. В мусорных и доменных отвалах имеется меньше всего металла — от 5 до 25 кг на I м 3 шлаков. В отвалах котельного шлака поч­ти не содержится лома.

Металлоотходы в мартеновские и смешанные отвалы попадают различными путями.

На некоторых заводах, как указывалось выше, мартеновские шлаки сливают прямо в ямы у печей. Для того, чтобы после ос­тывания шлака легче было убрать из этих ям шлаковые «козлы» (застывший шлак), предварительно до выпуска плавок и до сли­вания шлака в приготовленные ямы устанавливают металличе­ские центровые литники от старых плавок, полученные после раз­борки канавы. В этих случаях установленные литники (их ставят по 2—3 штуки) вместе со шлаковыми козлами отвозят на свал­ку — отвал мартеновских шлаков. В шлаковые «козлы», кроме того, зачастую попадает лишний металл из ковшей и выплески из печей при заправках подин, доходящие повесу иногда до несколь­ких тонн.

На других заводах, где шлаки в мартеновских цехах убирают в шлаковни, ковши, туда при сливе попадают также остатки ме­талла после разливки или выпуска плавки. Затвердевшие глыбы шлака в таких случаях получаются в виде шлакового пирога с прослойками металла.

Во время аварий в мартеновских цехах металл иногда разли­вают в коробки, аварийные ямы, иногда он прямо попадает в ка­наву, заливая приготовленные изложницы, образуя металлические «козлы» большого веса. Такой аварийный скардовин трудно разделывать в цехе, тем более его нужно убрать в очень короткий срок для того, чтобы освободить место для следующей плавки, в связи с чем эти «козлы» быстро вывозят из цеха.

В прошлом, когда сжатый кислород на заводах был в незна­чительных количествах и взрывные работы для разделки лома не применялись, такие козлы вывозили на шлаковые отвалы или в специально выкопанные ямы. Поэтому на старых шлаковых отва­лах иногда находят тяжеловесные металлические монолиты.

В мартеновские и смешанные отвалы металл попадает из мар­теновских цехов и в виде различного скрапа и металлических от­ходов после разливки: центровые, литники, скардовины, сплески, ковшовые и желобовые настыли. Иногда из цехов случайно с му­сором вывозят на отвалы даже сутунки, концы прокатных изде­лий, листовую обрезь, чушки чугуна, чугунное крошье, сварочные шлаки, окалину, стружку, детали, полуфабрикаты и другой метал­лический лом.

В мусорные отвалы попадают детали от ремонта оборудования или случайно вывезенные с мусором металлургическая продукция и другие отходы, убираемые с заводской территории вместе с му­сором, особенно при очистке транспортных путей.

В отвалах доменных шлаков металл встречается в виде чугун­ных козлов, скрапа, ковшовых и желобовых настылей.

В отвалах котельного шлака, как уже указывалось, металл встречается в небольших количествах и изредка в виде случайно вывезенных вместе со шлаком старых деталей оборудования ко­тельных или случайно попавших металлических предметов.

Попадание металла в отвалы объясняется отсутствием долж­ного внимания к металлоотходам и сбору его в местах образова­ния.

Извлечение d-металлов из бедных руд и отвалов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Великанова Л. Н., Семченко В. В., Хентов В. Я.

Великанова Л.Н., Семченко В.В., Хентов В.Я. Извлечение d-металлов из бедных руд и отвалов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2006. № 4. С. 40-42. Рассмотрены прикладные возможности донорно-акцепторного взаимодействия металла с органическим лигандом для вскрытия руд с низким содержанием минерального сырья. Определены кинетические параметры процессов извлечения меди, ванадия, серебра, железа в растворе салицилальанилина в диметилформамиде. Обсуждается экологическая эффективность предлагаемого метода сольватопереработки. Табл. 2.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Великанова Л. Н., Семченко В. В., Хентов В. Я.

Геолого-экономические и организационные аспекты формирования программ развития горно-обогатительных комбинатов медной промышленности на основе внедрения гидрометаллургических технологий переработки руд и концентратов

Управление качеством сточных вод и выщелачивающих растворов при химической рекультивации отвалов руд и пород цветной металлургии

Полезные компоненты в рудах медистых песчаников Кодаро-Удоканской зоны (восточное Забайкалье) и технологии их извлечения

Velikanova L.N., Semchenko V.V., Khentov V.Y. Extraction of D-Metals from Base Ores and Spoils // Higher School News. The North-Caucasian Region. Technical Sciencеs. 2006. № 4. Рp. 40-42. The applied capabilities of donor-acceptor interaction of metal with organic ligand for opening ores with low contents of mineral raw materials have been considered. The kinetic parameters of extracting copper, vanadium, silver, iron in salicylalanilin solution in dimethylformamide have been defined. The ecological efficiency of the solvate treatment method proposed is discussed. 2 Tables.

Текст научной работы на тему «Извлечение d-металлов из бедных руд и отвалов»

растворов, в отличие от системы хромитов меди и никеля, где данный процесс обусловлен изменением параметра обращенности шпинели. Отметим, что степень обращенности хромитов меди и никеля невелика - до 15 %.

Полученные данные свидетельствуют о каталитическом характере воздействия добавок шпинелей системы Си1-х№хСг204 на процесс термического разложения нитрата аммония. Составы, отвечающие мультикритической области фазовой диаграммы, оказались наиболее каталитически активны, что может быть связано с существованием в этом интервале концентраций структурно неустойчивых фаз. Для морфотропной области установлено снижение каталитической активности шпинелей.

Анализ полученных зависимостей позволяет сделать вывод о влиянии на энергию активации твердого вещества не только структуры, но также его фазового состояния.

Рис. 4. Зависимость энергии активации реакции разложения нитрата аммония от содержания хрома в твердом растворе 7пГе2.1Сгг04

Для системы СиьдЖ.Сг^ на зависимости энергии активации от содержания катионов никеля характерен четко выраженный минимум, который приходится на мультикритическую область (рис. 3). В окрестности такой особой точки фазовой диаграммы сталкиваются противоположные тенденции искажения решетки, описанные выше, и симметрия многогранника еще более понижается. По-видимому, сильные искажения координационных многогранников способствуют образованию активных центров, повышающих каталитическую активность вещества.

1. Hideaki Inaba, Haruyoslu Yagi, Keiji Naito // J. of solid state chem. 1986. Vol. 64. P. 67-75.

2. Иванов В.В., Кирсанова А.И., Нис Я.З. и др. // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1991. Т. 27. № 5. С. 10511054.

3. Горшков В.С., Тимашев В.В., Савельев В.Г. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. М., 19881.

4. Крупинка С. Физика ферритов и родственных им магнитных окислов. В 2 т. Т. 1. М., 1976.

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

14 марта 2006 г.

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ¿-МЕТАЛЛОВ ИЗ БЕДНЫХ РУД И ОТВАЛОВ © 2006 г. Л.Н. Великанова, В.В. Семченко, В.Я. Хентов

В настоящее время основными сырьевыми источниками для производства меди гидрометаллургическим способом являются руды, концентраты и штейны, огарки, металлическое вторичное сырье. В зависимости от формы нахождения меди руды разделяют на сульфидные, окисленные и смешанные.

На сегодня значительно сократилось количество добываемых руд с высоким содержанием металлов. Так, рентабельный минимум при переработке руд составляет: 0,4 - 0,25 % меди, 0,1 - 0,05 % ванадия. Положение осложняется возросшими требованиями к охране окружающей среды. Отвалы

создают серьезную экологическую проблему, загрязняя атмосферный воздух, поверхностные и подземные воды, а также почвенный покров в районе их размещения.

Поскольку извлечение металлов из отвалов и бедных руд гидрометаллургическим способом нерентабельно, представляет интерес разработка новых методов извлечения металлов из такого сырья.

Растворению в донорно-акцепторной системе, включающей апротонный растворитель и органический лиганд, подвергались следующие типы руд, имеющие промышленное значение:

1. Сульфидные руды, содержащие минералы: халькозин, ковеллин, борнит, халькопирит с содержанием меди 0,5 - 0,7 %.

2. Окисленные руды, в которых медь представлена минералами: теноритом, купритом, малахитом, с содержанием меди 0,4 - 0,7 %.

3. Отвалы, содержащие смешанные руды с содержанием меди 0,27 %.

4. Синтезированная шпинель состава СиРе204. Химически чрезвычайно инертна, растворима только в концентрированных серной и соляной кислотах при нагревании. Ее образование в пирометаллургических процессах крайне нежелательно, так как полученная шпинель не поддается дальнейшей переработке.

5. Ванадинит, содержащий 0,1 % ванадия.

6. Аргентит с содержанием серебра 1,9 %.

Для осуществления процесса образцы рудного сырья различной дисперсности из отвалов, шпинелей и тонковкрапленных минералов заливались раствором салицилальанилина (СА) в диметилформамиде (ДМФА) и тщательно перемешивались. При исследовании кускового выщелачивания из образцов крупностью фракций 50 % класса 7,8 мм металл извлекался без перемешивания в течение 5 сут с соотношением фаз Т : Ж, равным 1 : 5. Образцы сырья взяты из отвалов обогатительной фабрики ОАО «Североникель». При определении скорости процесса растворения выбирали линейный участок зависимости оптической плотности раствора от времени, угол наклона которого зависит от скорости процесса растворения.

Железо-медная шпинель синтезировалась методом спекания соответствующих оксидов при температуре 1473 К. Состав шпинели подтвержден рентгено-фазовым анализом. Растворению подвергались специально подготовленные образцы - таблетки площадью 1 см2.

В табл. 1 представлены кинетические данные извлечения металла в заданных условиях. Из сульфидных руд медь извлекается с более высокой скоростью по сравнению с оксидными рудами. Наибольшая скорость извлечения характерна для халькозина, ковел-лина и халькопирита. При этом степень извлечения составляет 37 - 85 %. Серебро и ванадий также растворяются со значительными скоростями и степенями извлечения. С низкими скоростями извлекается железо из сидерита, гематита и, особенно, магнетита, что указывает на селективность процесса извлечения. Применение донорно-акцепторных систем может быть использовано для извлечения меди из шпинели.

Из графических зависимостей ЫУ0 = / (1//), где У0 -скорость процесса растворения, (моль/(г-ч)), / - время, (ч), определены значения кажущейся энергии активации процесса. На основании экспериментальных данных можно сделать предположение о том, что реакция металла в руде с лигандом протекает в кинетическом режиме в условиях перемешивания (энергия активации равна 40 - 70 кДж/моль). Исключение составляет халькозин, кажущаяся энергия активации которого составляет 18 ± 1 кДж/моль.

В табл. 2 представлены данные по влиянию на скорость и другие показатели процесса выщелачивания руд различных факторов. При кусковом выщелачивании борнита и малахита скорости извлечения невелики, но резко возрастают при увеличении дисперсности и перемешивании пульпы. Увеличение концентрации лиганда с 0,05 до 0,1 моль/л приводит к повышению скорости извлечения меди из куприта с 19-10-5 до 42,5-10-5 моль/(г • ч), а степени извлечения с 37 до 80 %. С увеличением температуры с 20 до 30 °С скорость растворения борнита возрастает с 21-10-5 до 45-10-5 моль/(г-ч), а степень извлечения меди - с 42 до 86 %.

Кинетические характеристики извлечения металлов из отходов переработки (концентрация СА - 0,05 моль/л, температура 298 К)

Образец руды Формула Скорость, V • 105 моль/(г-ч) Еа, кДж/.моль Степень извлечения, % ПДК, мг/м3

Халькопирит CuFeS2 64 53 ± 2 37,61 0,01

Халькозин Cu2S 148 18,3 ± 1 81,39 -

Ковеллин CuS 76 38,9 ± 2 85,60 0,001

Борнит Cu5FeS4 22 117 ± 3 47,60 -

Куприт Cu2O 19 36 ± 1 63,33 0,002

Тенорит CuO 59 68 ± 2 70,60 -

Малахит (CuOH)2CO3 24 43 ± 4 79,89 -

Шпинель CuFe2O4 3,33 171 ± 3 72,47 0,2

Гематит Fe2O3 3,75 98 ± 2 76,70 0,3

Магнетит Fe3O4 0,13 87 ± 3 69,59 0,9

Сидерит FeCO3 1,5 69 ± 2 72,34 0,2

Ванадинит Pb5[VO4]3Cl 58 45 ± 4 50,71 0,002

Аргентит Ag2S 183 - 76,00 -

Растворение медьсодержащего сырья в системах СА - ДМФА и в промышленных водных растворах,

Название Борнит Халькозин Ковеллин Халькопирит Куприт Малахит

Формула С%РеВ4 Cu2S CuS CuFeS2 Cu2O Си(0Н)2 • СиС03

Крупность, мм 7,8 0,05 0,34 0,34 0,34 7,8

Перемешивание, об/мин нет 200 200 200 200 нет

Температура, °С 20 30 30 20 30 20

Концентрация лиганда, моль/л 0,05 0,01 0,01 0,01 0,1 0,05

Отношение Т : Ж 1 : 5 1 : 30 1 : 30 1 : 30 1 : 60 1 : 5

Скорость, 1Ч05 моль/(г-ч) 1,91 148 95 64 42,5 24

Степень извлечения, % 88 95 79 71 80 43

Время извлечения 5 сут. 3 ч 3 ч 3 ч 2,5 ч 24 ч

В промышленных растворах, содержащих 1 - 5 % Н2Б04, при Г = 35 °С.

Крупность, мм 0,147 0,147 0,147 0,044 0,147 0,147

Степень извлечения, % 27 30 26 30 50 100

Время извлечения 4 сут. 14 сут. 35 сут. 40 сут. 1 ч 1 ч

Анализ данных табл. 1 и 2 позволяет сделать вывод, что указанные руды могут быть переработаны в неводных растворителях, но каждый тип руды требует индивидуального выбора условий сольватопереработ-ки с целью подбора оптимальных основных факторов процесса. Сольватопереработка может осуществляться как в условиях чанового выщелачивания с применением перемешивания, так и в условиях кучного выщелачивания без перемешивания, но для достижения приемлемой степени извлечения металла время выщелачивания возрастает с 3 ч до 5 сут. Выщелачивание же данных материалов в промышленных растворах, содержащих серную кислоту, требует значительно большего времени обработки (4 - 40 сут), при этом степень извлечения не превышает 30 %, за исключением тенорита и малахита.

Исследование химизма процесса (спектральные исследования) свидетельствует о том, что процесс извлечения протекает ступенчато. Первоначально образуется комплексное соединение одновалентной меди, которая затем окисляется кислородом воздуха до двухвалентного состояния.

Дальнейшее извлечение металла осуществляется при отгонке растворителя, оставшиеся комплексные соединения подвергаются пиролизу при 160 - 200 °С с образованием металлов и их оксидов.

Сравнение донорно-акцепторных систем с традиционно используемыми водными системами, применяемыми в гидрометаллургии меди, свидетельствует об экологичности и технологичности предлагаемого сольватометаллургического метода. Например, при использовании аммиачных растворов (ПДК аммиака -20 мг/м3) требуется герметичная аппаратура, развитая система утилизации газовых потоков. Аммиак образует с воздухом взрывоопасные смеси при содержании по объему 15 - 28 % аммиака. Цианистые растворы,

несмотря на высокую экстрагирующую способность и селективность, отличаются высокой токсичностью (ПДК цианида калия - 0,3 мг/м3), дороговизной и большими расходами реагентов. Серная кислота активно реагирует с известняками, сопутствующими и вскрышными породами, что ведет к перерасходу реагента и загрязнению конечного продукта (ПДК серной кислоты - 1 мг/м3).

К достоинствам сольватометаллургического метода по сравнению с гидрометаллургическим следует отнести:

1. Высокие скорости растворения минералов и высокие степени извлечения.

2. Исключение использования в технологическом процессе водных ресурсов, а следовательно, исключение их загрязнения. Вместо воды применяется замкнутый цикл: отгонка растворителя и возвращение его в оборотное сольватоснабжение.

3. Экологическая эффективность процесса. Исключается применение агрессивных реагентов, кислот, цианидов, аммиака, традиционно применяемых в гидрометаллургии при выщелачивании ^-металлов.

4. Возможность проведения процесса при низких температурах.

5. Высокая селективность процесса, отсутствие взаимодействия раствора с 5- и /»-элементами и вскрышными породами.

6. Возможность извлечения ^-металлов из самородных вкраплений, а не только из их соединений, что позволяет заменить цианиды на основания Шиффа.

7. Отсутствие коррозионных агентов по отношению к используемой аппаратуре.

8. Процесс не требует предварительной дорогостоящей обработки рудного сырья (флотации, в которой в качестве флотирующих агентов предложено использование оснований Шиффа и оксимов).

Экстракционное извлечение редких металлов из отвалов ГОК Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ЖИДКОСТНАЯ ЭКСТРАКЦИЯ / РЕДКИЕ МЕТАЛЛЫ / УВЕЛИЧЕННОЕ ВРЕМЯ КОНТАКТА / РАСХОД ЭНЕРГИИ / БАРБОТАЖ / НЕПРЕРЫВНЫЙ РЕЖИМ / УДЕЛЬНЫЕ ЗАТРАТЫ ЭНЕРГИИ / МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ БАРБОТАЖНЫЙ ЭКСТРАКТОР / ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССА МАССООБМЕНА / LIQUID EXTRACTION / RARE METALS / INCREASED CONTACT TIME / ENERGY CONSUMPTION / BUBBLING / CONTINUOUS OPERATION

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Хурсанов Бойкузи Журакузиевич, Алиматов Баходыр Абдуманнонович

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Хурсанов Бойкузи Журакузиевич, Алиматов Баходыр Абдуманнонович

Анализ результатов исследований по определению газовой подушки газораспределительного устройства барботажного экстрактора

Современные тенденции совершенствования конструкций пленочных аппаратов для фотоавтотрофного биосинтеза светозависимых микроорганизмов

Характеристика малотоннажной установки для экстракции сапонинов из корней мыльнянки Saponaria officinalis L

EXTRACTION OF RARE METALS FROM DUMPED FILL

The article investigates the liquid extraction of valuable and rare metals from dumps of mining and metallurgical plants in an extractor with an increased contact time . The design, the principle of operation of a bubbler extractor with an increased contact time based on pneumatic mixing are studied. The hydrodynamic parameters of continuous extraction without loss of valuable metals in the apparatus are studied.

Текст научной работы на тему «Экстракционное извлечение редких металлов из отвалов ГОК»

МЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

ЭКСТРАКЦИОННОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОТВАЛОВ ГОК

Хурсанов Бойкузи Журакузиевич

ст. преподаватель, Ферганский политехнический институт,

Республика Узбекистан, г. Фергана E-mail: b.xursanov@ferpi. uz

Алиматов Баходыр Абдуманнонович

д-р техн. наук, проф., Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова,

РФ, г. Белгород E-mail: aba02101949@rambler. ru

EXTRACTION OF RARE METALS FROM DUMPED FILL

Senior Lecturer, Ferghana Polytechnic Institute, Republic of Uzbekistan, Ferghana

Doctor of Technical Sciences, Professor, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov,

При извлечении тяжелых, редких, рассеянных и благородных металлов методами гидрометаллургии основополагающими критериями выбора типа экстракционного аппарата являются небольшие удельные затраты энергии для осуществления процесса экстракции, а также обеспечение требуемого для проведения процесса времени контакта реагирующих жидко стей [1].

Этим требованиям в полной мере отвечают жидкостные экстракторы с пневмоперемешиванием или барботажные экстракторы. С точки зрения затрат удельной энергии на осуществление процесса экстракции подобные аппараты расходуют до 3,5-4,0 раз меньше электрической энергии по сравнению с

экстракторами, в которых перемешивание жидкостей осуществляется с помощью различных мешалок [4;

Рисунок 1. Многоступенчатый барботажный экстрактор

Работает экстрактор следующим образом. Легкая жидкость через нижний срез газораспределительной

насадки 7 поступает во внутрь патрубка 3. Туда же через отверстия 10 переточных трубок 9 из отстойной части вышележащей секции-отстойника поступает тяжелая жидкость. При совместном движении смеси жидкостей снизу вверх внутри патрубка 3, далее сверху вниз между патрубками 3 и 5, затем снизу вверх между патрубками 5 и 6, наконец сверху вниз между патрубками 4 и 6 жидкости интенсивно перемешиваются барботирующим инертным газом, который поступает в патрубок 3 через отверстия 8 газораспределительных насадок 7. В верхней части пространства между патрубками 5 и 6 пузырьки газа отделяются от смеси жидкостей и газ выходит в зазор между верхней перегородкой секции-отстойника и верхним срезом патрубка 4, откуда поступает в смесительные устройства вышележащей секции-отстойника. Смесь жидкостей выходит между патрубками 4 и 6 в отстойную часть секции-отстойника, где капли тяжелой жидкости оседают в сплошной слой, границу которого определяет высота поднятия переточных трубок 9 над перегородкой 2, которая делит корпус экстрактора 1 на отдельные секции-отстойники.

Устанавливая между патрубками 3 и 4 любое четное число дополнительных концентрических патрубков, каждый нечетный из которых, начиная с самого внутреннего, устанавливается с зазором к нижней перегородке секции, а каждый четный - с зазором к верхней перегородке секции, можно обеспечить любое необходимое время контакта реагирующих жидкостей.

Рисунок 2. Схема установки

Зоны смешения экстрактора моделируют стеклянные обечайки 4, 14 и 15, сквозь которые можно визуально наблюдать протекающие в них процессы (дробление капель дисперсной фазы, поведение пузырей воздуха на перемешивание и др.). Легкая фаза, расход которой регулируется ротаметром 7 и вентилем 6, подается в аппарат из емкости ЛФ с помощью насоса 2, а тяжелая фаза, расход которого регулируется ротаметром 15 и вентилем 13, поступает из емкости ТФ через отверстия в нижнем конце трубки 10. При совместном движении фаз снизу вверх внутри обечайки 4, сверху вниз внутри обечайки 14 и снизу вверх внутри обечайки 15 жидкости интенсивно перемешиваются подаваемым от воздуходувки 28 инертным газом, расход которого регулируется ротаметром 9 и вентилем 8. Смесь жидкостей после аппарата собирается в емкости ТФ. Смесь жидкостей разделяется на легкую и тяжелую фазы в емкости 31, в которой также отделяется от жидкостей инертный

газ, который выводится из установки через патрубок 16.

2 g2 ■ h [Рт -Рсм (1 -ф)]

где рсм - плотность смеси легкой и тяжелой жидкостей, кг/м3;

р- объемное газосодержание; ргг - плотность тяжелой жидкости, кг/м3; ^ - коэффициент сопротивления отверстия в трубке 10.

Поскольку для конкретной жидкостной системы все величины, входящие в (1), будут постоянными, кроме р, то производительность экстрактора по тяжелой жидкости зависит именно от газосодержания р.

где Юж - приведенная скорость жидкости, м/с; ф1 - газосодержание в неподвижной жидкости. Для расчета ф1 предложено эмпирическое уравнение:

где Юг - приведенная скорость газа в зоне смешения, м/с.

Выводы. Перемешивание несмешивающихся жидкостей проводилось в зоне смешения типа зигзаг. Это позволит увеличить время интенсивного перемешивания и повысить эффективность процесса экстракции. Объемные параметры газа в зоне смешения экстрактора р важны для проектирования аппарата, поэтому размеры зон аппарата определяются в зависимости от них. В результате проведенных научных исследований выведены уравнения для определения газосодержания и скорости в зоне смешения в новом созданном аппарате.

1. Алиматов Б.А. Развитие научно-технических основ конструирования жидкостных экстракторов с пневмопе-ремешиванием : дис. . д-ра техн. наук. - Ташкент, 2003.

2. Алиматов Б.А., Соколов В.Н., Хурсанов Б.Ж. Влияние газосодержания на производительность барботажного экстрактора по тяжелой жидкости // НТЖ ФерПИ, Scientific-technical journal (STJ FerPI). - 2001. - № 2. - C. 93-94.

3. Затраты энергии при пневматическом и механическом перемешивании несмешивающихся жидкостей / Б.А. Алиматов, Б.Ж. Хурсанов [и др.] // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2011. - № 3. - C. 111-112.

4. К затратам энергии на пневмоперемешивание жидкостей в экстракционной установке с барботажным экстрактором / Х.М. Садуллаев, Д.М. Матбабаев, Б.А. Алиматов, Б.Ж. Хурсанов // НТЖ ФерПИ, Scientific-technical journal (STJ FerPI). - 2003. - № 4. - C. 85-88.

5. Многоступенчатый барботажный экстрактор // Патент РФ № 2658053, кл. В01д11/04. 2018. / Алиматов Б.А., Хурсанов Б.Ж.

6. Шендеров Л.З., Дильман В.В. Движение газа в барботажных реакторах // Теоретические основы химической технологии. - 1988. - № 4. - С. 496-510.

Читайте также:

  
• Огнезащитная обработка металлических конструкций нормативный документ
  
• Расход металла на изготовление металлоконструкций в смете
  
• Лачетти металлический звук при разгоне
  
• Газовая резка металла технология
  
• Можно ли хранить кофе в металлической банке