автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Автоклавная переработка медных штейнов

УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХКИЧЕСКШ ИНСТИТУТ им.С.М.КИРОВА

Для служебного пользования Экз. Я

На правах рукописи

ЭРГАПЕВ Улугбек Абдурасуловнч АВТОКЛАВНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ¡.ЕДНЫХ ШТЗЛНСВ

Специальность 05.16.03 - Металлургия цветных

и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург ¿993

-1 / ■) А/ }

Работа выполнена на кафедре металлургии тяжелых цветных металлов Уральского политехнического института им.С.М.Кирова.

Научный руководитель - академик ИА России, профессор,

доктор технических наук, С.С.Набойченко

Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук ° В.'/.Деев;

доцент, кандидат технических наук Г.О.Черкасов

Ведущее предприятие - СреднеуральскиЯ медеплавильный

завод.

Защита состоится ___ 1993 г. в

на заседании специализированного совета Д-063.14.03 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.I5.C3 - Металлургия цветных и редких металлов при Уральском политехническом институте км.С.М.Рагрова.

Ваш отзыв в I экз., заверенный гербовой печатью, просим отправить по адресу: 620002, г.Екатеринбург, К-2, УПИ им. С.М.Кирова, тел.44-65-74.

Автореферат разослан ^¿„^У^-^_______ 1993 г.

Ученый секретарь

специализированного совета,

доцент, кандидат технических

наук

Е.И.Елисеев

ОЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных путей совершенствгва-ния технологии производства меди является внедрение автогенных видов плавки сульфидного сырья, позволяющих полнить концентрированные серусодержацие газы и штейны с повышенным содержанием меди. Однако последующая переработка штейнов характеризуется применением ряда громоздких операций (конвертирование, огневое и электролитическое рафинирование).

Представляется интересным изыскание гидрометаллургических способов переработки медных стейков, в частности, с использованием автоклавной технологии; последняя обеспечивает когяшексяуга, экологически выдержанную схему получения меди.

Работа посвящена исследованию автоклезного высокотемпературного сернокислотного выщелачивания медных го'ейноз и использованию этой операции з схеме их переработки до товарной продукции.

Работа выполнена по затсаз-наряду на комплексную программу Госкомитета по выспему образовании России "Металл" (тема № 291), по хоздоговору с Медногорским медно-серным комбинатом (тега 8/41, 8/52). . .

■ Цель работы. Изучить кинетику сернокислотного высокотемпературного растворения сульфида меди (I) и его -сплава с сульфидом г.елеза (П) как основных составляющих медных птейков- в автоклавных условиях; определить эффективные pestin.oj высокотемпературного выщелачивания (ВТВ) медных стейнов; проанализировать поведение сопутствующих элементов при БТВ; предложить варианты переработки продуктов в^елачивания с целью извлечения ценных компонентов и технологическую схему в целом.

Впервые" получены кинетические характеристики сернокислотного р^ствррения сульфида ЩМ <15 и сплавов

Си^-ГеЗ в условиях высокотемпературного автоклавного выщелачивания в присутствии ПАЗ. Установлена определяющая роль у нов железа (Ш) в процессе окисления сульфид-иона до элементной серы.

Практическак_ценность. Определены параметры автоклавного высокотемпературного сернокислотного выщелачивания медных стей нов в лабораторном и укрупненко-лабораторном масггабах (автокл вы емкостью I и 24 дм3). Изучено поведение сопутствующих элемс тов по продукта!.*, автоклавной обработки. Уточнены параметры из влечения меди из раствора и флотации кекоь. Подготовлен техноло гический регламент для предпроектной проработки выбора вар;ткт по переработке медных стейнов.

• Изучение закономерностей растворения

сульфидов выполнены с применением методики дисперсных образцов Экспериментальные результаты обработаны с применением методов математической статистики с использованием ЗЗМ. 3 эксперимента ных исследования:-: использованы рентгеноспектралькый, рентгено-структурный, минерал-петрографический, фотоколориметркческий, химический методы анализов.

- особенности гидротермального окисления сульфида меди (I);

- результаты автоклавного высокотемпературного сернокислотного выщелачивания медных стейноз;

-данные о поведении и распределении благородных металлов, редких и других сопутствующих элементов при выщелачивании меди штейнов;

- принципиальная схема переработки медных стейнов.

Апробадия работ. Основные положения диссертации обсуждены на территориальной научно-технической конференции "Новые напрах ления совершенствования технологии производства цветных металле

(а Урале" (Свердловск, 1991) на технических советах института 'Унипрсиедь",. Медногорского медно-серного комбината.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 статьи и :езисы в трудах региональной конференции.

Структтоа_и_об;ьем_рабо7н. Диссертационная работа состоит из ¡ведения, сести глав, списка используемой литературы, вклю«аище-'0 75 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 20 рисунков, 25 таблиц и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

диссертации отражено состояние и тенденция ;азвития металлургии меди, рассмотрены современные пиро- и гидро-юталлургические (автоклавные) способы переработки сульфидных (атериалоз, а также показаны преимущества автоклавного процесса, • фименяемого для этой цели. Призеден анализ автоклавных способов ¡ереработки сульфидных материалов и выявлены преимущества серно-:ислотного способа автоклавного выщелачивания. Изложен обзор лигатурных данных по кинетике раетзорения з сернокислых раство-:ах низшего сульфида меди и сернистого железа - основных состав-гякцих медного стеР.на - в автоклавных условиях.

приводятся результаты исследования кинетики штоклазного растворения сульфида меди (I) и его сплава сульфидом железа (П) в сернокислых растворах.

Исходные сульфиды готовили путем сплавления поропжов•металт юз с элементной серой. Данные рентгеноспектрального и рентгено-¡труктурного анализов подтвердили чистоту и монофазность образцов, соответствующих соединениям Сиг$ , Ге5 . Опыты проводили 1 титановом автоклаве с электромагнитным приводом емкостью I дм3.

При исследовании кинетики растворения порошка сульфида ме-

ди (I) (-0,074+0,063 мкм) изучали влияние температуры (120-140°С), парциального давления кислорода (0,2-0,8 МЛа), начальной концентрации серной кислоты (0,1-0,3 Ы), гидродинамического режима на скорость перехода меди в раствор.

Во всех опытах в начале растворение меди происходило медленно, а затем процесс, ускорялся. Рентгеноструктурным анализом твердого остатка, получаемого на начальном отрезке опыта, обнаружено присутствие Си Б . Эти наблюдения о стадиальном механизме растворения Сиг 5 совпадают с данными ЛГИ (Чугаез Л.В., МасленицкийИ.Н.) Было установлено, что медленная стадия растворения тем короче, чем вьпе температура. Повышение концентрации серной кислоты и парциального давления кислорода благоприятно отражается на удельной скорости растворения; скорость реакции пропорциональна концентрации серной кислоты, парциальному давлению кислорода в степени 0,5, не зависит от интенсивности гидродинамического режима, -все ото и высокое значение экспериментальной энергии активации (114,8 кДж/моль) характерно для процесса, раззиваюцегося в кинетической области.

Анализ остатков растворения Сиа$ на элементную серу (экстракцией четыреххлористкм углеродом) дал отрицательные результаты: по-видимому, процесс растворения протекал с окислерлем серы сульфидной до сульфат-ионов:

Си23 + на50ч"+ \ 0-i- Си^ Ч Си $0Ч + нг0;. • ш Си$ + 202 СлЛОч . (2)

Для оценки влияния сульфида железа (Щ на скорость растворения меди изучена кинемка растзоренкя двойных сплавов Си25 - те5, отличаюцихсл различным содержанием железа.

Скорость перехода меди в раствор с увеличением содержания железа в образце в начале немного растет, а затем начинает снижаться и при [ > 35^ переход меди в раствор уже в начале

пета практически прекращается. Это объясняется экранированием сверхности частиц сульфидов меди с продуктами окисления сульфи-а железа и дефицитом кислоты, связанном с повышенным содержани-м железа в итейне.

Растворение двойных сплавов сульфидов протекало с образова-ием серы элементной, причем его количество в остатках превыша-о массу серы, содержащейся в сульфиде железа. Видимо, только в рисутстзии ионов железа (Ш) растворение низшего сульфида меди ротекает с образованием серы элементной согласно реакции:

Си 5 * 2ГйЗФ= Си4*2f¿\ (3)

?_"2§™ьей_главе приведены результаты лабораторных исследо-аний автоклавного сернокислотного ощелачивания медных итейнов. !спользозали птейны, полученные при кислородно-факельной плавке едного концентрата на Алмалыкском горно-металлургическом ксмби-:ате (АГЖ) и при сократительной плавке на Медногорском медно-ерном комбинате (ММСК).

После измельчения птейноз в паровой мельнице содержание ¡ракции - 74 мкм достигло 8С&. Химический состав стейнов приведи в табл.1.

Таблица I

г

Химический сослав медных штейнов '

Штейны ' !-----------Содержанием,.

_______________________,_______________

•АПШ ! 35,24 ! 33,10

ММСК \ 30,25 \ 35,72

24,65 24,65

х) Содержаниеяругих примесей ( №, ) не превыша-

ло 0,2-0,3^ и их поведение при лабораторных опытах не анализировали.

Основные фазы в штейнах представлены твердыми растворами :ульфидсв меди и железа, типа борнитов (30-35*), сульфидами ме-

ди (I) (25-30?) и железа (I5-205S), металлической медьп (3-5£), а также магнетитом (до 7¡S).

Лабораторные исследования также проведены с пробами медно-никелевого файнштейна (НГЖ) и медно-свинцового птейна (Чимкен скуй свинцовый завод), табл.2. Медь в них представлена в осно ном фазой типа Cu¡,S , железо - в форме feS , а никель - в фор /М, и свинец - в форме Р¿S .

Таблица 2

¡________ Содержание, f______.___ ТКрупнТсть

материалы ! Cu \Hi ! P¿ i fe ¡ S ¡ Lo

----------¡------|----j------¡-------j------1------

0,97

Ыедно- ! 34,1139,ií - ¡3,04 ¡ 22,4

никелевый ¡ ¡ ¡ ¡ {

файнпггейн i i ■ i i

T i i i i i

Медно- | 56,7j - I 16,08 ¡ н/об. 16,8

свинцовый i i i ¡

штейн ¡ ¡ i j i

100л фракции

- 44 мкм

80$ фракции [ - 74 мкм

Опыты проводили в автоклаве с гидродинамическим режимом в числах Я& а 1,5*10^. Исследования по автоклавному сернокислотному выплачиванию медных штейнов (штейны КМСК) проводили как в низкотемпературном (НТВ, <¿«»5), так и в высокохемпера

турком (БТВ, ^гСл ) режимах. Исходный раствор содержал 5 г/дм3 меди и моделировал состав раствора, получаемого после автоклавного осаждения меди. Влияние температуры (для НТВ 80-Н0°С, для ВТВ 130-150°«, давления КиблОрсда (0,2-0,6 ЫПа), расхода кислоты (молярное отношение Нц50,/Си = 0,8-1,2) опред ляли с применением методики статистического плакирования (матр ца 2Э 1153). Влияние крупности материала, гидродинамического ре жима, изменение Ж:Т на показатели выплачивания изучали в- отде них сериях отлов.

При рекомендованных для НТВ параметрах (105-П0°С, Рд^ = 0,6 Ша, Н^Оц/С-и « 1,3) за 4 ч извлекали до 965? Си И тольк 10-15& Ь. ; окисление сульфидной серы до элементной формы сост

8

ило 85-90%. При доизмельчении материала (90% фракции - 44 мкм) ерез I ч выщелачивания извлечение меди возросло с 74 до 81%; ри более интенсивном гидродинамическом режиме (Rß «= 1,8 •10''*) а 3 ч извлекали 98% меди. В конечных растворах содержится,г/дмэ: 0-60 Си , 8-rote , 5,0-8,0 Hi SОц. Выход кека составил 95-100% т массы штейна. Его состав, %: 0,8-1,5Cü; 30-35fe ; 25-30 S , том числе 20-25 S°.

Наиболее существенно влияют на показатели выщелачивания: авление кислорода, крупность материала, интенсивность гидроди-аитеского режима. Это свидетельствует о заметных диффузионных сложнениях в транспорте кислорода, обусловленных образованием руднопроницаемых гидратных и серных оболочек.

Для 31В рекомендованы следующие параметры: I40°C, PQ = 0,6МПа, / Си = 0,9-1,0, расход ПАЗ (концентрат сульфитно-дрожжевой ражки) 3 кг/?. При температурах более 140° С извлечение меди не зменяется, однако снижается выход элементной серы за счет окисей« я ее до сульфатной; в результате возрастает кислотность коечного раствора и увеличивается содержание в нем железа. При нижекии давления кислорода с 0,6 до 0,2 КПа извлечение меди па-,ает с 97-98% до 43-45% и содержание железа в растворе зозраста-'Т с 6-8 до 30-35 г/дм3. При повышении начальной концентрации :ислоты извлечение меди возрастает, но .при з'том возрос и пере-:од в раствор железа; при Н2.50ч/ Си = 1,2 растворилось ка 4-6% юльше железа, чем при HjSOn/.C-u = 0,9-1,0.

Таким образом, при рекомендованных выше параметрах ВТВ за ! ч в раствор извлекали 97-98% Си и не более 10-12% Ге. 'астворы содержат, г/дм3: 50-55 Cii; 6-8fe ; 10-15 h2S0,. Окислеше сульфидной серы до элементно!? достигает 55-60%. Выход кека ¡оставляет 50-65%, состав кека, %: 0,5-2,0Си; 45-50fe ; 25-30S^ s том числе 20-25 5° .

Извлечение меди не ухудшается при увеличении плотности пульпы до Е:Т = 4; при доизмельчении материала до крупности ? фракции -44 икм уже через 1,5 ч извлечение меди достигало 96" а переход железа в раствор не превыаал 125!.

Б сравнении с НТВ высокотемпературный режим выщелачивания стейка обеспечивает:

1) сокращение продолжительности процесса в 2-2,5 разе;

2) уменьшение удельного расхода кислоты на 25-35£;

3) снижение перехода в раствор железа на 20-ЗС&;

4) в 1,3-1,5 раза меньпий выход кека;

5) за счет стабилизации температурного режима упростился контроль за последним к проявляется эффект экзотермических реакций (в течение I ч процесс осуществляется в реж-.ме автотерм;

Показатели по сернокислотному низкотемпературному и высок: температурному выщелачивание со пггейками К5П (АГМК) заметно н1 отличались от результатов, полученных при выщелачивании стейн: сократительной плавки С:СК.

Одни,: из возможна вариантов извлечения меди из раствора является водородное осаждение; по' литературным данным показатг ли осагдения меди улучшаются б присутствии сульфата аммония. Использовали для выщелачивания "модельные растворы, содержащие 25-150 г/дм3 сульфат аммония, б результате уменьшилось выделение сероводорода на стадии приготовления пульпы, возросла в 2-2,5 раза скорость фильтрации конечной пульпы, одкако^.прк [{МД $0ц]> 50-50 г/дм3 извлечение меди начинает уменьшаться и при [(#Нч)г 50ч] = 100-150 г/дм3 оно меньше на 4-6%. По-видимому при повышенной концентрации сульфата аммония увеличивается вяг кость раствора, что снижает растворимость кислорода и процесс окисления сульфида замедллется.

В штейнах, получаемых при переработке цинксодержащих ыедкы

концентратов, цинк на 70-80$ переходит в раствор, что приводит к его накоплению в замкнутых по раствору схемах. При варьировании начального содержания сульфата цинка с 20- до 150 г/дм3 показатели выщелачивания медного-штейна не ухудшились.

Состав медных штейнов в зависимости от типа перерабатываемого сырья и вида плавки колеблется в широких пределах, а на доли сульфидов меди и железа приходится до 80-9Q?. Влияние содержания железа в штейне на показатели его автоклавного выщелачивания исследовали на нескольких составах штейнов. Опыты проводили при 140-2°С, Р0<5= 0,6 МПа, НЛ0Ч/Си = 0,9-1,0; Ж:Т=б, 1 = 24.

Результаты опытов обобщены в виде зависимости

101,94 - 0,13[Гг]шт , (4)

согласно которой с увеличением содержания железа з штейне показатели выщелачивания ухудшаются, особенно при > 40^. Так, при содержании железа в штейне 46,В% извлечение меди ниже на 3-4% и при этом переход в растзор железа на 16-18% больше, чем в опыте со штейном, содержащим

20-4055 Ге .

По нашему мнению это объясняется следующим:

1. Процесс выщелачивания штейнов развивается в условии дефицита кислорода. Чем больше образуется гидратного осадка и элементной серы (выход их пропорционален содержанию сульфидного0 железа в штейне), тем заметнее диффузионные осложнения для доступа кислорода в зону реакции частиц сульфидов. Так, при вкце-лачивании той же пробы при Рд^= 0,8 МПа извлечение меди.возросло на 2-4л в сравнении с извлечением меди при Pq^= 0,6 МПа, а переход железа в раствор уменьшился до 6-8%.

2. При повышенном содержании троилита в штейне. ' в первую очередь, получает развитие реакция его растворения, что приводит к значительному понижению кислотности^и замедляет растворение сульфидов меди. Но при более длительном выплачивании бла-

годаря гидролизу ионов -Ге ("О регенерируется кислота и за 2,5 ч извлечение меди возрастает до 97? (рис.1).

Влияние содержания железа в штейне на кинетику его растворения уточняли в отдельной серии опытов (см.рис Л). При содержании железа в штейне, равном 30£, за 2 ч извлекали 95% Си, а при Г-£"с.]щ.т = 15% для достижения того же извлечения меди достаточно 1,5 ч. Эти данные подтверждают результаты опытов, полуденные с использованием модельных штейнов переменного состава (гл.2). Таким образом, для автоклавного сернокислотного высокотемпературного выщелачивания наиболее предпочтительны медные штейны, содержащие не более 35-40£ -Тс .

Нами проверена применимость режима выщелачивания, предложенного для переработки медных штейнов для выщелачивания других разновидностей медьсодержащих штейноЕ - медно-никелевого файн-штейна и медно-евкнцового тптейна.

Т,г.

3 2 i

■Рис.1.Продолжительность выщелачивания, необходимая длядостижения извлечения меди [1-97%, ¿-98%, 3-99%) в зависимости от содержания железа в штейне

3 опытах с медно-никелевым файнпггейном проверяли два вари-1нта:

1. Коллективный перевод в раствор меди и никеля, для чего )зсход кислоты обеспечивали из расчета (в молярном отношении) |2 SC4 / Си + Ы1 = 1,0.

2. Селективный перевод в раствор никеля и соответственно ;асход кислоты принимали только в расчете на растворение никеля.

Заслуживает внимания 2-й вариант. При расходе кислоты

lzS04/M - 1,0 изучали влияние температуры (130-150°« и дав-

р

ения кислорода (0,2-0,6 МПа) с использованием матрицы 2 П"Э, . затем уточняли влия:г/е расхода кислоты.

Результаты опытов обобщены в виде равнения

C/JL = 52,50 + 17,50 Pq2 . (5)

Выявлена определяют;.я роль дазлекия кислорода на извлечение

:икеля в раствор. При Pq^= 0,6 121а независимо ст температуры

[звлекали около 70^ никеля, переход меди в раствор при 130°С

¡е наблпдали, а при 150°С он составил 6,С£. В конечных растЕО-

ах кислота не обнаружена. Для этого варианта выщелачивания ре-.

:омендоЕаны 14С°С и Рп = 0,6 МПа. Пот повышении начальной кон-2

;ектрации кислоты до / fJi = Tf27 извлечение никеля дос-

игало 87!«, а содержание меди в растворе почти не изменялось, рк дальнейшем повышении начальной .концентрации серной кислоты ;о Нг S0,//Vt = 1,41 .извлечение никеля достигало 92но при том 44% меди переходило в раствор..При увеличении продолжитель-гости выщелачивания до 3 часов ( Н2$0ч / № = 1,27). извлека-:и 9Zo NL .

Таким образом, при I40°C, 0,6 !Ша, Нг20ч//^ = 1,2-1,3, = 1:6 за 2-3'ч.селективно от меди извлекали 80-90^. Поучили растворы, содержание, г/дм3 : 50-60N1, до 8,0Си, кисло-XI не обнаружено. Выход кека составил 50-605S. Его состав, %:

6-е , 55-60 Си , 0,1-0,2 Со , 14-16 $ .

Вариант селективного выщелачивания никеля заслуживает дальнейшей проработки и может оказаться более перспективным, чем существующий способ флотационного разделения медно-нике-левых файнштейнов.

В опытах с использованием медно-свинцовых штейнов исследовали влияние температуры (130-150°С), давления кислорода (0,20,6 МПа), расхода кислоты (молярное отношение Нг ЬОч/ Си = 0,81,2) по матрице 23 ПФЭ. Навеска штейна 58 г. Расход ПАЗ 3 кг/ч Объем исходного раствора 700 мл; его состав, г/дм3: 58,8-67,6 Н150ч ( Нг 50«,/С-и = 0,8-1,2) и 5,0 Си.

Зависимость извлечения меди от варьируемых факторов обобщ< на в виде уравнения регрессии (в кодированной (¿орме) '

64,63 + 3,38 Ь + 23,88 Р0, . ■ (6)

Согласно полученному уравнению, определяющую роль в извлечении меди в раствор играет давление кислорода. Наблюдается н< значительная роль температуры, учитывая ото ^выщелачивание еле; ет вести при температуре 140°С, не поднимая его до 150°С. Рол; кислоты в выбранном интервале ее расхода ':незначима:: при увел; чении расхода кислоты ( Нг30«,/См ) с 0,8 до 1,2 извлечение м ди в раствор практически не меняется, при этом содержание кис ты в конечном растворе повышается на соответствующую разницу ее концентраций. При 140°С, 0»6 МПа, 0,8-1,0 извлекали в раствор 88-69% Си. При увеличении давления кислорода от 0,6 д 0,8 №а извлечение меди в раствор достигало 98%. Напомним, чт подобное извлечение меди при выщелачивании медных штейнов дос гали при Р,-)^= 0,6 МПа. Это обстоятельство указывает на дополи тельные диффузионные осложнения в транспорте кислорода, созда емые пленкой образующегося в процессе сульфата свинца. По-зи^ мому, весьма позитивно использование более интенсивного гидре

14

динамического режима или.доизмельчекие штейна.

3 связи с тем, что проба, с которой проведены исследования, не содержит железа (см.табл.2), нами поставлены опыты, в которых вводили железо в форме его сульфата. При выщелачивании с добавкой 3-5 г/дм3 (Г^) (140°С, ?0 = 0,6 Иа, Нг£0ч/См = 1,0) извлечение меди в раствор увеличилось и достигло 9При этом наблюдали образование фазы серы элементной,в' "о время,как ее образование во всех опытах без добавки ионов /ё ("^ не наблпдалк. Это еще раз подтверждает роль исноз железа (Ш в процессе окисления сульфид-кона до элементной серы (реакция (3), гл.2).

Таким образом, при 140°С, ?0л= 0,3 Иа, Нг$0ч/Си = 0,8 за 2 V з раствор извлекали до 50£ меди; растворы содержат, г/ди3: 50-55 Си, 5-7 50ч. Выход кека составил 25-20%, его состав, %: 4-6 Си, 60-65 Ро , 12-16Остаток, содержащий, главны;/ образом, сульфат свинца, сульфиды меди и благородные металлы, можно есз-враткть к- агломерация и последующую плавку.

приведены результаты укрулкенно-лаборгтор-ных испытаний автоклавного зыщелачквакия медного штейна. Цель укрупненных исследований состояла в проверке Еоспрокзгодимостк показателей автоклавного в^елачизания медного штейна, достигнутых з лабораторное масштабе, уточнении данных по распределению сопутствующих элементов по продукта;.; автоклавной обработки, рз-ыиональксму составу хеков, по фильтрации.

Испытания проводили со штейном, полученным при сократительной плавке на "Цедногсрском иедко-серном комбинате (!С'СХ). Состав его, 57,9 Си, 20,03*2. , 24,65 5 , 2,371л, 0,71 Р^ , 0,63№ , 0,019/15, 0,024 5$ , 0,0:з5», 0,0034 Те', О,Сб510г, 0,02 А 1г03 , 0,012 СаО; г/т: 6,3 '¡и , 90,4 Ля .

Испытания проведены на установке, смонтированной на базе 24 дм3 горизонтального автоклава конструкции Гинцзетмет.

Данные кинетических опытов показали, что до 95-96% меди переходит в раствор в течение 1,0-1,5 ч выщелачивания и в дальнейшем возрастает незначительно.

Балансовые опыты проводили при I40-£°C, ?q = 0,5-0,6 ИПа, Н^Оч/Си = 0,9-1,0, £:T = 6, расход ПАВ 3 кг/т. При этих условиях выщелачивания за 2 ч в раствор извлекали не менее 98% меди; степени использования кислоты и окисления сульфидной серы до элементной составили 85-90 и 55-605? соответственно; содержание железа в растворах не превышало 2-4 г/дм3, в том числе до 30% его представлено в форме fe ("J.

Кек, выход которого не превышал 65£ от веса исходной загрузки, содержал, 1,5-4,0 Си , 45-50 Л , 25-30 S , в том числе 20-25 5°. Объем раствора составлял 85-95? от исходного, объем промывных вод брали, исходя из расчета восполнения дефицита водного баланса.

Содержание меди и железа в промывных водах (двухкратная промывка) не превышало 12-15 к 0,5-1,5 г/дм3 соответственно. Промзодъ: целесообразно направлять на приготовление исходной пульпы. Скорость фильтрации (бельтинг, Р = 0,09 МПа, толщина слоя кека 10-15 мм) основного раствора составила 0,023-0,038 м3/м2-ч (1= 30-40°С); промывных вод 0,084-0,098 м3/м2-ч.

Для увеличения производительности фильтровального оборудования пульпу можно сгущать. Скорость отстаивания пульпы составляла в среднем 50 см/ч'(i = 30-40°С).

? остатках от выщелачивания медного штейна медь представлена в основном первичными (30-35^) и'вторичными (52-58£) сульфидами, что указывает на неполное их вскрытие при Еыбранной продолжительности. Доля меди в окисленной и сульфатной формах не превышала 10-12$. Основная часть железа в кеках представлена в форме гидратированных оксидов, значительная доля которых и опре-

делила красный цвет осадка. Сера в кеках в основном представлена в элементной форме (70-75%), 8-10% серы в кеке находится в сульфатной и остальное (14-16%) - в сульфидной форме.

Таким образом, укрупненные испытания по автоклавной высокотемпературной обработке медных стейнов подтвердили результаты, полученные в лабораторных условиях. За счет более благоприятного-гидродинамического режима, используемого в укрупненных исследованиях, наблюдали улучшение показателей выщелачивания: меньший переход железа в раствор на 4-6% и значительная скорость перехода меди в раствор (95-96% за 1,5 ч).

Содержание сопутствующих элементов в продуктах автоклавной обработки штейна и распределение по ним (табл.3) исследованных элементов и соединений приведены усредненно по результатам 3-4 параллельных балансовых опытов.

Благородные металлы, мышьяк, сурьма, селен, теллур концентрируются в нерастворимом остатке, в раствор переходит значительная часть никеля и цинка (80-85 и 75-80% соответственно). Золото в кеках на 99,5% находится в сростках с сульфидами. Концентрирование мышьяка и сурьмы в кеке обусловлено, по-видимому, образованием нерастворимых арсенатов и антимонатов. Несмотря на достигнутую степень вскрытия сульфидов, переход селена и теллура в раствор не выявлен. По-видимому, интенсивный режим окисления сульфидной серы способствует концентрированию этих элементов в фазе элементной серы. Незначительный переход а раствор 5102 , Са.0 , ЛЕг^} обусловлен их количественным соосаядением с гидратированной фазой.

описаны результаты опытов по переработке продуктов автоклавного выщелачивания. Из получаемых растворов, со-дер£.а~;их, г/дм3: 50-65Си , 2,0-4,0Ге , 10-14 НгЭОч, 1,0^,02а, 0,5-2,0/»* ■ извлечение меди возможно водородным осаждением или

Таблица 3

Содержание и распределение сопутствующих элементов и соединений по продуктам автоклавного высокотемпературного выщелачивания медного штейна

Элемент! _ Содержание _ __! Распределение^ %

соепи- | I""""" 7 ~ " . Г"" " ! " ~

соеди- • нения I

I I

раствор,

кек.

мг/дм3 % .

2,0-4,0х) 0,55-0,65

0,0050-0,0070 1,00-1,08

1,0-2,0х) 0,20-0,28

не обнар. 0,020-0,030

не обнар. 0,08-0,12

не обнар. 0,020-0,032

не обнар. 0,0045-0,0055

П,05хх)

0,15-0,45 145,Зхх)

10-14 0,08-0,06

0,6-2,0 0,02-0,03

0,036-0,068 0,012-0,025

раствор 1+ пром-вода)

кек

2г.

Р &

N1

Б&

Те Аи

Л3

СлО

х) Содержание в растворе хх) Содержание Ли , в

75-60 1,0-2,0 80-85

1,0-3,0 8,0-10 2,0-5,0

Ел. , указано в г/дм3, кеке указано в г/т.

20-25

96-99 15-20

100 100 100 100 100

97-99 90-92 95-98 94-96

электролизом с нерастворимыми анодами.

Нами проведены балансовые опыты при ранее рекомендованных параметрах с целью уточнения необходимой продолжительности осаж дения и определения свойств получаемого осадка меди. Параметры и показатели вьделения меди из раствора приведены ниже.

а

Катодная плотность тока, А/и Напряжение на ванне, В Выход по току, %

Расход электроэнергии,тыс.кВт'Ч/т

180-200 2,7-2,9 85-90 2,5-2,6

, °С

20

140 2,5

¡едняя скорость рдения

:одукция

Си

•Те.

2,3-2,9 г/дм3.ч КУ1

1,2-1,4 г/дм3.мин порошок,^

99,73

0,005

1,84

2,36

0,0650

1Сыг.ная масса, г/см3 ¡кучесть, г/с

2/

;ельная поверхность,м /;

Кеки, получаемые при автоклавном выщелачивании медных штейнов, (держат, %: I,5-4,0Cu , 45-50Fe. , 25-20 5 , в том числе 20-25 ,5-0,8 га , 0,5-1,0 Рё , 0,2-0,5 А' . Все компоненты з кеке рас-;еделены по двум фазам:

1. Серно-сульфидная фаза, представленная гранулами, где в :новном сконцентрированы сульфиды металлов, сера элементная и тагорсдные металлы.

2. Гидратная фаза, где основную часть занимают гидратирован-is оксиды железа, а также арсекаты и антимонаты, компоненты /стой породы С Si-Oz , АЕ.1О3 , Ca О и др.).

Нами испытано выделение сульфидной части флотацией3^.

Основная сульфидная флотация: процент твердого в питании "стации - 25; кремнефтористый натрий - 50 г/т; агитация с крем-ефтористым натрием - 5 мин; ПНХ в основную сульфидную флотацию 120 г/т; ПНХ в контрольную сульфидную флотацию - 30 г/т; про-элжительность контрольной сульфидной флотации - 3 мин.

При флотации (основной и контрольной) удается до 93л меди звлечь в сульфидный концентрат, выход которого составляет 35-<У%, его усредненный состав, 6-8 Си , 36-40 Fe. , 40-44 S . к) Под руководством к.т.н. Корюкина Б.М. (Унипромедь).

Концентрат после извлечения из него элементной серы одним из известных способов (экстракция, дистилляция) представляет интерес для извлечения благородных металлов по самостоятельной технологии.

В_шестой_главе предлагается технологическая схема (рис.2) и приводится ее ориентировочная экономическая оценка (в ценах 1991 г.) на условную производительность 40 тыс.т порошка, получаемого при переработке штейна (28% Си , 37,5% ^ , 24,6'/- $ ): срок окупаемости капитальных вложений - 4,8 года, затрате на один рубль товарной продукции - 0,847.

_Ме,дный_стейн_

4

Приготовление пульпы

ПАВ|

В т В

г~ г

ьа»од на ,

(рзюкерь^

!>-----1

__0иаь12аци2_пульпы_

Птомнвка кека

П^омвйды

I

У

I I

Кек

—I— I I I

г

Концентват

На извлечение 5° и благородных металлов

■ I

I I

т т

Хвосты

На хранение

раствор

" Г " 1Н2

Водородное осаждение или

электроэкстракция

г" т

Медный порошок или

катодная медь

I *

. Оборотный .раствор___

1

Рис.2, Принципиальная схема переработки медного _штейна 20

Предлагаемая схема переработки штейна рационально согласуется со стандартной схемой медного производства, сокращает серу-содержащие газоввделения, обеспечивает высокое извлечение мед;;, снижает материалоемкость и продолжительность получения меди.

Данная технология представляет интерес при выборе схем; реконструкции старых медеплавильных заводов, предполагающих использование автогенных процессов (СУ!.!3, !."!СК, БП.М).

ВЫВОДЫ

1. Актуальность-регения зодач по охране окружающей среды, интенсификации и модернизации производства, по повышению комплексности использования природных ресурсов - Есе ото определило поиск гидрометаллургических схем'переработки медных штейноз.

Ка основании литературного обзора различна способов автоклавной переработки медных стейноз бнли выявлены преимущества сернокислотного зариакта переработки, обеспечивштщего: полнее и селективное извлечение меди в раствор, более удобное использование (складирование, транспортировка) образующейся элементной серы, возможность организации замкнутой по растворителю схемы, использование менее токсичных реагентов и упрощение обслуживания оборудования.

2. С учетом физико-химических закономерностей наиболее оправданно интенсифицировать автоклазное сернокислотное выщелачивание медных зтейноз за счет-.реализации высокотемпературных режимов вскрытия. '•■

3. Установлено, что растворение Сиг3 протекает с образованием в качестве промежуточного продукта моносульфида меди и окислением до 50ч и только а присутствии ионов Гг (Ш) возможно образование .

Механизм при реализации режима ВТВ сохраняется, однако, удель-

ная скорость процесса растворения меди больше в 5-6 раз. Проце< окислительного растворения низшего сульфида меди имеет порядок по кислороду в степени 0,5. Процесс протекает в кинетической о! ласти.

Скорость растворения меди из двойных сплавов "сульфид меди( - сульфид железа (П)" заметно уменьшается с увеличением ыольноИ доли последнего.

4. При рекомендованных параметрах низкотемпературного выщелачивания медного штейна (I05-II0°C, Pq = 0,6 КПа, Н^ЗОч/Си = 1,3) за 3-4 ч извлекали до 98ïCu и только 10-15% fе. , окисление сульфидной серы до элементной составило 85-90£. Наиболее сущест венно влияют на показатели выщелачивания давление кислорода, крупность материала, интенсивность гидродинамического режима.ст свидетельствует о заметных диффузионных осложнениях б транспорт кислорода, обусловленных образованием труднопроницаемых гид ратных и серных оболочек.

Получены обобщенные многофакторнке уравнения НТВ медных пте: нов, которые указывают на возможность интенсификации процесса в 2-3 раза, путем реализации высокотемпературного выщелачивания.

5. Данные лабораторных исследований по ЗТЗ медных штейнов свидетельствуют о существенной интенсификации автоклавной операции. При I40°C, PQ = 0,6 КПа, HiS04 /Си = 0,9-1,0, расходе Ш 3 кг/т за 2 ч б раствор извлекали 97-98£ Си и нз более 10-122 f Окисление сульфидной серы до элементной составило 55-50^. Полученные результаты подтверждены в опытах ..с несколькими разновидностями штейнов, отличающимися различный содержанием меди, а таь же штейнами, полученными при кислородно-факельной плавке на АП5-

6. По данным опытов, проведенных с штейнами, содержащими различную долю железа» установлено, что автоклавному сернокислотному высокотемпературному выщелачиванию целесообразно подвср-

'ать медные штейны,' содержащие не более 25-4железа,

7. Предложенные режимы ЕТЗ испытаны для вьщелачивания дру— -их разновидностей медьсодержащих птейнов: показана возможность :елективного извлечения в раствор 80-90£ никеля из медно-никеле-!ых файнштейнов и до 98$ меди при выщелачивании медно-свинцовых ггейнов. Полученные данные при обработке медно-никелевых файн-гтейнов позволяет считать, что вариант автоклавного селективного выщелачивания никеля в раствор заслуживает дальнейшей оптимизации и может оказаться более перспективным, чем способ флотаци-энного разделения медно-никелевых файнштейнов.

Результаты автоклавного выщелачивания медно-свинцовых штей-■юв и возможности переработки полученных при этом кеков гидрсме-галлургическими способами свидетельствуют о перспективности гидрометаллургической схемы с использованием автоклавной технологии.

8. 3 унрупненно-лабораторном масштабе достигнута воспроизводимость лабораторных показателей высокотемпературного сернокислотного выщелачивания медных штейнов при: 140-2°С, Рп = 0,52

3,6 Ш1а, Н,50ч /Си = 0,9-1,0, расходе ПАВ 3-4 кг/т через 2ч'. из медного штейна извлекали з растворы не менее 93^ меди, переход в раствор железа не превышал 4-5£; содержание железа и серной кислоты в раствор не превышало 2-4 и 10-12 г/дм3 соответственно, содержание элементной серы з'кеках достигало £2-23^.

9. Впервые исследовано поведение сопутствующих элементов и соединений по продуктам автоклавного 313 медного штейна. Показатели распределения сопутствующих элементов при внаелачкэаник определяется фисико-хкмнческиыи свойствами этих элементен, поведение» ассоциирующихся сул^ф/доз, еггленыэ их вскрытия, количеством образующейся гидратной фазы при автоклавной обработке. Состав растворов, г/дм3: 50-65 Си , 10-14 Нг$0ч получаемых при выщелачивании, по содержанию сопутствующих элементов и соединений удовлетворяет требованиям дальнейшей их обработки - автоклав-

23

нкы водородным осаждением или электроэкстракцией.

10. Предложенная технологическая схема обеспечивает рациональное сочетание автоклавной операции и действующей схемы производства меди.

По теме диссертации опубликованы следующие основные работ!

I. Эргашав У.А,, Смирнов А.Л., Пискунов С.Д. Автоклавное сернокислотное выщелачивание медных штейнов: Тез.дскл. торрт альнсй научно-техн.конф. Свердловск, 1991. С.24.

2. Набойченко С.С., Эргашев У.А. Автоклавное низкотемпературное сернокислотное выщелачивание медных штейнов // Извести; вузов. Цветная металлургия. 1991. № 4. С.37-39.

3. Набойченко С.С., Эргашев У.А. Автоклавное сернокислотн( высокотемпературное выщелачивание медных штейнов // Цветные металлы. 1992. № 7. С.23-24.

Подписано в печать 05.01.93 . Формат 60x84 1/16

Бумага 'Целая'. Плоская печать Усл.п.л. 1,39

¿ч.-изд.л. 1,09 Тираж 100 .Заказ I Бесплатно

Редакционно-издательсгай отдел УПИ' им.С.М.Кирова 620002^Екатеринбург, УПИ, 8-й учебный корпус Ротапринт УШ. 620002, Екатеринбург, УПИ, 8-й учебный корпус