автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Кондиционирование цинксодержащих медных концентратов обогащения колчеданных руд с использованием автоклавного окислительного выщелачивания

На правах рукопись

ИВАНОВ Баир Станиславович

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ МЕДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ ОБОГАЩЕНИЯ КОЛЧЕДАННЫХ РУД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АВТОКЛАВНОГО ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

Специальность 05.16.02 - Металлургия чёрных, цветных и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ-2015

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель -

доктор технических наук

Петров Георгий Валентинович

Официальные оппоненты:

Воробьев-Десятовский Николай Владимирович

доктор химических наук, профессор, ЗАО «Полиметалл Инжиниринг», управление гидрометаллургии, начальник

Жуков Станислав Викторович

кандидат технических наук, ООО «Омега», ведущий химик

Ведущая организация — ООО «Научно-производственная компания «Русредмет»

Защита состоится 9 июня 2015 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 1171а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ru

Автореферат разослан 9 апреля 2015 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета

РОССИЙС-'

государств:

БИБЛИОТЕ __2015

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Россия занимает седьмое место в мировом рейтинге производителей горнорудной медной продукции, ежегодно обеспечивая до 4,5% добываемой в мире меди. Около 40% российской меди производится при переработке колчеданного сырья, значение которого будет возрастать в связи освоением новых крупных медноколчеданных месторождений, в том числе уральского региона (Ново-Шемурское месторождение и ДР-)-

Флотационное разделение медноколчеданных руд сопровождается получением некондиционных медных концентратов, содержащих 15-20% меди и более 5% цинка, пирометаллургическая переработка которых на черновую медь сопровождается высокими затратами и безвозвратным техногенным рассеянием ценных компонентов.

Актуальным направлением совершенствования

существующих технологий переработки медноколчеданных руд, наряду с максимальным использованием возможностей, связанных с обогатительным циклом, является ее модернизация с применением гидрометаллургических процессов.

Различным аспектам химии, обогащения и металлургической переработки рудного медьсодержащего сырья посвящены исследования известных отечественных и зарубежных ученых, среди которых следует выделить работы С.С. Набойченко, Я.М. Шнеерсона, В.А. Чантурия, С.Б Садыкова, В.И. Горячкина, J1.B. Чугаева, М.И. Калашниковой, М.Е. Wadsworth, K.G. Thomas, однако значительный круг вопросов, связанный с кондиционированием низкосортных медных концентратов остается недостаточно изученным.

Цель работы. Научное обоснование и разработка технических решений, обеспечивающих повышение качества медного концентрата и увеличения комплексности использования сырья при переработке колчеданных медно-цинковых руд.

Задачи исследования включают:

1. Изучение вещественного состава флотационного медного концентрата Ново-Шемурского месторождения;

2. Исследование кинетических характеристик и механизма автоклавного выщелачивания цинка из низкокачественного медного концентрата;

3. Определение параметров автоклавного кондиционирования флотационного медного концентрата, позволяющих обеспечить повышение его качества за счет селективного извлечения цинка в сульфатный раствор;

4. Изучение и разработка методов переработки цинксодержащих сульфатных растворов автоклавного выщелачивания;

5. Разработка технологии кондиционирования низкосортных медных концентратов, обеспечивающей повышение их качества и получение дополнительной товарной продукции с высокой добавочной стоимостью и ее предварительная экономическая оценка.

Методы исследований. Экспериментальные исследования проводились на базе лабораторий кафедры металлургии Горного университета. Лабораторные экспериментальные исследования по автоклавному окислению проводились в автоклавной установке Рагг. Подачу и регулирование расхода газа в автоклав осуществляли с помощью системы контроля и регулирования давления «Bronkhorst». Определение химического состава исходных проб и полученных в ходе исследований продуктов изучался с использованием масс-спектрометрии с индукционно-связанной плазмой (ICP-MS) на спектрометре Spectrace 5000 Tracor Х-гау и атомно-абсорбционным методом. Минеральный состав изучался на оптическом микроскопе Zeiss; химический состав минералов и минеральных фаз определен на растровом электронном микроскопе CamScanS4 с энергодисперсионным спектрометром и системой микроанализа ISIS Oxford Instruments.

Научная новизна:

1. В диапазоне температур 140-200°С и давления кислорода 0,2-0,6 МПа определены основные кинетические характеристики процесса окисления сфалерита при автоклавном выщелачивании низкосортного медного концентрата, свидетельствующие о протекании процесса окисления сфалерита в кинетической области.

2. Установлено, что механизм и порядок растворения основных сульфидных компонентов медного концентрата остается постоянным при варьировании окислительных условий процесса.

3. Выявлена возможность протекания процесса взаимодействия сульфидов, входящих в состав флотационного концентрата, с подкисленными растворами сульфата меди в окислительных условиях.

Практическая значимость работы:

1. Определены параметры одностадийного автоклавного выщелачивания низкосортного медного концентрата, обеспечивающие селективное удаление из него не менее 98-99% цинка, при извлечении меди в твердый продукт 96-98%.

2. Предложен метод переработки железоцинковых растворов автоклавного выщелачивания, включающий в себя осаждение цинка в виде твердого сульфидного продукта с использованием гидросульфида натрия.

3. Разработаны технические решения по кондиционированию низкосортного медного концентрата, реализация которых позволит достичь существенного повышения качества медного концентрата, а также обеспечить получение дополнительной продукции, что способствует энерго- и ресурсосбережению при переработке медноколчеданных руд.

Степень обоснованности и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждается их соответствием известным тенденциям развития автоклавной гидрометаллургии, а также доказывается с позиций современной теории гидрометаллургических процессов, обеспечена большим объемом экспериментальных исследований, применением

высокотехнологичных методов физико-химического анализа и обработки теоретических и экспериментальных данных.

Апробация работы. Основные результаты диссертации обсуждались на 53-й международной конференции молодых ученых на базе Краковской горно-металлургической академии (Краков, 2012 г.); на международном форуме горняков и металлургов на базе Фрайбергской горной академии (Фрайберг, 2013); на 9-ой международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (Минск, 2013); на международной конференции «Инновационные технологии в минерально-сырьевом комплексе на базе научных достижений, автоматизации и диспетчеризации предприятий» (Санкт-Петербург, 2014); на 7-ой научно-практической конференции НПО «РИВС» (Санкт-Петербург, 2014).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах, из них 6 в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Личный вклад автора состоит в анализе научно-технической и патентной литературы, определении задач теоретических и экспериментальных исследований, освоении известных и разработке методик проведения экспериментов, организации и проведении экспериментальных исследований, научном обобщение полученных данных и результатов, формулировке выводов и рекомендаций.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, доктору технических наук Петрову Г.В., доценту кафедры металлургии, кандидату технических наук Бодуэн А.Я., а также коллективу кафедры металлургии Национального минерально-сырьевого университета «Горный» за внимание, содействие и поддержку на различных этапах выполнения диссертационной работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, одного приложения и библиографического списка, включающего 100 наименований. Работа изложена на 120 страницах машинописного текста, содержит 34 таблицы и 62 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится краткое обоснование актуальности работы, сформулирована цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлены данные о современном состоянии минерально-сырьевой базы меди в России и за рубежом. Отражены особенности структуры отечественной сырьевой базы и показано, что актуальным направлением совершенствования существующих технологий переработки медных концентратов, является применение гидрометаллургических процессов, в частности автоклавного кондиционирования. Поставлены основные научные и практические задачи диссертации.

Во второй главе представлены результаты исследования кинетических характеристик и механизма автоклавного выщелачивания цинка из флотационного медного концентрата в широком диапазоне температур (140-180°С) и давления кислорода (0,2-0,6 МПа).

В третьей главе приведена методика и результаты экспериментальных исследований автоклавного

кондиционирования низкосортного медного концентрата, определены параметры проведения одностадиального автоклавного процесса обеспечивающие селективное удаление из него не менее 98-99% цинка

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований по переработке растворов автоклавного выщелачивания, рассчитаны технологические и экономические показатели предприятия по кондиционированию низкосортного медного концентрата.

Заключение отражает обобщенные выводы и рекомендации по результатам исследований в соответствии с целью и решенными задачами.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Окисление сфалерита при автоклавном выщелачивании цинксодержащего медного концентрата, характеризующегося массовым соотношением Zn:Cu<l, протекает в кинетической области в диапазоне температур 140-200°С и давления кислорода 0,2-0,6 МПа.

Для проведения экспериментальных исследований использовался флотационный концентрат, наработанный в ходе проведения исследований по флотационному обогащению колчеданных руд Ново-Шемурского месторождения.

Химический состав исходного концентрата приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав концентрата

Массовая доля компонента, %

Си 5 Ре гп РЬ Ав БЬ 8Ю2 Аи, г/т г/т

16,6 37,2 37,2 7,88 0,46 0,01 0,004 2,01 1,27 189

Главными минералами пробы являются халькопирит и пирит, второстепенными - сфалерит, ковеллин, пирротин; реже встречается галенит, борнит, халькозин. Количество нерудных минералов не превышает 2%.

Эксперименты по автоклавному обесцинкованию низкосортного медного концентрата осуществлялись при следующих параметрах: температура 14(Н200°С, давление кислорода 0,2-Ю,6 МПа, отношение Ж/Т=7, скорость перемешивания - 800 об/мин. В течение опыта из автоклава отбирали по 3-4 пробы. Для обеспечения достоверности полученных результатов были проведены параллельные опыты во всех исследованных режимах выщелачивания.

На основании экспериментальных данных были построены графики зависимостей степени выщелачивания цинка от времени при различных температуре и парциальном давлении кислорода (Рисунок 1 - 4).

.......

4000 6000 Время, с

—дик —•--43ЭК - • —453К —»-473К

10000

•••••■ 413К -«••-433К - ♦ -4ЬЗК —*—473К

10000

Рисунок 1 - Кинетические кривые выщелачивания цинка при различных температурах и Р(02)=0,4МПа

Рисунок 2 - Кинетические кривые выщелачивания цинка при различных температурах и Р(02)=0,6МПа

1000 2000

3000 4000 5000 Время, с

••♦•■0,2 -♦•0,4 —♦—0.6

6000 7000 8000

••••■■0,2 -♦-О А ——0,6

Рисунок 4 - Кинетические кривые выщелачивания цинка при различном

давлении кислорода и Т=200°С характеристик была найдена

Рисунок 3 - Кинетические кривые выщелачивания цинка при различном давлении кислорода и Т=180°С

Для расчета кинетических продолжительность выщелачивания необходимая для достижения степени выщелачивания ос=0,6 при различных температурах и давлении кислорода и построены графические зависимости вида 1пт=А[1/Т) и 1ё(т)=Ш§(С0)] (Рисунок 5,6).

9.5

9.0 8.5 8.0 I"

м

6,5 6,0

у= 8359,41 11,169 И' ■ 0,9859

• 453 К

• 473 К

К-

« 8387.8Х -11,579 Я* = 0,9444

• 0,4 МП»

• 0,6 МП!

у = -0,98161 + 0,7366 Я'« 0,9877

у.-0,6863«»1,358»"ч й'« 0,9921 .........

3,4 3.3 3,2 3,1 Я з,о

2,9

0,0023

1/Т

0,0025 - 2.7

2.4 >||Со)

■41

Рисунок 5 - Зависимости вида 1пт=А[1/Т) для нахождения кажущейся энергии активации

Рисунок 6 - Зависимости вида ^(т)= (1^(С0)] для нахождения кажущегося порядка реакции по кислороду

Значения кажущейся энергии активации и кажущегося порядка реакции по кислороду также были получены в результате обработки экспериментальных данных по методу сжимающегося

ядра, который позволяет не только формально определить

механизм протекания процесса, растворения зерна материала.

Расчет кинетических сжимающегося ядра сводится уравнениям:

кт = 1 - (1

2

а) з

кт = 1 - (1 - а)I

но и отметить особенности

характеристик по методу к расчету по следующим

(1) (2) (3)

Графики, рассчитанные по уравнениям (1-3), приближенно описываются прямой. Тот механизм, при котором степень достоверности прямой выше, считается истинным. Для расчета кажущейся энергии активации и кажущегося порядка реакции по кислороду были построены графические зависимости вида в 1п(к)=Г( 1 /Т) и 1п(к)=Г[1п(Р)] соответственно, где к - коэффициенты наклона прямых зависимости вида 1-(1-сх)1/3=Г(т) (Рисунок 7,8).

1Л ич

кт = 1 —а — (1 — а) з

Ь

о.оог}^

у» И1?«*1(Ю35 '••-.,. Я' ■ 0,930«

у= -8737.5« < 10,87) «■ = 0,9594

• 453 К

• 473 К

у = 0,6637м 7,4638 Я* =0,9911

,.-1

»0,9429« 7.5147 Я'« 0,9877

• 0,4 МП» ■ 0,6 МП]

В.7 | -8.4 .8,6 -8,8

I

Рисунок 7 - Зависимости вида 1п(к)=А[1/Т) для нахождения кажущейся энергии активации

Рисунок 8 - Зависимости вида 1п(к)= для нахождения кажущегося порядка реакции по кислороду На основании расчета кинетических характеристик процесса автоклавного выщелачивания цинка из флотационного концентрата Ново-Шемурского месторождения по классическому методу и по модели «сжимающегося ядра» получены следующие значения кажущейся энергии активации в диапазоне температур 140-200°С (413-473 К) (таблица 2) и кажущегося порядка реакции по кислороду в диапазоне давления 0,2-0,4 МПа (таблица 3).

Таблица 2 - Кажущаяся энергия активации, кДж/моль

Давление кислорода, МПа Классический метод Метод по модели «сжимающегося ядра»

0,4 69,5 74,15

0,6 69,74 72,6

Таблица 3 - Кажущийся порядок реакции по кислороду

Температура, К Классический метод Метод по модели «сжимающегося ядра»

453 0,98 0,94

473 0,68 0,66

Близость результатов, полученных двумя независимыми методами, позволяет сделать вывод о достоверности кинетических данных. Высокие значения величины кажущейся энергии активации свидетельствуют о протекании процесса окисления сфалерита в кинетической области, скорость процесса лимитируется скоростью протекания химической реакции. Это также подтверждается дробными значениями кажущегося порядка реакции по кислороду, что соответствует протеканию процесса в кинетической области, и особенно - снижением порядка по кислороду с 0,94-^-0,98 до 0,66-Ю,68 при повышении температуры процесса.

При расчете уравнений (1-3) по модели «сжимающегося

ядра» наиболее достоверно описывает процесс зависимость вида 1

1 — (1 — а) з = /(т). Это подтверждает вывод о протекании процесс окисления сфалерита в кинетической области. Процесс описывается механизмом со свободным выносом продуктов реакции в раствор без диффузионных сопротивлений, связанных с образованием каких-либо пленок на поверхности материала.

2. Взаимодействие сульфидов цветных металлов и железа в окислительных условиях с растворами сульфата меди сопровождается образованием вторичных сульфидов меди, что определяет возможность проведения одностадиального автоклавного процесса без гидротермального осаждения меди.

Экспериментальная методика по автоклавному выщелачиванию включала предварительную распульповку навески флотоконцентрата в воде (Ж/Т=4) и перенос ее в автоклав. Автоклав герметизировали и нагревали до заданной

температуры. По достижении рабочей температуры начинали подачу кислорода и фиксировали время начала автоклавного выщелачивания. В течение опыта температуру в автоклаве поддерживали постоянной с точностью ±1 градус.

Графические зависимости извлечения меди в раствор в разных окислительных условиях имеют идентичный вид; величина перехода меди в раствор определяется преимущественно расходом кислорода (Рисунок 9). Графики зависимостей извлечения цинка в раствор от расхода кислорода также идентичны между собой (Рисунок 10).

70

60

50

40

—•— 180; 0,4; «5=0,31 -т- 180; 0,6; «5=0,31 ■••<■•• 200, 0,4; «5=0,31 - « -200; 0,6; «5=0,31 —» • 180; 0,4; «5=1,0 -•»•-180; 0,6; «5=1,0

- • 200; 0,4; «5=1,0

—» -200; 0,6; «5=1,0

0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 Удельный расход кислорода, лн/г

0,45

Рисунок 9 - Графики зависимостей извлечения Си от расхода 02 при различных

Ю>, Т и Р(02)

Обращает на себя внимание характер влияния технологических параметров автоклавного процесса на показатели выщелачивания меди. Как видно из графиков, во всем диапазоне исследуемых параметров вне зависимости от окислительных условий в начальный период процесса медь переходит в раствор не более чем на 5-6%. Минимизация потерь меди с маточным цинксодержащим раствором является обязательным условием для процесса автоклавного кондиционирования, так как основной его целью является получение кондиционного медного концентрата с высокой товарной стоимостью.

90 80

I 60

| 50 ш

5 40

П

*зо 20 10 0

0,4; «5=0,31 0,6; «5=0,31 0,4; «5=0,31 0,6; «5=0,31 0,4; «5=1,0 0,6; «5=1,0 0,4; 1(5=1,0 0,6; «5=1,0

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 Удельный расход кислорода, лн/г

Рисунок 10 - Графики зависимостей извлечения 7л\ от расхода 02 при и различных Кв, Т и Р(02)

На основании изучения минерального и химического состава твердых продуктов после выщелачивания построены графики разложения основных минералов в процессе выщелачивания (Рисунок 11) минералогического состава и графики распределения меди между ковеллином, халькопиритом и раствором в процессе выщелачивания соответственно (Рисунок 12).

Рисунок 11 - Разложение основных Рисунок 12 - Распределение меди

минералов концентрата в процессе между ковеллином, халькопиритом и выщелачивания раствором в процессе выщелачивания

Ср - халькопирит. Су - ковеллин, Ру - пирит, 8рЬ - Сфалерит

Как видно из графиков в процессе выщелачивания наблюдается растворение пирита, халькопирита и сфалерита, масса же ковеллина возрастает. При расходе кислорода более 0,25 лн/г после растворения большей части сфалерита, масса ковеллина начинает снижаться, интенсифицируется процесс растворения халькопирита. Видно, что доля меди в халькопирите в процессе

выщелачивания снижается, однако вместе с этим доля меди в ковеллине растет при расходе кислорода менее 0,25 лн/г, при этом извлечение в раствор в этом диапазоне удельного расхода кислорода практически постоянно и составляет менее 4%.

Основываясь на данных минералогического состава кеков после выщелачивания, можно сделать вывод, что в процессе автоклавного окислительного выщелачивания происходит интенсивное замещение халькопирита вторичными сульфидами меди - в первую очередь ковеллином, а также халькозином и борнитом, которые развиваются по зернам первичного халькопирита, изредка полностью замещая небольшие выделения последнего (Рисунок 13, 14).

Полученные результаты в основном согласуется с известными данными об особенностях взаимодействия сульфидов с подкисленными растворами сульфата меди, однако в нашем случае процесс протекает в окислительных условиях.

СУ

Рисунок 13 - Халькопирит с оторочкой ковеллина. Изображение в режиме отраженных электронов.

Рисунок 14 - Зерна халькопирита, в

разной степени замещенного ковеллином. Изображение в режиме отраженных электронов.

При автоклавном выщелачивании флотационного медного концентрата Ново-Шемурского месторождения, по-видимому, первой стадией разложения халькопирита является окисление его поверхностного слоя и последующего за ним взаимодействия образовавшегося сульфата меди и первичного халькопирита с образованием пленок вторичных сульфидов меди различного состава, что подтверждается данными минералогического анализа твердых автоклавных продуктов.

3. Химическое кондиционирование низкосортных сульфидных медных концентратов, включающее в себя автоклавное окислительное выщелачивание (удельный расход кислорода -250 лн/кг к-та, Т>180°С, Р(02)>0,4 МПа) с последующим выделением сульфидного цинкового продукта в присутствии реагента-сульфидизатора, позволяет получить медный концентрат повышенного качества и обеспечивает выпуск дополнительного цинкового концентрата.

Продуктами автоклавного выщелачивания является медный концентрат-Н повышенного качества, содержащий, %: Си - 25,2, Хп - 0,16, Ре - 32,6, 5 - 33,4, Аи - 2,05 г/т, Ag - 305 г/т и сульфатный железисто-цинковый раствор, г/л: Си - 1,6, Хп - 19,4, Рео6щ - 29,3.

Получаемые цинковые растворы бедны для прямого извлечения цинка электролитическим методом, поэтому должны проходить стадию концентрирования.

Наиболее приемлемый метод переработки растворов в технологии обогатительной фабрики - это осаждение цинка в виде твердого сульфидного цинкового продукта.

В качестве сульфидсодержащего реагента выбран нами раствор гидросульфида натрия. Гидросульфид натрия - №Н8 является широко распространённым реагентом используемый на обогатительных фабриках, применяется в качестве активатора -сульфидизатора при флотации окисленных минералов и вторичных сульфидов меди и цинка. Количество задаваемого ЫаН8 рассчитывали согласно стехиометрии химических реакций: Ме804 + №Н8 = МеБ + №Н804, (4)

где Ме - Ъп, Си, С<1

Ре2(804)3 +№Н8 = 2Ре804 +№Н804 + 8 (5)

С использованием модельных синтетических растворов были установлены следующие условия операции осаждения, обеспечивающие извлечение в твердый продукт 99-100%, Ре<5%: время осаждения 5 мин., расход N8118 100-105% от стехиометрического, температура 20-25°С.

При выбранных параметрах была проведены исследования по осаждению применительно к реальному раствору после автоклавного выщелачивания низкосортного концентрата Ново-Шемурского месторождения и получен сульфидный кек при

извлечении в него более 99% цветных металлов. При проведении предварительной цементации меди, полученный сульфидный кек является товарным цинковым концентратом высшей марки КЦ-0. Раствор после осаждения цветных металлов направляется на станцию нейтрализации ОФ, либо может использоваться как раствор на орошение для кучного и отвального выщелачивания отвалов обогатительных фабрик

По результатам проведенных исследований были определены основные параметры и показатели технологических операций, составы конечных и промежуточных продуктов, разработана и предложена технологическая схема автоклавного кондиционирования низкосортного сульфидного медного концентрата (рисунок 15).

Разработанная технологическая схема включает в себя следующие основные операции:

• приготовление пульпы медного концентрата определенного Ж:Т и загрузка ее в автоклав:

• автоклавное окислительное выщелачивание медного концентрата, с получением высококачественного медного концентрата - II и железо-цинкового раствора;

• промежуточная нейтрализация раствора известковым молоком с выводом железо-гипсового кека;

• цементация меди на железный скрап в конусных цементаторах, с получением цеметационной меди.

• осаждение цинка из обезмеженного раствора серосодержащим реагентом, с получением высококачественного цинкового концентрата.

Для рассчитанной схемы материальных потоков и выбранного оборудования были проведены расчеты экономических показателей. Потенциальным экономическим эффектом от реализации технологии по кондиционированию медных концентратов станет выпуск дополнительной товарной продукции и годовой прирост денежного потока на 21 млн. долл. США. Простой срок окупаемости предприятия по кондиционированию низкосортных медных концентратов составит 5,4 года.

Низкосортный концентрат

НгО

Автоклавное выщелачивание

02

Известь

Сгущение, фильтрация

г .......

Раствор Обогащенный^Си концентрат

На металлургическую переработку

'—*■ Нейтрализация 1

Сгущение, фильтрация

Гипсовый кек

В отвал

Нейтрализованный раствор

Цементация Си

1+Г

Ре скрап

1

Си цементат На плавку

1

Осаждение сульфидов 1п и Сс1

*

Сгущение, фильтрация

,N845

2п, СЬ сульфидный концентрат

Раствор

"Г

На нейтрализацию

Рисунок 15 - Принципиальная технологическая схема автоклавного кондиционирования низкосортного сульфидного медного концентрата

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты выполненных исследований состоят в следующем:

1. В исследованном диапазоне температур и давлений определены основные кинетические характеристики процесса автоклавного выщелачивания сфалерита: значение кажущейся энергии активации по кислороду находится в интервале 69,5-74,15 кДж/моль, порядок реакции - в интервале 0,66-0,98. Кинетические показатели свидетельствуют о протекании процесса окисления сфалерита в кинетической области, скорость процесса лимитируется скоростью протекания химической реакции.

2. Установлены рациональные параметры ведения операций автоклавного выщелачивания (удельный расход кислорода ~250 лн/кг к-та, Т>180°С, Р(02)>0,4 МПа), позволяющие достичь наиболее полного удаления цинка из медного концентрата с максимальным сохранением в нем меди, что дает возможность организации одностадиального процесса автоклавного кондиционирования низкосортного медного концентрата.

3. Выявлено, что невысокое содержание меди в растворе выщелачивания объясняется взаимодействием халькопирита с подкисленными растворами сульфата меди с образованием вторичных сульфидов меди на поверхности последнего; установлена возможность протекания вторичного процесса осаждения сульфидов меди непосредственно в окислительных, а не только в гидротермальных условиях.

4. Показано, что использование автоклавного обработки некондиционного медного концентрата позволяет достичь существенного повышения его качества до соответствия требованиям марки КМ-3 при концентрировании в нем 96-98% меди и извлечении 98-99%цинка в раствор. За счет инертности благородных металлов при выбранных параметрах автоклавного окислительного выщелачивания в кондиционном медном концентрате происходит рост их содержания, г/т: Аи -1,27 —► 2,05; Аё- 189 —> 305.

5. Показано, что цинковые сульфатные растворы, получаемые по предлагаемой гидрометаллургической технологии, бедны для прямого извлечения цинка электроэкстракцией; установлено, что осаждение цинка в виде твердого сульфидного

продукта с использованием в качестве реагента-сульфидизатора гидросульфида натрия позволяет получить товарный цинковым концентрат высшей марки КЦ-О.

6. Разработана и предложена технологическая схема переработки низкосортного медного концентрата, включающая автоклавное выщелачивание, цементацию меди на железный скрап, осаждение цинка из обезмеженного раствора серосодержащим реагентом.

7. Ожидаемый годовой экономический эффект от реализации технологии по кондиционированию медных концентратов за счет выпуска дополнительной товарной продукции составит 21 млн. долл. США. Простой срок окупаемости предприятия по кондиционированию низкосортных медных концентратов составит 5,4 года.

По теме диссертации опубликованы следующие работы в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Бодуэн А.Я. Влияние повышения качества медных концентратов на эффективность их переработки / А.Я. Бодуэн, Б.С. Иванов, Г.В. Коновалов // Записки Горного института, 2011. Т. 192. С. 46-48.

2. Иванов Б.С. Применение комбинации методов гидрометаллургии и обогащения для повышения качества низкосортных медных концентратов / Б.С. Иванов, А.Я. Бодуэн // Записки Горного института, 2012. Т. 196. С. 128-131.

3. Иванов Б.С. Особенности кинетических закономерностей автоклавного окислительного выщелачивания медных цинксодержащих флотоконцентратов / Б.С. Иванов, А.Я. Бодуэн, Г.В. Петров и др. // Фундаментальные исследования, 2014. № 6. С. 33-37.

4. Иванов Б.С. Отечественные медно-цинковые колчеданные руды: проблемы переработки и технологические перспективы / Б.С. Иванов, А.Я. Бодуэн, Г.В. Петров // Обогащение руд, 2014. № 3. С. 7-13.

5. Иванов Б.С. Возможность применения гидрометаллургических методов для повышения качества сульфидных медных концентратов / Б.С. Иванов, А.Я. Бодуэн, И.В. Украинцев // Цветные металлы, 2014. № 11. С. 37-41.

6. Иванов Б.С. Возможность гидрометаллургического кондиционирования низкосортных концентратов, полученных при переработке медно-цинковых колчеданных руд / Б.С. Иванов, А.Я. Бодуэн, Ю.Р. Ягудина, О.В. Черемисина // Цветные металлы, 2014. № 11. С. 42-46.

В других изданиях:

7. Иванов Б.С. Автоклавное окислительное выщелачивание медного флотационного концентрата Ново-Шемурского месторождения / Б.С. Иванов, А.Я. Бодуэн, Г.В. Петров, С.Б. Фокина // Цветная металлургия, 2015. №1. С. 30-34.

8. Ivanov B.S, Boduen A.Ya, Petrov G.V. Reduction of environmental pollution using combined conditioning methods of low-grade copper concentrates / Scientific Reports on Resource Issues, volume 1, part II, 2013. P. 125-130.

РИД Горного университета. 04.04.2015. 3.240. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

1 5—5404

2012477532

2012477532