автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Разработка технологии подземного выщелачивания свинцово-цинковой руды месторождения Коксу

НАЦИЙШГЫМП ЦЕНТР каЯШЕШОЙ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ РЕСПУЕШШ КАЗАХСТАН

шстат/т металлург™ и обогапешя

РГ6 од

4QO .

" На правах рукошюи

Г0ЕВД03СШ ОКСАНА ЮРЬЕВНА

разработка технологии подземного ш1цшч1шанш свинцово-цкнковсй рш месторсщщш коксу

Специальность - 05.16.03 - Металлургия цветных и родких металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технически паук

Алмаш - 1994

Работа выполнена в Институте металлургии и обогатит Национального центра комплексной перерабопси минерального сырья Республик! Казахстан.

НАУЧНЫЙ РУКОВСдаТЕЛЬ: член-корреспондент 11АН Республики

Казахстан, доктор технических наук, профессор EffiiCEMEAEB Б. Б.

0ЭЩИЛЛЫ1ЫЕ ОППСШГШ: доктор технических наук, профессор

РОлШЮВ Г.А.

кандацат технических наук, доцент БШЕ8ТСЕВ З.С.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ: Восточный научно-исследовательский.

институт цветных металлов

Защита диссертации состоится " ^ " 1994г.

на заседании Специализированного совета Д.53.17.01 IC.iiiO НЦ КИЛО РК по адресу: 480100, г.Алматы, ул.Шевченко, 29/33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института металлургии к обогаще;шя

Автореферат разослан " ^ " ^¿-iC-Jw^Ctf 1994г.

Ученый секретарь

Специализированного совета, доктор технических наук Спивак м.М.

_ з -

шаля харлкгнржтш работы

Актуальность темп. Перспективные направления развитая цветной металлургии предусматривают создание я широкое применение технологий для кютлехсной переработки руд, разработку бедаак а сложных кевторокдешй.

В Республике Казахстан значительны запасы трудкообогати~

забалансовых, отвальных и потерявших свшщово-динковых руд, азрарабсгка которых зрадацаошшма методами экономически нерентабельна. 3 соответствия с этим актуальной задачей является разработка методов переработки яодойкнж руд способами подземного и кучного зкиедачпзания, широко использугаимися за Рубеком для переработки забалансовых медных руд.

Яряизненяе подземного вытелачиванпя на месторождении Коксу, отработка которого заканчивается, позволит вовлечь в производство не только забалансовые, некондиционные» но в потерянные руды втого шеторозданяя, которые содержат около 50 % о багах; запасов езянца и цинка.

Цель и задача исследования. Целью настояяей работы является теоретическое обоснование» разработка и опытно-промышленная проварка технологии подземного выщелачивания свакцово-цинкоаоГ. руда месторождения Кокау, выдача практических рекомендаций для проектирования промышленного участка подзешого выплачивания руднике Коксу Текелийоного свянцово-цинкового комбината.

Научная новизна, табст^ ¡Ьсладована растворимость сульфата ОВ- II© в системах PSSO^-r/aC^-liCC-HjO н ?í'Q>/-!laCt-H.JO^ -Н30 з диапазоне низких концон- раций кислот при 20 н 35 °С„ Установлено, что о увеличением содержания соляной ииолотн в растворах хлорида натрия растворимость сульфата свинца повивается, а в рриоутотвйи серной кислоты снаглетоя.

Изучены закономерности электрохимического окисления галэ-:Ш?а и пирита э растворах, содаршаях соляную, сорную кислоту» хвордн натрия. Показано, что окисление галенита протекает стадиально. Преобладающими продуктами окисления является эяаизит-кая сора з нерастворимые кислород-оерусодоржаиио соединения знанка, доля которых возрастав? с увеличением потенциала мякв-яала, накопление которых на по.здрхности галоната приводи? к его

пассивации. Физико-химическими методами изучен фазоЕнй состав продуктов окисления галенита и пирита. Установлено, что наиболее элективным растворителем для галенита является раствор хлорида натрия, содержащий соляную кислоту.

Показано, что скорость окисления галенита в этом электролите максимальная по сравнению с другими исследованными электролитами. Растворимость образующегося сульфата свинца вюте, чем в нейтральных растворах хлорида натрия. Окислоние пирита в солянокислых растворах происходит с образованием сульфатов и хлоридов ко лоза (III), которые, являясь окислителями, интенсифицируют процесс окисления галенита.

Практическая значимость шботн. Разработана технология подземного выиелачивания свинцово-цинкэтой руды месторождения Коксу. Составлен технологический рогламзнт на проектирование и выполнен проект промышленного участка подземного вгаелачивания свинцово-цинковой руды ка руднике Коксу Теколийского свмнцово-однковсго комбината.

Технико-экономический расчет эффективности подземного выщелачивания на массива руды в 1,4 млн.тонн показал, что в течение всего периода выщелачивания экономический э?йект составит 3367,2 тыс.рублей (в ценах 1985 года).

Новизна технических решений подтверждена авторским свидетельством СССР Л I330I98.

Аттобатшя работ»,. Разработанная схема солективного выщелачивания ц::нка и свинца из евинцово-цгаковых руд месторождения Коксу проворена в опытно-промышленных масштабах на базовой перколяционно'* установке, Текеля?.ского свянцово-цпккового комбината.

Материалы диссертации долояанн и обсуадены на Всесоюзном совещании "Оизико-химнческке основк бессточной технологии переработка полезных ископаемых", Ллматы, 1981 г.; Всесоюзном совещании "15нтансификация процессов вскрытия при переработке труднодерерабативаемого сырья ц^тных и редких металлов", Новосибирск, IS84 г.; научно-техническом оободшпш "Процессы вскрытия, химического обогащония и вшелачавапия трудноперерабатн-ваемого сырья цветных и редких металлов", Новосибирск, 1987 г.; Республиканской научно-праккгзской конференции "Охрана недр и

окружающей среды на основе комплоксьлго яспсльэованш минерального сырья и ресу; .осборегажшх технологий", Усть-Каменогорск, 1989 г.; Всесоюзном научно-техническом совещании "Комбинированные малоотходные процессы комплексной переработка труда о-обогатимых руд я продуктов тяволых цветных мэталгэв", Рязань, 198Э г.; 1У Всесоюзном совещания по химии я технологии халько-генов I! халько генздов, I Сэра rati да, 1990 г.; отраслевом научно-техническом совещании "Создание экологически чистых малоотходных технологий в производстве тяявлнх цветных металлов и повышение комплексности использования сырья", Мосхва, 1991 г.

Публикации» По теио диссертации опубликовано 10 работ, в том -числе одно авторское свидетельство на изобретение.

Объем р«1ботя. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 180 страницах машинописного текста, иллюстрирована 34 рисунками, содергсат 34 таблицы. Библиография включает 137 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

На защиту втссяуоц:

- результаты исследования растворимости сульфата свинца в системах PbSO^VaW-Mce-HjO и PSSOv-//aC£-HzSOJ(-HtO

- результаты исследований кинетики и механизма процеооов электрохимического окисления галенита и пирита в хлоридннх я сульфатных растворах;

- данные по парколяционному (подземному) выщелачппангш свинцово-цинковоЯ руда;

- ¿хиологическая схема переработки овинцово-цянковой руда месторождения Когоу способом подземного выщелачивания.

СОДЕРЕЛНИЕ РЛБ0Т51

С0БРЙ.1ЕШЮЕ СОСТОЯНИЕ П0ДЗЕ.ПЮГ0 И КУЧНОГО

ВШЦШЧЯВАЭДЯ РУД •

В этой главе представлен анализ изпвстшвс работ а области геотохнопогаи. Показано, что п настоякоэ время наиболее сиро-нов npiii.ifeHoinro' в мировой практике получило подземное я кучное 6dictd'f(t№!rfiJitt-X!tt.umcKO0 вшйлачиваияо меди ц урана sa руд в

отвалов. Однако отсутствует сведения о прожняекной переработке озйнеово-цйяковых руд методами геотехнологии, в то время, как потребность в их использования'обусловлена необходимостью вовлечения в производство труднообогатиыых, забалансовых» отвальных я потерянных руд, запасы которых в Республике Казахстан значительны.

Предварительные поисковые исследования, а также критический анализ литературных данных по использования различных растворителей в гидрометаллургии свинца и цинка показал перспективность селективного выщелачивания свинцово-цинковых руд, при котором на первой стадии происходит выщелачивание цинка слабым раствором серной кислоты о одновременной сульфатлзацией минералов свинца, оставдегося в руде. На второй стадия происходит выщелачивание свинка нейтральными, а затем кислыми растворами хлорида натрия. Однако в литературе не имеется систематических данных по растворимости сульфата свинца в растворах хлорида натрия, содеротих соляную зла серную кислоту, а такие о влиянии этих киолот на процесс электрохимического окисления галенита.

На основании анализа состояния вопроса по подземному и кучному выщелачиванию руд квотных металлов определены основные направления теоретических я технологических исследований с далью создания тохнологической схемы переработки трудкообога-тишх, отвальных, забалансовых к потерянных руд способами подземного и кучного выщелачивания.

ЖСЛЗДОЗАЯИЕ ПРСЦЕЕСА ПЕРКОШЦИОННОГО ВЫШШЧИВЛНШ СВЩОЗО-ЦШКОЗСЙ РУДЫ

?У№ месторождения Коксу относятся к рудам смешанного типа, содоргащлм свинец в цинк в окисленной и сульфидной формах.

С целью выявления принципиальной возможности выщелачивания руды был исследован процесс перхоляционного внивяачиваняя забалансовой руды месторождения Коксу с содержанием, %•. РЬ -0,26;2л.- 0,13; tu. - 0,04 растворителем, содершшш 200 г/да3 Май и 5 г/да3 Н^ .

^пользование коллективного растворителя должно было обеспечить переход в вншелачпвавдий раствор как цинка и меди, так и свинца, который образует анионные хлорядные комплексы.

г 7 -

Результаты исследований подтвег^али возможность переработ-<а свшцово-цинкорой руда месторождения Коксу методом перко-1ЯЦЯОННОГО (подземного) выщелачивания. Однако процесо коллектив-юго выщелачивания металлов малоэффективен ввиду значительного зазличия в скорости перехода металлов в раствор - сложности мреработки продуктивных растворов.

Крцсталлооптический анализ образцов руды в процессе их эшцелачивания разбавленным раствором серной кислота показал, но в присутствии окисленных я сульфидных минералов овннт и шика в первую очередь происходит взаимодействие с JUSO,, церус-!ита и смлтсонита, а затем г-аленйта а сфалерита. Отмочено образование на место тапената -а' окисленных минералов свинца не-мотпорпмого сульфата свинца, который монет быть переведен в •¡астворамэе состояние яэйтраяьиым раствором хлорида натрия.

Проводшзшо псслодованкл подтвердила целесообразность селак-'ивного извлечения цинка и свинца из руда месторождения Коксу ¡пособом подземюго Ецхзлачпвания,

хелвдовмш прсцеосов в::Пдеплч:затпп свиш

Изучение глстпрп«"г>ст-! • сульфата свинца в системах iSO^äaCi-ча-И^ я pFSO^-f/o^-H^-HjO проводили изотермическим методом. П(.-;к.' ьку в условиях подземного вьшзлачя-иния отсутствует воако.-з«= ть нагрева раствора, а температура i подзоинш блоке но ировг лог 35-10 °С, растворимость изучалась 'о.чько яр« 20 и 35 °С, в д; апззоне концентраций хлорида натрия U250 г/до3, соляноИ я сорной кислот 0-50 г/дм3.

На основании получошшх данных йцдя построоня ортогонально проекции изотерм 20 и 35 °С г,а кооданаишо плоскости Ч$0„-11^0-НСЕ н Р8 S0^-H?_0-f/aC£ для оиотеш >&$().,-i/o.«-ИМ-Н,,0, P^0v-Hz0-//c1Ce >{ PiSO^-HgO-H^ для >i:ctömu PW0V -МяСе-Н450,-мг0 (рис.'Г-4).

Полукшнно дашше свидетельствует о повкпенги растворимости уякТ-ага свинца в растворах хлорида натрия, содержащих соля-ую кпелоту, во всои псолодовапном диапазоне концентрация солд-•ой кислоты по сравнению с ноЯтралмимч раствоглмп HnCi постякеиием темпоратурц с 20 до 35 рдегаортаезгь P"Si\. ¡»а-

[акЩ &«

Ряо. Г. Ортогональные проекции изотермы Р^О^-НаСЯ-Ш-Н^О при 20 °С на координатные плоокооти Р15Ц-Иг0-НиСС и РЩ-ИгОШ

сгнс&зе £ Й ) ?

1 ?

Рис. 2. Ортогональные проекции изотермы Р£20^-/|,оС-М1С&-Нг.0 при 35 °С на координатные плоскости ■№г0-Ис1С£ и Р250 Я 0-НС£

Концентрация Ш , г/да3: 1-0; 2 - I; 3 - 3: 4„- 5; 5 - 10; 6 - 20: 7 - 35: 8 - 50; концентрация \\и£Ь , г/дм3: 9-0; 10 - 5й; II - ЬО; 12 - 150; 13 - 200; 14 -

' £7*i«/> M

тт&цу.

Fao. 3. Ортогональные проекции изотер,ш P2S£L-jVa^-H;,SO<l-HiO гри 20 иС на координатные плоскости Pt$0,-!L0-tJaW а «Ш^О-Н^

17

-—---

tS 17 I

S й/ЪИЦЪ

Рис, 4. Ортогональные проекции изотермы РШуУсСМ^ SCL-ILO 35 °G на координатные плоскости Pt.SOv-H.,ü-NaC£ я

ри

ч

3 -

янцентрацня \LSO,. , г/я<.: I - 0: 2 - I: 3 - 3; 4 - 5; 5 - 20; | - 50; концентрация №М , г/да3: 7-50; 3 - 100; 9 - 150; О - 2Ö0; II - 250

К}

J

- 10 -

растает в среднем в .1,6-1,7 раза.

Шая картша наблюдается в системе Р530»-//«С?-й250,-Н10 На ортогональных проекциях изотерм 20 и 35 °С на координатные плоокооти прослеживается тенденция ж снижению растворимости сульфата свинца в .растворах хлорида натрия, содержащих серную кислоту,'уже при минимальных концентрациях последней (1-5 г/дм3 Причем, особенно-резкое падение растворимости Р63 0Ч наблюдается в диапазоне концентраций' хлорида натрия 50-100 г/да3. Повышение рас^вормости. сульфата свйнца в "системе

с увеличением содержания хлорзда натрия и соляной кислоты является следствием роста абсолютной концентрации избытка лигацда, то есть ионов 01' , а снижение растворимости Р1Щ в системе РбЗО^-Г/аСС-И^О^ нг0 связано со сдвигом равновесия реакции РЬЩ + кНяи «е ^РШ^Я'а^О,/ в оторону образования сульфата свинца» При повышении концентрации серной кислоты отрицательное влияние последней на образо-' ззание хгорадных комплексов свинца снижается вследствие образования при дассециаци» серной кислоты наряду с ионами 50чг~ в. значительной степени И-ионов, слабее свяанвавщах катионы.

Полученные данные по растворимости сульфата свинца "в рас-с1;атривае1Шх'четырехко1<шонентных системах свидетельствуют о целесообразности применения в качестве интвнсафацирушей добавки в процессе злорадного выщелачивания свинца соляной кислота.

ИЗУЧЕНИЕ 'КИНЕТИКИ И МЕХАНИЗМА ЭЯЕЮТ0Х1МШВСК0Г0 СКШЛЕНШ ГАЛН21Ш И ПИРИТА В ХД0РЩ1ЫХ И СУЛЬФАТНЫХ ЕАЦТВОЕАХ

В качестве объектов исследования использовались природные •суЛьфидние шаералы свинца и железа - -галенит и пирит с место-' ■ рождения Коксу Текелийской металлогеннческой зоны. Данные ми! иералы обладают хороаей электронной проводимостью,,поэтому для изучения процесса растворена^ использовался потенциостата-ческий метод исследований. ■

Электрохимические доследования проводились в термостатированной стандартной трехэлектродной-, ячейке, при 25 °С с- пспользованном в качестве рабочих электродов, изготовленных из соответствующего минерала».

- II -

В качестве электролитов использовали чиотые 0,1-нормаль-нш растворы серне** и соляной кислот, а такга содержащие комп-лекоообразователь - хлорид натрия (3,42 н).

Первоначально было изучено поведение галенита и пирита при анодной поляризации (рис. 5,6). В то время, гак для пирита форт поляризационных кривых имеет простой вид, для галенита характерно наличие на поляризационных кривых нескольких экстремумов различной интенсивности, что свидетельствует о сложности и многостадийности процесса.

При анодной поляризации галенита отмечалось образование на его поверхности слоя нерастворимых продуктов окисления, препятствовавших дальнейшему окиолению, что характеризовалось резким падением плотности электрического тока, протекающего через электрохимическую систему. Так, в ОД н растворе серной кислоты процесс пассивации поверхности галенита начинается при потенциале 0,45-0,50 В, а в хлоридных растворах он значительно смекается в полоЕнтельнув область до 0,8-0,9 В. При анодной поляризации пирита образования на его поверхности нерастворимых продуктов окисления, пассивирующих электрод, ке набладалось.

ректификацию образовавшихся при анодном окислении галенита твердых продуктов проводили рентгенографическим, Ж-спектро-Лотомогрическш и красталлооптическим методами анализа. Элементную серу определяла по ее селективной растворимости в бензола и сероуглероде.

Установлено, что процесс окисления галенита протекает стадиально по двум направленпял: с образованием элемонтной серы и кис лоро,,-сору содоркготх соединении свинца, прячем сооткоаение количеств выгаеуказэгшых пг-одуктов л кланяется о увеличенном потенциала в пользу последних. Так, область образования элементной сори леетт в основном в диапазоне потенциалов 0,3-0,55 3. С дальнойгапм повысонкем потшцглла растет количество кислородсодержащих ооодшшн:;" сори, проймусеотвонно оуль^атов свинца. Помимо сульфатов обнаругканп оксиоуль^аты Р&3(?¥-Р£0 к

, гпдропс^сулг^а? Р'^50ч (011)^ , гядроксакарбо-

.В хяорддних растворах сбразуатоге прек.тутсствскно иодорлст-воршыв хлорпякко СОЗДТШОШ'Л, поэтому поверхность электрода ПОКРЫТ!» 'В ОСНОВНОМ СОрОЙ Я 1Ш110ПЬЙ»{ КОЛИЧЕСТВОМ хяоряда СЕПНТЯ.

Рис. 5. Поляризационные кривые анодного окисления пирита.

I - в ОД н НИ ; 2 - в 0.1 н На - 3.42 н м'я-ре 3 - Б 0,1 Н ; 4 - в ОД и »¿Щ - 3,42 H rffl-M

<и аз üi <а v «' v «з tu v tff.s

Рис. 6. Поляризационные кривые анодного окисления галенита

X - в 0,1 н ÜCI ; 2 - в 0.1 н НII - 3,42 н tiaU 3 - в 0,1 н HzSOv ; 4 - в 0,1 н На50ч - 3,42 н ЧмЬ

- 13 -

При потенциалах внсе 0,6 В в поверхьлстном слое появляются вкрапления сульфат в и оксисульфатов свинца.

IIa поверхности электрода из пирита практически не образует- " ся нерастворимых или труднорастворямых продуктов. Установлено, что при электрохимическом окислении пирита в с о л; гокислых растворах г.олезе переходит в раствор в виде трехвалентного, а в сернокислых - а виде двухвалентного. В солянокислых растворах отмечено появление сульфат-ионов.

С использованием кулонометрического метода было определено количество электронов, участвующих в реакции, что позволило более полно описать процесс анодного окисления минералов. При потенциалах 0,2-0,5 В происходит окисление галенита до элементной серы с участием двух электронов, при потенциалах выше 0,5 В до сульфат-иона с участием восьми электронов. Полученные данные имеют некоторые отклонения от данных извеотной диаграммы Пурбэ для системы Р5-3-Н^О , что связано с образованием ыало-растворимых п комплексных соединений свинца.

Окисление пирита в сернокислых растворах протекает с образованием элементной серы и сульфат-ионов. В солянокислых растворах при участки пятнадцати электронов происходит окисление железа (II) до шлеза (III), а сульфид-иона до сульфат-иона.

Изучение кинетики анодного окисления минералов проводилось потенциодинамическим методом на вракятаемся дисковом электроде. Все измерения производились после предварительной выдержки исследуемых электродов в рабочих растворах электролитов для установления стационарного потенциала.

Величина плотности электрического тока, протекающего через электрохимическую систему, прямо пропорциональна скорости электрохимического процесса. Поэтому по форме поляризационных кривых модно судить об изменении скорости, процесса окисления с увеличением потенциала электрода.

Установлено, что скорость окисления галенита по море увеличения потенциала возрастает и достигает своого максимального значения при потенциалах 0,5-0,0 В в зависимости от состава электролита. Гозкое падение величины плотности тскя после дос-таяянпя им максимального значения, очевидно, связано о концонт-рационно!1 поляризацией и пасснтциоН электрода.

- 14 -

По значениям плотности тока я потенциала для участка поляризационной кривой, соответствующего основной стадии окисления, были построены зависимости в координатах /п - 1л ¿а . Установлено, что ата зависимость на данном участке имеет прямолинейный характер, то есть описывается уравнением кафеля для Лль-вшх значений перенапряжения.

По тангенсу угла наклона тафелввской прямой Са

были определены ков^фициеятн В я (I -Л) (табл. I). Значения рассчитанных коэффициентов В и (I - «с ) позволяют судить о том, при каких условиях процеоо окисления минералов протекает с меньшими трудностями. Значения коэффициентов В для пирита на порядок выше, чем для галенита, следовательно, окисление его протекает труднее, чем окисление галенита.

/ ■

Таблица I

Значения коэ^ициентов 8- и (I -X)

да ( Электролит

Тча

стота

¡Для галенита

Для пирита

; {даэ, ! 1 об/мин В |(1-<0} В |(1 - X )

I 0,1 я Ш 0 0,057 0,22 0,39 4,39« ГО"3

500 0,049 0,25 , 0,31 .5,52. ГО"3

1500 0,034 0,37 0,29 5,90 ГОГ3

2 ОД н 0 0,046 0,27 0,44 1,94-Ю"2

500 0,049 0,26 0,36 3,56-Ю-2

1500 0,034 0,37 0,34 3,77-ГСГ2

3 0,1 н ш - 0 0,049 0,26 0,24 7,13«10~3

3,42 н 500 0,040 0,32 0,20 8,55-Ю-3

1500 0,030 0,43 0,19 9,00-Ю-3

4 ОД н - 0 О.С'З 0,30 0,43 2,98'Ш"2

3,42 н 500 0,036 0,33 0,40 3,21-Ю"2

1500 0,032 0,40 0,37 3,47« Ю-2

Учитывая, что окисление пирита начинается при потенциалах вше 0,7 Е й что стационарный потенциал, которцЗ устанавливается

- 15 -

яа граница раздела фаз ппрнт-электролит, составляет 0,3 В «окно говорить, что при наличии контакта с галенитом пирит будет играть роль катода в образующихся гальванических парах, го есть практп зеки не будет окисляться.

Экспериментально температурно-кдаетическим методом по зависимости 1п- - т,- для интервала температур 20-55 °С были определены значения кажущейся (эффективной) энергии активации процесса анодного окисления галенита и пирита (табл. 2,3).

Как следует из полученных данных, скорость окисления гале-шта в сернокислых растворах при потенциалах 0,5-0,6 В ограли-гена скорость» электрохимической реакции (А = 50-56 кДд/моль). 3 хлоридных растворах процесс окисления галенита протекает в оо-ювном в переходном диффузионно-кинетическом ренпме (22-38 кД!^/ ■ 'моль) во всем исследованном интервале потенциалов, то есть огра-шчения скорости процесса связаны гак со скоростью электрохими-

■ Таблица 2

Значения элективной энергии активации процесса анодного окисления галенита

¡остав электролита |По?енц::ал, В . 1 Энорг::я активации, ] кдд/молв

Цн Н^О^ 0,200 24,826

Т| 0,400 30,449

0,500 50,749

0,600 5о,933

),1 н НгЬ'Оч - 3,42 н Нии 0,200 18,203

0,400 33,097

0,500 33,947:

0,600 50,749

),1 к нее 0,200 • 44,070

0,400 41,277

к 0,500 36,727

0,600 36,408

>Д н йог - 3,42 н ИШ 0,200 23,167

»1 0,400 24,027

0,500 23,923

0,600 22,324

-16 -

ческой реакции, так и с диффузионными затруднениями.

При анодном окислении пирита значения эффективных'энергий активации во всех электролитах падают с увеличением потенциала, что свидетельствует о переходе процесса из кинетического режима в диф|узиошш-кянвтическиа я диффузионный (з 0,1 и Н^О*. ).

Для пирита диффузионные затруднения возникает при переносе продуктов окисления в объем раствора, а длл галенита - при переносе растворимых продуктов окисления через слой элементной сори и сульфатов свинца, покрывающих поверхность минерала.

Таблица 3

Значения элективной энергия активация процесса анодного окисления пирита

Состав электролита Потенциал, В !Энергия активации, '. 1 кДгУмокь

0,1 н HtSOv 0,750 62,027

' t» . 0,800 44,070

0,050 30,446

V 0,900 20,423

0,1 а Нг50¥- 3,42 к Ш 0,750 57,744

tt 0,600 47,847

(1 0,850 33,946

И 0,900 25,372

0,1 н НИ 0,7:50 52,335 .

и — 0,800 42,872

и 0,850 32,205'"

м 0,900 31,524

0,1 н HW - 3,42 н Насг 0,750 152,249

0,800 128,030

0,С50 73,750

0,900 41,736

Так к.! образом, щюводешшми исследованиями установлено, что на стадии внаелачивания сорио'Л кислотой взаимодействие га-лонята о сорной кислото!! протокаог iio электрохимическому махи-

- 17 -

низму. Преобладающими продуктами окисления галенита являются элементная сера и хислород-серусодержапие соединения свинца, которые накапливайся на поверхности минерала, что приводит к его пассивации. Доля последних возрастает с увеличением потенциала электрода. Поэтому для более эффективного проведения процесса на первой стадии выщелачивания требуется поддеретвать значение потенциала выщелачивающего раствора~-0,5 В.

Изучение влияния состава электролита на скорость растворения галенита показало,'что наиболее эффективным растворителем является раствор•хлорида натрия, содержащий соляную кислоту. При этом окисление пирита происходит с образованием соединений ■ трехвалентного железа, что позволит упростить очистку растворов. Кроме того, увеличивается растворимость сульфата свинца по сравнении с нейтральными растворами хлорида натрия. Поэтому в качестве интенсифицирующей добавки на стадии выщелачивания свища рекомендовано использовать солянузз кислоту.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГйЧЗСКСЙ СШЫ ПЕРЕРАБОТКИ РУД МЕСТОРОДЩШ КОКСУ СПОСОБОМ 'ПЕРКОЛЯЦКСйНОГО (ПОДЗЕМНОГО) ШЩШЧИВАНШ

На основании результатов теоретических исследований была разработана технология подземного выщелачивания свгшцово-цинко-вых руд месторождения Коксу. В качестве растворителей использовались: на стадии вшелачиваняя цинка - разбавленные растворы серной кислоты, на стадии выщелачивания свинца - нейтральные растворы хлорида натрия, кислые растворы хлорида натрия, содержание соляную кислот.,.

С цельи выбора оптимального решла выщелачивания изу.эио влияние на показатели выщелачивания следующих факторов: концентрации серной кислоты и хлорида натрия, плотности орошения, ре-кша вывода и замены растворов, пауз в ороаенаи.

Анализ результатов, полученных при изучении влияния плотности оропеная показывает, что с ее ростом увеличивается валовое извлечение цинка, но при этом повивается расход кислоты и скитается содержание цинка в товарных растворах. Поэтому с целью снлясппя расхода кпсдотн и поддержания в растворах концентрации кислоты, достаточной для его эффективного извлечения,

- 18 -

необходимо поддерживать плотность орошения в пределах 50-70 дм3/т руды.

С увеличением концентрации серной кислоты с 2 до 200 г/дм3 расход кислоты увеличивается значительно быстрее, чем при этом увеличивается степень извлечения цинка. Причем особенно резко возрастает извлечение цанка до концентрации серной кислоты 5 г/ж3. При повышении концентрации Hj.SO, до 20 г/да3 наблюдает ся незначительный роот извлечения цинка (с 57 до 60 %), в то не время расход кислоты увеличивается почти в 3 раза (с 6,5 до 18 т/т цинка). Наилучшие показатели достигнуты «:ри выщелачивании руда раствором серной кислоты 5 г/дм3, при этом высокое извлечение цинка сочетается с минимальным расходом кислоты.

Установлено, что оптимальным является режим1 вшпелач'зания, при котором производится вывод я замена 20-30 % объема раствора в катетом цикле орошения. В этом случае при сравнительно низком расхода кислоты достигнуты удовлетворительные показатели извлечения цинка и его средней концентрации в выводящих на перерг бот-ку товарных растворах.

Исследования показали, что о увеличением продолжительности пауз в орошении с 0 до в суток скорость извлечения цинка резко падает и продояютеяьиость выщелачивания возрастает в несколько раз. Поэтому с цельи сокращения срока отработки месторовдения в прог<ашлошшх уоловаях рекомендуется проводить выщелачивание при паузах миткальной продолжительности или без пауз.

Вымолачивание свинца растворами хлорида натрия проводилось поело извлечения основного количества цинка. Установлено, что при концентрации хлорида натрия вшо 210 г/да3 извлечение свинца падает, так как всдодствне возрастания сгапаик кристаллазащ-л! Ласе. на кусках рудо образуется плотный слой мадорастворжюй каменистой модификации хлорида натрия, который затрудняет диффузия раотвормояя к шшогшам. Поэтому оптимальной была признан* концентрация хлорида натрия 200 г/да3.

Б целом установлено, что наилучвшо тохнико-ококомичоекпо показатели достигаются прп сяодуюплх параметрах вииэйачавапия: шщонтпацпа сорной кйояогм 5 г/;м3. хкорвда натрия - £00 г/да3, плотности оро'жшп 70 ;c\;'Vr руля, баз пауз, с выводом 20-30 ¡2 обш*д раствора на основном отаао штолачцваигя.

- 19 -

сттю-прашлЕшш шпытанш процесса перкшцисшого

ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ СВЙЩСВО-ЩШСВСЙ Р7ЛН МЕСТОРОНДЕЮЯ КОКСУ

Мгтатания проводились на базовой сезонной опытно-промышленной установке Текелийского свинцоио-цинкового комбината. Согласно разработанной технологической схеме селективного извлечения металлов, на первом этапе проводилось выщелачивание цинка растворами серной кислоты (5 г/да0), на втором этапе производилось выщелачивание свинца растворами хлорида натрия (200 г/да3) (рис. 7, 8).

Ъънц^ауиВамп РастЗор

росгяЗор

7П и—,

Схиелеч/* ЖТАГЗС О СоСО]

МН*О.Ч \ СаСоГ

Осаждение циыха

На лгр*рэ$схтг*у

'Л!$ОР ш |

Потребит****

Вьп&лачибот* РВ

А*&п£ьр ль её

Тс9арт»

[равт&а

Са(СН}г

Оса>ед*»и*с&миа

Фил,

кончгчтрат

Рис. 7. Технологическая схет извлечения цинка -.

Рис. 8. Технологическая схема извлечения свинца

Выщелачивание производилось в перколяторе, в который было загружено 5,44 т руды крупностью от 0 до, 400 мм. По химическому и минералогическому составу руда была аналогична использованной в лабораторных условиях, %: - 3,50; Р£ - 1,80; - 72,56;

- 7,44; Рег0} - 3,50; СаО - 1,53; М5О - 0,83; Си. - 0,22; СЫ - 0,05; $сг1Ч - 2,Т7; 550„ - 0,90; Аз - 0,22; - 0,09; с - 1,75.

Испытания процесса перкояяционного вымолачивания цинка про-

- 20 -

водились в течение четырех сезонов. Общая продолжительность выщелачивания составила 22,5 месяца, из которых 5,5 месяцев -основной этап выщелачивания. Извлечение цинка составило 76,22 %, меди - 59,70 %, кадмия - 60,50 %. Средний расход кислоты -2,5 т/т цинка.

Общая продолжительность выщелачивания свинца за три оезона ооставила 18,3 месяца, в том чиоло с выводом растворов - 6,8 месяца. В первых двух сезонах выщелачивание свинца производилось нейтральными растворами хлорида натрия, в третьем - кислыми, оодеркаинмп 1,5-2,0 г/да3 соляной кислоты. Извлечение свинца составило 69,13 % при расходе хлорида натрия - 0,3 т/т свинца, соляной киолоты - 0,218 т/т РБ .

С учетом промышленных условий подземного выщелачивания продолжительность выщелачивания цинка до нормы извлечения - 5 лег, овинда - 4 года. Таким образом, обшй срок отработки подземного участка составит 9 лег.

Выведенные в процессе испытаний товарные растворы направлялись на выделение из них цинка и свинца. В разработанной технологии цинк из сульфатных растворов извлекается в виде карбоната поолэ предварительного окиоления двухвалентного яал&за и осаждения трехвалентного кэлеза гидролитическим способом, свинец из хлоридных растворов - в виде гидроксихлорида осагданиом гидроксидом кальция. В результате были получены высокосортные концентраты: цинковый с содержанием цинка 50-52 %, свинцовый, седеркааий 66-68 % свинца.

Результаты опытно-промшленних испытаний в целом подтвердили данные лабораторных исследований и позволили рекомендовать схему селективного выщелачивания руд месторождения Коксу для промышленного освоения. Иолучешше в ходе испытаний данные явились основанием для составления технологического регламента, по которому бил выполнен проект промышленного участка подзеглого вшюлачнваняя свинцово-цинковоП рудо на отработанном руднике месторождения Коксу.

Технико-экономический расчет эффективности подземного выщелачивания на массиве руды в 1,4 млн.тонн показал, что в течение всего периода выщелачивания (12 лет с учетом последовательного ввода блоков в эксплуатацию) экономический эффект соогавнг 280,6 ткс.рублэП э год (з ценах 1985 года).

- 21 -

Такта образом, проведенные опытно-промышленные испытания показали высокую эффективность разработанной технологии селективного извлечения цинка я свинка методом подземного выщелачивания.

ВЫВОДЫ

1. Проведено экспериментально-теоретическое исследование, показавшее возможность переработки свиицово-цинковых руд месторождения Коксу.способом подземного (перколяционного) выщелачивания.

2. Результаты проведенных технологических исследований свидетельствуют о низкой эффективности процесса коллективного выщелачивания металлов раотворами хлорида натрия, содержании серную кислоту, вследствие значительного различия в скорости перехода металлов в раствор и слояностя переработки получаемых растворов.

Применение схемы селективного выщелачивания дает возможность угга на стадии выщелачивания провести разделение цинка и свинца, что приводит к упрокепшо л удешевлению процесса переработки растворов.

3. Впервые проведено исследование растворимости сульфата свинт в системах PiSO^^il-nU-HJ) и PbSOi,-/i»-ti-HiSO<<-Hj,0 в диапазона концентраций кислот 0-5Q г/да3 при температурах 20 и 35 °С (водный угол системы).

Показано, что повышение растворимости оулъфата свинца в системе -Нг0 с увеличением содержания HCl и

HwCl является следствием роста абсолютной концентрации избытка лиганда, то есть ионов &£.* , а шипение растворимости Р&lOi( в система Р& SO^-A'ctti-HjSO^-H^ связано со сдвигом равновесия в сторону образования сульфата свинца. При повышении концентрации серной кислоты отрицательное влияние на образование хло-ридных комплексов свинца сняваотся вследствие образования при диссоциации серной кислоты наряду с ионами 50 в значительной степени Н SО*," -ионов, слабее связываниях катионы.

4. Проведено исследование кинетики и механизма электрохимического окисления галенита и пирита в растворах серной,

• - 22 -

соляной кислот, хлорида натрия с серной и соляной кислотами при различных потенциалах. Установлено, что в области достаточно низких потенциалов окисление сульфида свинца протекает в основном.с образованием элементной серы. С повышением анодного потенциала происходит окисление серы сульфида до сульфат-иона, преобладавшими продуктами реакции являются нерастворимые кислород-сорус одеркаише соединения свинца, которые по мере образования накапливаются на поверхности, что приводит к пассивации минерала. Показано, что для более эффективного проведения процесса выщелачивания на ого первой стадии требуется поддержание окислительно-восстановительного потенциала выщелачивающего' раствора ~0,5 В.

5. Определена аффективная онергея"активации процессов электрохимического окислония. галенита я пирита при наиболее арак-торных потенциалах. Установлено, что при анодном окислении галенита в сернокислых растворах при потенциалах 0,5-0,0 В скорость процесса оклоления ограничена скоростью электрохимической реакция. В хлоридных растворах окисление сульфида свинца протекает

в. основном в переходном диффузионно-кинетическом решила во всом исследованном диапазоне потенциалов. При анодном окислении пирита с увеличением потенциала процзсс переходит из кинетического режят в дайузиоюю-кшюсачоскпЯ а дафТуааоншй.

6. Проведенными исследованиями влияния состава- электролита ( N «И с Htí или H¡.S04 ) на скорость растворения галонптп показано, что наиболее -э®октивиш растворителем является раотвор хлорида натрия с соляной кислотой. Кроме того, при использовании оолянокислых хлорддных растворов окисление пирита протекает с образованием соединений 1-е (III), что позволит значительно упростить очистку растворов.

На основании результатов физико-химических исследований рекомендовано в качество интонсифицирувдаП добавки в раствор хлорида натрия на втором этапе ветелачишния свинца использовать соляную кислоту, что позволит значительно улучшить показа-тола выщелачивания сванцово-цшшових руд.

7. Оародэлены оптимальные условия порколяцпошюго выщелачивания овянцово-цпнковой руды месторохедения Коксу. Разработана технология солекямшого пуп лечения цинка и свянта методом под-

юмного выплачивания о получением кондиционных концентратов -¡арбонатпого цинкового и гидроксихлоридного' свинцового.

8. Результаты проведенных э течение семи летних сезонов яытно-промншлиншх испытаний на базовой перколяцпонной установ-:о ТС ЦК подтвердили данные укрулненно-лабораторкых исследований.

Извлечение цинга в опытно-промышленных условиях за четыре озона (общей продолжительностью 22,5 месяца) составило 76,22 % ри незначительном расходе серной кислоты - 2,50 т/т цинка„ 1 результате проведенных испытаний процесса осаждения цинка из улъфатнтс растворов были получены высокосортные цинковые кон-;ентраты, содержание 50-52 % цинка.

Извлечение свкнпд в хлоридные растворы за три сезоны обшей ■ родолжителэностыо 18,3 месяца составило 69,18 %. Проведенный рогаозный расчет показывает, что извлечение свинца 80 % может цть достигнуто в промышленных условиях за 4 года. Были получены оцдициошшо свинцовые концентраты, содержащие 66-68 % свинца.

Полученные результаты позволили рекомендовать схему селек-явного вкщэлачивания свянцово-цинковой руда месторождения Коксу пя промышленного освоения..

9. Технико-экономический расчет эффективности подземного желачпвания в ценах 1985 года на массиве руды в 1,4 млн.тонн эказал, что в течение всого периода выщелачивания (12 лет с готом последовательного ввода блоков в эксплуатацию) экономиче-

э<]$ект составит 280,6 тыс.рублей э год.

Полученные в ходе испытаний даннно явились основанном для >ставления технологического регламента на проектирование, но >торому бил выполнен проект прошшленного участка подземного яделачивания свинцово-цянковой руды на отработанном руднике $сторояденпя Коксу.

10. Таким образом, на основании теоретических исследований ¡нетики и механизма окисления а растворения суяьйядов свинца и )леза свинцово-цииковой руды месторождения Коксу разработана отология селективного извлечения цинка и свинца методом под-¡много выщелачивания, внедрение которой позволит вовлечь в прошенное .оезооние забалансовые, отвальные, потерянные и тру,шо-¡огатшше руды, что существенно расиирпт сырьевую базу дейот-хилис предприятий а обеспечат ое дальнейшее опережшпое развитие.

- 24 -

Основные результаты работы изложены в 9 статьях, защищены I авторским свидетельством.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Бейсембаев Б.Б., Тьиыбенов М.И., Говядовская О.Ю., Гор-кун В. И. Осавдение цинка из сульфатных растворов после перколя-цйо1Шого выщелачивания. Тезисы докладов Всесоюзного совещания "Оизико-хж.таческие основы бессточной технологии переработки полезных ископаемых". Алматы, 1981, с. 25-26.

2. Говядовская О.Ю., Бейсембаев Б.Б., Тшыбеков М.И, и др. Переработка полиметаллических руд месторождения Коксу способом перколяционного выщелачивания. Тезисы докладов Всесоюзного совещания "Матенсифякацая процессов вскрытия при переработке трудноперерабатываемого сырья цветных и редких металлов". Новосибирск, 1984, с.10-12.

3. Бейсембаев Б.Б., Говядовская О.Ю., Тшшбеков M.Ii., Катков Ю.А. Опытно-промышленные испытания процесса перколяционного выщелачивания свинцово-цинковой руда .месторождения Коксу. Тезисы докладов научно-технического совещания "Процессы вскрытия, химического обогащения я выщелачивания трудноперерабатываемого сырья цветных и редких металлов", Новосибирск, 1987,

с. 7.20.

4. A.C. $ I330I98 (СССР). Способ выщелачивания сульфидных руд / Бейсембаев Б.Б., Говядовская О.Ю., Менвулан D.H., Тыны-беков М.И. Бюллетень "Открытия и изобретения", IS87, с.120.

5. Бейсембаев Б.Б., Говядовская О.Ю., Тыныбеков М.И. и др. Влияние плотности орошения и концентрации кислоты на процесс порколяционного выщелачивания руды месторождения Коксу. Комплексное использование митрального сырых, 1989, JS 12, с.35-39,

6. Бейсембаев Б.Б., Говядовская О.Ю., Тшшбеков 1.5.И. и др. Перколяционное (подземное) выщелачивание свинцово-цинковой руды месторождения Коксу. Тезисы докладов Республиканской научно-практачоской конференции "Охрана недр и окрутающей среда на основе комплексного использования минерального сырья и ресурсосберегающих технологий". Усть-Каменогорск, 1989, с.148-150.

- 25 -

7. БеЙсембаов Б.Б., Говядовская О.Ю., Тыныбэков 5!. И. я др. Порколяционное (подземное) ощелачивание свинство-цинковых руд. Тозиси докладов Всесоюзного совещания "Комбинированные малоотходные п.. оцоссы комплексной переработки труднообогатимых ру; и продуктов тяжелых цветных металлов". Рязань, 1989, с.30.

8. БеЯсембаев Б.Б., Говядовская 0.Х)., Тыныбеков 'Л.'Л. и др. Извлечение свинца и цинка из руда месторождения Коксу способом перколяционного (подземного) выщелачивания. Тезисы докладов 17 Всесоюзного совещания по химия и технологии хальхогенов и халь-когенидов. Караганда, 1990, с.297.

9. БеЙсембаов Б.Б., Говядовская 0-10., Тшшбеков М.И. и др. О применении перколяцяонного (подземного) выщелачивания для переработки оввпцово-цанковой руды меотороадения Коксу. Гезасы докладов отраслевого научно-технического сово:аания "Создание экологически чистых малоотходных технологий в производстве тяжелых цветных металлов и повышение комплексное:;! использования сырья". Москва, 1991, с.35-37.

10. Болсембаов Б.Б., Говядовская О.Ю., Тыныйекоз М.И. и др. Влияние poma вывода растворов л пауз в оропонва на процесс перколяцяонного вшяелачиваякя руды месторождения Коксу. Комплексное использование минерального сырья, 1992, Я 4, с.17-20.

Говядовская Оксана Юрийцызы

"Коксу кенш: н;оргась'н-мырыш кенш жер асгыцца шайма-лау технологирсык жаседтау".

Диссертация/^ жумыс кутан жене ысьгоалтьо^ ^оргасын-кырыш кен1н жер астывда паймалау ^ícímoh еидеу мэселесхне арналган. Йумыста PiSO^-jIfiCi-Htt-H-iO тгэт PfiSD^-W'wCC - H¿50v - H¿0 жуйелзрхнде цоргаскн сульфатынын 20 жонэ 35°С кызудагы epirin-títíh эзрттеу нэтккелэр: келтхр^гзн. Галенит пен гмритттн хло-ридт1к ХиГ.е сульфаттык; ерттндтлердег! элзкттр-хкмиялы^ тотыгу 1с-эрекеттн1ц кинятнкасы мэн механизхмг эертгелген.

I.thUlix зертгеу гитажелерх неггзгнде мкрыш пен цоргасьгнды жер астында щаЯмалау а.щыпи талгамды турде бэлудтц технелогия-якч сулбасы жасанталып, тэж!рнбе-овдipiстík сына^тан откхэхлген. "Коксу" цазылган кешш! нэгхахцде дар астында шаЯмалаудын оцдх-picTÍK бол:г1Н1Ц жобаса жасалды.

Oknana Govyadovskaya.

"Development of the Process for Koksu Deposit Letid-zinc Ore Underground Leaching".

The dissertational work ir. dedicated to problem of non-conditioning and lost lead-zinc ores by method of underground leaching. The results of lead sulphate solubility research in. sistems PiSOv-A&Ct-HU-HtO and PESO», - ¡¡UC- K^ -at temperatures 20 and 35° C are given. Kinetics arxd rracha->nism of processes of electrochemical cxidatior. of gales!to and pyrite in chloride and sulphate solutions arc researched.

The technological scheme of Bine and lead selective sx-traction by method of underground leaching testsd ir. experimental industry scales in worked out on thscre-tical recoax*-ches results basis. The pro ¡act of ¿«Suatrial plo-; of war's r~ ground leaching is fulfilled oa Koksu have worked ®iae.

Ou-U-