автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Совершенствование технологии шламового передела медерафинировочного производства

^и од

2 з ЯНН 12НУ

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. №

---5

,• /О

, .^ПЛЕХАНОВ Константин Анатольевич

Совершенствование технологии шламового передела медерафинировочного производства

Специальность 05.16,03 - Металлурга» цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург-1999

Работа выполнена на кафедре «Металлургия тяжелых цветных металлов): Уральского государственного технического университета.

Научный консультант: проф., докт. техн. наук Набойченко С.С.

Официальные оппоненты: зав. лабораторией института металлургии

УрО РАН, докт. техн. наук Чумарев В.М. Доц. кафедры «Гехнолгогия электрохимическ производств» УГТУ, канд. техн. наук Юнь А..

Ведущее предприятие: АО «Челябинский электролитный цинкош завод», г. Челябинск.

Защита состоится «_&_» февраля 1999г. на заседании диссертационно совета Д 063.14.03 Уральского государственного технического университета, ауд. Ш (зал заседаний ученого совета). Ваш отзыв в одном экземшиц скрепленный гербовой печатью, просим направлять по адресу:

620002, г. Екатеринбург К-2, ул. Мира 19, УГТУ, ученому секрета! совета. Факс: (3432-2) 74-38-84.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральско государственного технического университета

Автореферат разослан « & » января 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.Ф. Ничков

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В последние годы резко изменился состав черно-ой меди. За счет вовлечения в переработку вторичного сырья снизилось содер-:ание в анодной меди драгоценных металлов с одновременным увеличением винца, олова, сурьмы и др. компонентов. Как следствие, произошли изменения гхнологических характеристик медеэлектролитных шламов, в частности, коли-ество свинца в шламах возросло в 2 и более раза. Поэтому осложнился процесс лавки шламов на серебряно-золотой сплав: повысились выход шламов, пылей и асход флюсов. С другой стороны, увеличился выброс соединений свинца в ок-ужающую среду после газоочистки печей шламового передела, что привело к яачительным штрафам за экологический ущерб. Поэтому вывод свинца из меде-афинировочного производства чрезвычайно важен с технологической, экономи-еской и экологической точек зрения. Необходимо, во-первых, решить задачу ывода свинца из технологического цикла, во-вторых, снизить потери драгоцен-ых и редких металлов, в-третьих, получить попутную продукцию на основе вы-одимого свинца. Наиболее перспективным методом, позволяющим решить все здачи, является гидрометаллургический способ в сочетании с электролизом.

Данная работа посвящена исследованию процессов щелочного выщелачи-ания свинца из свинецсодержащих материалов: шламов и других промпродуктов гламового передела с последующей электроэкстракцией свинца из раствора.

Представленная работа является обобщением результатов многолетних сследований, выполненных автором в процессе совершенствования технологии ереработки шламов на АО «Уралзлектромедь».

Цель работы. Разработка гидр сметал лур гич ее к о й технологии вывода на-апливающегося свинца из оборота медерафинировочпого цикла.

Объектом изучения выбраны свинецсодержащие промпродукты шламо-ого передела - составного звена медерафинировочного производства.

Предметом изучения выбраны фазовый состав промпродуктов шламе вого передела (шламы, огарок, пыль-огарок), кинетика растворения сульфат свинца в водных щелочных растворах, закономерности электрохимического ос; ждения свинца из щелочного электролита, динамика выщелачивания свинца примесей из обезмеженного шлама, огарка низкотемпературного обжига и пьш огарка.

Научная новизна. Уточнен фазовый состав шламов медерафинировочне го производства АО «Уралэлектромедь», изучен фазовый состав промпродукто шламового передела.

Впервые изучена кинетика растворения сульфата свинца в растворах гид-роксида натрия с использованием методики вращающегося диска; определень скорости процесса растворения на уровне 10"6 г-ион/см2*с, что позволяет отнеси растворение сульфата свинца в щелочном растворе к интенсивным процессам выявленные закономерности позволяют классифицировать процесс как протекающий в режиме смешанной кинетики. Растворение сульфата свинца в щелочном растворе протекает по параллельным реакциям с осложняющим влиянием пленки оксида свинца - продукта одной из реакций - на скоростные характеристики процесса в целом. Осложнение снимается повышением температуры раствора и концентрации растворителя.

Впервые показано, что наличие карбонат-иона в щелочном электролите существенно увеличивает поляризацию катодного выделения свинца и способствует образованию нерастворимых основных солей в прианодном пространстве зг счет подкисления анолита при электроэкстракции свинца.

В присутствии свинца катодное осаждение селена и теллура протекает с деполяризацией за счет образования соответствующих селенидов и теллуридов.

Практическая ценность. Разработана и внедрена технология вывод свинца из медеэлектролитного производства с получением свинцового концеи трата, пригодного для производства лигатур на основе свинца. Обессвинцевани

[ромпродуктов шламового передела позволило поднять извлечение золота, се->ебра и редких металлов, существенно снизить выбросы свинца в атмосферу.

Методы исследований. Использованы весовой, рентгенофазовый, спек-ральный, микрозондовый, металлографический, атомно-абсорбциошшй, термо-равиметрический методы анализа.

Для исследования кинетики растворения сульфата свинца применен метод ращающегося диска.

Электродные процессы изучены потенциодинамическим методом с помощью потенциостата ПИ-50-1 в комплексе с программатором ПР-8, самописцем и 'Сциллографом.

Экспериментальные данные обрабатывали на ПЭВМ с использованием акетов прикладных программ.

На защиту вынесены:

- кинетические закономерности растворения сульфата свинца в водном ¡астворе гидроксида натрия;

- экспериментальные результаты по выщелачиванию свинца из много-омпонентного сырья в растворе щелочи;

- особенности катодного осаждения свинца из щелочных растворов, в т.ч. присутствии примесей;

- технология и технико-экономические показатели процесса обессвинце-ания медеэлектролитных шламов и промпродуктов шламового передела.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены и обсуждены на III Все-оюзном совещании по химии и технологии халькогенов и халькогенидов Караганда, 1986г.), научно-технической конференции «Новые направления овершенствования технологии производства цветных металлов на Урале» Свердловск, 1990г.), межвузовской научно-практической конференции «Ре-урсосберегающие электрохимические технологии и проблемы экологии»

(Екатеринбург, 1998 г.), международной конференции «Российский рынок драг ценных металлов и драгоценных камней» (Красноярск, 1998г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей, 4 тезиса до ладов, получено 2 авторских свидетельства и 2 приоритета на патент.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из ввел ния, б глав, заключения, списка литературных источников и приложения, изл женных на 124 страницах машинописного текста. Содержит 32 рисунка, 31 та лицу, библиографический список из 130 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы, указаны цели исследован! изложены пути и методы решения поставленной задачи.

В первой главе диссертации приведен аналитический обзор проблем п реработки медного сырья. Сокращение поставок первичного медного сырья го но-обогатительных комбинатов СНГ, возросшие масштабы переработки втори ного сырья, в т.ч. не содержащего драгоценных металлов, а также коммерческ нецелесообразность использования ранее существовавших каналов вывода сви ца в шлаках, пылях и др. промпродуктах из медной подотрасли в свинцов) привели к резкому снижению драгоценных металлов в медерафинировочнь шламах (рис. 1,2) и повышению содержания в них халькогенов, сурьмы, свинца др. компонентов. Вовлечение в переработку нетрадиционного сырья, особенно 1 стадиях медерафинировочного цикла, привело к накоплению свинца в технол гической схеме предприятия и ухудшило технологические показатели извлечен] драгоценных металлов. С увеличением доли свинца в шихте обжига значителы уменьшается степень отгонки селена из-за связывания его в соединения ти 4РЮ-РЬ8еОз, не разлагающиеся при температурах ниже 1273 К.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Месяцы

—О—19В9 —»—1993 —¿г-1996 —X—1997

Рис. 1. Содержание серебра в собственных шламах

Месяцы

-О-1989 —0—1993 —&—1996 -х-1997

Рис. 2. Содержание золота в собственных шламах

Кроме того, при обжиге наблюдается оплавление шлама при избытке сви-нецсодержащих соединений. Увеличение содержания свинца в промпродуктах производства приводит к повышенному выбросу соединений свинца в процессе обжига (до 7,5 т/год свинца) и к ухудшению экологической обстановки. Поэтому вывод свинца из промпродуктов шламового передела, тем более с учетом неста-

билыюго состава драгметаллосодержащего сырья, - важнейшая задача медерафи нировочного производства.

В последние годы нашли широкое развитие и промышленное использование гидрометаллургические методы переработки различных видов сырья, в ток числе промпродуктов металлургического производства, особенно содержащю драгоценные и редкие элементы.

В процесс гидрометаллургической переработки свинцовистых материало! ранее рекомендованы растворы хлоридов Na, Ca, Fe (III), HCl, аминов, аммонийных солей, щелочей.

Аминная технология, используемая раньше предприятием, позволяла селективно удалять свинец из обезмеженного шлама на 70%, из сульфагизирован-ных пылей - на 80%. Однако рост цены на этилендиамин обусловил нерентабельность данного производства.

Технология солевого выщелачивания позволяет достичь раздельного выщелачивания свинца, серы с высокими технологическими показателями. Вместе с тем требуется поддержание температуры не ниже 353 К для предотвращена термогидролиза и солевого эффекта. Кроме того, жидкая фаза чрезвычайно агрессивна, а твердая - абразивна, вследствие чего требуются аппараты специальной: изготовления. Технико-экономические расчеты выявили большие капитальные расходы за счет применения спецоборудования.

С технологических и экономических позиций перспективен способ щелочного выщелачивания свинецсодержащих материалов, что позволит:

- практически исключить потери благородных металлов с растворами;

- извлечь сульфатную серу из шлама;

- вывести свинец из металлургического цикла с получением товарногс продукта;

- упростить аппаратурное оформление.

Однако при щелочной обработке шламов или промпродуктов, помимс свинца, возможен переход в раствор мышьяка, сурьмы, халькогенов.

Остаются неясными количественные показатели процесса щелочного выщелачивания, электрохимического извлечения свинца из получаемых комплексных растворов.

Вторая глава содержит результаты исследований, выполненных с целью определения основных закономерностей растворения соединений свинца из многокомпонентных материалов: обезмеженных в разных технологических условиях пламов; огарка, полученного при разных температурах отгонки селена; пыль-эгарка низкотемпературного обжига плавильных пылей. Вещественный состав дедеэлектролитных шламов во многом определяется составом анодной меди, ус-товиями электролиза. Фазовый состав свинца значительно изменяется (табл. 1) в ивисимости от условий обезмеживания шламов - головной операции переработ-си этого вида промпродукта. Особенно заметно увеличение доли сульфата свин-ха: коэффициент обогащения шлама общим свинцом составил 2,14, а сульфатам - 2,77.

Состав необезмежешгых и обезмеженных (по схеме сульфатизация - выщелачивание) шламов исследован с использованием рентгеновского дифракто-летра ДРОН-ЗМ; выявлены следующие кристаллические соединения и агрега-гивные формы свинца:

- в необезмеженном шламе - РЬБО^, РЬАЬАбО^БО^ОЩ,, ЗРЬ0-8Ь205, 'ЬБпБг;

- в обезмеженном шламе - РЬБО,,, РЬС03-2РЬ804-РЬ(С1,0Н)2.

Согласно данным, приведенным в табл. 1, в результате сульфатизации ан-

гимонатная форма не диагностируется в образце обезмеженного шлама, но обра-|уются более сложные солевые формы этого металла. По-видимому, антимонаты дашца взаимодействуют с крепкой серной кислотой в интервале температур от 593 до 432 К. Чем выше общее содержание свинца в шламах, тем больше доля его сульфата (табл. 2).

Следует отметить, что в процессе обезмеживания образуются гидратные эсадки, представительным компонентом которых является сурьма, что служит

дополнительным доказательством фазовых превращений в процессах сульфати-зации - в частности, разложения антимонатов.

Таблица 1

Результаты определения фаз свинца в медеэлектролитном ишаме

Ко ■ Характеристики Обнаруженные фазы свинца

п/п шлама ИКС Химический анализ

1 Исходный шлам (после электролиза - слив гидроциклона) Си- 12%; 6,25%; РЬ-14,66 %; ЭЬ- 6,25%; Те-1,15 %; Бе- 1,19 % Сульфат Оксидные соединения Феррит Сульфат-11,5 % Оксиды, осн. сульфат, арсенат, силикат- 0,98% Сульфид- 0,06 % Феррит- 2,13 % 1РЬ 14,67%

2 Сульфатизировашый шлам Си-0,29%; №- 0,65%; РЬ-31,37% Сульфат Следы феррита Сульфат- 31,85 % Оксиды, осн. сульфат, арсенат, силикаты- 0,84 % Сульфид- 0,03 % Феррит- 0,65 % ЕРЬ 33,37%

3 Обезмеженный по способу В.М. Ванюкова шлам Си- 7,35%; К;- 6,88 %; РЬ- 24,65 % Сульфат Феррит Оксиды Сульфат-18,09% Оксиды, осн. сульфат, арсснат, силикаты- 3,77 % Сульфид- 0,08 % Феррит- 3,33 % ЕРЬ 25,27%

С 1994 года на шламовом переделе АО «Уралэлектромедь» внедрен низ котемпературный обжиг обезмеженного шлама - отгонка селена производите) при температуре 873 - 893 К.

Установлено, что доля сульфата в условиях низкотемпературного обжиг; изменяется незначительно по сравнению с исходным его количеством, в основ ном, из-за уменьшения массы обжигаемого материала обычно на 5-8% вследствие отгонки летучих оксидов, механического пылевыноса.

Влияние окислительно-сульфатизирующего обжига на соотношение фор; свинца уточнено в специальных опытах с дозировкой и подшихтовкой концен

грированной серной кислоты в обезмеженный шлам. При большей дозировке кислоты фазовое превращение сопровождается ростом доли сульфата свинца. При малом расходе кислоты оксидная фаза возгоняется и переходит в пылегазо-вое состояние. Следовательно, прирост сульфатной фазы в огарке возможен при проведении окислителыю-сульфатизирующего обжига, использующегося для отгонки селена.

Таблица 2

Соотношение общего и сульфатного РЬ в необезмеженном и обезмеженном после сульфатизации шламе

Год опробова- Содержание, % абс. Содержание сульфатного

ния РЬ, % отн.

общий сульфатный

Необезмеженный шлам

1994 19,04 6,09 32,00

1995 38,08 12,2 31,4

1996 27,29 3,4 12,46

1998 31,6 15,5 49,1

11,71 4,8 41,00

Обезмеженный шлам

1994 29,8 21,5 72,00

1995 43,29 34,00 78,50

1996 31,6 16,7 52,85

33,03 19,34 58,60

1998 16,83 7,2 42,80

17,79 8,07 45,40

29,58 21,13 71,40

26,99 17,80 66,00

Рентгенофазовым анализом также определены формы нахождения свинца в пылях, получаемых при обжиге шламов и при плавке огарка на «серебряно-золотой» сплав. Влияние высокотемпературных условий обжига существенно на изменение фазового состава обжиговых пылей: при 993-1033 К в огарке обнаружены в большей степени оксиды.

В пыль-огарке по технологии низкотемпературного обжига с помощы ДРОН-ЗМ выявлены фазы: сложных сульфатов типа РЬ28207 (возможно РЬБО^РЬЗОз), антимоната, диоксида свинца, отмечено присутствие теллурида ] селенита- селената свинца, а также присутствие элементного теллура и его окси да. На долю чистой фазы сульфата свинца приходится 20-30% отн.

Таким образом, преобладающей фазой свинца является его сульфат; обез меживание шламов сульфатизацией создает условия для увеличения доли суль фатной формы свинца, которая при низкотемпературном обжиге практически ко личественно не претерпевает изменений; пыль-огарок, полученный при обжиг оборотных пылей, характеризуется сложной сульфатной фазой свинца, оксидом ] антимонатами.

Рассчитаны изменения энергии Гиббса для реакций, наиболее характер ных для процесса щелочного выщелачивания:

РЬБ04+4 №0Н-^а2504-Жа2РЪ02+2 Н20 АО0 = -28,7 кДж/моль (1)

РЬБ04+2 №0Н-^№3804+РЬ0+ Н20 ДО0 =-21,34 кДж/моль (2)

Расчетные величины ЛОл° свидетельствуют о вероятности образовани плюмбит-ионов в растворе (1), отложения оксида свинца - (2).

Кинетические исследования выполнены с использованием методики врг щающегося диска; образец изготовлен из сульфата свинца марки Х.Ч. прессовс нием с последующим длительным отжигом. Растворение этого соединения сс провождается образованием на поверхности диска пленки, замедляющей процес растворения. Отложения промежуточного продукта на поверхности сульфат свинца зафиксированы визуально по изменению цвета: от белого до темнс желтого. Состав пленки, по данным рентгенофазового анализа, соответствует 01 сиду свинца. Переход свинца в раствор интенсифицируется с ростом концентр; ции растворителя, температуры раствора и в меньшей степени - увеличение скорости перемешивания раствора относительно поверхности образца. Чем выио

:корость растворения сульфата свинца, тем бледнее цвет поверхностного отло-кения, при этом толщина пленки оксида свинца уменьшается.

Рассчитанная экспериментальная энергия активации при разных темпера-урах отличается: в интервале температур 293-313 К величина ее составляет 19 кДж/моль; в интервале 313- 338 К уменьшается до 22 кДж/моль, а в интервале 138-358 К Еа=32 кДж/моль. Такие изменения эксперименгальной энергии активами можно объяснить влиянием на процесс свойств пассивирующей пленки оксида свинца, растворение которого активируется повышением температуры.

Согласно термодинамическим расчетам, одновременно с плюмбит, карбо-ит и сульфат-ионами в растворе могут присутствовать соединения теллура №2ТеОз; АС = -20,29 кДж/моль), селена (№28е03 - 55,25), мышьяка №3А804 - 25,52), серебра (NaAg(OH)2 - 11,30), которые поглощают щелочь. При ,ыборе значений рабочих концентраций выщелачивающих растворов необходи-ю учесть протекание побочных реакций взаимодействия с ЫаОН.

При оценке термодинамики процессов определены расчетные значения [роизведений растворимости ^[РЬ2+]-[С032"] в зависимости от рН для различных хжцентраций свинца в растворе. В области рН < 13,3 возможно образование кар-юната свинца уже при концентрации 10 г/дм3 РЬ2т; с ростом концентрации свин-(а в растворе переход в область образования нерастворимого карбоната свинца ¡ыражен слабо, но зато существенна роль изменения рН.

Выполненные термодинамические расчеты для систем, характерных для [роцесса щелочного выщелачивания, свидетельствуют о вероятности растворе-[ия сульфата свинца с образованием ряда гидроксоплюмбктов - комплек-ов свинца (И), состав которых определяется концентрацией щелочи в рас-воре (рис. 3).

Технологические параметры щелочного выщелачивания подбирали па оламах, как наиболее сложной системе, содержащей сульфат свинца. Шлам [редварительно подвергали сульфатизации; состав его, (%): 22,84 РЪ; 7,23 Бе; ,48 Те; 15,02 0,749 Аи; 13,71 БЬ; 3,74 А.ч; 2,89 Си; 0,51 №. Содержание суль-

фата свинца в пробе составило 10,96 или 48% отн. Определяли влияние темпера туры, концентрации щелочи и соотношения Т:Ж на извлечение свинца в раство ры. Выбраны следующие эффективные параметры: температура 353-358 К, ис ходная концентрация ЫаОН 150-200 г/дм3, Т:Ж=10, которые обеспечивают извле чение свинца в растворы на уровне 52-58%.

Рис. 3. Распределение форм комплексов свинца в зависимости от рН

При электрохимическом выделении свинца из щелочных растворов рас смотрено влияние ряда составляющих на катодный и анодный процессы. Haï больший интерес представляла оценка влияния селена и теллура как элементо: влияющих на качество продукции, а также карбонат-ионов, способных образовь вать плохо растворимые соединения в растворе и осложнять кинетику процесса.

Возможность электрохимического восстановления свинца из щелочно1 электролита определяется, с одной стороны, потенциалом выделения металла, другой стороны, перенапряжением выделения водорода. Выделение свинца i всех случаях сопровождается невысокой поляризацией, что обуславливает фо; мирование порошкообразного осадка. Анодный процесс характеризуется перв начальным образованием на аноде фазового диоксида свинца, на котором в дал

:йшем осуществляется преимущественное выделение кислорода. Примеси селе-1 и теллура, имеющие достаточно близкий потенциал к потенциалу выделения )инца, также соосождаются на катоде, при этом свинец деполяризует выделение •их элементов (рис. 4). Поэтому катодный осадок содержит селен и теллур.

Г г ! 1 3 . 1

1 ^ А ^

г! ъ* 1

1 # 7 У [г

-0.5 -0.7 -0.9 -1.1 -1.3 -1-5 -1.7

Е . В

Рис. 4. Катодная поляризация свинца в растворах при Т = 3 2 3 К:

раствор: ИаО Н - 150 г/дм3; катод - свинец;

1 -чистый;

2 - концентрация селена - 5 г/д м 3;

3 - концентрация теллура - 5 г/дм3;

На аноде селен и теллур окисляются соответственно до селенатов и тел-уратов, способных образовывать плохо растворимые соединения с многова-ентными ионами, в т.ч. со свинцом. Установлено, что извлечение свинца элек-роэкстракцией из щелочных растворов целесообразно проводить до остаточной го концентрации в электролите 5 г/дм} при катодной плотности тока 100 А/м2 и емпературе рабочего электролита - не ниже 313 К.

Испытания технологии щелочного выщелачивания обезмеженного шлама роведены на материале следующего состава, (%): РЬ - 18-24; РЬ80д - 3,5 - 19; ^ - 11 - 13; Аи- 0,8-0,9; Бе - 3-8; Те-2-4; 8Ь - 10-16; Аб -1-3; 8 - 6-10. Шламовую гассу 500 - 600 кг с влажностью 27 - 33 % загружали в реактора для выщелачи-

вания и репульпации подогретым приготовленным раствором с концентраций гидроксида натрия 147-157 г/дм3. Степень перехода свинца в раствор составил; 17-38%. Концентрация селена и теллура в растворе соответствовала 0,56 -1 г/дм и 2,7 - 5,1 г/дм3; в осажденном свинце отмечено до 8,5 % теллура, до 2,6% селена Серебро и золото в растворе отсутствовали. Заниженные показатели извлечен«: свинца обусловлены интенсивным накоплением солей в щелочном растворе: после четырех оборотов содержание сульфат-ионов в электролите составлял! 220 г/дм3, а карбоната нагрия - до 46 г/дм3. В связи с этим в технологическо) схеме рекомендована регенерация электролита с выводом из процесса 8042" 1 СОз2"-ионов (выпарка или известкование).

При выщелачивании огарка параметры процесса выщелачивания был) идентичны параметрам, используемым при обработке шлама. Состав огарка п< основным компонентам, (%): РЬ-14.28 -26; РЬБ04- 8,44-14,7 (59,1-56,41% отн.)

- 16,72 - 17,7; Бе - 0,5-2,0; Те -2-4,6; Аэ - 1,9-3,4; Б - 2,71-4,2. На установке пе рерабогано 9 т огарка. В раствор извлечено свинца 32,2%; при электроэкстракци; в катодный свинец перешло 30,83% от исходного в шламе.

Пыль-огарок имеет то преимущество, что относительно беден халькогена ми и обогащен свинцом. Используя концентрацию щелочи более 100 г/дм' перевели в раствор 62 - 63% РЬ при расходе основного реагента - ЫаОН о 1 до 1,3 т/т РЬ. Температура 353 ±3 К - наиболее эффективна для выщелачива ния.

Таким образом, универсальность технологии выщелачивания свинца под тверждена при опытной переработке ряда промпродуктов шламового передела от наиболее сложного (шлама) до более простого (пыль-огарка). Установлено, чт наибольший эффект при выводе свинца из технологической схемы достигаете при использовании в качестве сырья пыль-огарка. При испытаниях разного вид материалов подтверждены данные кинетических исследований: основными фав торами, влияющими на переход свинца в щелочной раствор, являются температу ра раствора и концентрация реагентов.

В третьей главе представлены результаты промышленного освоения тех-юлогии щелочного выщелачивания свинца из пыль-огарка. На опытно-[ромышленной установке переработано 15,6 т пыль-огарка с исходным содержащем 25-32% РЬ. Остаточное содержание свинца в кеке - 7,5 - ! 0%; извлечение в аствор 60-70%. Получено 1,2 т свинцового концентрата, в котором основного [еталла содержится 67-70%. Для вывода балластных солей использовали выпар-у. Баланс основного металла по схеме переработки 1 т пыль-огарка с получени-м товарной продукции, пригодной для производства лигатурных сплавов на ос-ове свинца, которое освоено на Верх-Нейвинском заводе цветных металлов, по-азал, что кроме свинца в состав концентрата входят: сурьма - до 6-7%, мышьяк -о 4 - 6 %, теллур - до 2 %, селен - до 0,5 %.

Балансовые опыты (табл. 3) подтвердили технологичность процессов ще-очного выщелачивания пыль-огарка и элекгроэкстракции свинца из щелочного лектролита. Результаты опытно-промышленных испытаний положены в основу азработки исходных данных для проектирования промышленной установки ще-очного выщелачивания в химико-металлургическом цехе и для расчета технико-ганомических показателей при снижении свинца в обороте шламового передела.

Разработанная технологическая схема построена на обороте растворов и ключает основные технологические операции: выщелачивание, электроэкстрак-ию и кристаллизацию солей.

Особое внимание уделено оформлению аппаратурной схемы, характери-гике оборудования и требованиям к нему.

В четвертой главе приведены экологические аспекты снижения оборота зинца в шламовом переделе. Показано, что удаление свинца из промпродуктов вдрометаллургическим способом позволило вывести из плавильной шихты до 0% свинца, что значительно улучшает санитарное состояние рабочей зоны пла-ильного отделения цеха и уменьшает плату за загрязнение атмосферного возду-а. Экономический эффект за счет снижения платы за загрязнение атмосферного оздуха составит в 1999 году 3 млн. руб.

Таблица

Сквозной материальный баланс при опытно-промышленных испытанию щелочного обессвинцевания пыль-огарка

Наименование продукта Масса, кг Влага, % Масса сухого, кг Объем р-ра, м3 Плота, р-ра, кг/м3 Конц. РЬ, %(г/дм3) Кол-1 РЬ,к

Поступило:

Пьшь-огарок 1000 - - - - 26.8 268

Раствор ИаОН 8000 - - 6.95 1.15 - -

Промывная вода 700 - - 0.7 - - -

Итого: 9700 - - 7.65 - - 268

Получено:

Соли 135 18.2 110 0.12 ол з:

Маточник с выпарки 565 - - 0.42 1.36 13.1 5.5

Кек выщелачивания 875 20.2 698 - - 9.6 67

Отработанный электролит 7225 - - 6.07 1.19 6.4 39

Свинцовый концентрат 225 13.6 194 6.49 67.8 132

Итого: 9025 - - - - - 243.1

Невязка, кг -675 -24.:

Невязка, % -7.0 -9.1

В пятой главе представлены технико-экономические показатели технологии щелочного выщелачивания. Эксплуатационные расходы для расчета экономической эффективности были определены в ходе промышленных испытаний в химико-металлургическом цехе АО «Уралэлектромедь» в сентябре 1998 года. Капитальные затраты для промышленного участка относительно невысоки-370 тыс. руб. Переработка свинцового концентрата осуществляется в свинцово-баббитовом цехе производства сплавов цветных металлов АО «Уралэлектро-медь». Свинцовый концентрат с содержанием свинца 65-70% поступает на грануляцию совместно с оборотными пылями и направляется на плавку в шахтную печь. Получаемый черновой свинец используется для производства лигатурных сплавов на основе свинца.

Шестая глава посвящена разработке мероприятий, нацеленных на снижение потерь драгоценных металлов со шлаками, получаемыми при плавке на «серебряно-золотой» сплав и обогащенными медью. Разработан, испытан и реализован оригинальный процесс совместной сульфатизирующей разварки шламов и шлаков, позволивший гидрометаллургическим способом извлечь медь и никель в передаточные растворы с получением обезмеженного продукта, который соответствует стандартам качества.

В целом весь комплекс внедряемых мероприятий по совершенствованию технологии шламового передела оценивается прибылью в размере 10 млн. руб. ежегодно, в т.ч. 5 млн. руб. фактической прибыли.

Общие выводы

1. Анализ изменения структуры и качества минерально-сырьевой базь медной подотрасли, произошедшего за последние годы, свидетельствует о( ухудшении качества анодных шламов электролитического рафинирования черно вой меди: при 1,5-2-кратном росте содержания балластных элементов наблюдает ся такая же пропорция обеднения шламов по драгоценным металлам, что не мог ло не сказаться на технико-экономических показателях переработки черново1 меди и шламов до серебряно-золотого сплава. В ухудшении экологической об становки на предприятии заметно влияние возрастающего количества свинца, по ступающего в медерафинировочный цикл.

2. Свинец, его упорные тугоплавкие соединения (сульфаты, оксиды, анти монаты) в технологии шламового передела осложняют отгонку селена, плавку н: «серебряно-золотой» сплав, увеличивают нагрузку на газоочистную систему. Пе ревод свинца в шлаки при плавке на «серебряно-золотой» сплав не решает про блему вывода свинца из медерафинировочного цикла вследствие оборота шлакоЕ содержащих драгоценные металлы, в медеплавильное производство.

3. Основной фазой свинца в промпродуктах шламового передела являете: его сульфатная форма; заметно содержание оксида и антимоната свинца.

4. Щелочное выщелачивание сульфатно-оксидной фазы свинца из пром продуктов шламового передела наиболее технологично и с позиции величины ка питальных и эксплуатационных затрат, а также использования освободившегос оборудования.

5. Вероятность протекания процесса растворения сульфата свинца в ще лочных растворах подтверждена термодинамическими расчетами и обоснован расчетом распределения гидроксомплексов свинца в широком диапазоне ко* центраций гидроксида натрия.

6. Скорость процесса растворения сульфата свинца определяется концег трацией щелочи в растворе и температурой раствора. Процесс подчиняется закс

:омерностям смешанной кинетики; продуцируемый по параллельной реакции ок-ид свинца (И) блокирует поверхность сульфата; для устранения его негативного лияния необходимы температура свыше 343 К и повышение концентрации гид-оксида натрия.

7. Способ электроэкстракции считается нами наиболее рациональной тех-ологией выделения свинца из растворов. Выявлены закономерности поведения онов свинца и примесных компонентов (селена, теллура, карбонат-ионов) в ка-одном и анодном процессах, разработаны рекомендации для реализации техно-огии выделения свинца из щелочных растворов электроэкстракцией. Лучшие оказатели достигнуты при параметрах: катодная плотность тока 100 А/м2, тем-ература электролита не ниже 313 К, остаточная концентрация свинца в электро-ите 5 г/дм3.

8. В лабораторных и опытно-промышленных испытаниях по схеме «ще-очное выщелачивание свинецсодержащих промпродуктов - осаждение свинца аектроэкстракцией» перерабатывали обезмеженные шламы, огарки низкотемие-атурного обжига, пыль-огарок, и достигнута воспроизводимость тсхнологнче-гах показателей.

9. Подтверждены теоретические выводы о поведении при выщелачивании кисленных соединений селена, теллура, сурьмы, мышьяка: чем больше их со-гржание в сырье, тем выше их концентрация в продуктивном растворе, и далее -свинцовом концентрате, используемом для производства лигатурных сплавов.

10. Подготовленные исходные данные для проектирования промышлен-ой установки и технико-экономические расчеты свидетельствуют о том, что вы-эд свинца из пыль-огарка гидрометаллургическим путем обеспечит ежегодный })фект не менее 3.9 млн. руб., а весь комплекс мероприятий по совершенствова-ию технологии шламового передела - 10 млн. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Роль свинца в процессе переработки медеэлектролитного шлама , В.Г.Калита, Л.Д.Шевелева, С.А.Взородов, В.И.Чупраков, К.А.Плеханов Ф.Г.Хусаинов //Цветнаяметаллургия. 1986. № 12. С. 20-22.

2. Стратегия медерафинировочного предприятия в области производств; драгоценных металлов / А.А.Козицын, К.А.Плеханов, Л.Д.Шевелева Б.Б.Бейсембаев, С.С.Набойченко // Теория и практика геотехнологических про цессов извлечения цветных и благородных металлов / Под ред. гл.-корр. АН PK д.т.н., проф. Бейсембаева Б.Б, Республика Казахстан. Алматы, 1998. С. 186-194.

3. Особенности электродных процессов в щелочных свинецсодержащи; растворах / К.А.Плеханов, Л.Д.Шевелева, Ю.П.Зайков, С-С.Набойченко // Цвет ная металлургия. 1998. № 11-12. С. 46-48.

4. Поиск путей вывода свинца из медерафинировочного технологической цикла / К.А.Плеханов, Л.Д.Шевелева, С.С.Набойченко, С.С.Чиркова А.В.Волынчук // Цветные металлы. 1998. № 12. С. 37-39.

5. Принципы гидрометаллургической технологии переработки медеэлек тролитных шламов / А.М.Беленький, К.А.Плеханов // Цветные металлы. 199S № 1. С. 14-15.

6. A.c. 1654352. Способ осаждения основного карбоната свинца из свинец содержащих растворов этилендиамина / Набойченко С.С., Лебедь А.Б., Шевеле Д.В., Плеханов К.А., Кирьянов Ю.В. Зарегистрирован 08.02.1991.

7. A.c. 1726372. Способ извлечения селена из щелочного раствора / Лебед А.Б., Шевелев Д.В., Набойченко С.С., Плеханов К.А., Мастюгин С.А. Зарегистр] рован 15.12.1991.

8. Положительное решение по заявке № 98110626. Способ кондиционирс вания свинецсодержащих материалов перед плавкой / Плеханов К.Ю., Хафизс Т.М., Волынчук A.B., Шевелева Л,Д. Приоритет 10.06.98 г.