CC BY
26
© В.И. Голик, А.М. Сатиаев,
А.Ф. Еналлиев, 2003
УЛК 504.55.054:662.470.6
В.И. Голик, А.М. Сатиаев, А.Ф. Еналлиев
НЕТРАЛИиИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОТХОЛОВ ГОРНОГО ПЕРЕЛЕЛА ОБОГАЩЕНИЯ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ РУЛ
Среди методов обогащения наиболее активно развиваются гидрометаллургические процессы. Их преимуществом является возможность практически полного разделения компонентов и более рационального решения задач охраны окружающей среды.
Выщелачивание металлов используется при предварительной обработке труднообогатимых руд. Использование данных методов позволяет повысить извлечение основных компонентов с более высоким содержанием их в концентратах и при более низком содержании примесей. Результаты выщелачивания зависят от вещественного состава обрабатываемого материала, связи между минералами, концентрации растворителя, удельной поверхности, пористости твердых частиц, продолжительности выщелачивания и технологических особенностей.
Для интенсификации выщелачивания применяют электрические поля. При этом применяют импульсные токи частотой 3-7 Гц, а также 1-30 Гц при наложении импульсного тока на постоянный ток. Условием успешного выщелачивания при этом является наличие в растворе конкурирующих ионов, обладающих более положительным стандартным потенциалом, чем ионы извлекаемых металлов.
При выщелачивании используют пневматическое или механическое перемешивание измельченного материала с растворителем и просачивание, фильтрацию растворителя сквозь слой материала, находящегося в покое (в виде куч, отвалов, в чанах).
Перколяционное выщелачивание происходит в течение месяцев. Процесс протекает наиболее успешно, если материал разрушается. Подачу растворов при выщелачивании чередуют с паузами, что ускоряет процессы. Циклы ороше-
ния и аэрации занимают от нескольких до 45-75 суток. Принудительная аэрация при выщелачивании медных руд позволяет увеличить извлечение металла с 65 (без аэрации) до 80%. Кучное выщелачивание по сравнению с автоклавным и другими активными методами сокращает затраты в 2-5 раз.
В некоторых случаях используют естественную растворимость минералов для интенсивного выщелачивания одного из них и предотвращения извлечения в раствор другого. Например, при гидрометаллургии цинка имеющиеся в исходном материале примеси кремнезема, свинца и кальция в раствор практически не переходят. Но соединения железа, меди, кадмия, мышьяка, сурьмы и кобальта взаимодействуют с образованием растворимых сульфатов или других соединений. Удается частично предотвратить выщелачивание этих примесей, так как они взаимодействуют с кислотой медленнее, чем оксид цинка.
Магнитные, гравитационные, и иные методы позволяют отделять сопутствующие элементы перед выщелачиванием. Снижение крупности материала сопровождается повышением степени раскрытия и увеличением поверхности контакта полезных минералов с рабочим раствором. Однако скорость просачивания жидкости при этом уменьшается.
Выщелачивание может быть периодичным с дренированием раствора или непрерывным, когда растворы различной концентрации в течении цикла выщелачивания, проходят последовательно через серию чанов с исходным материалом.
В последние десятилетия достигнуты успехи при подземном выщелачивания урана и меди. Подземное выщелачивание позволяет расширить сырьевую базу вследствие вовлечения в эксплуатацию
бедных и забалансовых руд, а так же руд со сложными условиями залегания.
Выщелачивание на одном из урановых месторождений Северного Кавказа осуществляли сернокислыми растворами. Вначале в качестве растворителя применяли 5%-ный раствор серной кислоты. Продолжительность подачи раствора серной кислоты 2-4 суток. Затем концентрацию раствора снижали до 3%. Раствор подавали до тех пор, пока в продуктивных растворах наряду с остаточной кислотностью не снижалась концентрация металла. После этого орошение прекращали, а блок "выстаивался" в течение 20 суток. Вновь орошали блок раствором серной кислоты концентрацией до 2%. После прохождения продуктивных растворов сквозь аниониты, содержание металла в маточных растворах составляло 1-2 мг/л.
Повышение интенсивности процесса выщелачивания делает экономически целесообразным его применение, например, для обогащения хвостов гравитационного, флотационного или магнитного обогащения или комбинировано с другими операциями. В результате усиливается эффективность переработки руд.
Среди имеющихся способов интенсификации процесса экстракции особое место занимает механо - активация руд. Скорость выщелачивания зависит от природы растворителя и твердого вещества, его дисперсности, интенсивности перемешивания, образования пассивирующих пленок. Кроме того, скорость растворения и полнота извлечения зависят от наличия побочных реакций, переводящих тот или иной компонент из нерастворимого природного соединения в растворимую форму.
Различают два способа механической активации выщелачивания: без применения реагентов и с применением реагентов при измельчении. В первом случае в процессе участвуют только твердое вещество и растворитель, а во втором -еще и реагент, взаимодействующий с твердым веществом, переводя его в растворимое состояние. Чаще всего операции экстракции и активации совмещают, но если по технологическим соображениям их надо разделить, то активация все же приносит экономический эффект. Так сухое измельчение сопровождается эффектом актива-
ции поверхности микрочастиц зачастую гораздо более сильным, чем при мокром измельчении. Имеются данные об улучшении процессов фильтрации, сгущения и выщелачивания после активации руд марганца и ванадия в планетарных мельницах. Предварительная обработка касситерита механическими воздействиями увеличила скорость растворения олова в 500 раз. Еще более высокие показатели достигнуты при активации касситерита измельчением в мельнице и выщелачивании концентрированной серной кислотой при температуре кипения.
При измельчении без воды в присутствии абразивов касситерит практически полностью растворяется в 20% серной кислоте. Увеличение продолжительности активации приводит к монотонному возрастанию скорости растворения. Трудно- растворимый лепидолит после механоактивации в планетарной мельнице в течение 10 минут, становится доступным для обработки выщелачиванием, после которого в раствор переходит практически весь алюминий и щелочные металлы. Активация измельчением, совмещенная с выщелачиванием, повышает извлечение металлов и улучшает санитарногигиенические условия производства.
Сульфидные руды перед выщелачиванием подвергают обжигу с целью восстановления металлов и вскрытия полезных минералов. Этот метод при переработке свинцово-цинковых, золоторудных и медно-никелевых руд высокопроизводителен и экономичен, но сопряжен с необходимостью улавливания, очистки и обезвреживания отходящих газов, в которых помимо оксида серы, используемого для производства серной кислоты, содержатся вредные и токсичные оксиды мышьяка, селена и теллура, которые отделяют от оксида серы и обезвреживают.
Механоактивация заменяет обжиг и освоена для пиритного сырья, при обжиге которого извлекается элементарная сера. Пиритный концентрат активируют в 20% растворе N8 ОН. После двухнедельной
выдержки при комнатной температуре выделено около 58% магнетита, а из раствора осаждено 41% серы от содержащейся в исходном продукте. Технология обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционным обжигом.
Наиболее эффективным видом механических воздействий является измельчение. Другие виды механических воздействий - вальцевание, перетирание, перемешивание, создание высокого давления, про-давливание сквозь отверстия- нашли свои применения преимущественно при переработке полимеров.
Некоторые вещества (нитрат серебра, хромат аммония) трудно разложить при измельчении, и наоборот, соединения характеризующиеся высокой термостойкостью, легко разлагаются при измельчении. Например, карбонат цинка образуется при истирании окиси цинка в среде углекислого газа. Металлический молибден выделяется из молибдата аммония при измельчении его в планетарной мельнице при температуре смеси в пределах 32-42 0С.
Тонкое измельчение приводит к неравновесному состоянию поверхности, характеризующейся избыточной энергией. Причинами такого состояния являются разорванные химические связи, загрязненные состояния, следствия механоэмиссионных явлений, точечные дефекты, дислокации и другие факторы. По мере увеличения удельной поверхности нарастают физико-химические и структурные изменения материала, которые определяются типом связи и структурой вещества, энергонасыщенностью процесса измельчения, а так же особенностями используемого измельчителя.
Активированные твердые вещества характеризуются термодинамической неустойчивостью вследствие нарушения стабильного расположения структурных элементов ионов, атомов, молекул и их элементарных группировок, слагающих твердое тело. По сравнению с идеальными монокристаллами активированное измельчением вещество характеризуется иными значениями стандартной свободной
энергии., теплоты образования. и энтропии.
Максимальная работа разрушения отмечается при диспергировании в вакууме, в среде инертного газа или в несмачивающей жидкости. Минимальная работа разрушения (и минимальная поверхностная энергия) отмечается при диспергировании в жидких средах, содержащих поверхностно-активные вещества.
К аппаратам ударного действия относятся дезинтеграторы. Это устройство оснащено двумя вращающимися встречно "корзинами",оснащенными стержнями- билами. При вращении била одной корзины-ротора проходят между билами другого. Чем больше количество ударов получает материал в единицу времени, тем выше степень активации материала. Бетон, приготовленный из активированного песка, кратковременно пропущенного через интегратор, в 1,53 раза прочнее, чем обычный бетон, приготовленный по традиционной технологии.
Приобретают распространение измельчающие аппараты физического действия, в которых отсутствуют органы, контактирующие с материалом. К этой группе аппаратов относятся роторно - пульсаци-онные аппараты. В первом типе устройств твердая фаза измельчается в режиме гидродинамической кавитации при высокоградиентном турбулентном режиме движения жидкости с критерием Рейнольдса в результате периодического и с высокой частотой перекрытия щелей в гидравлической турбине. Турбулизация потока и срывная кавитация реализуются за счет срыва потока с необтекаемых граней внутренних стержней ротора аппарата.
Использование нетрадиционных методов переработки руд позволяет повысить извлечение основных целевых компонентов с более высоким содержанием в концентратах и меньшем содержании примесей, а при переработке труднообо-гатимых руд нередко бывает безальтернативным.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------------------------
Голик В.И. — профессор, доктор технических наук, Северо-Кавказский государственный технический университет (СКГТУ).
Сатцаев А.М. — аспирант, СКГТУ.
Еналдиев А.Ф. — аспирант, СКГТУ.
Файл: ГОЛИК_12
Каталог: G:\По работе в универе\2003г\Папки
2003\GIAB12~03 Шаблон:
C:Шsers\Таня\AppData\RoammgYMlcmsoftYШаблоны\
Normal.dotm Заголовок: 1
Содержание:
Автор: Балыкин
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания: 18.08.2003 14:35:00
Число сохранений: 2
Дата сохранения: 18.08.2003 14:35:00 Сохранил: Гитис Л.Х.
Полное время правки: 3 мин.
Дата печати: 09.11.2008 18:43:00
При последней печати страниц: 2
слов: 1 610 (прибл.)
знаков: 9 178 (прибл.)
