CC BY
94
СЕМИНАР 16
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© И.В. Шадрунова, М.В. Рыльникова,
Е.А. Емельяненко, Н.Н. Старостина, А.Е Сизиков,2001
УДК 699.334.13
И.В. Шадрунова, М.В. Рыльникова,
Е.А. Емельяненко, Н.Н. Старостина, А.В. Сизиков
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ РАСТВОРОВ
И
нтенсивный рост темпов добычи медьсодержащего сырья в настоящее время привел к тому, что многие богатые и легко доступные месторождения уже отработаны или близки к исчерпанию. На отрабатываемых месторождениях наблюдается снижение содержания ценного компонента и рост глубины залегания рудных тел. В районах добычи и переработки руд, содержащих медь, имеется определенная экологическая напряженность, из-за значительного количества образующихся техногенных отходов производства. В сложившейся ситуации разработка бедных руд и переработка техногенных минеральных объектов нетрадиционными, экономичными технологиями на основе методов кучного или подземного выщелачивания является весьма перспективным направлением. Выделение меди из продуктивных растворов может проводится методом цементации или другими физико-химичес-кими способами.
Очень актуальной на сегодняшний день является также проблема очистки сточных кислых, медьсодержащих вод, обра-
зовавшихся в результате деятельности горнодобывающих и перерабатывающих предприятий. Совершенствование процесса извлечения меди из сточных вод позволит получить воду технического качества и кондиционный товарный медьсодержащий продукт.
На Башкирском медно-серном комбинате (г. Сибай) при изыскании дополнительных источников получения меди была создана и запущена в работу пилотная установка кучного выщелачивания, которая позволила вовлечь в переработку труднообогатимые окисленные медные руды месторождения Бакр-Узяк.
Для переработки подотваль-ных и рудничных вод Сибайского карьера были сооружены специальные цементационные установки. Высокоминерализованные по-дотвальные и рудничные воды Сибайского карьера содержат большое количество ионов цветных металлов. Содержание меди в них достигает порядка 0,4 г/дм3. Однако, низкая эффективность работы цементационной установки по очистке сточных вод не позволяет в достаточной степени очистить их от ионов меди и получить кондиционный медный продукт.
При эксплуатации опытной кучи по выщелачиванию окисленных медных руд месторождения Бакр-Узяк извлечение меди из продуктивных растворов в двух стадиях цементации по данным опробования не превысило 62,38 %.
Для орошения кучи в качестве растворителя использовались
кислые сточные воды Сибайского карьера. Содержание меди в продуктивных растворах после выщелачивания составляло 2-4 г/дм3. Осаждение меди производилось на пластины железного скрапа размером 30х60 мм, которые загружались во вращающийся барабанный цементатор и 10 контрольных цементационных
желобов. Слив цементаторов поступал в прудок - отстойник, где смешивался с рудничными и под отвальными водами и вновь подавался на орошение кучи.
Для совершенствования технологии извлечения меди из медьсодержащих промышленных растворов проведен комплекс на-учно-исследова-тельских работ. Изучались составы медного це-ментата, продуктивных растворов и растворов, образующихся после цементации. Рассмотрена возможность выделения меди из растворов методом гальванокоагуляции. Для доочистки медьсодержащих промышленных вод Си-байского карьера исследовался метод сорбционно-флотационного извлечения меди на тонких частицах пирита.
Анализируя данные по гранулометрическому составу цементного осадка и распределению меди по классам крупности установили, что около 85 % цементной меди извлекается вместе с тонкими частицами в класс < 0,071 мм. Из них более половины 57,5 % составляет класс -0,04 мм. Микроскопический анализ цементационного осадка показал, что элементная медь образуется в виде тонких пластинок, частично
склеенных глинистыми железосодержащими материалами. Эти конгломераты легко разрушаются при небольшом механическом воздействии
Агитационная обработка це-ментата в 5 % соляной кислоте позволила избавиться от легко растворимых глинистых примесей и повысить содержание меди в осадке с 33,92 % до 43,89 %. С целью удаления железосодержащего материала проба была подвергнута операции сухой магнитной сепарации при помощи лабораторного ручного магнита. В результате были получены магнитная фракция с содержанием меди 3,7 % и немагнитная фракция с содержанием меди 49,47 %. Результаты магнитной сепарации свидетельствуют о том, что применение магнитной сепарации повышает содержание меди в це-ментате в 1,12 раз, сокращает массу медного продукта при незначительных потерях меди 1,03 % с магнитными хвостами. Следовательно магнитная сепарация может быть рекомендована для включения в схему подготовки медьсодержащего продукта к плавке.
Полученная в результате магнитной сепарации отмытая от глинистых частиц немагнитная фракция была подвергнута седи-ментационному анализу для оценки распределения меди по классам крупности (табл. 1)
В расчетах скорости осаждения плотность частиц принималась 8500 кг/м3.
Анализ данных табл. 1. показывает, что основная часть цементной меди 87,8% находится в немагнитной фракции и на 85,46 % представлена классом крупностью 60-85 мкм. В продукте цементации практически отсутствуют тонкие классы крупностью 60мкм и меньше. С потерями в этом классе связаны потери меди в цементации, за счет того, что в приемном бункере действующего це-
ментатора создаются турбулентные потоки, уносящие тонкие частицы в слив.
Низкая эффективность работы опытной установки кучного выщелачивания связана в первую очередь с недостаточной кислотностью растворов (рН=4,2), поступающих на цементацию. Установлено, что оптимальным для растворов, поступающих на цементацию, является рН=2,3-2,4. При рН > 2,4 начинается выпадение в осадок солей двух - трех валентного железа, алюминия и магния, которые обволакивают пластины железного скрапа, и снижают осаждение меди.
Концентрация меди в растворе является также одним из главных факторов, определяющих скорость цементации. Исследованиями установлено, что наибольшее извлечение меди из раствора происходит при начальной концентрации 5,3-5,9 г/дм3.
Г лавной причиной экстремального характера зависимости скорости цементации от концентрации меди в растворе является структура цементационных осадков. С возрастанием начальной концентрация меди в растворе, снижается пористость цементационных осадков и растет поровое давление в цементате. В концентрированных растворах пористость осадков становится настолько малой, что скорость цементации практически равна нулю. Следовательно, концентрация медьсодержащих растворов при выщелачивании должна быть ограничена 5-8 г/дм3.
Известно, что гальванокоагу-ляционный метод обработки воды, содержащей ионы меди, позволяет выделить из нее медь в виде безопасного осадка.
Лабораторными исследованиями установлено, что добавка кокса в количестве 10 % от массы железного скраба почти в 2 раза повышает эффективность процесса извлечения меди. Причем по-
ложительное воздействие кокса наблюдается как в кислой, так и в слабокислой среде.
Вследствие отсутствия на опытно-промышленной установке кучного выщелачивания цементации системы опробования технологического процесса оценить изменения параметров цементации при добавлении кокса было невозможно. Но отобранная через 10 дней после введения кокса в барабанный цементатор проба медьсодержащего продукта показала наличие крупных кусков кокса размером 50-80 мм, покрытых слоем меди. Микроскопическими исследованиями установлено, что медь осаждается тонкой пленкой, как на лист железа, так и на
РЕЗУЛЬТАТЫ СЕДИМЕНТАЦИОННОГО АНАЛИЗА НЕМАГНИТНОЙ ФРАКЦИИ ЦЕМЕНТНОГО ПРОДУКТА
Класс крупности, мкм Выход, % Содержание меди, % Извлечение меди, %
+ 85 53,65 19,46 30,31
+60-85 31,81 52,21 48,22
+5-60 11,19 55,25 17,95
-5 3,35 36,10 3,51
Итого: 100,0 34,44 100,0
Таблица 2
ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕДИ ИЗ РАСТВОРА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВРЕМЕНИ СОРБЦИИ НА ПИРИТЕ
Исходная концентрация меди в растворе, г/дм3 рН раствора Продолжительность сорбции, мин Остаточное содержание меди в растворе, г/дм3 Извлечение меди в раствор, %
0,8 2,55 20 0,53 33,0
40 0,35 56,2
60 0,38 52,5
80 0,67 16,25
100 0,67 16,25
0,9 6,0 20 0,82 8,8
40 0,73 18,8
60 0,44 51,1
80 0,59 34,4
100 0,82 8,8
Таблица 3
РЕЗУЛЬТАТЫ ФЛОТАЦИОННО-СОРБЦИОННОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ РАСТВОРА НА ПИРИТЕ
Концентрация меди в растворе, г/дм3 Продукты флотации Выход, % Содержание меди, % Распределение сорбционной меди по продуктам, % Извлечение меди в продукты из раствора, %
Исходная Конечная
2,0 1,87 Концентрат 60,1 3,02 66,97 4,20
Хвосты 39,9 2,24 33,03 2,07
Исх. 100,0 2,71 100,0 6,27
0,5 0,306 Концентрат 58,7 2,29 62,81 12,18
Хвосты 41,3 1,94 37,19 7,22
Исх. 100,0 2,14 100,0 19,4
кокс. Причем частицы меди не заполняют поры и трещины кокса. Медь имеет рыхлое строение, толщина пленки меди на коксе до 2-3 мм, легко очищается механически и в процессе цементации отслаивается от кусков кокса, собираясь в бункере для цементной меди. Таким образом, добавка
кокса в цементатор, является весьма эффективной, и рекомендована к использованию на действующей установке.
Цементация - наиболее приемлемый метод очистки вод с получением товарной продукции. Однако, этот метод не позволяет с достаточной степенью очистить
сточные воды. Поэтому процесс очистки воды, содержащей ионы меди, целесообразно разделить на две стадии - цементацию с извлечением меди 90-95 % и вторую стадию для доведения содержания ионов меди в растворах до ПДК или ПДС, используя тонкодисперсные материалы
Разработанная в ИПКОН РАН и МГГА [1] новая технология извлечения металлов из разбавленных водных растворов, в которой сочетаются два процесса - селективная сорбция металлов на неорганических сорбентах и последующая флотация сорбентов, была использована нами для доочистки промышленных медьсодержащих растворов.
Для удаления катионов меди в качестве сорбента нами были использованы тонкие частицы пирита крупностью -74+41 мм. Навеска пирита 1,2 г помещалась в стеклянную колбу и заливалась 150 мл модельного раствора с содержанием 0,8 - 0,9 г/дм3 меди. Колба помещалась на встряхива-тель и через каждые 20 минут отбиралась аликвотная часть раствора для анализа на содержание оставшихся ионов меди в растворе (табл. 2).
Максимальная нагруженность пирита медью составила 5,58 % при рН раствора 2,55 и 5,11 % при рН раствора 6,0. Для проверки полученных результатов были проведены исследования на фло-тируемость тонких частиц сорбента.
Для проведения сорбционнофлотационных испытаний были взяты навески пирита массой 5 г крупностью -0,074+0,041 мм. Исследуемая проба была получена путем отсева класса -0,041 мм от пиритного концентрата Сибай-ской обогатительной фабрики. Содержание в пробе Си - 0,2 %, S - 40,14 %.
Опыты проводились в лабораторной флотомашине объемом 1 дм3 с использованием модельных растворов медного купороса, содержащих 2 г/дм3 и 0,5 г/дм3 меди, рН среды 3,4, перемешивание пробы с модельным раствором происходило во флотомашине в
течение 5 мин. Продолжительность перемешивания с собирателем и вспенивателем по 2 мин, флотация в течение 3 мин. Для каждого модельного раствора медного купороса проведено по 3 флотационных опыта. Используемые реагенты: собиратель - бутиловый ксантогенат с расходом 15мг/дм3; вспениватель - сосновое масло. Химический анализ усредненных проб приведен в табл. 3.
Флотационные опыты показали возможность сорбционнофлотационного извлечения меди из раствора. Из раствора с содержанием меди 2 г/дм3 сорбировалось на пирит 6,27 %, меди, из раствора с концентрацией 0,5 г/дм 3 осаждалось 19,4 % меди. Количество сорбированной меди на пирите из растворов различной концентрации практически одинаково. Очевидно, это связано с поверхностной физической адсорбцией, что подтверждается близкими значениями содержания меди в концентрате и хвостах флотации.
Опыты по извлечению меди из растворов на тонких частицах пирита проводили при рН=3,4, что соответствует кислотности подо-отвальных и шахтных вод Сибай-ского карьера. Расходы флотореа-гентов не изменялись. Учитывая, что параметры и режим флотации их параметры могут оказаться не оптимальными, поэтому исследования в этой области следует продолжить. Однако, полученный в исследованиях пирит, обогащенный медью от 0,2 % до 3,02 %, является дополнительным товарным продуктом, и может быть направлен в плавку.
Выводы
1. Низкая эффективность работы цементационных установок по очистке сточных вод карьер и
выделению меди из продуктивных растворов кучного выщелачивания связана в первую очередь с недостаточной кислотностью растворов (рН=4,2), поступающих на цементацию и отсутствием систем контроля за параметрами процесса выщелачивания и извлечения меди из растворов. Процесс цементации лучше происходит в кислых растворах (рН = 2,32,4).
2. Концентрация продуктивных растворов, поступающих на цементацию, не должна быть высокой, и ее следует поддерживать в пределах 5-8 г/дм3.
3. Осадок цементационной меди содержит 33,92 % меди, загрязнен глинистыми алюмосили-катными частицами, гидроксидами и оксидами железа. Предварительное осветление раствора перед цементацией и магнитная сепарация продукта цементации позволяют повысить содержание меди в цементационном осадке до 49,47 %.
4. Добавка кокса в цементатор в количестве 10 % от массы скраба почти в 2 раза повышает эффективность процесса извлечения меди. Причем положительное воздействие кокса наблюдается как в кислой, так и в слабокислой среде.
5. Целесообразно разделить потоки подотвальных и карьерных вод и растворов кучного выщелачивания для их раздельной цементационной переработки.
6. Для доочистки медьсодержащих промышленных вод Си-байского карьера может быть рекомендована технология сорбционно-флотационного извлечения меди на тонких частицах пирита. Пирит, обогащенный медью от
0,2 % до 3,02 %, является дополнительным товарным продуктом, и может быть направлен в плавку.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сорбционная флотация металлов. / Соложенкин П.М. др. Исследование процессов кучного выщелачивания для переработки окисленных медных руд месторождений Южного Урала // Развитие идей И.Н. Плаксина в области обо-
гащения полезных ископаемых и гидрометаллургии: Тезисы докладов юбилейных Плаксинских чтений. - М. 2000. - С. 121-122.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Шадрунова И.В., Рыльникова М.В., Емельяненко Е.А., Старостина Н.Н. - Магнитогорский государственный технический университет.
Шадрунова И.В. - Магнитогорский государственный технический университет.
Сизиков А.В. - ОАО «Башкирский медно - серный комбинат».
