Лекция 9. Электротермические процессы. Гидрометаллургические процессы

Электротермические процессы

Эти процессы широко применяют в отечественной цветной металлургии. Достаточно указать на электроплавку никелевого агломерата, используемую на ОГМК, медно - никелевой сульфидной руды на комбинатах «Печенганикель» и «Североникель», переработку в электропечах медных концентратов на ДГМК, электротермию обожженных цинковых концентратов на Беловском цинковом заводе, плавку в электропечах оловянных концентратов на Новосибирском и сурьмяных на Кадамжайском комбинатах.

Кроме того, электротермические процессы успешно используют при переработке различных полупродуктов в свинцовом и цинковом производствах, при обеднении шлаков и для других целей. Рассмотрим электротермические процессы при плавке медных и переработке цинковых концентратов.

На ДГМК в рудно - термических печах перерабатывают сырые медные концентраты. Джезказганские концентраты отличаются высоким содержанием меди, кремнезема и низким содержанием железа и серы.

По разработанной во ВНИИцветмете технологии по проекту Гипроцветмета на ДГМК в 1973 - 1974 гг. внедрена плавка окатанных медных концентратов в электропечах.

Шихту из медного и пиритного концентратов (для получения штейна заданного состава), содержащую, %: Сu 30,4 - 33,2; Fе 7,9 - 11,2; Рb 0,5 - 2,2; Zn 0,29 - 0,93; S 14,8 - 18,3; SiO₂ 20,0 - 24,7; СаО 2,5 - 5,6; А1₂О_з 3,0 - 4,4, гранулируют с сульфитным щелоком, подсушивают до влажности не более 1% и загружают в электротермическую печь вместе с флюсом (известняк) и оборотными материалами. В качестве железосодержащего флюса с целью обезмеживания в электропечь заливают жидкий шлак.

Характеристика электропечи: прямоугольная, трехфазная, шестиэлектродная, площадь пода 24х7 м², высота 4,5 м, электроды самоспекающиеся диаметром 1200 мм. Выпуск штейна и шлака производят через шпуровые отверстия с противоположных торцовых сторон печи. Газы отводят через шесть стояков диметром 770 мм и затем последовательно очищают от пыли в инерционных пылеуловителях и сухих электрофильтрах. Пыль из первой стадии пылеулавливания возвращают в печь.

В процессе освоения технологии и конструкции рудно – термической печи был установлен оптимальный режим работы при максимально допустимой глубине ванны 2600 мм и напряжении 600 - 800 В. При этом обеспечивался наибольшиий проплав шихты и минимальные потери со шлаками. Отработка оптимального режима и пылегазового тракта позволили стабилизировать процесс плавки при температуре шлака 1330 °С, а штейна

1080 - 1200 °С и уменьшить пылевынос до 0,4 % от загрузки. Втаблице 3 приведены составы штейна, шлака и пылей.

Степень десульфурации при плавке составляет 5,6 %. В процессе

плавки основное количество мели (98,4 %), свинца (86,28 %) и серы (92,9 %)концентрируется в штейне. Потери меди н свинца со шлаками составляют соответственно 1,0 и 7,88 %. Рений возгоняется в газовую фазу на 68,6 % и переходит в штейн на 25,8 %.

Как следует из приведенных данных, электротермическая переработка медных концентратов обеспечивает высокое извлечение меди в штейн, а также отгонку большей части рения в газовую фазу. В пылях инерционного пылеуловителя и скоростного газохода концентрируется свинец и цинк. Электропечные газы после тонкой очистки от пыли в сухих электрофильтрах направляют на серосжигательную установку для обогащения сернистым ангидридом и далее в сернокислотное производства. Рений концентрируется в промывной кислоте и затем извлекается из нее в перренат аммония.

Принятая технология позволяет одновременно решать две задачи - полнее извлекать основной металл (Сu) и комплексно использовать другие

ценные компоненты сырья (Rе, Рb, S).

В дальнейшем коллективом комбината в содружестве с научными организациями в технологию и конструктивное оформление электроплавки внесены усовершенствования. Были освоены репульпация, фильтрация и сушка привозных медных и пиритных концентратов с повышенной влажностью; проведена реконструкция мельниц измельчения известняка и освоена технология его «мокрой» шихтовки; модернизированы топки барабанных сушилок шихты, узлы загрузки и выгрузки в печах термической обработки влажных гранул; стабилизирован электрический режим рудно —

термических печей, реконструирована их загрузочная система и газоходный тракт. Выполнены также технические мероприятия по улучшению работы конвертерного передела.

Гидрометаллургические процессы

Преимущества гидрометаллургической технологии.

Гидрометаллургическая технология производства цветных металлов занимает особое место в решении проблемы комплексного использования минеральных ресурсов. Интенсивное ее развитие в последние десятилетия объясняется необходимостью более полного и комплексного использования полезных ископаемых в связи и истощением запасов минеральных ресурсов; усилением требований к охране окружающей среды и, в частности, резкому сокращению газообразных выбросов в атмосферу; вовлечением в производство запасов трудно перерабатываемых и забалансовых руд, различных коллективных продуктов обогащения, полупродуктов и отходов металлургического производства, переработка которых традиционными флотационными и пирометаллургическими методами или невозможна, или экономически нецелесообразна; повышением требований к качеству и расширению ассортимента выпускаемой продукции в связи с техническим прогрессом и других отраслях промышленности, а также созданием полностью механизированных и автоматизированных производств с высокой производительностью труда.

Благодаря высокой степени селективности гидрометаллургические методы обеспечивают более высокий коэффициенты комплексности использования сырья и извлечения из них ценных компонентов, находящихся в незначительных количествах. С помощью гидрометаллургических процессов можно рентабельно перерабатывать бедное сырье, так как большинство производственных операций и соответствующих затрат определяется содержанием металла, а не общей массой исходного сырья.

Ввиду указанных преимуществ в мировой практике наблюдается неуклонное расширение масштабов и областей применения этих процессов в производстве цветных металлов. Так, в капиталистических и развивающихся странах удельный вес производства цветных металлов гидрометаллургическими методами непрерывно возрастает.

Таблица 3. Составы штейна, шлака и пылей, %

Продукт плавки	Сu	Рb	Zn	Rе	S	Rе	SiO2	СаО
Штейн	49,75 -54,5	1,23- 4,57	0,55- 1,92	14,5- 18,15	23,3- 24,6	-	-	-
Шлак	0,34- 0,62	0,10- 0,56	0,29- 2,3	8,9- 18,8	0,14- 0,34	-	47,07- 52,49	11,64- 12,62
Пыли инерционного пылеуловителя	20,9	11,8	6,1	4,9	11,7,	0,026	12,0	2,1
Пыли газоотходные	14,7	21,5	11,9	4,5	11,4	0,064	6,1	2,3
Примечание. Шлак тоже содержит 5,17 - 8,46 % Al2O3

Таблица 4. Состав агломерата и продуктов плавки, %

Продукт	Zn	Рb	Cd	Cu	Fe	SiO2	СаО	S
Агломерат	57-60	0,8-1,5	0,09-0,13	0.4-0.9	8,0-9,5	3,6-4,3	0,1-1,35	1-3
Шлак	4-8	0,05-0,08	-	0,1-0,2	11,5-16,5	27-30	22-28	0,5-1,2
Штейн		-	-	4,0-4,9	44-45	-	-	20,0
Черновой цинк	98,35-98,50	1,0-1,5	00,9-0,171	0,02-0,10	0,12-0,30	-	-	-
Цинк после ликвации	98,40-98,60	1,0-1,3	0,09-0,17	0,02-0,08	0,04-0,10	-	-	-

Содержание Аl, Sb, Sn находится в пределах ГОСТ 1265 на цинк марки ЦЗ и составляет, %: Аl 0,01; Sb 0,02; Sn 0,02.

Пирометаллургические методы характеризуются значительными удельными капитальными затратами и высоким расходом топлива или электроэнергии.Большим недостатком этих методов является выброс в атмосферу больших количеств токсических газов и аэрозолей.

Современная гидрометаллургия развивается в направлении разработки и применения новых более эффективных растворителей, автоклавных, сорбционно - экстракционных и электрохимических процессов, создания флотоционно — гидро - металлургических и других комбинированных процессов. Наряду с применением известных растворителей (серная кислота, аммиак, щелочь) разрабатывают и внедряют процессы с использованием более эффективных растворителей и дорогостоящих реагентов, таких, как азотная и соляная кислоты, их соли, цианиды, хроматы, тиомочевина и другие органические растворители. Расширяют также исследования в области применения механических и химических методов активации минералов. Применение новых растворителей расширило возможности комплексной переработки полиметаллического сырья и стало экономически выгодным в связи с переработкой методов их регенерации.

С целью развития и координации всех научных исследований в области гидрометаллургии цветных металлов создан институт «Гидроцветмет», на который возложены функции головной организации.

В настоящее время в странах СНГ и за рубежом накоплен большой промышленный опыт использования автоклавных процессов для производства цветных металлов. Непрерывный процесс автоклавного выщелачивания давно используют в производстве глинозема. Кислотное, карбонатное и аммиачное выщелачивание применяют при переработке окисленных и сульфидных никель - кобальтовых и вольфрамо - промпродуктов. Разрабатывают автоклавные методы переработки сульфидных никелевых, медных, молибденовых, цинковых концентратов и различных коллективных полиметаллических продуктов обогащения.

Автоклавную аппаратуру используют также с целью проведения восстановительных процессов для получения порошков меди, никеля, кобальта из водных растворов с помощью водорода, а в будущем - с помощью других газообразных и органических восстановителей.

Применение автоклавных процессов позволило не только ускорить выщелачивание сульфидных и металлизированных материалов, но и повысить селективность извлечения цветных металлов.

Наибольшие успехи в развитии гидрометаллургической технологии достигнуты на основе сорбционных и экстракционных процессов. За последние 10-15 лет освоен выпуск разнообразных селективных сорбентов и экстрагентов для извлечения из растворов и пульп цветных, редких, рассеянных металлов и золота. Технология сорбционного получения металлов непосредственно из пульп, разработанная под руководством Б.Н. Ласкорина, дает возможность совмещать операции выщелачивания сырья и извлечения металлов, упразднить ряд громоздких операций (отстаивание, фильтрация), ускорить процесс и повысить степень извлечения металлов.

Сорбционные и экстракционные процессы успешно применяют для попутного извлечения редких элементов (индия, кадмия, таллия, теллура), очистки различных растворов от примесей (особенно в никель - кобальтовой промышленности), обезвреживания промышленных стоков, получения металлов высокой чистоты. В настоящее время по сорбционной технологии работает ряд золотоизвлекательных фабрик, причем количество их непрерывно возрастает.

Как известно, производство никеля и кобальта основано на переработке окисленных и сульфидных никелевых руд. Первые не поддаются обычным методам обогащения и перерабатываются непосредственно металлургическими методами. Гидрометаллургическая технология переработки окисленных никелевых руд получает распространение за рубежом. Большой опыт в этом отношении накоплен на предприятиях Новой Каледонии, Кубы и других стран. В зависимости от вещественного состава породообразующей части руд применяется прямое сернокислотное выщелачивание (завод «Моа» на Кубе) или после предварительного восстановительного обжига аммиачное выщелачивание (завод «Никаро» на Кубе).

Гидрометаллургические процессы для переработки окисленных никелевых руд постоянно совершенствуют, одновременно разрабатывают и новые методы. Американская фирма «Юниверсал ойл продакс» применила в опытном масштабе при восстановительном обжиге латериновых руд специальные добавки (пирит и другие соединения серы, а также галогенные соединения). В результате повышено извлечение никеля и снижен расход электроэнергии. Технология, разработанная Горным бюро США, предусматривает селективное восстановление никеля, окислительное аммиачное выщелачивание, экстракцию и осаждение никеля, кобальта и меди.

В СССР и странах СНГ окисленные никелевые руды перерабатывают только пирометаллургическими методам. Основное количество никеля извлекается из сульфидных руд. Поэтому для советских специалистов интерес представляет гидрометаллургическая технология переработки сульфидных руд и продуктов, в частности никельпирротиновых концентратов и файнштейна.

Дата добавления: 2014-12-10