Введение к работе
Актуальность работы
Для большинства видов сульфидного медьсодержащего сырья применяются пирометаллургические способы переработки после предварительного флотационного обогащения руд. Однако, пирометаллургические схемы переработки концентратов имеют ряд существенных недостатков, так как не обеспечивают достаточной комплексности переработки исходного сырья и ведут к загрязнению окружающей среды в результате выбросов сернистого газа в атмосферу.
В последние годы в ряде стран возросло внимание к гидрометаллургическим способам извлечения меди не только из концентратов, но и из забалансового сырья. Извлечение меди по гидрометаллургическим технологиям обычно превышает 93%. Однако, недостаток их состоит в том, что из образующихся кеков трудно извлекать благородные металлы.
Применительно к смешанным рудам более перспективны комбинированные процессы переработки медного сырья с предварительной специальной подготовкой, включающей обжиг сульфидного сырья для перевода сульфидной серы в сульфатную и последующие выщелачивание в сернокислых растворах, что приводит к повышению скорости, полноты и селективности выщелачивания меди. Технология позволяет значительно повысить комплексность использования сырья, снизить себестоимость получаемых товарных продуктов и решить экологические проблемы. Такой вариант разработан в МИСиС для получения меди из концентрата месторождения Эрдэнэт. Однако, применительно к сырью Удоканского месторождения эта технология не может быть использована без дополнительных физико-химических исследований процессов взаимодействия компонентов медьсодержащего сырья при его переработке комбинированным методом.
Цель работы – предложить способ технологии переработки сульфидного медного концентрата, полученного из руды Удоканского месторождения, исключающий образование и выделение сернистых газов в атмосферу и обеспечивающий извлечение меди в конечный продукт не менее 95%.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
- исследовать минеральный и химический составы медьсодержащего концентрата Удоканского месторождения.
- разработать комбинированный способ переработки концентрата, включающий обжиг с хлоридом калия и последующее выщелачивание меди растворами серной кислоты.
- опробовать способы получения калийного удобрения и медного купороса соответствующего ГОСТ 19347-84.
- исследовать кинетику и механизм реакций, лежащих в основе предлагаемой технологии.
Методы исследования
Для решения поставленных задач использовали методы исследования взаимодействий в системе твёрдое тело – жидкость, жидкость – жидкость, химические методы анализа, pH – метрию, рентгенофазовый анализ.
Научная новизна
1. Предложен и обоснован механизм реакций, сопровождающий низкотемпературный обжиг сульфидного медного концентрата с хлоридом калия. Показано, что в основе процесса обжига лежит электрохимическое взаимодействие между сульфидами меди, обладающим и электронной проводимостью, и KCl с ионной проводимостью.
2. Дано объяснение максимума на температурной зависимости извлечения меди в водорастворимый хлорид меди при обжиге сульфидных концентратов. Оно состоит в том, что при температурах до 500оС реализуется электрохимический механизм, а при температурах выше 500оС – механизм хлорирования, при котором часть хлорирующего реагента – FeCl3 связывается с КCl в комплекс К[FeCl4], не участвующий в реакциях, сопровождающих обжиг.
3. Определены термодинамические характеристики реакций, сопровождающих обжиг, исключающий образование и выделение сернистых газов в атмосферу.
4. Изучена кинетика сернокислотного выщелачивания гидроксидного кека, полученного после обработки продукта хлорирующего обжига водой. Показано, что процесс лимитирует внешняя диффузия (подвод серной кислоты к границе реакции). Оптимизированы режимы выщелачивания, обеспечивающие селективный перевод меди в раствор купороса меди.
Практическая значимость работы
-
Предложена комбинированная технологическая схема переработки сульфидного медного концентрата, полученного из Удоканской руды, включающая обжиг концентрата с KCI, выщелачивание продукта обжига водой и двухстадийное выщелачивание образующегося гидратного кека серной кислотой с получением в качестве конечных продуктов медного купороса и калийного удобрения. Технология полностью исключает образование и выделение сернистых газов и хлора в атмосферу.
-
Определены технологические режимы основных переделов, обеспечивающие извлечение меди в конечный продукт (медный купорос) не ниже 95%.
-
Отработаны процессы кристаллизации медного купороса из сернокислого раствора меди и смеси хлорида и сульфата калия из раствора, полученного при водном выщелачивании продукта низкотемпературного хлорирующего обжига сульфидного медного концентрата. Смесь солей калия предполагается в дальнейшем разделять, используя большую разницу их растворимости в воде, сульфат калия использовать в качестве удобрения, а хлорид возвращать на операцию хлорирующего обжига.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на 66-ной Научной конференции молодых учёных МИСиС, Москва 2011 г. и на Научно-практической конференции «Прогрессивные технологии рационального освоения недр», 31 мая–1 июня 2011 г., ФГУП "ВИМС", г.Москва.
Публикации. По результатам работы опубликованы 1 статьи, 1 тезис доклада (2 статьи приняты к публикации в журнале «Известия вузов. Цветная металлургия).
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов и одного приложения. Диссертация изложена на 101 станицах, включает 23 таблицы, 12 рисунков и список используемых источников из 36 наименований.
