Физико-химическое обоснование и исследование обжига золотосодержащей скородитовой руды в атмосфере перегретого водяного пара Гуляшинов Павел Анатольевич

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1 Современные технологии переработки упорных золотомышьяковых руд и концентратов 11

1.1 Современное состояние и объемы добычи золота в Российской Федерации 11

1.2 Методы переработки упорных золотомышьяковых руд и концентратов 13

1.2.1 Окислительный обжиг 14

1.2.2 Хлорирующий обжиг 17

1.2.3 Бактериальное выщелачивание 19

1.2.4 Автоклавное выщелачивание 22

1.2.5 Вакуум-термическое разложение 25

1.3 Утилизация мышьяксодержащих техногенных отходов 27

1.4 Использование водяного пара при переработке минерального сырья 33

Выводы по главе 36

ГЛАВА 2 Объект исследования и теоретическое обоснование процесса обжига скородитовой руды в атмосфере перегретого водяного пара 37

2.1 Вещественный и химический состав исследуемой руды 38

2.2 Теоретические основы математического моделирования процесса обжига 43

2.3 Математическое моделирование термодинамических параметров процесса обжига скородитовой руды в атмосфере водяного пара 48

Выводы по главе 55

ГЛАВА 3 Кинетические особенности процесса обжига скородитовой руды с пиритным концентратом в атмосфере водяного пара 56

3.1 Расчет кинетических параметров обжига скородитовой руды 56

3.2 Термическое разложение скородита и пирита при обжиге 64

Выводы по главе 69

ГЛАВА 4 Технологические основы процесса сульфидизирующего обжига скородитовой руды в атмосфере перегретого водяного пара 70

4.1 Установка для обжига и методика исследований 71

4.2 Оптимизация процесса сульфидизирующего обжига скородитовой руды в атмосфере водяного пара 74

4.3 Матрица планирования эксперимента 74

4.4 Особенности обжига скородитовой руды с сульфидизатором в атмосфере водяного пара 82

Выводы по главе 91

ГЛАВА 5 Технологическая схема. технико-экономическая оценка сульфидизирующего обжига скородитовой руды 92

5.1 Описание технологической схемы переработки скородитовой руды 92

5.2 Технико-экономическая оценка переработки скородитовой руды по предлагаемой технологической схеме 98

Выводы по главе 105

Заключение 106

Список литературы

• Хлорирующий обжиг
• Математическое моделирование термодинамических параметров процесса обжига скородитовой руды в атмосфере водяного пара
• Термическое разложение скородита и пирита при обжиге
• Оптимизация процесса сульфидизирующего обжига скородитовой руды в атмосфере водяного пара

Введение к работе

Актуальность работы. Вовлечение в переработку окисленных золотомышьяковистых руд является актуальной проблемой, как для мировой, так и российской золотодобывающей промышленности. В большинстве случаев данные руды являются упорными. Золото в этих рудах находится в тонковкрапленном состоянии в рудных и породообразующих минералах, что значительно снижает его извлечение при цианировании.

В Российской Федерации ведущими научными организациями (ИПКОН РАН, ЦНИГРИ, Иргиредмет, МИСиС, ИРНИТУ, ИГД СО РАН, Гинцветмет, ЗабГУ, ВНИИХТ и др.) выполнен значительной объем исследований по переработке упорных руд, а также накоплен большой опыт внедрения разнообразных технологических решений по извлечению благородных металлов на горнодобывающих предприятиях. Вклад в исследование и разработку теоретических основ переработки минерального сырья внесли отечественные ученые: И.Н. Плаксин, И.Н. Масленицкий, В.В. Лодейщиков, JI.B. Чугаев, В.Г. Агеенков, Б.Н. Ласкорин, В.А. Чантурия, С.М. Исабаев, Г.В. Седельникова, В.И. Вигдергауз, И.В. Шадрунова, Т.Н. Матвеева, А.С. Черняк, И.К. Скобеев, Г.И. Войлошников, М.А. Меретуков, В.А. Луганов и др.

Существующие методы вывода мышьяка из производственного цикла, хранения и обезвреживания мышьяксодержащих отходов не всегда отвечают современным требованиям комплексности использования сырья и охраны окружающей среды. Эти требования приобретают особую остроту в случае переработки именно золотомышьяковистых руд, характеризующихся, как правило, сложным вещественным составом.

Повышение цены на золото и выявление запасов окисленных золотомышьяковистых руд в Забайкалье вызвали необходимость разработки технологии их переработки. Способы извлечения золота из подобных руд, ранее считавшихся с экономической и с экологической точки зрения неперспективными, мало изучены.

Перспективным для вскрытия упорного золота и удаления мышьяка из
упорных золотосодержащих скородитовых руд и концентратов

в малотоксичной сульфидной форме является сульфидизирующий обжиг в атмосфере перегретого водяного пара с применением пиритных отходов горноперерабатывающей промышленности в качестве серосодержащего агента. Процесс сопровождается декрипитацией (разрушением) минералов, что способствует дальнейшему повышению степени извлечения золота.

Данный метод соответствует требованиям экологии и безопасности технологического процесса. Малотоксичный сульфид мышьяка обладает низкой растворимостью в воде, не требует специальных условий хранения, а также отличается незначительным удельным объемом.

Диссертационная работа выполнялась в рамках проекта V.46.1.1 Программы фундаментальных научных исследований государственных

академий наук на 2013-2020 гг. «Разработка физико-химических и техноэкологических основ глубокой переработки труднообогатимого минерального и техногенного сырья с целью получения товарных продуктов» (гос. рег. № 01201369148), а также при финансовой поддержке программы «УМНИК» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в 2015-2016 гг.

Научная идея работы заключается в обжиге золотосодержащей скородитовой руды в атмосфере водяного пара с сульфидизатором, который позволит максимально вывести мышьяк в малотоксичной сульфидной форме и повысить степень извлечения золота.

Цель работы – физико-химическое обоснование и исследование процесса обжига золотосодержащей скородитовой руды в атмосфере перегретого водяного пара с целью повышения степени извлечения золота.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Математическое моделирование термодинамических параметров процесса сульфидизирующего обжига скородита в атмосфере перегретого водяного пара.

2. Определение кинетических особенностей обжига скородитовой руды.

3. Установление рациональных режимов обжига скородитовой руды в атмосфере перегретого водяного пара с некондиционным пиритным концентратом.

4. Разработка рациональной технологической схемы переработки золотосодержащей скородитовой руды.

5. Технико-экономическое обоснование переработки скородитовой руды по предлагаемой технологической схеме.

Объектом исследования является золотосодержащая окисленная скородитовая руда месторождения Козловское (Калганский район, Забайкальский край).

По данным минералогического анализа руда содержит: кварца – 54 %, скородита – 35 %, полевые шпаты и алюмосиликатные породы – 11 %.

В исследуемой пробе руды ценными компонентами являются золото (16,9 г/т) и серебро (52,5 г/т).

Методы исследований. При выполнении работы использованы
методы атомно-абсорбционного, титриметрического анализа растворов.
Составы твердых фаз определяли на рентгеновском дифрактометре D8
ADVANCE фирмы Bruker AXS, электронном растровом микроскопе JSM-
6510LV JROL (Япония) с системой микроанализа INCA Energy 350, Oxford
Instruments (Великобритания). Термический анализ проводился методами
дифференциальной термогравиметрии (ДТГ) и дифференциальной

сканирующей калориметрии (ДСК) с применением прибора синхронного термического анализа Netzsch STA 449 F1 Jupiter. Математическое

моделирование термодинамических параметров проводилось

с использованием программных комплексов «Астра-4/pc» и «Terra».

Научная новизна работы заключается в следующем:

6. Впервые установлена возможность вывода мышьяка в малотоксичной сульфидной форме при обжиге скородита (FeAsО₄) с пиритом (FeS₂) в атмосфере водяного пара в интервале температур 673-1173 К (400-900 ^оC) на основе математического моделирования термодинамических параметров с применением универсальных программ «Астра-4/pc» и «Terra».

7. Выявлены кинетические закономерности процесса деарсенизации при обжиге скородитовой руды с пиритом в атмосфере водяного пара; определены зависимости скорости деарсенизации от продолжительности обжига при различных температурах. Показано, что степень удаления мышьяка зависит от температуры, времени обжига и определяется особенностью протекания процесса деарсенизации в диффузионной области.

8. Экспериментальными исследованиями установлено, что в процессе обжига золотосодержащей скородитовой руды в атмосфере перегретого водяного пара с применением пиритных отходов горноперерабатывающей промышленности в качестве серосодержащего агента, разложение скородита с образованием магнетита сопровождается выделением мышьяка в газовую фазу в виде малотоксичного сульфида мышьяка (As₄S₄). Данный процесс позволяет вскрыть мелкое и тонкое золото из скородита в результате декрипитации минералов.

Достоверность научных положений подтверждена использованием современных физико-химических методов исследования, аттестованных методик и сертифицированного оборудования, а также сходимостью расчетных и экспериментальных данных.

Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследования процесса взаимодействия скородита с пиритом в атмосфере перегретого водяного пара, проведении термодинамических, кинетических расчетов и лабораторных исследований, а также в технико-экономической оценке предлагаемой технологической схемы и обобщении полученных данных.

Основные защищаемые положения:

9. Математическое моделирование термодинамических параметров процесса сульфидизирующего обжига скородита показывает возможность вывода мышьяка в газовую фазу в малотоксичной сульфидной форме – As₄S₄ (тетрасульфид).

10. Эффективность удаления мышьяка зависит от температуры и продолжительности процесса обжига, особенностью которого является протекание в диффузионной области. Зависимость степени деарсенизации от продолжительности обжига удовлетворительно описывается экспоненциальным уравнением Ерофеева – Колмогорова.

3 Для вывода мышьяка в малотоксичной сульфидной форме обжиг труднообогатимой золото-мышьяковистой руды следует проводить с сульфидизатором (пиритным концентратом), который позволит частично утилизировать токсичные пиритные отходы, а также повысить степень извлечение золота.

Практическая значимость работы:

определены оптимальные технологические параметры эффективного сульфидирования мышьяка из скородита продуктами термического разложения пирита;

разработана и обоснована технологическая схема переработки

золотосодержащей скородитовой руды, позволяющая выводить мышьяк из технологического передела в малотоксичной сульфидной форме и повысить степень извлечения золота из упорных золотомышьяковых руд, а также дополнительно вовлечь в переработку техногенное сырье с утилизацией пиритсодержащих отходов;

результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВО «ВосточноСибирский государственный университет технологий и управления» (ФГБОУ ВО ВСГУТУ) при подготовке студентов по направлению 22.03.22 «Металлургия».

Основные результаты работы и отдельные положения

докладывались и обсуждались на следующих научно-практических

конференциях:

11. IX Конгресс обогатителей стран СНГ. Москва, НИТУ «МИСиС», 2013.

12. Международное совещание «Инновационные процессы комплексной и глубокой переработки минерального сырья» (Плаксинские чтения -2013). Томск, 2013.

13. XIV-XV Международные научно-практические конференции «Кулагинские чтения: техника и технологии производственных процессов». Чита, ЗабГУ, 2014 и 2015.

14. Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экологии и природопользования». Москва, РУДН, 2015.

15. VIII школа-семинар молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона». Улан-Удэ, 2016.

16. Международное совещание «Ресурсосбережение и охрана окружающей среды при обогащении и переработке минерального сырья» (Плаксинские чтения - 2016). Санкт-Петербург, 2016.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 14 научных работ, из них 5 статей в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России, и патент на изобретение РФ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 124 страницах машинописного текста, включая 30 рисунков, 27 таблиц и 2 приложения. Состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, включающего 128 наименований.

Хлорирующий обжиг

Одним из интересных методов удаления мышьяка и извлечения ценных компонентов из мышьяковистых продуктов является хлорирующий обжиг с использованием газообразного хлора и других хлоридсодержащих реагентов. Характерной особенностью хлоридных процессов является возможность селективно выделить в отдельные продукты золото и серебро. Дальнейшее извлечение золота из возгонов обжига возможно осуществить традиционными методами сорбционного цианирования [17, 18]. Хлорирующий обжиг применятся в основном к комплексному сырью, содержащему вместе с золотом различные цветные металлы и который допускает технологическую возможность утилизации, имеющихся в этом сырье Fe и S [19].

Особенность метода заключается в том, что исходное сырье предварительно смешивают с 5-22 % NaCl и подвергают обжигу в окислительной атмосфере при температурах 500-600 оС. При обжиге образуются пары S и SO2, которые в присутствии O2 вступают в реакцию с NaCl, давая свободный газообразный хлор: 2NaCl + SO2 + О2 = Na2SО4 + Cl2 (1.5) 2NaCl + S + 2O2 = Na2SО4 + Cl2 (1.6) Газообразный хлор отличается высокой химической активностью, что позволяет взаимодействовать с оксидами и сульфидами железа, образуя хлориды FeCl2 и FeCl3, которые разлагаются кислородом воздуха по уравнению: 2FеСl3 + 1,5O2 = Fе2O3 + 3Сl2 (1.7) Выделяющийся при этом газообразный свободный хлор вновь вступает в реакцию. Благодаря данному процессу достигается многократная диффузия газообразных продуктов через минеральное зерно, что способствует образованию пористого оксида железа Fе2O3. Структура гематита благоприятствует доступу цианистых растворов к тонковкрапленному золоту [20].

Разновидность данного обжига описана в работе [19]. В шихту вводится 7-15 % углерода. Наилучшие результаты достигнуты при температуре обжига 800-850 оС, содержании углерода 7 % и двухстадийной конденсации, при этом извлечение золота составляло порядка 95-98 %. Для повышения улавливания мышьяка из возгонов хлорирующего обжига, возгоны пропускали через железный скрап при температуре 800-950 оС. Концентраты из руд Марджанбулакского и Нежданинского месторождений подвергали хлорирующему обжигу. Наиболее оптимальным является обжиг Нежданинского концентрата в одну стадию при высокой температуре, а для Марджанбулакского концентрата – обжиг в две стадии с введением NaCl на вторую ступень обжига.

В Японии был внедрен хлорирующий обжиг в промышленном масштабе для переработки бедных пиритных огарков с низким содержанием золота. Обжиг проводился в диапазоне температур 1200-1250 оС в специализированной вращающейся трубчатой печи с добавлением хлористого кальция. Подобный обжиг осуществлялся в Финляндии. Хлоридовозгонкой из пиритных огарков с содержанием 1 г/т Au и 14 г/т Ag извлекали в свинцовый продукт до 85 % Au и 75 % Ag [17].

К недостаткам хлорирующего обжига следует отнести необходимость использования сложного аппаратурного оформления высокотемпературного обжига, а также системы фильтрации и улавливания возгонов обжига. Поэтому этот метод используется весьма ограниченно. Также при данном процессе значительны потери благородных металлов с возгонами обжига [18].

Бактериально-химическое выщелачивание является одним из простых, экономичных и экологически безопасных способов переработки упорных золотосодержащих концентратов сульфидных руд по сравнению с обжигом и автоклавным выщелачиванием. Технология основана на окислении сульфидных минералов сообществами ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов Acidithiobacillus ferrooxidans, Thiomonas arsenitoxydans, Acidithiobacillus thiooxidans и др., способных использовать в качестве энергетических субстратов для жизнедеятельности сульфидные минералы, серу и ее восстановленные соединения, а также двухвалентное железо, а для конструктивного метаболизма – двуокись углерода [21, 22, 23].

Микробные cообщества, участвующие в окислении сульфидных концентратов, при умеренных температурах и низких значениях рН включают термотолерантные и умеренно термофильные бактерии и археи. Оптимальные температура, рН, состав питательной среды, аэрация, плотность пульпы – наиболее важные условия их роста и окисления энергетических субстратов [24]. Бактериальное окисление пирита и арсенопирита протекает по следующим реакциям [22, 25]: 4FeS2 + 15О2 + 2Н2О = 2Fe2(SО4)3 + 2H2SО4 (1.8) 2FeAsS + 7О2 + H2SО4 + 2Н2О = Fe2(SО4)3 + 2H3AsO4 (1.9) 4FeS + 9О2 + 2H2SO4 = 2Fe2(SO4)3 + 2Н2O (1.10) Полученный сульфат железа становится доступным для косвенного химического окисления (иона Fe3+): 2FeAsS + Fe2(SО4)3 + 6О2 + 4Н2О = 2H3AsО4 + 4FeSО4 + H2SО4 (1.11) FeS2 + Fe2(SО4)3 = 3FeSО4 + 2So (1.12) Сульфат железа (II) и элементарная сера могут быть окислены бактериями: 4FeSО4 + 2H2SО4 + O2 = 2Fe2(SO4)3 + 2Н2О (1.13) 2So + 3О2 + 2Н2О = 2H2SО4 (1.14) В результате биоокисления сера и мышьяк переходят в серную и мышьяковистую кислоты, которые стабилизируются в гипс и арсенат железа (II): 2H3AsО4 + Fe2(SO4)3 = 2FeAsО4 + 3H2SO4 (1.15) Существует несколько видов технологий биоокисления, различающиеся температурой и используемыми микроорганизмами (таблица 1.2).

Математическое моделирование термодинамических параметров процесса обжига скородитовой руды в атмосфере водяного пара

Теоретическими основами процесса обжига являются термодинамические и кинетические закономерности, которые характеризуют процессы происходящие при обжиге. Математическое моделирование термодинамических параметров позволить предсказать направление течения процесса и конечный состав реагирующих веществ в равновесном (стандартном) их состоянии [100].

Объектом математического моделирования является термодинамическая система – условно выделенная материальная область, взаимодействие которой с окружающей средой сводится к обмену веществом и энергией. Как правило, предполагается, что влиянием гравитационных и электромагнитных полей, а также действием сил поверхностного натяжения можно пренебречь, и единственным видом работы, которую может совершать система является работа расширения.

Термодинамическое равновесие – предельное состояние, к которому стремится термодинамическая система, изолированная от внешних воздействий, т.е. в каждой точке системы устанавливается термическое, механическое и химическое равновесие (происходит выравнивание температуры и давления, и все возможные химические реакции протекают до конца). На практике условие изолированности означает, что процессы установления равновесия протекают гораздо быстрее, чем происходят изменения на границах системы (т.е. изменения внешних по отношению к системе условий) и осуществляется обмен системы с окружением веществом и энергией [101].

Задача расчета термодинамического равновесия заключается в определении всех равновесных параметров и термодинамических свойств рабочего тела. Основными термодинамическими величинами характеризующими равновесие гетерогенной системы, кроме величин определяющих ее состав, являются давление (Р), удельный объем (V), температура (Т), полная внутренняя энергия (U), полная энтропия (S) и энтальпия (Н). Для того, чтобы определить состояние системы необходимо и достаточно знать только состав химических элементов рабочего тела и значения двух термодинамических параметров, чаще всего задают значения одного «механического» (Р или V) и одного «энергетического» параметров (T, U или H). Обычно выбираются комбинации, соответствующие данному технологическому процессу.

Наиболее общим параметром, по которому можно судить о том, достигла ли термодинамическая система состояния равновесия, является величина энтропии. Равновесие подобных систем, в соответствии со вторым законом термодинамики, характеризуется максимумом энтропии относительно термодинамических степеней свободы, к числу которых относятся концентрации компонентов равновесной смеси (Мi, моль/кг), температура (Т) и давление (Р) [101, 102].

При условии равновесия системы, такие параметры как удельный объем (V) и внутренняя энергия (U) остаются независимыми. Исходя из этого, условие равновесия системы может быть записано с помощью уравнений: dV=0 и dU=0 или V=const и U=const (2.1) Энтропия сложной гетерогенной системы слагается из энтропии составляющих ее частей: а) энтропия газовой фазы системы: к к Ssa3 = t,M Pl) = 5У5 -Ro lnR0TV lMi)Mi (2.2) i=l 2 = 7 где S\Pi) - энтропия i-го газообразного компонента при парциальном давлении Pi, которое оно будет иметь в рабочем теле; S? - стандартная энтропия i-го компонента; К - количество газообразных компонентов в равновесной системе; V - удельный объем системы; б) энтропия конденсированных фаз: R S = 2 Х (2.3) r=l где Sr - энтропия конденсированной фазы, отнесенная к 1 молю индивидуального вещества; Мг - число молей; R - общее число отдельных конденсированных фаз. в) энтропия конденсированных растворов: її Ei м М s,pacm. = 5Хмяі - Y.RrM nl ln f-л- Х мй2 - оМп2 In f- = щ=1 nl=l Мх1 п2=1 „2=1 Мх2 Ei ME? М Е? м = ХК - Ro іп )мпі + ХГ - Ro іп )мпі + ХГ - Ro їп- )мП2 пг=1 1V1Xl n2=l 1V1Xl n2=l 1V1x2 (2.4) где Mn1 , Mn2 - число молей веществ в х1 и х2 конденсированных растворах; N1 и N2 - число компонентов в х1 и х2 конденсированных растворов. Энтропия всей термодинамической системы будет равна сумме составляющих ее частей: s = газ+к.раст К RT R N, M " M (2.5) (S +Rilnf) n2=l 2 Определение условий равновесия многокомпонентной термодинамической системы заключается в нахождении всех переменных, включая состав системы, при которых энтропия достигает максимума.

Термическое разложение скородита и пирита при обжиге

Реакции с участием твердых веществ выдвигаются в настоящее время на одно из ведущих мест среди проблем химической кинетики. Реакции этого типа лежат в основе многочисленных процессов химической промышленности, металлургии и др. Возможности интенсификации этих процессов в значительной мере определяются состоянием кинетических исследований, развитие которых приобретает, таким образом, практический интерес [107].

Топохимические реакции – химические реакции, протекающие на поверхности раздела фаз исходного твердого реагента и образующегося твердого продукта, к таким реакциям возможно отнести обжиг в атмосфере водяного пара. Основные черты топохимической реакции определяются тем, что реагирующие молекулы, атомы или ионы, образующие кристаллическое вещество, жестко закреплены в кристаллических решетках и лишены той подвижности, которой они обладают в газовой или жидкой фазах. Реакционная способность атомов или ионов в значительной степени зависит от того, в каком месте кристалла они находятся – в объеме, на поверхности грани, на ребре кристалла или на вершине.

Кроме того, для топохимической реакции большое значение имеет реальная структура твердого тела, и особенно, наличие дефектов решетки. Очень часто при топохимической реакции продукт реакции сохраняет внешнюю форму кристаллов исходного вещества, вследствие того, что при топохимической реакции возможно лишь минимальное перемещение реагирующих частиц [108]. Ввиду этого, необходимо изучение кинетических особенностей в системе скородитовая руда - сульфидизатор - водяной пар.

Подобные реакции хорошо описываются известным уравнением Ерофеева-Колмогорова [109]: а = 1-ехр(-ктп) (3.1) где - доля прореагировавшего вещества ко времени ; к - постоянная, определяющая константу скорости реакции; п - постоянная, определяющая характер процесса: при п 1 - диффузионный процесс; п 1 - кинетический процесс; п = 1 - реакция первого порядка при этом скорость химической реакции сопоставима со скоростью диффузии. Константа скорости реакции (к) и постоянная (п) в уравнении Ерофеева-Колмогорова (3.1) определяются логарифмированием экспериментальных данных. Из уравнения Саковича: К = п1 (3.2) находим (К) - константа скорости реакции, которая зависит от природы реагирующих веществ и условий процесса. Значения постоянной п 1 указывает, что изучаемый процесс протекает в диффузионной области (таблица 3.3).

Экспериментальные исследования для определения кинетических особенностей обжига скородитовой руды в атмосфере перегретого водяного пара были проведены на лабораторной установке «проточного» типа (рисунок 3.1).

Лабораторная установка состоит из четырех основных узлов -электропечи, нагревателя, реактора и сосуда с поглотителем газов. Температура в реакторе измеряется термопарами типа ХА и регулируется микропроцессорным электронным терморегулятором МПРТ-22, который был установлен для автоматизации процесса обжига. При достижении требуемой температуры обжига в реактор подавали перегретый водяной пар, затем загружали алундовую лодочку с навеской скородитовой руды массой от 1,5 до 2 г. Началом процесса обжига считали момент ввода навески руды. Полученные огарки подвергались химическому анализу. По количеству остаточного мышьяка в огарке определялась степень удаления мышьяка (деарсенизация) в зависимости от температуры и продолжительности обжига.

Скородит является источником мышьяка, в этой связи, поведение скородита при обжиге в атмосфере перегретого водяного пара должно определять большинство технологических параметров процесса.

Значения степени деарсенизации скородита () от времени обжига () в диапазоне температур 550-750 оС представлены в таблице 3.1. Расход воды при обжиге был постоянным [110]. Таблица 3.1 – Степень деарсенизации скородитовой руды при различной температуре и времени обжига Т, оС Степень деарсенизации руды () при , сек 300 600 900 1200 1500 550 0,18 0,28 0,30 0,35 0,38 600 0,28 0,43 0,49 0,51 0,55 650 0,36 0,55 0,63 0,73 0,79 700 0,42 0,67 0,78 0,89 0,91 750 0,48 0,74 0,87 0,95 0,99 При формально-кинетическом анализе обжига скородита использовали уравнение Ерофеева-Колмогорова. При логарифмировании уравнения (3.1) получим: \п[-\п(\-а)] = п\пт + \пк (3.3) Представим логарифмы в виде простого линейного уравнения: у = ах + Ь, где у = 1п[-1п(1- )], х = In , а = п, Ъ = In к.

На рисунке 3.2 представлена зависимость степени деарсенизации от продолжительности обжига при различных температурах. Полученные интегральные кинетические кривые показывают, что температура процесса обжига оказывает значительное влияние на степень деарсенизации полученных огарков. Из рисунка видно, что степень деарсенизации при термическом разложении скородита возрастает с 55 % при 600 оС до 99 % при 750 оС.

Логарифмированием данных таблицы 3.1 было получено значение двойного логарифма степени деарсенизации (таблица 3.2) и построен график зависимости от логарифма (рисунок 3.3). Полученные прямые линии для каждой температуры (550 до 750 оС) указывают на то, что выбор уравнения для описания кинетики сделан правильно.

Оптимизация процесса сульфидизирующего обжига скородитовой руды в атмосфере водяного пара

На основании проведенных исследований разработана принципиальная технологическая схема переработки труднообогатимой золотосодержащей скородитовой руды, которая представлена на рисунке 5.1.

При экспериментальных исследованиях использовалась измельченная скородитовая руда до крупности 70 % класса - 0,1 мм. Разработка данной схемы осуществлялась классическим способом. Исходная скородитовая руда направляется на дробление и стадиальное измельчение до крупности 70 % класса - 0,1 мм., затем смешивается с измельченным некондиционным пиритным концентратом (крупность 70 % класса - 0,1 мм) и направляется на обжиг.

Сульфизирующий обжиг проводится в печи «кипящего слоя» (КС) (таблица 5.1). Для данного процесса возможно применять печь типа «Кивцет», переоборудованную для обжига. Перегретый водяной пар из парогенератора используется в качестве дутья. Процесс сульфидизирующего обжига оптимально протекает при 700 оС (дальнейшее повышение температуры свыше 740 оС приводит к инкапсуляции золота в огарке [5, 95]) и соотношении скородитовая руда : пиритный концентрат равным 3:1. В качестве сульфидизатора возможно применять некондиционный пиритный концентрат, основным технологическим условием которого, является содержание серы не ниже 35 %. При более низком содержании серы процесс сульфизирующего обжига потребует дополнительных энергетических затрат, а также добавки в шихту элементарной серы и будет не целесообразен с экономической точки зрения.

Удельная производительность по руде, т/(м2-сут) 14,1 Площадь пода печи вместе с форкамерой, м2 29 При обжиге скородитовой руды сульфиды железа окисляются до магнетита (Fe3O4), мышьяк переходит в газовую фазу в виде тетрасульфида мышьяка (As4S4), затем конденсируется в твердую фазу с парами воды. Полученные огарки направляются в отделение магнитной сепарации для удаления магнетита.

Проведенные лабораторные эксперименты по сухой и мокрой магнитной сепарации показали, что для исследуемых огарков наиболее эффективен процесс мокрой магнитной сепарации. Применение сухой магнитной сепарации показывает низкое удаление магнетита из огарков, в виду попутного захвата немагнитных минералов. Процесс мокрой магнитной сепарации осуществлялся на лабораторном магнитном анализаторе типа АМ-1, наиболее оптимальные показатели по разделению получены при напряженности магнитного поля 55 кА/м. Результаты разделения продуктов следующие: магнитная фракция – 30 %, немагнитная фракция – 70 %. Мокрая магнитная сепарация происходит при промывке проточной водой магнитной фракции, что позволяет наиболее полно удалить связанные с магнетитом немагнитные минералы. Для сокращения потерь золота и более полного удаления магнетита, целесообразно провести перечистку полученной немагнитной фракции. Магнитная фракция направляется в хвостохранилище.

Немагнитная фракция направляется на дальнейшую переработку для извлечения золота по традиционной технологической схеме переработки (цианированием) с получением золотосодержащего концентрата.

Отходящие при обжиге из печи газы и пыль подаются на циклоны. При охлаждении газов происходит конденсация тетрасульфида мышьяка As4S4 и незначительных количеств элементарной серы S2, которые отделяют фильтрацией. Полученные сульфиды мышьяка и серу направляют на складирование или захоронение.

Сконденсировавшуюся воду после фильтрации и очистки направляют в парогенератор для получения перегретого водяного пара. Вода находится в замкнутом цикле.

Для осуществления данной технологии предполагается использование стандартного технологического оборудования с применением типовой печи для сульфидиирующего обжига скородитовой руды [95, 124, 125], которая должна быть дополнена парогенератором для получения перегретого водяного пара (рисунок 5.2).

По предлагаемой технологии, при объеме производства 100 000 т руды в год производительность печей составит 300 т шихты в сутки (12,5 т/ч).

Схема печи для обжига руды Внедрение разработанной технологической схемы позволит решить ряд технологических задач: - комплексное использование минерального сырья – вовлечение в промышленную переработку упорные золотосодержащие скородитовые руды, с частичной утилизацией некондиционного пиритного концентрата; - снижение экологической нагрузки на окружающую природную среду за счет перевода мышьяка в малотоксичную сульфидную форму; - значительное повышение степени извлечения золота из упорной скородитовой руды. 5.2 Технико-экономическая оценка переработки скородитовой руды по предлагаемой технологической схеме Для определения экономического эффекта проведена укрупненная технико-экономическая оценка предлагаемой технологической схемы переработки золотосодержащей скородитовой руды.