Физико-химические основы комбинированного способа переработки сульфидного медного концентрата Удоканского месторождения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Со Ту

• Со Ту
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Со Ту

Глава 1. НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В РАЗВИТИИ КОМБИНИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОКИСЛЕНО-СМЕШАННЫХ МЕДНЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ.

1.1. Комбинированная технология переработки медных руд с предварительным обжигом.

1.2. Возможный механизм электрохимических реакции при обжиге сульфидных минералов с хлоридами щёлочными металлами.

1.3. Гидрометаллургические способы разложения сульфидных медных концентратов.

1.3.1. Основные минералы меди и её соединения.

1.3.2. Данные по растворениюхульфидов меди.

1.3.3. Развитие гидрометаллургических процесса производства меди в Мьянме.

1.3.4. Выделение меди из растворов выщелачивания.

1.3.5. Получение медного купороса.'.

1.3.6. Пути совершенствования технологии производства медного купороса.

Задачи исследования.'.

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Характеристика исходного материала.

2.2. Методика экспериментов.'.

2.2.1. Выщелачивание.

2.2.2. Обжиг.

2.2.3. Определение концентрации меди в растворе.

2.2.4. Методика титриметрического анализа на медь.

2.2.5.Титриметрический анализ на остаточную кислотность.

2.3. Обжиг концентрата с КС1 с последующим выщелачиванием.

2.4. Обжиг концентрата с КС1 с добавлением КОН.

2.5. Влияние температуры обжига.

2.6. Кинетика сернокислотного выщелачивания спёка после обработкиводой.

2.6.1. Влияние температуры.

2.6.2. Влияние концентрации кислоты.

2.7. Обсуждение результатов и выводы.

Глава 3. ПРОИСТВОДСТВО МЕДНОГО КУПОРОСА И КАЛИЙНОГО

УДОБРЕНИЯ.

3.1. Способы получения медного купороса из отработанного электролита.

3.2. Экспериментальное получение медного купороса из сернокислогораствора меди.

3.3. Получение сульфата калия.

3.4. Мировой рынок сульфата калия.

3.5. Экспериментальное получение сульфата калия.

Глава 4. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ.

4.1. Режимы процессов.

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-химические основы комбинированного способа переработки сульфидного медного концентрата Удоканского месторождения»

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, 4 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 — метрик», 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 500°С реализуется электрохимический механизм, а при температурах выше 500°С - механизм хлорирования, при котором часть хлорирующего реагента - FeCl3 связывается с KCl в комплекс KfFeCU], 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

1. Предложена комбинированная технологическая схема переработки сульфидного медного концентрата, полученного из Удоканской руды, включающая обжиг концентрата с KCl, 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.

2. Определены технологические режимы основных переделов, обеспечивающие извлечение меди в конечный продукт (медный купорос) не ниже 95%.

3. 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 и 2 статьи приняты к публикации.

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.

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Со Ту

Выводы

1. С технологической и экологической точек зрения обосновано применение для переработки сульфидных медных концентратов комбинированной технологии, включающей низкотемпературный хлорирующий обжиг и гидрометаллургическую переработку продукта обжига с получением медного купороса и солей калия, что позволяет исключить образование и выделение сернистых газов в атмосферу.

2. Исследован химический и минералогический состав сульфидного медного концентрата (36% Си), полученного при обогащении руды Удоканского месторождения. В качестве основных минералов меди содержит борнит, халькозин, малахит, ковеллин. Отсутствие вредных примесей и низкое содержание железа в сырье позволяет получать из растворов по технологии 8Х-Е\¥ катодную медь высокого качества или медный купорос марки «А».

3. Предложен механизм низкотемпературного обжига, объясняющий отсутствие в газовой фазе оксидов серы и наличие максимума на температурной зависимости извлечения меди в хлорид меди. Термодинамический анализ подтвердил вероятность реакций, сопровождающих обжиг. При низких температурах (до 500°С) реализуется электрохимический механизм, а при высоких — процесс «чистого» хлорирования.

4. Оптимизированы режимы обжига: массовое соотношение компонентов шихты — концентрата и хлорида калия 1:0,7, температура 450°С, длительность 1 ч.

5. Изучено двустадийнное сернокислотное выщелачивание гидратного кека, полученного после водного выщелачивания продукта хлорирующего обжига. Медь при конечном рН 2-2,5 переходит в раствор, а железо остаётся в осадке в составе гидроксида. Оптимальным режимом выщелачивания является температура 25°С, Т:Ж=1:8, длительность 4 ч, [Н2804]= бОг/л.

6. Предложена и опробована технологическая схема переработки Удоканского сульфидного медного концентрата, по которой получены: медный купорос марка (А), сульфат калия и хлорид калия. Схема, по которой выполнен полный материальный баланс, обеспечивает извлечение меди из концентрата в товарный продукт не ниже 95%, при этом полностью исключаются выбросы 802 в атмосферу.

7. Предлагается исключить из технологии переработки сернокислого раствора меди экстракционный передел и электроэкстракцию и ориентировать часть производства на получение медного купороса, имеющего большой спрос на мировом рынке.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Со Ту, 2011 год

1. Тарасов А.В., Комбинированные технологии цветной металлургии. М.: ФГУП «Институ Гинцветмет», 2001, 307с.

2. Набойченко С.С. Гидрометаллургия меди. — М.: Металлургия, 1974.

3. Металлургия меди. Пер. с англ. под редакцией JI.M. Газарьян, О.Н.Т.И., 1937

4. Хамхаш А., Исследование и разработка способов получения меди из концентрата месторождения эрдэнэт, Автореферат канд. дисс., М., МИСиС, 2007г.

5. Кадыров Г. X., Малахов В. К., Кадыров Ф.Г., Малахов С. В, "Способ извлечения металлов из технологически упорного сырья" патент РФ. № 2244760, 2006, ЗАО «Союз ТрансЭнергоСвязь».

6. Металлургия меди. Пер. с англ. под редакцией JI.M. Газарьян, О.Н.Т.И., 1937

7. Thomas G., Ingraham Т. R., MacDonald R. I. С. //Canad. Met. Quart., № 3, 1967.

8. Ткаченко О. Б., Цефт A. JL Труды Института металлургии и обогащения АН Каз. ССР. // Наука, Алмата,1969.

9. Gzzedieluch Z., Lekki I.// Prace instyt. Hytnic., №3 ,1968.

10. Rygaert J., SaelemaekerJ., Van Tiggelen A. // Bull. Soc. Chim. Beiges., № 1-2, 1959.

11. Копылов Г. А., Орлов А. И. // Известия вузов. Цветная металлургия, №6, 1963.

12. Dutrizac J., MacDonald R. I. С., Ingraham Т. R. // Metallurgical Trans., № 1, 1970.

13. Dutrizac J., MacDonald R. I. C., Ingraham T. R. // Canad. Met. Quart., № 1, v. 10, 1971.

14. Dutrizac J., MacDonald R. I. C., Ingraham T. R. // Trans. Metallurg. Soc. AIME, v. 245, № 5, 1968.

15. Munoz Ribadeneiza F. J., Gomberg H. J. // Nucl. Technol., № 3, 1971/

16. Ермилов В. В., Ткаченко О. Б., Цефт A. JI. Труды Института металлургии и обогащения АН Каз. ССР. // Наука, Алмата,1969.

17. Sherman M.J., Strickland J.D.H. // J. Metals, v. 9, №6, 1957

18. Jackson K.F., Strickland J.D.H. // Trans. Metallurg. Soc. AIME, v. 112, № 3, 1958.

19. Rose D. H., Lesseis V., Buckwalter D. J. // Mining Engng., v. 19, № 8, 1967.

20. Haver F. P., Wong M. M. // J. Metals, Report investigations, № 7474, 1971.

21. Соболь С. И., Спиридонов В. И., Курумчин X. А.// Цветная металлы, №4, 1956.

22. Vissolyi A., Veltman Н., Warren G. Н., Mackiv V. N., « J. Metals», 1967, v. 19, № 11, p. 52-59.

23. Subramanian K. N., Gennings P.H., «Cam. Met Quart. », 1972, v. 11, № 2, p. 387-400.

24. Набойченко C.C., В.И. Неустроев, И.Ф. Худяков, гидрометаллургическая активация халькопиритного концентрата, Цветные металлы, 1976, №.6.

25. Bryce D. М., Cerico D. G., Gennongs Р.Н., « CIM. Bull.», 1968, v. 61, № 673, p. 641-645.

26. Ivanhoe Myanmar Holdings Ltd, Annual Report of Kyesintaung copper project, Yangon, Myanmar, 2000.

27. Попов И.Ф., Родзаевский В.В., Бюлл. ЦИИН ЦМ, 1959, № 5.

28. Меклер Л.И., Егизаров A.A., Востряков В.М. "Пути совершенствования технологии производства медного купороса", "цветные металлы" - 1972, №2.

29. Сонгина O.A. Редкие металлы. «Металлургия», 1964.

30. Авт. свид. № 245038. Бюлл.' изобр., 1969, № 19.92

31. Зеликман А.Н., Вольдман Г.М., «Теория гидрометаллургических процессов», М.: Металлургия, 1983, 424с.

32. Крылова Л.Н. "Физико-химические основы комбинированнойтехнологии смешанных медных руд удоканского месторождения". Автореферат канд. дисс., М., МИСиС, 2008г.

33. Б.Г. Коршунов, В.В.Сафонов. Галогениды. Справочник, М.: Металлургия, 1991,288 с.

34. М.Е. Позин. Технология минеральных солей. Часть I. Л.: Химия, 1974, с. 688- 689.

35. Авт. свид. СССР № 2071942, кл. патента СОЮЗ/Ю, 1997, № 26.