УДК 669.2/.8:669.53.6(574) (Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева,

УДК 669.2/.8:669.53.6(574)
С.С. Еденбаев
, Г.Ж. Жунусова, Б.Т. Алтайбаев, С.К. Серкебаева
(Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева,
г. Алматы, Республика Казахстан)
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕРАБОТКИ СУЛЬФИДНЫХ КОЛЛЕКТИВНЫХ
КОНЦЕНТРАТОВ ФЛОТАЦИИ ШЛАМОВ СПОСОБОМ АВТОКЛАВНОГО
ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ
Аннотация. Представлены результаты исследования автоклавного выщелачивания шламов Cu-Zn и
Pb-Zn концентратов. Определены оптимальные условия окислительного автоклавного выщелачивания
шламов: время выщелачивания – 2 час; температура процесса – 1500С; давление кислорода – 1,25 МПа;
добавка ПАВ – 1%; соотношение Zn+Cu+Pb:H2SO4=1:0,9-0,8. При этих показателях достигается извлечение
цинка 91,79-95,0%.
Ключевые слова: шламы флотации, автоклавное выщелачивание, продолжительность, температура,
давление.
Отработка основных источников переработки рудных пластов и снижение запасов
минералогического сырья определяют задачу более полного использования некондиционных
промежуточных продуктов с низким содержанием основного металла. Переработка данного вида
сырья в общем цикле производства может значительно осложнить технологический процесс и
ухудшить экономические показатели.
Для проведения экспериментов по автоклавному выщелачиванию коллективных
концентратов флотации шламов на стендовой установке были выбраны 2 усредненные пробы
шламовых концентратов Pb-Zn и Cu-Zn руды.
Химический состав шламов Cu-Zn и Pb-Zn концентратов представлен в таблице 1.
Таблица 1. Химический состав шламов Cu - Zn и Pb-Zn концентратов
Компоненты
Zn
Cu
Pb
Fe
Sобщ
Cd
Ni
Co
CaO
MgO
SiO2
Sb
BaO
Al2O3
In
Bi
Tl
Сu-Zn к-т
28-29,12
13,27
2,12
17,72
30,1
0,026
0,0059
0,005
0,59
0,39
3,94
-
Pb – Zn к-т
31,24
5,32
2,18
18,9
21,21
0,14
0,34
0,23
1,4
0,075
1,37
0,26
0.0012
>0,05
0,0019
Как видно из таблицы, шламы характеризуются высокими концентрациями свинца – более 2
%; меди 5,32-13,27 %, железа 17,72-18,9 %; диоксида кремния, оксида бария и алюминия, т.е.
обладают
сложным фазовым составом, обусловленным
изоморфизмом
составляющих
компонентов.
Методика окислительного автоклавного выщелачивания шламов разработана в КазНТУ
имени К.И. Сатпаева совместно с ТОО «Полифлокс». На период выполнения совместных
лабораторных испытаний на промплощадке Риддерского металлургического комплекса АО
"Казцинк" была предоставлена лабораторная автоклавная установка. Емкость автоклава имеет
рабочий объем 1-1,3 дм3. Агрегат выполнен из толстостенной нержавеющей стали. Рабочая зона
автоклава, внутренняя сторона крышки и чехол термопары футерованы свинцом.
Методика и результаты экспериментальных исследований
Навеска шлама коллективного концентрата репульпировалась водой. В пульпу подавался
раствор серной кислоты в количестве, обеспечивающем мольное соотношение Zn+Cu+Pb:Н2SO4
равное (0,9?1,0):1, и 0,7-1,0% от массы концентрата лигносульфонат магния.
Проверялась герметичность автоклава и в него загружалась пульпа. Одновременно
включалось механическое перемешивание пульпы и производился нагрев автоклава.
Выщелачивание осуществлялось при температуре 150-155 0С, общем давлении в автоклаве 1,2-1,5
МПа и давлении кислорода 0,7-0,9 МПа. Продолжительность выщелачивания была 120 мин.
По завершении выщелачивания выключался нагрев и подавалась холодная вода на
охлаждение водяной рубашки автоклава. По достижении температуры пульпы 70 0С
останавливали механическую мешалку автоклава и через донный патрубок выпускали пульпу из
автоклава в рабочую емкость.
Выщелоченная пульпа фильтровалась, определялся выход продуктов жидкой и твердой
фазы, пробы полученных продуктов направляли на химический анализ.
Результаты испытаний представлены в таблице 2.
При оптимальном объемном соотношении Ж:Т=3:1 выход фильтрата в среднем составил
0,9 дм3, содержание компонентов в растворе составляло, г/дм3: Zn 77,94-105,6; Feобщ 0,81-3,58;
Fe2+ 0,34-2,04; Cu 1,4-9,31; свободной Н2SO4 9,65-32,79.
В сернистом остатке, выход которого составил в среднем 72 % от загруженного шлама,
содержалось, %: Zn 1,9-4,37; Pb 2,67-4,99; Fe 24,89-27,05; Cu 3,66-5,94; Sобщ 34,51-43,09.
Извлечение металлов, рассчитанное по концентрациям в растворе и пром. воде, составило,
(%): Zn 75-96; Cu 4,3-51; Fe 1,6-17.
Усредненный химический состав растворов автоклавного выщелачивания, г/дм3: H2SO4
25,08; Zn 96,57; Feобщ 1,96; Fe2+ 0,78; Cu 6,0; Cd 0,33; SiO2 0,084; мг/дм3: Co 0,3; Ni 0,11; Tl
0,38; As 8,3; Sb 0,35; Ge 0,14.
Таблица 2. Автоклавное выщелачивание свинцово-цинковой руды
Температура, 0С
Таблица 3. Результаты автоклавного выщелачивания шламового концентрата Cu-Zn руды Малеевского
месторождения
При проведении тестовых испытаний было установлено, что в процессе выщелачивания и
достижении температуры выше 90 0С, независимо от количества подаваемого кислорода, начинается
резкий разогрев пульпы. Даже после отключения нагрева автоклава изотермика столь высокая, что
происходит разогрев пульпы выше требуемой для процесса температуры, т.е. выше 155 0С. Как
известно, такая температура приводит к расплавлению элементарной серы, вызывающей образование
на поверхности частиц экранируемых пленок, что снижает выщелачивание цинка в раствор. Были
проведены эксперименты для
определения минимальной температуры нагрева и начала
изотермической реакции. Большое внимание было отведено определению максимальной температуры
разогрева и дополнительному подогреву до требуемого параметра. Такой эффект не был обнаружен
при автоклавном выщелачивании шламового концентрата Pb-Zn руды Малеевского месторождения.
В результате проведенных исследований было установлено, что первоначально необходимо
подавать подогрев до температуры пульпы 800С. Затем нагрев отключался и происходил
самопроизвольный разогрев до температуры 130-1350С. В этом случае постоянно замеряли
температуру процесса и включали обогрев автоклава только тогда, когда наблюдалось снижение
на один – два градуса. Именно достижение указанной температуры считалось временем начала
процесса автоклавного выщелачивания [1-5].
Также проведены исследования по подбору расхода кислорода, соотношений
Zn+Cu+Pb:H2SO4, времени выщелачивания. Постоянной величиной было только дозирование
ПАВ.
Результаты исследований приведены в таблице 3.
Подача кислорода осуществлялась следующим образом: после загрузки автоклава и
включения мешалки расход газа устанавливался на уровне 0,4 МПа. Затем при достижении
определенной температуры, (1300С), подача кислорода увеличивалась до заданной величины. В
этом случае можно было контролировать температуру процесса.
В результате проведенных исследований установлено, что уменьшение времени
выщелачивания приводит к выщелачиванию примесей при низком извлечении цинка. Следующая
серия опытов была проведена при увеличении расхода кислорода до 1,25 МПа, различном времени
выщелачивания и соотношении Zn+Cu+Pb:H2SO4. Установленный расход ПАВ обусловлен тем,
что в предоставленной пробе шламового концентрата Cu-Zn руды Малеевского месторождения
содержание серы значительно выше, чем в пробе коллективного концентрации флотации Pb-Zn
шламов. Снижение расхода ПАВ [5,6] приводит к расплавлению элементарной серы и снижению
выщелачивания цинка. Как установлено, повышенный расход ПАВ приводит к снижению выхода
по току при электролизе цинка.
Анализ полученных результатов (таблица 2) показывает, что как в случае уменьшения, так и
при увеличении времени выщелачивания получены цинксодержащие растворы, не
соответствующие требованиям технологических растворов Риддерского цинкового завода АО
"Казцинк". В первом случае наблюдалось недовыщелачивание пробы, а при увеличении времени
до 2,5 часа резко возрастало выщелачивание примесей. В этом случае не наблюдалось
повышенного содержания цинка в растворе при автоклавном выщелачивании.
Опыты по влиянию соотношения Zn+Cu+Pb:H2SO4 показывают, что при отношении 1:1
после процесса выщелачивания остается значительное количество не прореагировавшей кислоты.
Избыток подаваемой на выщелачивание кислоты способствует переходу примесей в раствор.
Таким образом, оптимальными технологическими параметрами в процессе автоклавного
выщелачивания шламового концентрата Cu-Zn руды Малеевского месторождения являются:
время выщелачивания – 2 час.; температура процесса – 1500С; давление кислорода – 1,25 МПа;
добавка ПАВ – 1%; соотношение Zn+Cu+Pb:H2SO4=1:0,9-0,8. При этих показателях достигается
извлечение цинка 91,79-95,0 %.
ЛИТЕРАТУРА
1. Набойченко С.С., Болатбаев К.И. Автоклавное сернокислотное выщелачивание цинковых
колнцентратов // Цветные металлы, 1987. – С.23-25.
2. Гутин В.А., Ерохин Б.И. Исследование поведения полисульфидной серы в процессах дезинтеграции
и серной флотации окислительной автоклавной технологии. // Цветные металлы, 1989. –№1.– С. 39-42.
3. Зайцев В.Л., Маргулис Е.В. Металлургия свинца и цинка. – М.: Металлургия, 1985.
4. Садыков С.Б. Автоклавная переработка низкосортных цинковых концентратов. – Екатеринбург,
2006. – 580 с.
5. Набойченко С.С., Ни Л.П., Шнеерсон Я.М., Чугаев Л.В. Автоклавная гидрометаллургия цветных
металлов. – Екатеринбург: ГОУ УГТУ–УПИ, 2002, – 940 с.
REFERENCES
1. Naboichenko S.S., Bolatbaev K.I. Avtoklavnoe sernokislotnoe vyshchelachivanie tsinkovykh kontsentratov
// Tsvetnye metally, 1987. – S.23-25.
2. Gutin V.A., Erokhin B.I. Issledovanie povedeniya polisul'fidnoi sery v protsessakh dezintegratsii i sernoi
flotatsii okislitel'noi avtoklavnoi tekhnologii // Tsvetnye metally, 1989. –№1. – S.39-42.
3. Zaitsev B.L., Margulis E.V. Metallurgiya svintsa i tsinka. – M.: Metallurgiya, 1985.
4. Sadykov C.B. Avtoklavnaya pererabotka nizkosortnykh tsinkovykh kontsentratov. – Ekaterinburg, 2006. – 580 s.
5. Naboichenko S.S., Ni L.P., Shneerson Ya.M., Chugaev L.V. Avtoklavnaya gidrometallurgiya tsvetnykh
metallov. – Ekaterinburg: GOU UGTU–UPI, 2002, – 940 s.
С.С. Еденбаев , Г.Ж. Жунусова, Б.Т. Алтайбаев, С.К. Серкебаева
Флотациялық шламнан өңделген сульфидті коллективті концентраттарды автоклавта
шаймалау процесстерін зерттеу
Түйіндеме. Бұл мақалада Cu-Zn шламдарды және Pb-Zn концентраттарды автоклавта іріктеп ерітуді
зерттеудің нәтижелері келтірілген. Шламдарды тотықтырып автоклавта іріктеп ерітудің келесі тиімді
шарттары анықталған: еріту процессінің уақыты, температурасы, оттегінің қысымы, Zn+Cu+Pb:H2SO4
қатынасы.
Түйін сөздер: флотациялық шлам, автоклавты шаймалау, уақыт, температура, қысым
Edenbayev S.S., Zhunussova G.Zh., Altaibayev B.T., Serkebayeva S.K.
Research of the refining processes of collective sulfide concentrates of sludge flotation by the autoclave
leaching
Summary. This article presents the results of a study autoclaved dissolution sludge Cu-Zn and Pb-Zn
concentrates. Defined optimal conditions the oxidative of autoclaved dissolution
sludge, time of process,
temperature of process , oxygen pressure, the ratio of Zn+Cu+Pb:H2SO4
Key words: sludge flotation, autoclave dissolution, time, temperature, pressure