ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ГИДРОЛИТИЧЕСКИ ОСАЖДЁННЫХ ИОНОВ

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ГИДРОЛИТИЧЕСКИ ОСАЖДЁННЫХ
ИОНОВ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Воропанова Л.А., Баратов Л.Г.
Северо-Кавказский горно-металлургический институт
(государственный технологический университет)
г. Владикавказ, Россия
Особенностью рудничных вод является: наличие больших объёмов, подверженных
сезонным изменениям по величине, различие качественного и количественного состава,
наличие трудноосаждающихся мелкодисперсных взвесей. Близки по характеристикам рассматриваемых рудничных вод сточные воды промышленных предприятий, растворы кучного и подземного выщелачивания.
Обычно осаждение ионов металлов из таких бедных растворов ведется в направлении защиты природной гидросети, поскольку получение товарных продуктов из столь
бедных по содержанию металлов растворов сопряжено с большими расходами. Поэтому
образующиеся осадки чаще всего накапливают и складируют, в расчете на будущее использование, отводя немалые площади земной поверхности под хранилища шламов.
Извлечение цветных металлов из бедных многокомпонентных растворов методом
гидролитического осаждения сдерживается также несовершенством способов селекции и
обезвоживания тонкодисперсных суспензий, что приводит к высоким энергозатратам на
стадии сушки.
Однако, технологии извлечения металлов из бедных растворов могут быть рациональными. Разработаны экономичные способы [1, 2] обезвоживания гидроксидов
цветных металлов путём нагревания гидроксидов до температуры разложения по реакции
2/n Ме(ОН)n = 1/n Ме2Оn + Н2О.
Для многих гидроксидов металлов их разложение осуществляется при относительно
низких температурах с образованием кристаллического оксида металла. Нагревание осадков гидроксидов металлов, полученных из слабоконцентрированных растворов в результате их коагуляции, до температуры их разложения приводит к снижению энергетических
затрат на последующую промывку, фильтрацию и сушку за счёт образования кристаллической структуры оксидов.
Определены оптимальные условия гидролитического осаждения ионов металлов и
последующего обезвоживания осадка в процессах глубокого извлечения металлов из
слабоконцентрированных растворов, а также условия разложения гидроксидов цветных
металлов до оксидов при наличии внешнего давления насыщенных водяных паров:
давление диссоциации гидроксидов должно быть больше давления насыщенных водяных
паров при заданной температуре, при этом обезвоживание осадка гидроксида его нагреванием в автоклаве без испарения основной массы воды, помимо экономичности,
позволяет получать плотные легкофильтрующиеся осадки.
Разработана технология извлечения ионов металлов из слабоконцентрированных
растворов. После удаления грубых взвесей отстаиванием или фильтрацией на скорых
фильтрах очищаемые воды направляются на дальнейшую переработку. В
качественейтрализаторов можно использовать соду, гидроксид кальция, щёлочь и другие
щелоч-ные реагенты. Принципиальная технологическая схема очистки таких вод содержит
две стадии осаждения.
На первой стадии осаждается гидроксид железа (III). При наличии в очищаемом
стоке ионов Fe (II) путём их окисления хлором, гипохлоритом натрия или кальция,
пиролюзитом, воздухом, анодным шламом и другими окислителями до Fe (III) с последующим осаждением гидроксида Fe (III), можно перевести в осадок те ионы цветных металлов, у которых величина рН гидратообразования ниже таковой для Fe (ОН)3, в то время
как в очищаемом растворе остаются те ионы цветных металлов, у которых величина рН
гидратообразования выше, чем у гидроксида Fe (III), при этом соосаждение ионов цветных
металлов гидроксидом Fe (III), который является коагулянтом, можно уменьшить
разбавлением раствора. При недостатке ионов железа их можно специально добавлять в
раствор.
Если щелочным реагентом является гидроксид кальция, то вместе с гидроксидом железа (III) осаждается гипс. Такой кек после отстаивания можно использовать как составную часть для изготовления твердеющих закладочных смесей с закладкой выработанного
пространства при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных
ископаемых подземным способом или для других технических целей. При использовании
в качестве щелочного реагента гидроксида кальция для того, чтобы избежать гипсования
переливного лотка, трубопроводов и выхода из строя насосного оборудования предусматривается имеющиеся отстойники переоборудовать в циклаторы с внутренней реакционной зоной и внешним отстойным кольцевым пространством.
На второй стадии осаждаются гидроксиды цветных металлов, которые затем промывают, фильтруют и сушат. Для снижения влагосодержания кека фильтрования можно
использовать разработанный способ автоклавной подготовки суспензии к фильтрованию
[2]. После осаждения щелочным реагентом и отстаивания осадок подвергается нагреванию в автоклаве при 150-170 0С. После такой обработки осадок легко отстаивается, фильтруется и промывается. При нагревании в автоклаве нет необходимости испарять всю
имеющуюся в кеке воду, к тому же после такой обработки кек содержит значительно меньше влаги. Такой способ снижает энергозатраты и на последующих стадиях фильтрации и
сушки.
Данная технологическая схема решает проблему складирования большого количества шлама. Полученные после такой обработки оксиды цветных металлов и железа
могут быть эффективно переработаны в товарный продукт и, таким образом, в шламовых
площадках нет необходимости. Расчёты свидетельствуют обэкономической эффективности разработанной схемы переработки стоков.
Выводы
1. Разработанные способы можно использовать для обезвоживания гидроксидов
цветных металлов, применять к извлечению цветных металлов из сточных вод промышленных предприятий, рудничных вод, растворов кучного и подземного выщелачивания с
использованием в качестве щелочных реагентов едкого натра, соды, гидроксида кальция.
2. Предложена методика расчёта для определения возможности использования
разработанного экономичного способа обезвоживания гидроксидов металлов в автоклаве:
нагрев гидроксидов металлов в автоклаве можно использовать при условии, что давление
диссоциации гидроксидов больше давления насыщенных водяных паров при заданной
температуре.
Литература
1. Патент 2389810 РФ от 20.05.10 С22В 19/34, С22В 3/44, С02F 1/62 БИ № 14 // Способ
получения оксида цинка из слабоконцентрированных растворов / Баратов Л.Г.,
Воропанова Л.А., Кондратьев Ю.И., Хулелидзе К.К.
2. Патент 2393249 РФ от 27.06.10, С22В 19/34, 3/44, С02F 1/62, БИ №18 // Способ получения оксида цинка из сернокислого раствора / Баратов Л.Г., Воропанова Л.А.