Переработка клинкера – техногенного отхода цинкового производства

АННОТАЦИЯ

Клинкер - техногенный отход цинкового производства в настоящее время перерабатывается в основном пирометаллургическим способом. В данной статье проводится анализ данного метода переработки на различных предприятиях и предлагается гидрометаллургический способ переработки, как наиболее перспективное направление в данное время.

ABSTRACT

Clinker - technogenic waste of zinc production is currently processed mainly by pyrometallurgical method.  This article analyzes this processing method at various enterprises and proposes a hydrometallurgical processing method as the most promising direction at this time.

Ключевые слова: клинкер, пирометаллургия, гидрометаллургия, магнитная сепарация, магнитная фракция, хвосты, электровыщелачивание, кек, раствор, пенный продукт.

Keywords: clinker, pyrometallurgy, hydrometallurgy, magnetic separation, magnetic fraction, tailings, electroleaching, cake, solution, foam product.

Промпродукт цинкового производства - клинкер является довольно трудным объектом для металлургической переработки в связи с относительно низкой концентрацией в нем цветных металлов и высоким содержанием пустой породы.

Отсутствие надежных технологических схем переработки клинкера приводит к постепенному его накапливанию в запасах, хотя в них содержится в значительных количествах цветные металлы, твердый углерод и металлическое железо. Клинкер является мелким рыхлым материалом. Химический состав клинкера разных заводов различный, содержит в среднем, (%): 0,83-3,56 Zn, 0,62-4,10 Cu; 0,41-2,18 Pb; 20-30 C (кокс); 15-25 Fe, 1,0-10,0 г/т Au; 100-750 г/т Ag. [1].

Проблемам переработки клинкера разных заводов посвящено множество исследовательских работ. В разные периоды были разработаны и созданы различные технологии переработки клинкера, которые прошли полупромышленные и промышленные испытания, однако из-за экономически не выгодности в настоящее время не используются.

В СНГ в настоящее время клинкер, в основном, перерабатывается методом шахтной плавки на медеплавильных заводах [2-4]. Основным методом переработки до 1990 г. была шахтная плавка неокускованного клинкера вместе с сырьем, содержащим медь на Карабашском медеплавильном (до 180 тыс. т/год), Медногорском медно-серном (до 110 тыс. т/год) и Усть – Каменогорском свинцово-цинковом (до 90 тыс. т/год) комбинатах [5; с. 333].

В последнем случае, в ходе процесса агломерации, бесцельно выжигается твердый углерод и металлическое железо клинкера. При шахтной плавке на расплавление остатков этого промпродукта требуется затрата дорогостоящего топлива – кокса.

При плавке «сырого» клинкера в шахтной печи состав отходящих газов по СО₂ в верхних горизонтах печи является окислительным по отношению к металлическому железу и тонкоизмельченному углероду клинкера. В этом случае восстановительные и энергические возможности клинкера также не используются.

Следует отметить, что такая прямая переработка клинкера, содержащего относительно небольшое количество меди, увеличивает выход шлаков, а следовательно и общие потери металлов.

Однако, внедренная на этих заводах технология плавки клинкера не отвечала современным экологическим требованиям, снижала эффективность и объемы его переработки. Главными причинами этого явились:

- отсутствие переделов окускования клинкера, что приводило к большому пылевыносу, нарушению технологического режима печей и снижению их производительности;

- трудности окисления и ошлакования металлизированной части железа клинкера при использовании больших количеств неэффективных сульфатизаторов (пиритные руды).

Клинкер сравнительно бедное по меди сульфидное сырье, в которое введен кокс, а также присутствует металлическое железо. Основной задачей при плавке является достаточно глубокое окисление и ошлакование последнего с целью исключения пересыщения штейна металлическим железом и образования металлизированных настылей во внутреннем и наружном горнах шахтных печей [6; с. 333].

Небольшое количество клинкера перерабатывается в отражательной печи при плавке сульфидных медных концентратов, а также добавляется в шихту при обеднении медных шлаков восстановительно-сульфидирующими комплексами [7].

Многофазная композиция – клинкер, являющийся техногенным сырьем цинкового производства, в настоящее время на АГМК перерабатывается в незначительном количестве.  Клинкер шихтуется с концентратом и флюсами и загружается в отражательную  печь, с целью извлечения благородных металлов и меди в штейн [7]. В этом случае, не используются восстановительные свойства клинкера, в котором содержится до 20-28% углерода и 15-25% металлического железа.

Печь Ванюкова является эффективным агрегатом для переработки клинкера поскольку обеспечивает возможность сжигания углерода и окисления металлизированной фазы в условиях барботируемой ванны. Дальнейшая переработка штейна может осуществляться различными комбинированными методами: сульфатизирующим обжигом с последующим выщелачиванием, сократительной плавкой, флотационно-гидрометаллургическим способом. При подшихтовке пирита обеспечивается получение отвальных шлаков с содержанием меди 0,14 - 0,24 % [5; с. 334].

В работе  разработали технологию переработки клинкера, отхода цинковой промышленности с получением ферросплава и возгонов цветных металлов.  Рассматривается возможность применения отходов цинкового производства в качестве сырья, с целью получения товарной продукции в виде ферросилиция и коллективных возгонов цветных металлов. Степень перехода Si в ферросплав до 96%, Fe до 97%, а степень извлечения Zn в возгоне 99,6 %, Рb – 99% [8; с.34-39].

Проведенные исследования из литературы пирометаллургических методов показывают, что методы переработки клинкера, построенные, на базе пирометаллургических приёмов, имеют свои недостатки, в первую очередь следует отметить высокую энергоёмкость, т.е. необходимость затрат энергии для расплавления всей массы клинкера при температуре 1000-1200^оС и неизбежное загрязнение окружающей среды пылегазовыми выбросами и шлаковыми отвалами [9].

В связи с этим можно сделать вывод, что переработка клинкера – техногенного отхода цинкового производства и разработка эффективной технологии переработки клинкера является важной задачей.

Авторами были проведены испытания по переработке клинкера – техногенного отхода цинкового производства, результаты которых свидетельствуют о возможности извлечения ценных составляющих клинкера [10]. Основываясь на результатах исследований по переработке клинкера была составлена технологическая схема переработки клинкера изображенная на рис.1.

Рисунок 1. Рекомендуемая технологическая схема переработки клинкера

Для отделения железа из состава клинкера проводили сухую магнитную сепарацию. Результаты экспериментов показывают возможность извлечения железа из клинкера методом магнитного обогащения и получением железного концентрата с содержанием железа около 60%. В результате электровыщелачивания хвостов магнитного обогащения были получены три продукта: пенный продукт (содержащий углерод), раствор (содержащий Cu, Zn, Pb) и кек (содержащий Ag и Au). Установлен, оптимальный режим процесса электровыщелачивания хвостов магнитного обогащения клинкера, оптимальная концентрация NaCl 100-200 г/дм³, концентрация соляной кислоты 40-60 г/дм³, оптимальная продолжительность 1,5 - 2 часа, при извлечении меди в раствор 75,4%. Изучена возможность извлечения металлов из растворов, в результате получены осадки металлов в виде гидроксидов, которые при необходимости можно перерабатывать.

Результаты проведенных укрупненно-лабораторных испытаний позволяют сделать вывод, что выбранная нами технология наиболее комплексно перерабатывает клинкер. Железо выделяется в отдельный продукт и не мешает дальнейшей переработке.

В процессе электровыщелачивания медь, цинк, свинец и железо извлекаются в раствор, а благородные металлы остаются в кеке.

Полученный углерод рис. 1 можно использовать в качестве восстановителя в процессе конвертирования в металлургическом цехе МПЗ. Получаемый кек в процессе электровыщелачивания можно после сушки можно загружать в конвертер вместе с флюсами как сырье благородных металлов, где извлечение из него золота и серебра в черновую медь составляет 95 %.

По нашему мнению разработанная технология наиболее эффективно перерабатывает клинкер – техногенный отход цинкового производства с применением обогатительных (магнитная сепарация, флотация) методов и металлургических (электрохлоринация) процессов позволяющая комплексно извлекать ценные компоненты, имеющиеся в составе клинкера.

Список литературы:

1. Абдурахмонов С., Тошкодирова Р.Э. Исследования по переработке клинкера - отхода цинкового производства // Вестник науки и образования. №10 (88) часть 1. С.22-26.
2. Крысенко Н.Я., Ясонов Ф.Д. Об интенсификации процесса плавки клинкера в шахтной печи. //Бюл. ЦИИН Цветная металлургия. 1976. № 7. С. 45-48.
3. Фельдман Р.И. Автогенная шахтная плавка клинкера. //Цветные металлы. 1991. № 4. С. 10-13.
4. Кажахметов С.Н., Омарова А.С., Чокаев М.Т. Автогенная переработка медного клинкера с использованием боратовой руды. // Цветные металлы. 1999. № 4. С.8-11
5. Кляйн С.Э., Козлов П.А., Набойченко С.С. Извлечение цинка из рудного сырья. - Екатеринбург. УГГУ-УПИ 2009. 492 с.
6. Паньшин А.М. Комплексная переработка клинкера ОАО “Электроцинк” // Материалы симпозиума “Недели горняка-2008” – МГТУ 2009. – С. 298-302.
7. Юсупходжаев А.А. Разработка рациональной технологии получения меди из шлаков медного производства.: Автореф. дис д.т. наук - Ташкент: 2002. Институт общей и неорганической химии АН РУ.-45с.
8. Кривоносов Ю.С.,Видуецкий М.Г., Габдулхаев Р.Л. Клягин В.В. «Технология обогащения клинкера в ОАО «Электроцинк»». Горный журнал 2007.  - № 12, -  С. 84 – 85.
9. Тошкодирова Р.Э. Разработка эффективной технологии переработки клинкера цинкового производства.: Дисс.док. философии (PhD) по техн.наукам – Навои 2020. – 118 стр.
10. Абдурахмонов С., Тошкодирова Р.Э. Технология переработки клинкера цинкового производства.  Навои: изд-во А.Навои, 2020. -96 с.