РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПЕРЕРАБОТКИ МЕДНОГО ШЛАКА И КЛИНКЕРА ЦИНКОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

АННОТАЦИЯ

В настоящее время бурное развитие науки и техники дает возможность переработки некоторых отходов металлургического производства, так как они являются техногенным сырьем для извлечения ценных компонентов. Существующие технологии их переработки являются экономически неэффективными, за счет неизученности ряда факторов, влияющих на их переработку. В статье рассматриваются альтернативные ныне существующим технологии переработки шлака и клинкера, которые упрощают их переработку и позволяют комплексно извлекать ценные компоненты из их состава.

ABSTRACT

At present, the rapid development of science and technology makes it possible to process some wastes of metallurgical production, as they are man-made raw materials for the extraction of valuable components. Existing technologies for their processing are economically inefficient, due to the lack of knowledge of a number of factors affecting their processing. The article discusses alternative technologies for the processing of slag and clinker, which simplify their processing and allow complex extraction of valuable components from their composition.

Ключевые слова: шлак, клинкер, ценные компоненты, обескремнивание, магнитная сепарация, электровыщелачивание, извлечение, твердый остаток, углерод, хлор.

Keywords: slag, clinker, valuable components, desiliconization, magnetic separation, electroleaching, extraction, solid residue, carbon, chlorine.

На различных металлургических предприятиях образуются отходы (забалансовые руды, хвосты обогащения, клинкер, кеки, шлаки и т.д.), которые складируются на открытых площадках. Изменение природных условий отрицательно воздействует на данные отходы, вызывая  побочные действия, которые отражаются на экологии региона.

К таким отходам относятся шлаки медного производства и клинкер цинкового производства АО «Алмалыкский ГМК». За один год количество складируемых отвальных шлаков медного производства составляет 350-400 тыс.тонн (ожидается увеличение производства в три раза), количество прироста клинкера за год составляет 35-40 тыс. тонн.

В составе шлака содержится следующие ценные компоненты: 0,7-1% Cu, 35-45%Fe, 0,2 г/т Au, 0,4 г/т Ag. Клинкер 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.

Для увеличения объемов производства меди и цинка промышленность вынуждена вовлекать в переработку вышеперечисленные отходы производства, так как содержание ценных компонентов в отходах иногда превышает содержание в исходном сырье.

Повышенное содержание диокиси кремния в шлаке увеличивает их абразивность и твердость, а также образует кремнийсодержащие минералы. Металлизированные ценные компоненты теряются в данных минералах, что является одной из основных проблем при их переработке. Проведенные исследования [1] показывают, что обескремнивание шлаков способствует увеличению извлечения ценных компонентов.

Клинкер, полученный от вельцевания цинковых кеков, является сложным по составу для переработки техногенным отходом. В основном сложность извлечению металлов из его состава создает железо, которое при гидрометаллургической переработке препятствует переходу цветных металлов в раствор. Проведенные исследования [2] показывают, что невозможно методами обогащения извлечь железо, вместе с ними увлекаются цветные и благородные металлы, пирометаллургические методы имеют присущие им недостатки, то есть при переработке теплоемкого медного клинкера требуется дополнительная тепловая энергия и количество металлов, извлекаемых данным путем, ограничивается, хотя в составе клинкера имеются разнообразные металлы в различной минералогической форме. Отходы цинкового производства, в том числе клинкер, характеризуются сложным химико-минералогическим составом. Для обработки таких материалов необходимо наиболее полно использовать современные достижения науки и техники в области обогащения, гидрометаллургии и электрометаллургии.

Анализ существующих технологий, используемых для переработки отвальных шлаков медного производства, показывает, что они имеют следующие существенные недостатки: трудности и расход энергоресурсов при дроблении и измельчении шлаков, частый износ технологического оборудования; недостаточное вскрытие медных минералов. Получаемые отвальные материалы, так же как хвосты после первичной переработки, содержат значительное количество медных минералов. Поэтому требуется усовершенствование процесса подготовки к переработке (дробление и измельчение) для создания рациональной технологии переработки данного сырья, на открытых площадках.

Авторы работы [3] изложили возможности улучшения легкоизмельчаемости которая позволила бы решить экологическую проблему накапливания отвальных шлаков и легкофлотируемости шлаков. После двухстадийного охлаждения шлаки измельчаются до класса -0,0744 мм 85 % и подвергаются процессу обескремнивания [4].

Рисунок 1. Упрощённая технологическая схема процесса обескремнивания

При процессе обескремнивания SiO₂ отделяется от минералогических соединений металлов и сублимируется до 96 % в виде «белой сажи», полученный огарок подвергается обогащению магнитной сепарацией, содержание железа и его соединений в магнитной фракции 96-98 %.

В обычных условиях нагревания фторид аммония разлагается по уравнению:

2NH₄F(кр.)→NH₄HF₂ (кр.)+NH₃ (г.).                                                     (1)

Гидрофторид аммония способствует сублимации диоксида кремния. Данные термодинамического расчета реакции фторирования оксида кремния приведены в литературе [3].

Таблица 1.

Зависимость полноты разложения диоксида кремния от температуры

Выщелачивание быстроохлажденных шлаков после обескремнивания проводится с целью извлечения ценных компонентов в жидкую фазу (Cu, Zn). В качестве выщелачивающего агента рекомендуется раствор серной кислоты.

Рисунок 2. Схема выщелачивания после обескремнивания

По результатам лабораторных исследований выявлено, что после процесса обескремнивания для удаления железной фракции необходимо проводить магнитную сепарацию, а медные соединения хорошо растворяются в серной кислоте с концентрацией 0,7-1,0 моль/л, медь переходит в раствор 80-85 %. Оптимальная температура процесса 50 ⁰С.

Выявлено, что при температуре выщелачивания 50 ⁰С и концентрации 0,7-1,0 моль/л железо, свинец и благородные металлы почти полностью остаются в твердом остатке, которые могут быть извлечены пирометаллургическим способом.

Исходя из анализа существующих работ по переработке клинкера, следует отметить, что доля извлечения металлов из клинкера обусловлена, главным образом, трудностью извлечения ценных компонентов из состава клинкера. Авторы работы [5] изложили возможность комплексной переработки клинкера, с отделением железа в отдельный продукт. Результаты химического анализа клинкера приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Химический состав клинкера, %

Минеральный состав клинкера представлен стекло-фаялитом (35,5 %), углем (29,55 %) и металлическим железом (16,6 %). Углерод и железо в составе клинкера содержатся в довольно больших количествах и препятствуют извлечению ценных компонентов.

Содержание железа в клинкере больше остальных компонентов, а также железо является более электроотрицательным элементом, вследствие чего оно осваивает значительную часть хлора. Это считается нецелесообразным, так как другие элементы менее электроотрицательные. Для исключения процесса осваивания хлора железом его до электровыщелачивания необходимо удалить в качестве железного концентрата из состава клинкера. Концентрация золота и серебра в клинкере меньше остальных элементов, и они являются более электроположительными, вследствие этого реагировать с хлором будут в последнюю очередь, в связи с этим, возможно, останутся в кеке. Углерод при электровыщелачивании не реагирует с хлором и при добавлении керосина всплывает на поверхность ванны в виде легкой фракции и составляет отдельный продукт. Данные термодинамического расчета реакции электровыщелачивания клинкера приведены в литературе [6].

Проводились исследования по обогащению клинкера с извлечением железа в концентрат. Для отделения железа из состава клинкера проводили сухую магнитную сепарацию. Испытания проводились при различных значениях силы тока. Результаты эксперимента показаны на рис. 3.

1 - 0,125А; 2 – 0,25A; 3 – 0,31A; 4 - 0,38A; 5 – 0,45A, 6 – 0,50A.

Рисунок 3. Зависимость извлечении железа из состава клинкера методом магнитного обогащения от силы тока при различных исходных концентрациях

Результаты экспериментов показывают возможность извлечения железа из клинкера методом магнитного обогащения и получения концентрата с содержанием железа около 60%. Отмыванием магнитной фракции в составе железного концентрата соответственно увеличивается количество железа до 66%. Полученный очищенный железный концентрат вполне пригоден для дальнейшей переработки и может быть направлен к потребителю.

Возможность переработки очищенной от железа немагнитной фракции электровыщелачиванием изучалась авторами и были достигнуты положительные результаты.

Выявлено, что при времени выщелачивания 1,5 часа и концентрации C_NaCl=100 г/л, C_HCl=40 г/л извлечение металлов в раствор составляет 84,9% Zn, 75,4% Cu, 78,6% Pb и 58,3% Fe.

Исходя из полученных вышеперечисленных результатов, по переработке шлака можно сделать выводы, что применение обескремнивания при переработке шлака позволяет излекать медь в раствор гидрометаллургическим способом. Для переработки клинкера предлагается технология, включающая магнитную сепарацию с отделением железосодержащего продукта и последующим электровыщелачиванием хвостов магнитной сепарации в хлоридных растворах. Применение данной технологии позволяют комплексно перерабатывать клинкер в отличие от существующих пирометаллургичесих процессов и получать дополнительно цветные металлы и другие виды продукции.

Список литературы:

1. Самадов А.У., Аскарова Н.М. Флотационные свойства быстроохлажденного шлака медного производства // Навоий, Горный вестник Узбекистана, 2018. - № 4 - С. 103-106.
2. Тошкодирова Р.Э., Абурахмонов С.А. Переработка клинкера – техногенного отхода цинкового производства // Universum: технические науки. №11-1 (80) с.78-81.
3. Аскарова Н.М. Изучение формы нахождения сульфидной взвеси в быстро-охлажденном термически обработанном шлаке МПЗ Алмалыкского ГМК // Горный вестник Узбекистана. – Навои, 2019. ‒ №1. – С. 48-50
4. Аскарова Н.М., Самадов А.У. Возможности переработки шлаков медного производства гидрометаллургическим способом // Вестник науки и образования. 2020.- №10(88) - С. 36-40.
5. Тошкодирова Р.Э., Абдурахмонов С., Бердияров Б.Т. Исследования по электромагнитному обогащению клинкера // Universum: технические науки. №4, 2021 с.68-71.
6. Abduraxmonov Soib, Toshkodirova Rano, Kholikulov Doniyor. Thermodynamic Analysis of Reactions Proceeding During Electrical Leading Zinc Production Clinker. International Journal of AdvancedResearch in Science, Engineering and Technology Vol. 6, Issue 4, April 2019 рр.8617-8623