РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ ТВЕРДЫХ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ АО «НАВОИАЗОТ»

АННОТАЦИЯ

В статье приведены технология переработки медьсодержащего отхода АО «Навоиазот», включающее процессов грохочение (щепаотделение), обжиг для удаления органического углерода, сернокислотного выщелачивания, фильтрации и магнитной сепарации. Даны рациональные параметры процесса обжига и сернокислотного выщелачивания. Приведены сведения о степени осветления и фильтруемости суспензии сульфата меди, полученной в результате выщелачивания серной кислотой различной концентрации.

ABSTRACT

The article presents the technology for processing copper-containing waste of Navoiazot JSC, including the processes of screening (chip separation), roasting to remove organic carbon, sulfuric acid leaching, filtration and magnetic separation. Rational parameters of the process of roasting and sulfuric acid leaching are given. Information is given on the degree of clarification and filterability of a suspension of copper sulfate obtained as a result of leaching with sulfuric acid of various concentrations.

Ключевые слова: выщелачивание, разделение, извлечение, фильтрация, осветление, пульпа, твердые медьсодержащие отходы, цементация.

Keywords: leaching, separation, extraction, filtration, clarification, pulp, solid copper-containing waste, cementation

Для производства нитрил акриловой кислоты в АО «Навоиазот» применяется катализатор, представляющий собой водный солянокислый раствор монохлористой меди и хлористого аммония. При регенерации катализаторного раствора методом водного осаждения однохлористая медь осаждается в виде шлама, однако, некоторые части однохлористой меди уносятся с водой и отправляются в хвостохранилище. Таким образом, за многие годы образовались техногенные отходы, содержащие медь. Медьсодержащие техногенные отходы АО «Навоиазот» представляют собой пылеобразный осадок, образовавшийся естественным испарением воды.

Для исследования использовали отходы АО «Навоиазот с содержанием: Сu-2,4%; С_орг -22%; Сl-7%; SiO₂-7%; S-2% (усредненная проба).

Ниже приведен снимок электронного микроскопа (рис. 1) с использованием сканирующего электронного микроскопа (SEM-EDX) марки Zeiss EVO MA 10/Aztec Energy Advanced X-Act, производства Zeiss SMT LTD/Oxford Instruments (Великобритания).

Рисунок 1. Снимок электронного микроскопа для определения формы нахождения меди

Литературный обзор существующих методов переработки идентичных отходов показывает, что медь извлекают с использованием метода выщелачивания с применением серной кислоты. Исходя из физико-химических свойств медьсодержащих отходов, была разработана технологическая схема переработки (рис. 2).

2. Принципиальная технологическая схема переработки твердых медьсодержащих отходов АО «Навоиазот»

В процессе разложения медьсодержащий комплекс при медленном повышении температуры постепенно начинает разлагаться и образуется обожженный продукт, а органическое фазы взаимодействуя с кислородом окисляются до окисного состояния и возгоняются. Чтобы процесс разложения происходил в желаемом направлении, в обжиговой печи поддерживается необходимая температура для термического разложения.

Поступая в обжиговый агрегат, материал нагревается, воспринимая тепло корпуса печи и горячих печных газов. Под температурой воспламенения подразумевается такая температура, при достижении которой разложение комплекса меди и органического углерода идет настолько интенсивно, что выделяющееся при этом тепло становится достаточным для самопроизвольного протекания процесса по всей массе материала. Показатели обжига зависят от целого ряда факторов, важнейшими из которых являются: минералогический состав материала, температура процесса, скорость подачи дутья, концентрация в нем кислорода, крупность частиц материала и интенсивность его перемешивания, а также температура нагреваемого воздуха.

Порядок выполнения работы. Опыты окислительного обжига проводились при температуре при 600-700^оС. При низких температурах не могут удалятся органические соединения, углеродсодержащие газы, влажность, окиси азота и серы.

Пробы готовятся разных размеров и взвешиваются на технических весах в необходимом количестве. Печь нагревается до температуры (до Т-300°С, примерно 30 мин.), затем пробы засыпаются в тигли и ставятся во внутрь печи, температура поднимается до необходимой (до Т-600°С, примерно 30 мин). После загрузки в печь контролируются температура, подача воздуха и фиксируется время начала работы. После окончания заданного времени, огарок вынимается из печи и охлаждается, затем проба взвешивается и находят выход огарка. Затем определяется влияние температуры обжига на растворение меди в серной кислоте. Лабораторные опыты были проведены с несколькими пробами при разных температурах и времени. Результаты экспериментов описаны в табл. 1.

Таблица 1.

Результаты опытов обжига твердых медьсодержащих отходов в разных температурах

По результатам исследований выявлено, что при продолжительности 2 часов и температуре 650^оС процесс обжига считается оптимальным.

Рисунок 3. Зависимость выхода огарка от продолжительности процесса обжига и температуры

Лабораторными экспериментами определено, что максимальное растворение меди 95,32% достигается при обжиге материала при 650°С. Это объясняется тем, что высокотемпературный обжиг дает возможность полному разложению меди до металлического состояния и вскрытию поверхности металлов, вследствие чего, повышается степень растворения меди в сернокислотном растворе.

Рисунок 4. Зависимость температуры обжига на степень растворимости меди в сернокислотном растворе

Результаты опытов и кривая графика обжига показывают, что обжиг при продолжительности менее 60 мин. отрицателно влияет на степень растворимости меди в последующей стадии сернокислотного растворения. Это объясняется тем, что разлагающаяся медь не успевает полностью окисляться кислородом и это, в свою очередь, ведет к снижению степени растворимости при выщелачивании. Опираясь на это заключение, оптимальная температура для обжига для медьсодержащего отхода выбрана 650 ^оС при продолжительности процесса 120 мин.

Целью проведения обжига является полное разложение продукта, вскрывая поверхность частицы и переводя ее в хорошо растворимую форму. В лабораторных условиях изучено влияние температуры на разложение комплекса и увеличение производительности агрегата. Конец обжига определяется по прекращению выделения газов. После обжига обожженный продукт подвергается сернокислотную выщелачиванию.

Ислледования по определению оптимальных параметров выщелачивания меди из твердого медьсодержащего отхода.

Для выделения меди в раствор проводили сернокислотное выщелачивание твердого медьсодержащего отхода с содержанием серной кислоты 80÷120 г/л в пульпе при температуре 60-90^оС в течении 2 часов, Т:Ж=1:3÷5 по разработанной технологической схеме (рис. 2) [1].

Результаты сернокислотного выщелачивания приведены в табл. 2.

При выщелачивании твердого медьсодержащего отхода серной кислотой протекают следующие реакции: CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O

Таблица 2.

Результаты сернокислотного выщелачивания твердого медьсодержащего отхода АО «Навоиазот»

В результате выщелачивания при заданном соотношении Т:Ж=1:3÷5 происходит нейтрализация серной кислоты от исходной концентрации 80÷120 г/л до значении рН 0,8-1 (30-35 г/л). Выщелачивание проводили при концентрациях серной кислоты 40, 60, 80, 100, 120 и 140 г/л. По полученным данным, для полного перехода меди в раствор оптимальной является концентрация серной кислоты 110-125 г/л (рис. 5). Из полученных данных видно, что при сернокислотном выщелачивании в более разбавленных пульпах повышение температуры положительно влияет на степень растворения меди. Высокое извлечение меди в раствор при кислотном выщелачивании медьсодержащего отхода достигнуто с применением предварительного обжига исходного материала.

Рисунок 5. Зависимость извлечения меди в раствор от концентрации серной кислоты при продолжительности процесса 2 часа

Эффект достигается за счет реализации процесса, химическая сущность которого обусловлена реакцией окисления органического углерода с освобождением меди до водорастворимой формы благодаря окислительно-восстановительным процессам с участием кислорода.

Фильтрация и промывка раствора. После фильтрации осадок промывали водой до рН=5,5÷6,0 при температуре воды 80^оС. Полученный раствор с содержанием меди 5 г/л является продуктивным раствором для извлечения меди. Цементация меди из сульфатных растворов. Известны различные способы извлечения металлов из растворов: электрохимические и в том числе цементационные, осаждение в виде различных химических соединений, сорбционные и экстракционные в сочетании с другими способами и т.д. Наиболее распространенным способом извлечения меди из слабоконцентрированных растворов до сих пор является цементационный [3].

За последние годы на ряде зарубежных предприятий цементационные способы заменены на экстракционные с последующим электролизом реэкстрактов и получением катодной меди.

Следует отметить, что масштабы производства на этих предприятиях достигают более 5 тыс. тонн меди в год. При сравнительно небольших масштабах производства (до 5 тыс. т/год) экстракционные способы концентрирования растворов экономически проигрывают по сравнению с цементационными. В случае цементации ионов меди на металлическом железе на поверхности одновременно происходит два процесса: восстановление (разряд) катионов на катодных участках и окисление (ионизация) цементирующего агента на анодных участках. Условием стационарности процесса цементации является равенство числа электронов, принимаемых ионами меди и отдаваемых железом (Iк = Iа). Теоретический расход железа на цементацию меди (Сu²⁺) составляет 0.874 весовых единицы на единицу меди. Практически расход, как правило, больше за счет побочных реакций. В нашем случае расход железа составила 1,5 кг на 1 кг меди.

Выводы. Разработана в результате лабораторных исследований технология извлечения меди из отходов производства нитрил акриловой кислоты с применением кислотного выщылачивания и определены следующие технологические параметры: продолжительность выщелачивания 2 часа, температура 85 ℃, концентрация H₂SO₄ 120 г/л. В этих условиях степень растворения меди составила 96,0%.

Список литературы:

1. Шодиев А.Н., Саидахмедов А.А., Эшонқулов У.Х. Исследование технологии извлечения меди из твердых техногенных отходов // Инновационные подходы молодежи к развитию науки – г Карши, 14.08.2020. – С.324-325.
2. Саидахмедов А.А., Туробов Ш.Н. Исследование повышения степени осветления и фильтруемости пульпы при переработке твердых медьсодержащих отходов АО «Навоиазот» // г. Стерлитамак, 23.07.2020. – С.128-130.
3. Синявер Б.В., Цейдлер А.А. Гидрометаллургия меди (Зарубежный опыт). ЦНИИ и ТЭИ ЦМ. – Москва, 1971. – 305 С.