ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ПОСЛЕ ФЛОТАЦИИ МЕДНЫХ ШЛАКОВ

АННОТАЦИЯ

В данной статье изложена характеристика техногенных отходов, после флотации шлаков медного производства и последовательность экспериментов по извлечению ценных компонентов. Изначально искусственно образовавшийся материал содержащийся в техногенных отходах – фаялит подвергался термическому разложению в присутствии воздуха, а затем из полученного огарка медь избирательно выщелачивали в кислой среде. В процессе выщелачивании медь переведен в раствор, а также в результате гидролиза, железо осталось в кеке. Провели фильтрацию, затем медь осаждали с помощью сульфида натрия. В итоге процессов осадок сульфида меди отфильтровали и высушили. При этом степень перехода меди из техногенных отходов в сульфидный осадок составила 88,7 процента.

ABSTRACT

This paper describes the composition of technogenic waste after flotation of copper production slags and the sequence of experiments on extraction of valuable components from them. Initially artificial mineral contained in technogenic waste fayalite was subjected to thermal decomposition in the presence of air, and then from the resulting slag copper was selectively leached in acidic medium. In the process of leaching copper passed into solution, as a result of hydrolysis iron remained in the cake. The solution was filtered and copper was precipitated with sodium sulfide. At the end of the processes, the copper sulfide precipitate was filtered and dried. The conversion rate of copper from the anthropogenic waste to the sulfide precipitate was 88.7 percent.

Ключевые слова: фаялит, раствор, оксид меди, кристаллическая решетка, окисление, фильтрация, химический состав.

Keywords: fayalite, solution, copper oxide, crystal lattice, oxidation, filtration, chemical composition.

Введение. Мировой спрос на цветные металлы растет с каждым днем. Значительное снижение среднего содержания меди в руде в последние десятилетия требует наращивания комплексного использования сырья, применением ресурсо- и энергосберегающих технологий с вовлечением в переработку техногенных отходов. Тем не менее, это стимулирует развитие науки на вовлечение в производство техногенных отходов больших объемов путем их интеграции с производством. В связи с этим особое значение приобретает создание технологии извлечения ценных компонентов из отходов медеплавильного завода. В мире ведутся научные исследования в области цветной металлургии с целью извлечения ценных компонентов из техногенных отходов медной промышленности, создания новых технологий, позволяющих существенно расширить сырьевую базу, получения цветных металлов в чистом виде, отвечающих требованиям внутреннего и внешнего рынка, а также совершенствования и освоения существующих технологий. В связи с этим немаловажное значение имеет, в том числе, создание технологии извлечения ценных компонентов из отходов медеплавильного завода.

Объект и методы исследования. В качестве объекта для проведения исследования выбраны техногенные отходы после флотационного обогащения медных шлаков медно-обогатительной фабрики №2 АО “Алмалыкский ГМК”. В ходе исследования проводились лабораторные анализы металлов в твердых веществах и растворах. При проведении экспериментов использовались современные физико-химические методы, в том числе электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ, фотоколориметрия, атомно-абсорбционный анализ, рентгенофазный (рентгенографический) анализ, а также статистическая и математическая обработка результатов исследований с целью разработки рациональных методов комплексной переработки техногенных отходов производства меди и оценки технико-экономических показателей.

Экспериментальная часть. Техногенные отходы после флотации шлаков, образующиеся при обогащении меди по составу в основном состоят из искусственного фаялита (Fe₂SiO₄), в котором между кристаллическими решетками сохраняется небольшое количество меди и драгоценных металлов. Извлечение меди и драгоценных металлов из этого вида отходов является одной из актуальных проблем металлургической промышленности в нашие дни.

В целях проведения полупромышленных опытов для проведения опытов было привезено шлаков, в количестве 1000 кг флотационого отхода обогащении медных шлаков и было отобрано пробы для анализа в установленном порядке. Результаты анализа представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Содержание элементов в техногенных отходах после флотационного обогащения медных шлаков

Эксперимент по извлечению необходимых компонентов из этих техногенных отходов проводился в следующей последовательности. Первоначально искусственные отходы обжигаются в присутствии воздуха, при котором фаялит термически разлагается (1) и происходит раскрытие поверхности меди содержащей шлаке. Также медь и оксид меди окисляются под действием воздуха, приобретая (2,3) свойство растворяться в кислой среде.

Fe₂SiO₄ +O₂ → Fe₂O₃ + SiO₂                                          (1)

2Cu + O₂ → 2CuO                                                 (2)

2Cu₂O + O₂ → 4CuO                                            (3)

Процесс проводили в трубчатой вращающейся печи при температуре 600⁰С в присутствии воздуха в течение 30 мин и измеряли массу продуктов до и после обжига. Из полученного продукта (огарок) в установленном порядке отбирали пробы и проводили структурный анализ.

На следующем этапе был проведен опыт выщелачивания для селективного извлечения меди из огарка. При этом в качестве растворителя был использован технологический раствор (промывная вода) из цеха по производству серной кислоты, образующийся при промывке отходящих газов. Данный технологический раствор содержит 35 г/л H₂SO₄ и 0,8 г/л Cu²⁺, при суточном объеме образования 1680 м³. Благодаря этому появилась возможность извлечения меди не только из отходов после обогащения медного шлака, но и из отработанных растворов за один технологический процесс. В случае низкой концентрации серной кислоты в процессе раствор доводят до нормативного состояния с добавлением концентрированной технической серной кислоты. Процесс выщелачивания проводили при температуре 60⁰С, в реакторе с перемешиванием 1,5 часа.

H₂SO₄ + CuO → CuSO₄ + H₂O                                       (4)

После завершения процесса выщелачивания, медьсодержащий раствор отделяли от кека путем фильтрации. Процесс фильтрации осуществлялся на нутч-фильтре объемом 0,4 м³, изготовленном из нержевеющего сплава, с помощью вакуумного насоса. После фильтрации из полученного раствора и кека в установленном порядке было отобраны пробы и проведены анализы. В полученный раствор добавляли сульфид натрия в количестве, эквивалентном количестве содержащейся в нем меди для осаждения меди. Процесс осаждения осуществлялся в реакторе, в течение 30 минут.

CuSO₄ + Na₂S → Cu↓ + Na₂SO₄                                              (5)

После полного осаждения ионов меди, раствор декантировали, а осадок просушили и провели анализы на содержание меди.

Анализ проведенных производственных экспериментов, технологические параметры приведены в таблице 2. Также технологическая схема, разработанная на основе выводов, полученных в результате исследований, представлена на рисунке 1.  

Рисунок 1. Технологическая схема извлечения меди из техногенных отходов после флотации медных шлаков

Таблица 2.

Результаты эксперимента по переработке техногенных отходов после флотации шлаков, образующихся при производстве меди

Список литературы:

1. Кобилов А.О., Юсупов У.С., Усманкулов О.Н. Разработка технологии извлечения цветных и драгоценных металлов из первичного сырья. // Научно-технический и практический журнал композиционных материалов, Тошкент 2023. №2.54-1С.154-156.
2. Хасанов А.С., Сирожов Т.Т., Уткирова Ш.И., Муртозаева М.М. // Research on the recovery process of Copper smelter tailings and separation of Iron from soot using a magnetic separator. // Универсум: Технические науки: Электронный научный журнал, №11 (104) ноябрь 2022 г., - S. 25-28 (02.00.00; №1).
3. Хасанов У.A., Муталибханов С.С., Абдукодиров А.A., Сирожов Т.T., Ахмедов М.С. Обзор и исследование о растворимости меди в шлаках медного производства // Международная научно-практическая конференция достижений, проблем и перспектив комплексного инновационного развития оазиса Зарафшан, NDKI, 27-28 ноября 2019 г., Навои, RR. 155-159.
4. Хасанов А.С., Талибов Б.И., Сирожов Т.Т., Ханнонова М.X., Нурмуродов М.Н. Переработка медных шлаков с извлечением цветных и черных металлов. // Республиканская научно-практическая конференция: "Проблемы и пути инновационного развития горнодобывающих и нефтегазовых отраслей", г. Навои, Узбекистан. 8-9 апреля 2016 г. стр. 273-274.
5. Худжакулов Н.Б., Ханнонова М.X., Нурмуродов М.Н., Сирожов Т.Т. Техногенные отходы горно-металлургической промышленности // Республиканская научно-практическая конференция "Проблемы и пути инновационного развития горнодобывающих и нефтегазовых отраслей", г. Навои, Узбекистан, 8-9 апреля 2016 г., стр. 271-272.