§ 7. Химическая обработка и обжиг руд и концентратов

Комбинированное применение методов обогащения с химиче­скими или гидрометаллургическими процессами обработки обес­печивает комплексное использование рудного сырья с извлечением из него ценных компонентов для нужд народного хозяйства. Од­ним из достоинств гидрометаллургии является высокое извлече­ние полезных компонентов при обработке бедных руд и концент­ратов редких металлов.

Выщелачивание является основной операцией гидрометаллур­гического процесса, в результате которой полезные компоненты переходят в раствор. Иногда, наоборот, из богатого рудного кон­центрата выщелачиванием удаляются некоторые вредные приме­си. Для выщелачивания рудных минералов применяют растворы углекислого натрия, углекислого аммония, аммиака, цианистого калия, едкого натра, серной, соляной и азотной кислот. Концент­рация растворителей меняется от 0,2% (цианистый калий для выщелачивания золота) до 94% (серная кислота для разложения ильменитовых и ниобиевых концентратов).

Полученные в результате выщелачивания растворы подверга­ют обезвоживанию и очистке. Для выделения из растворов, раз­деления и осаждения металлов и их соединений применяют элект­ролиз, цементацию, получение нерастворимых осадков, гидролиз, кристаллизацию, сорбцию или экстракцию. Выбор наиболее ра­ционального метода решается в каждом отдельном случае с уче­том ряда факторов, из которых первостепенное значение имеют состав поступающего на осаждение раствора и требования, предъ­являемые к чистоте конечной продукции.

Гидрометаллургические концентраты содержат не менее 15 ÷ 20% влаги. Поэтому при отгрузке их потребителям концентраты сушат, а в некоторых случаях обжигают при температуре 500 ÷ 900°С для получения безводных окислов или окисления суль­фидов.

Химической обработке подвергают вольфрамовые, марганцевые и серные концентраты, а также руды и продукты, содержащие молибден, висмут, золото, ниобий и медь.

Обжиг в ряде случаев является весьма важной подготовитель­ной операцией для руд, промпродуктов и концентратов перед их обогащением, металлургической или химической переработкой. Различают следующие виды обжига: окислительный, сульфатизирующий, восстановительный, магнетизирующий и хлорирующий.

Окислительному обжигу подвергают сернистые минералы пе­ред гидрометаллургическим переделом с целью полного или ча­стичного удаления серы и перевода сульфидов в форму окислов, переходящих затем в раствор.

Сульфатизирующий обжиг применяют для перевода серы и извлекаемых металлов в форму растворимых в воде сернокислых соединений, а железа – в форму нерастворимой окиси железа или магнетита.

Целью восстановительного обжига является восстановление свободных и связанных металлических окислов руды или концент­рата до металла или его низших окислов.

Металлизирующий обжиг применяют для перевода немагнит­ных и слабомагнитных окислов железа в магнитные окислы – ис­кусственный магнетит или ферромагнитную окись железа.

Хлорирующему обжигу подвергают нерастворимые сульфиды, окислы и силикаты металлов для перевода их в растворимые хло­риды при добавлении к обжигаемому материалу природных хло­ристых соединений (поваренная соль, сильвинит, карналлит) или подаче в печь газообразного хлора.

В практике обогащения железных руд применяют магнетизи­рующий восстановительный обжиг бедных окисленных кварцитов, содержащих 33÷35% железа, на Криворожском центральном гор­но-обогатительном комбинате.

Обжиг проводится в трубчатых вращающихся печах размером 3,6×50 м, производительностью до 1100 т/сут. Печи оборудованы периферийными горелками (зона нагрева), соплами (восстанови­тельная зона) и футеровками для ввода природного газа в слой восстанавливаемой руды. Воздух в горелки и сопла подается вен­тиляторами, установленными на корпусе печи.

Агломерацией называют термический способ образования кус­кового материала из мелких руд и тонкоизмельченных рудных концентратов путем спекания и сплавления их частиц при нагре­ве до температур размягчения и плавления.

При агломерации руду или концентрат тщательно перемеши­вают с измельченным топливом (коксовой мелочью, антрацитом), флюсом (известняком, известью) и окомковывают при одновре­менном увлажнении, благодаря чему полученная агломерацион­ная шихта приобретает зернистый характер и необходимую газо­проницаемость.

Подготовленная шихта загружается на колосниковую решетку, под которой эксгаустером создают разрежение, обеспечивающее просасывание через слой шихты высотой 200—300 мм достаточно­го количества воздуха для интенсивного горения содержащегося в ней топлива, зажигаемого в начальный момент процесса спе­циальным горном. В узкой зоне горения топлива, перемещающей­ся от поверхности зажигания к колосниковой решетке, развивают­ся высокие температуры, вследствие чего частицы руды в шихте частично или полностью сплавляются, образуя кусковой пористый материал — агломерат. Последний дробится и подвергается гро­хочению для отделения неспекшейся мелочи, возвращаемой в аг­ломерационную шихту.