Література

3. Б.Н. Кравец Специальные и комбинированные методы обогащения М., Недра 1986, 304 с.

4. Самилін В., Білецький В. Спеціальні методи збагачення корисних копалин.- Донецьк. Східний видавничий дім, 2003-116с.

Лекція № 12

IV Збагачення з використанням виборчого характеру фазових переходів компонентів корисної копалини (комбіновані методи збагачення і переробки корисних копалин)

Питання, що виносяться на лекцію: Загальні відомості. Бактерійна інтенсифікація процесів переводу твердої фази в розчин. Витягання міді із забалансових руд і відвалів. ^{Купчасте вилуговуння. Витягання міді з розчинів після вилуговування}

Загальні відомості

У традиційних методах збагачення компоненти, що розділяються знаходяться в твердому стані.

Обов'язковою умовою комбінованих методів є:

1. Перевод одного з компонентів в інший, більш рухливий фазовий стан (розчин, розплав, газ);

2. Виділення різнорідних фаз в різнорідні продукти.

Можливі наступні поєднання фаз:

2.1 Рідкої і твердої;

2.2 Твердої і газоподібної;

2.3 Рідкої і газоподібної.

У практиці широко застосовуються процеси з використанням рідкої і твердої фаз, так як потрібна менша витрата енергії і легше їх розділяти. Загальна схема комбінованих методів збагачення корисних копалин включає наступні операції:

1. Підготовку корисної копалини до переводу компонентів (компонента) в інший фазовий стан;

2. Селективний перевод компонента в інший фазовий стан за допомогою робочих агентів;

3. Розділення компонентів;

4. Перевод речовини, що містить цінний компонент, в форму, зручну для подальшого використання;

5. Регенерація робочих агентів і повернення їх у процес.

У цей час комбіновані методи збагачення використовуються при переробці окислених руд, промпродуктів, які мають трудну збагачуваність, руд в старих відвалах, при доведенні концентратів, переробці легкорозчинних руд.

Широке застосування цих методів стримується низькими швидкостями фазових переходів.

Основною операцією комбінованих методів збагачення є перевод компонентів в рухливий фазовий стан: рідкий (розчин, розплав), газоподібний, пульпоподібний.

Перевод твердої фази в розчин є найбільш характерним методом забезпечення рухливості компонента.

Розрізнюють фізичне і хімічне розчинення. У першому випадку компонент не міняє склад (KCl, NaCl), у другому - міняє. При цьому розчинниками можуть бути кислоти, луги.

Хімічне розчинення відбувається внаслідок обмінних реакцій, окислювально-відновних і реакцій комплексоутворення.

Перевод твердої фази в розплав здійснюється за рахунок термічного впливу на корисну копалину шляхом підведення до нього теплоносіїв (гаряча вода, пара, газ) або ж його окислення з виділенням тепла (горіння).

Перевод твердого компонента в газ. У газоподібній формі відділення корисного компонента значно полегшується. Однак перевод компонента в газоподібний стан вимагає додаткових витрат. Процес застосовується при підземному спаленні сірки, газифікації вугілля і сланців.

При підземному спаленні сірки утвориться сірчастий ангідрид (SO₂), необхідний для виробництва сірчаної кислоти. Технологія газифікації сірки складається в розігріванні частини пласта до температури плавлення і випаровування. Пара змішується з окислювачем і прогрівається до температури запалення сірки (465 ^оС). Температуру регулюють швидкістю підведення окислювача, так щоб вона не перевищувала 700 ^оС (температура розкладання вміщаючих вапнякових порід).

Підземна газифікація вугілля служить для перетворення вугілля в горючі гази, що використовуються для енергетичних цілей. Підземна газифікація проводиться в частині пласта, який називається підземний газогенератор. Основний елемент газогенератора - канал газифікації, що включає наступні зони: розігрівання, горіння, коксування, сушки. Розрізнюють 3 основних фази газифікації вугілля:

1. Реагування вуглеводу (вугілля) з киснем і водяною парою;

2. Взаємодія компонентів газу між собою;

3. Термічна переробка вугілля з виділенням летючих речовин.

Бактерійна інтенсифікація процесів переводу твердої фази в розчин (витягання міді із забалансових руд і відвалів)

Сучасні гідрометалургійні методи, зокрема, хімічне, бактерійно-хімічне, купчасте, підземне і чанове вилуговування дозволяють переробляти з високим економічним ефектом бідні забалансові руди, а в ряді випадків і хвости мідних збагачувальних фабрик. До бідних забалансових відносяться руди, що містять 0.3-0.5 %, а іноді 0.1-0.15 % міді. Суть гідрометалургійного методу полягає в наступному:

1. Вилуговування міді сірчаною кислотою, тобто перевод нерозчинних у воді з'єднань (сульфідів) в розчинні з'єднання (сульфати);

2. Цементація (осадження) міді;

3. Екстракція міді.

Застосування мікроорганізмів - тіонових бактерій «тіобацілус феррооксіданс» (Thiobacillus ferrooxidans) і «тіобацiлус тіооксіданс» (Thiobacillus thiooxidans) збільшує швидкість окислення сульфідів в певних умовах в десятки, сотні і навіть тисячі разів.

Бактерії, адсорбуючись на поверхні сульфіду, сприяють утворенню окислу сірнокислого заліза Fe₂(SO₄)₃ - найсильнішого окислювача сульфідів. Процес вилуговування можна представити в наступному вигляді:

1. F eS₂ + 3.5O₂ + H₂O FeSO₄ + H₂SO₄

2. Окислення 2-валентного заліза у 3-валентне за допомогою бактерій:

Th. fer.

4 FeSO₄ + 2 H₂SO₄ + O₂ 2 Fe₂(SO4)_{3 +} 2H₂O

3 . Fe₂(SO₄)₃ + MeS MeSO₄ + 2 FeSO₄ + S^o

^{4. Сірку, що утворюється, мікроорганізми окисляють до сірчаної кислоти}

^Th.thio

S^o +H₂O +3/2 O₂ H₂SO₄

^{Мідні сульфідні руди під дією Fe}₂^(SO₄⁾₃ ^{розчиняються з отриманням в розчині CuSO}₄ ^{по наступній реакції:}

^{2 CuS + 2 Fe}₂^(SO₄⁾₃ ^{+ 2 H}₂^{O +3O}₂ ^2CuSO₄ ^{+ 4FeSO}₄ ^{+ H}₂^SO₄

Розчини, що містять мідь прямують на цементацію залізом з отриманням цементної міді:

^CuSO₄ ^{+ Fe Cu + FeSO}₄

Цементні розчини після регенерації за допомогою бактерій знов подаються на вилуговування.

^{F eSO}₄ ^{+ бактерії (Thiobacillus ferrooxidans) Fe}₂^(SO₄⁾₃

^{Схематично процес вилуговування представлений на рисунку 12.1}

^{Рисунок 12.1 - Схема вилуговування мідних руд}

^{Купчасте вилуговування}

^{Купчастому вилуговуванню звичайно піддають бідні забалансові руди або старі відвали, що утворилися внаслідок складування забалансової руди, що добувалася з кар'єрів або підземних шахт. Бажано, щоб основа відвала або купи була щільною. На підготовлений майданчик в перші шари укладаються більш великі куски руди (200 - 300 мм) для кращої аерації купи. Вся купа закладається більш дрібним дробленим матеріалом.}

^{На поверхні відвала бульдозером роблять канави глибиною до 0.5 - 1.2 м, через які купа зрошується бактерійними розчинами, що містять 105 - 106 кліток бактерій в одному мл. Туди ж додають сірнокисле окісне залізо і сірчану кислоту для підтримки рН 1.9 - 2.5.}

^{Навколо купи роблять канави, куди стікає розчин, який містить мідь, що пройшов через відвал. З канави розчин насосом подається в басейн з відстійником для осадження глини і шламів, після чого він поступає на цементаційну установку для витягання міді. Цементна мідь прямує на міделиварний завод.}

^{Купи зрошують з інтервалом 7 - 15 днів. Для кращої аерації і окислення сульфідів у відвалах пробурюються отвори, куди вставляються перфоровані труби діаметром 100 мм.}

^{Відроблення купи при бактерійно-хімічному методі вилуговування становить 4 - 5 років. Цементна мідь містить 70 - 80 % міді. Витягання міді з розчину становить 95 - 99 %.}

^{Собівартість міді в 2 - 5 раз нижче в порівнянні з міддю, що отримується по традиційній технології. Схема купчастого вилуговування приведена на малюнку 12.2.}

^{Рисунок 12.2 - Схема купчастого вилуговування}

^{Схема містить наступні елементи: 1 - відвал; 2 - дренажна канава;}

3. ^{- ставок-відстійник; 4 - відстійник головних розчинів; 5 - барабанний цементатор; 6 - згущувач; 7 - сховище головних розчинів; 8 - випарний майданчик; 9 - цементна мідь.}

^{Головний ставок глибиною до 2 метрів, об'ємом 5 тис. м3 має запас розчину на 2 доби. Розчин після вилуговування прямує в ставок-відстійник, а після відстоювання на цементацію. Витрата залізного скрапа становить 1.3 - 1.5 кг на 1 кг цементній міді. Тривалість контакту розчину зі скрапом 5 - 6 хвилин. Витягання міді з розчину при цементації становить 95 % і більш. Розчин після вилуговування містить біля 1.5 г/л міді, а після цементації - 0.02 г/л міді, 3 - 4 г/л двовалентного заліза.}

^{Витягання міді з розчинів після вилуговування}

^{Розчини, отримані після купчастого або підземного вилуговування забалансових руд і відвалів містять незначну кількість міді (0.3 - 3 г/л). Витягання міді з розчинів можливе: цементацією, сорбцієй, електролітичним осадженням.}

^{З перерахованих методів економічно виправдане витягання міді з розчинів цементацією залізом. Для цементації використовують залізний лом, консервну жерсть, обрізання жерсті.}

^{Цементація може здійснюватися в:}

^{1 цементаційних жолобах;}

^{2 барабанних цементаторах;}

^{3 цементаційних ваннах;}

^{4 цементаційних чанах;}

^{5 конусних цементаторах.}

Лекція № 13

Технологія купчастого вилуговування золота