1.4.2 Гидрометаллургические способы

Основной операцией гидрометаллургической переработки пылей обычно

является выщелачивание, которое проводят в растворах различных щелочей

(NH4OH, NaOH), кислот (H2SO4, HNO3, HСl), солей (FeCl3, NaCl) или

органических растворителях.

Одним из методов переработки сложного полиметаллического сырья

может служить метод сульфатизации серной кислотой, позволяющий извлекать

из руд цветные металлы с высоким коэффициентом извлечения [65].

Сотрудниками института химии и технологии редких элементов и

минерального сырья им. И.В. Тананаева предложен способ выщелачивания

пыли при повышенной температуре с переводом меди и железа в раствор,

отделение раствора от нерастворимого остатка, разделение меди и железа [66].

Затем ведут упаривание раствора, содержащего основное количество меди,

кристаллизацию медного купороса, отделение кристаллов медного купороса от

маточного раствора и извлечение из маточного раствора остаточного

количества меди. При этом упаривание раствора ведут до обеспечения его

плотности 1,30-1,36 г/см3. Разделение меди и железа осуществляют в процессе

кристаллизации медного купороса. Полученные кристаллы медного купороса

растворяют в сернокислом растворе до обеспечения концентрации серной

кислоты 100-250 г/л. Образовавшийся раствор медного купороса подвергают

основной электроэкстракции с получением катодной меди и отсечного

электролита. Извлечение остаточного количества меди из маточного раствора

осуществляют дополнительной электроэкстракцией. Технический результат

заключается в получении качественной катодной меди марок МООК, МОК,

MlK, а также медной губки при выходе по току на основной электроэкстракции

до 93,3 % и на дополнительной – до 74,6 %. Степень извлечения меди из пыли в

раствор при выщелачивании определяется содержанием меди в пыли в

окисленной форме и достигает 99,4 %. Суммарное извлечение меди в катодный

металл составляет 89,4-95,2 %.

Китайскими учеными предложена технология [67] получения из пыли

вторичных медных заводов продукции с высокой добавленной стоимостью.

Процесс состоит из трех основных этапов: выщелачивания NaOH,

двухступенчатого электролиза и глубокой очистки оборотным раствором.

Первоначально, 80-92 % Zn и Pb растворяли в 5 М NaOH при 80 0С, тогда как

медь, концентрировали в остаток. Алгоритм Йетса используется для

определения главных эффектов и взаимодействий факторов выщелачивания.

После электролиза при 100-250 А/м2 Pb высокой чистотой (> 97%) отделен от

щелочного раствора. Впоследствии, импульсный ток был введен для получения

порошков ультрадисперсного цинка (до 30 мкм). Сочетание щелочи и

импульсного тока позволяет исключить стадию промывки дистиллированной

водой и поверхностно-активными веществами, минимизируя сбросы

загрязнений.

30

В работе [68] представлена технология переработки пылей при

содержании меди около 24 %, путем выщелачивания металлического материала

с раствором хлорида аммония, что дает растворение меди с помощью

аммиачных комплексов, создает нейтральные условия выщелачивающего

раствора. Результаты показали, что около 90 % меди, содержащейся в пыли

может быть выщелочена при температуре 20 0С.

Согласно [69] эффективность выщелачивания пылей щелочным

раствором карбоната аммония в присутствии ионов Cl-. Раствор очищают от

железа и подвергают электролизу в диафрагменной ячейке при температуре 310

К и плотности тока 1000-1500 А/м2. Содержание цинка в исходном электролите

(в виде Zn(NH4)Cl2) составляет 0,7-1,5 М, рН 9,5 (20 г/дм3 NH4CО3). В качестве

катодов используют листы титана или нержавеющей стали.

В работе казахстанских авторов [70] предложена электротермическая

переработка свинцовых кадмий-, редметсодержащих пылей медеплавильных

заводов с получением свинца в металлическую фазу, меди – в штейно-

шлаковый расплав, кадмия и рения во вторичные возгоны включает процессы

плавки и реакционного взаимодействия компонентов пыли с натриевыми

солями и углеродсодержащим восстановителем. Установлены

термодинамические (AG0, Кр) параметры процесса, обоснована возможность

протекания основных реакций электротермического способа переработки

свинецсодержащих пылей. Оптимизация технологических параметров на

основе экспериментов позволила установить основные условия электроплавки:

содержание соды – 40 %, Na2SO4 – 8 %, кокса – 10 % от массы пыли,

температура – 1175 0С, продолжительность выдержки 30 минут. При этих

условиях извлечение Pb в черновой металл составило 97,7 %, Cu, Zn, As в

натриевый расплав тиосолей – 85,2, 96,4 и 82,0 %, Cd и Re во вторичные

возгоны – 98,1 и 89,8 %, соответственно. Предложенная технология позволяет

повысить извлечение цветных и редких металлов на 3-5 % по сравнению с

известными технологиями.

Особенностью штейно-шлаковых расплав является интенсивное

разложение из-за наличия значительного количества растворимых

тиосоединений натрия и соединений металлов (мышьяка, селена, теллура).

Авторами предложена технология [71] водного выщелачивания расплавов,

обеспечивающее полное отделение тяжелых металлов свинца, цинка и др.,

которые не растворяются в сульфидно-щелочных растворах и остаются в кеке.

Расплав перед выщелачиванием подвергали измельчению до крупности 100-150

меш., после выщелачивания и фильтрации кек промывали трехкратно с

репульпацией водой при 50-60 0С. Опыты проводились в зависимости от

температуры, продолжительности выщелачивания, от соотношения Ж:Т.

Мышьяк до 77 % переходит в раствор, а 20-22 % остается в кеке в виде

сульфида. Оптимальным условием выщелачивания расплава является

температура выщелачивания 95 0С, продолжительность 3-4 ч; Ж:Т=4:1. При

трехкратном выщелачивании расплава в сульфидно-карбонатный раствор

извлечение теллура составляет 78 %, натрия – 92,2 %, мышьяка – 81 %.

31

В работе [72] приведены результаты переработки пылей, получаемых при

переплавке в конвертерах низкосортного медного скрапа. Состав пылей, %: 16

Pb, 4,3 Sn, 40,4 Zn. Выщелачивание осуществляют аммиачно-карбонатным

раствором (50-150 г/дм3 NH3, 20-130 г/дм3 CО2) при температуре 300-350 К в

течение 15-60 минут. Нерастворимый остаток содержал до 10 % Sn. Медь,

свинец и олово осаждали из раствора цементацией цинковым порошком при

температуре 335 К за 5-10 минут.

Цинк выделяли из фильтрата в виде основного карбоната

Zn(NH3)2CO3·ZnO при рН = 7, барботируя раствор диоксидом углерода. После

обжига получали чистый оксид цинка, а фильтрат возвращали в голову

процесса на выщелачивание.

Наиболее распространенным и дешевым из кислотных растворителей

является серная кислота. Использование других кислот связано с

дополнительным расходом реагентов для селективного выделения металлов из

растворов. Кроме этого, использование в качестве растворителей растворов

кислот, приводит к необходимости создания специального кислотостойкого

оборудования и ухудшению условий труда в цехе (большинство процессов

выщелачивания протекают при повышенных температурах).

При использовании щелочных растворителей для извлечения свинца

возникают трудности с регенерацией растворителей и их последующей

утилизацией, а также переработкой получаемых продуктов. Одной из основных

составляющих осадков, получаемых при такой обработке пылей и

промпродуктов, является свинец, который переходит в них количественно.

Чаще всего эти осадки загрязнены другими тяжелыми цветными металлами,

что приводит к необходимости дальнейшего их селективного разделения.

Гидрометаллургические способы от пирометаллургических отличаются

меньшими энергозатратами на реализацию. Пирометаллургическими

способами не удается в одну операцию получить товарный продукт или

селективно разделить металлы, присутствующие в сырье; увеличивается

количества выбросов, которые необходимо улавливать [73], очищать от пыли и

утилизировать. Поэтому преимущества гидрометаллургических способов перед

пирометаллургическими как с технологической, так и экологической точек

зрения представляются очевидными.