17.3. Пример (фрагмент) технологического регламента переработки нерастворимого остатка автоклавного выщелачивания

1. Введение

Гидрометаллургическая переработка медного концентрата сложного состава является экономически выгодной. Однако, в результате автоклавного выщелачивания образуется нерастворимый остаток, который следует переработать до товарных продуктов.

2. Общая характеристика технологической схемы

Принципиальная технологическая схема переработки нерастворимого остатка, представлена на рисунке 1.1.

Схема включает в себя следующие операции:

- распульповывание нерастворимого остатка после низкотемпературного выщелачивания, с целью подготовки его к операциям флотации. Распульповывание проводится сливом сгустителей серосульфидного концентрата и водой из хвостохранилища;

- флотацию сульфидов металлов и элементарной серы с выделением коллективного сульфидного концентрата и хвостов пустой породы, направляемых в виде пульпы в хвостохранилище;

- флотацию коллективного сульфидного концентрата с выделением в пену медных минералов и элементарной серы, основная часть пирита остается в камерном продукте и в виде пульпы выводится из схемы в хвостохранилище;

- сгущение серосульфидного концентрата до отношения Ж:Т=1:1;

- дезинтеграцию серосульфидного концентрата, осуществляемую при температуре выше точки плавления серы, с целью отделения серы элементарной от сульфидов;

Рис. 1.1 Принципиальная технологическая схема переработки нерастворимого остатка

- серную флотацию с выделением сульфидного и серного концентратов;

- сгущение серного концентрата до отношения Ж:Т=1:1;

- фильтрацию сульфидного концентрата с направлением сульфидного концентрата на операцию активации. При этом часть сульфидного концентрата выводится из схемы для последующего извлечения из него серебра.

3. Характеристика сырья, реагентов, полупродуктов и технологические требования к конечной продукции

3.1. Для переработки используется нерастворимый остаток автоклавного выщелачивания состава: 10-10,5 % медь; 26,0-27,0 % железо; 43,0-44,0 % сера.

3.2. Конечная продукция.

Конечной продукцией переработки являются:

- после плавки сера технического сорта 9950 по ГОСТ 127.1 – 93 состава: сера – 99,50 % (не менее); зола – 0,20 % (не более); органические вещества – 0,25 % (не более).

- сульфидный концентрат, содержащий: медь – 25 – 30,5 %; железо – 20,0 – 23,5 %; сера – 31,5 – 32,0 %; серебро ~ 1900 г/т. Влажность сульфидов – 10 – 15 %. Сульфидный концентрат является полупродуктом схемы, предназначенным для дальнейшей переработки с целью извлечения серебра, или может являться товарной продукцией;

- пиритный концентрат, содержащий: медь – 0,65 – 0,7 %; железо – 45,0 – 46,0 %; сера – 52,0 – 53,0 %.

Пиритный концентрат является отвальным продуктом схемы и в виде пульпы с соотношением Ж:Т=4,5:1 сбрасывается в хвостохранилище;

- хвосты флотации, содержащие: медь – 0,1 – 0,15 %; железо – 1,3 – 2,0 %; сера – 4,0 – 4,5 %.

Хвосты являются отвальным продуктом и в виде пульпы с отношением Ж:Т=6:1 сбрасываются в хвостохранилище.

3.3. Реагенты и матералы.

- ткань фильтровальная лавсановая, арт. 56050. Изготавливается из синтетической нити. Устойчива в кислых сульфатных растворах;

- известь, должна удовлетворять следующим требованиям: содержание СаО (активной) – не менее 60 %; крупность частиц – не более 50 мм; плотность – 3 т/м³; насыпная плотность – 1,5 т/м³. Водная пульпа измельченной извести (известковое молоко) используется на операциях очистки растворов от металлов и на операции выплавки серы;

- моторное топливо (ГОСТ 1667-68). Используется в качестве ПАВ в операции дезинтеграции;

- ксантогенат бутиловый;

- метилизобутилкарбинол (МИБК) – пенообразователь;

- сульфит натрия Na₂SO₃– модификатор.

4. Описание операций технологической схемы

1. Распульповывание нерастворимого остатка после окислительного выщелачивания. Нерастворимый остаток, содержащий неразложенные сульфиды и элементарную серу, состава: 10,0 – 10,5 % меди; 26,0 – 27,0 % железа; 43,0 – 44,0 % серы, распульповывается в реакторах водой из хвостохранилища и сливами от сгущения коллективного сульфидного концентрата до отношения Ж:Т=3:1. Пульпа с целью повышения извлечения меди направляется на флотацию для отделения отвальных хвостов, пиритного концентрата и серосульфидного концентрата.

2. Флотация нерастворимого остатка. На первой стадии проводится коллективная флотация сульфидов и элементарной серы с удалением в хвосты пустой породы. Флотация осуществляется во флотомашинах типа ФМР-63К. Время основной флотации - 13 минут, контрольной – 10 минут. В качестве собирателя используется бутиловый ксантогенат, а в качестве вспенивателя – реагент МИБК. Продуктами первой стадии флотации являются хвосты, состава: 0,1 % меди; 4,0 % серы; 1,4 % железа (окислы); 40,7 % диоксида кремния; 56,7 % нерудных минералов и коллективный концентрат. Хвосты в виде пульпы (Ж:Т=6:1) направляются в хвостохранилище.

3. Флотация коллективного концентрата. На флотацию поступает коллективный концентрат с соотношением Ж:Т=3,5:1, который подвергается селективной флотации с выделением в пенный продукт медных минералов и элементарной серы. Пиритный концентрат, состава: 0,66 % меди; 45,7 % железа и 52,5 % серы остается в камерном продукте. В качестве депрессора в процессе флотации используется сульфит натрия, а в качестве собирателя – бутиловый ксантогенат.

4. Сгущение серосульфидного концентрата. Серосульфидный концентрат (пенный продукт), в котором отношение Ж:Т=3:1, направляется на сгущение в сгуститель Ц-25, диаметром – 25 метров, поверхностью 490м²до Ж:Т=1:1. Слив сгустителя возвращается на распульповывание нерастворимого остатка после окислительного выщелачивания. Состав серосульфидного концентрата: 22,5 % меди; 17,0 % железа; 51 % серы общей, в том числе 29,6 % серы элементарной.

5. Дезинтеграция, серная флотация. С целью разделения серы элементарной и сульфидов сульфидный концентрат подвергается дезинтеграции - высокотемпературной обработке в присутствии реагента-гидрофилизатора сульфидов (известь в виде известкового молока).

При дезинтеграции происходит вытеснение элементарной серы с поверхности сульфидов за счет лучшей смачиваемости их поверхности гидрофилизатором. После охлаждения дезинтегрированной пульпы, осуществляемого при интенсивном перемешивании, до температуры ниже точки плавления серы, создаются условия для отделения серы от сульфидов при последующей серной флотации. Дезинтеграция происходит в автоклавах при температуре 130°С и давлении 0,3 МПа. Пульпа перед дезинтеграцией подогревается абгазами выплавки серы и острым паром в реакторе-подогревателе, в который одновременно подаются также гидрофилизатор и поверхностно-активное вещество (ПАВ) – моторное топливо. После проведения операции дезинтеграции пульпа охлаждается в реакторе-охладителе до 90-95°С, затем в теплообменнике типа «труба в трубе» до 50 - 60°С и отправляется на серную флотацию.

6. Серная флотация. Серная флотация, осуществляемая на флотомашинах типа ФМР-63К при отношении Ж:Т=3:1 в питании, включает основную флотацию (в течение 15 минут), контрольную флотацию (в течение 10 минут) и две перечистки серного концентрата (продолжительностью 10 минут каждая). Серный концентрат (пенный продукт), в котором отношение Ж:Т=4:1, направляется на сгущение до отношения Ж:Т=1:1. Слив сгустителей возвращается на флотацию, а сгущенный серный концентрат направляется на операцию выплавки серы.

7. Фильтрация сульфидного концентрата. Сульфидный концентрат (камерный продукт серной флотации), в котором отношение Ж:Т= 5:1, отфильтровывается на фильтр-прессах. Часть фильтрата возвращается на перечистку серного концентрата в процессе серной флотации, а другая часть используется на промывке нерастворимого остатка после низкотемпературного выщелачивания. Полученный концентрат содержит: 30,0-30,5 % меди; 23,0-23,5 % железа; 33,0-34,0 % серы. В нем концентрируется около 80 % серебра от содержания его в исходном медном концентрате. Основная часть сульфидного концентрата направляется на операцию активации (рафинирования) сульфидного концентрата раствором сульфата меди с концентрацией ~ 120 г/дм³меди. Примерно 10 % сульфидного концентрата выдается в виде товарной продукции с целью извлечения из нее серебра.

5. Исходные данные для проектирования

5.1. Условия проведения технологических операций, табл.1.1.

Таблица 1.1 - Условия проведения технологических операций

№	Наименование	Единица измерения	Значение
1	2	3	4
1	Распульпование нерастворимого остатка после окислительного выщелачивания. Распульпование остатка проводится водой из хвостохранилища и сливами от сгущения коллективного сульфидного концентрата до Ж:Т=3:1:
2	Флотация нерастворимого остатка. Производительность Время основной флотации Время контрольной флотации Расход ксантогената бутилового Расход вспенивателя – реагента МИБК Выход хвостов флотации (от исходного количества) Отношение Ж:Т в пульпе хвостов Выход коллективного концентрата Отношение Ж:Т в пульпе концентрата Состав отвальных хвостов флотации: медь сера железо диоксид кремния нерудные	т/ч мин мин кг/т г/т % единиц % единиц %	43,6±0,2 13 10 0,5 20-25 15±1 6 85±1 3,5 0,075 4,0-4,5 1,3-1,5 40,7±0,1 56,7±0,2

Продолжение табл.1.1.

1	2	3	4
3	Флотация коллективного концентрата. Состав концентрата, поступающего на флотацию: медь сера железо Расход собирателя – бутилового ксантогената Расход депрессора – сульфита натрия Время основной флотации Время контрольной флотации Производительность рН среды Выход пиритного концентрата Отношение Ж:Т в пульпе пиритного концентрата	% кг/т кг/т мин мин т/ч ед. рН % единиц	11,7±0,2 51,6±0,2 31,2±0,2 0,5±0,05 1,0±0,1 15 10 37,1±0,2 ≥12 49,2±0,2 4,5±0,1
	Состав пиритного концентрата: медь железо сера Отношение Ж:Т в пульпе серосульфидного концентрата Состав серосульфидного концентрата: медь железо сера общая в т.ч. сера элементарная Выход серосульфидного концентрата	% единиц % %	0,65±0,2 45,7±0,2 52,4±0,2 3:1 22,5±0,2 17,0±0,2 51±0,2 29,6±0,2 51,0±0,2
4	Сгущение серосульфидного концентрата Пульпа серосульфидного концентрата сгущается в сгустителях до отношения Ж:Т=1:1. Слив сгустителей направляется на распульпование нерастворимого остатка после окислительного выщелачивания
5	Дезинтеграция серосульфидного концентрата. Температура процесса Ж:Т питающей пульпы Подогрев острым паром. Время пребывания пульпы Реагент-гидрофилизатор сульфидов – известь техническая. Расход СаО (в расчете на 100% реагент) ПАВ – дизельное или моторное топливо. Расход ПАВ (указан суммарный расход реагента на дезинтеграцию и серную плавку)	°С единиц мин кг/т тв. кг/т тв.	126-135 1,0-1,2 40-50 50 5

Окончание табл.1.1.

1	2	3	4
6	Серная флотация. Температура процесса рН питающей пульпы Продолжительность флотации: основная контрольная перечистная Отношение Ж:Т в пульпе: - питания - серного концентрата - сульфидного концентрата	°С ед. рН мин единиц	60-70 9-10 15 10 25 3 4-4,5 5-6
	Содержание S° в твердом серного концентрата	%	≥75
7	Сгущение пульпы сульфидного концентрата. Температура пульпы Отношение Ж:Т: - питания - сгущенного продукта Удельная нагрузка сгущения	°С единиц т/м2 сутки	40-45 5-6 1,0 0,4
8	Сгущение серного концентрата. Температура пульпы Отношение Ж:Т в сгущенном продукте Удельная нагрузка сгущения	°С единиц т/м2 сутки	40-45 2-2,2 0,6
9	Фильтрация сульфидного концентрата. Отношение Ж:Т в пульпе сульфидного концентрата Производительность фильтра по твердому (влажному) Влажность сульфидного концентрата Состав сульфидного концентрата медь железо сера Выход концентрата от серосульфидного концентрата Количество концентрата, направляемого на активацию Количество концентрата, выдаваемого в виде товарной продукции для извлечения серебра Содержание серебра в выводимом концентрате	единиц т/ч % % % % % г/т	5:1 6 10 26,5±0,5 20,0±0,5 31,0±1,0 73,7±0,3 90±0,5 10±0,5 1900±50

5.2. Баланс металлов и серы

Баланс металлов и серы показаны в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Сводный баланс металлов

Наименование	Кол-во т	Медь		Сера
		%	т	%	т
Поступает
Нерастворимый остаток	86396	10,500	9071,60	43,50	37582,0
Выдается
1. Сульфидный концентрат	32974	26,500	8738,24	31,50	10386,8
2. Сера техническая	11890			99,5	11827,0
3. Пиритный концентрат в отвал	19232	0,658	12,54	52,47	10091,0
4. Хвосты отвальные	22300	0,927	206,82	23,70	5277,2
Итого	86396		9071,60		37582,0

Неучтенные (механические) потери

1. Медь

на операциях распульпования 0,2 %

на прочих операциях (флотация, сгущение) 0,37%

2. Сера

на операциях распульпования 0,2 %

на операциях дезинтеграции 0,4 %

5.3. Баланс воды

Таблица 1.3 – Сводный баланс воды

№ пп	Наименование статьи баланса	Количество, м3/год
	Приход
1	С исходным продуктом	94000
2	Вода на промывку кеков	48773
3	Вода на флотацию	328053
4	С известковым молоком	24217
5	С острым паром	22717
	Итого:	517760
	Расход
1	С товарным сульфидным концентратом	400
2	С отвальным пиритным концентратом	308800
3	С отвальными хвостами	203830
4	С абгазами	4730
	Итого:	517760

5.4. Расход основных реагентов, пара и электроэнергии

Таблица 1.4 – Годовые и удельные расходы основных реагентов, пара и электроэнергии

№ пп	Наименование	Единица измерения	Годовое количество	Удельный расход на 1 т концентрата
1	2	3	4	5
1	Известь (65 % СаО)	т	5130	0,0362
2	Вода оборотная	тыс.м3	517,8	0,006
3	Вспениватель МИБК	кг	3000	0,019
4	Бутиловый ксантогенат	кг	110000	0,775
5	ПАВ (дизельное топливо)	кг	246000	1,74
6	Сульфит натрия	кг	100000	0,695
7	Электроэнергия технологическая	тыс.кВтч	131147	0,39
8	Пар технологический (всего):	Гкал	23573	0,167

6. Рекомендации по выбору основного технологического оборудования

Таблица 1.5 – Расчет основного технологического оборудования

Наименование операции	Наименование оборудования	Расчетный показатель	Удельное значение расчетного показателя	Поток	Количество оборудования
1	2	3	4	5	6
Отделение флотации					3
1. Флотация нерастворимого остатка и коллективного концентрата	Флотационная машина ФМР-63К.7 (7 камер) емк. каждой камеры 63 м3	Производительность по пульпе	23 мин (основная и контрольная флотация)	177,8 т/ч
					2
2. Сгущение пульпы после флотации коллективного концентрата	Сгуститель Ц-25; Д-25 м Поверхность 490 м2	Производительность по пульпе	1,25 т/м2сут	т.458 т/сут

7. Характеристика и порядок утилизации отвальных продуктов, сточных вод и газовых выбросов

В технологии переработки медного концентрата гидрометаллургическим способом сбросные сточные воды отсутствуют.

Вода после нейтрализации растворов и фильтрации-промывки кеков является оборотной и вводится на операции распульповывания, промывки твердых остатков (кеков) из хвостохранилища.

Все отвальные продукты в виде пульпы сбрасываются в хвостохранилище и не требуют специальных условий захоронения. Жидкая фаза отвальных кеков после процесса активации содержит менее 0,1 мг/дм³цветных металлов (медь, никель, цинк и др.) и до 2 мг/дм³сульфата кальция.

8. Метрологическое обеспечение производства

Перечень измеряемых и контролируемых параметров технологического процесса с указанием измерения, допустимого предела погрешности измерений и допустимого предела запаздывания информации приведены в таблице 1.6.

1. Требования безопасности производства

Ведение технологического процесса переработки медного концентрата с использованием автоклавных процессов связано с возможным проявлением действия на организм человека физических и климатических вредных производственных факторов.

К климатическим производственным факторам относится действие применяемых видов сырья, промпродуктов, продуктов реагентов.

К физическим производственным факторам относится возможное воздействие опасных уровней давления при обслуживании автоклавов, напряжения – при эксплуатации электрооборудования, механическое воздействие вращающихся частей оборудования и др.

Ряд процессов относится к пожаро- и взрывоопасным: автоклавное выщелачивание, активация, дезинтеграция и выплавка серы и др.

На отдельных операциях должны соблюдаться правила техники безопасности, связанные с эксплуатацией сосудов, работающих под высоким давлением.

Таблица 1.6 – Сводные данные по метрологическому обеспечению гидрометаллургической переработки медного концентрата

№	Измеряемые параметры технологического процесса с указанием точек замера	Единица измерения	Рабочий диапазон параметров	Технологически допустимый предел погрешности	Технологически допустимый предел запаздывания информации	Периодичность измерения
1	2	3	4	5	6	7
1. Передел дезинтеграции, серной флотации, выплавки серы
1	Расход пульпы серосульфидного концентрата	м3/ч	20-30	1	30 с	непрерывно
2	Плотность пульпы концентрата	т/м3	1,2-2,0	0,02	1 мин	периодически
3	Температура пульпы в приемнике	°С	20-70	2	1 мин	периодически
4	Температура пульпы в подогревателе	°С	20-100	5	1 мин	периодически
5	Уровень пульпы в подогревателе	м	0,5-4,0	0,1	1 мин	периодически
6	Расход известкового молока	м3/ч	5-10	0,1	30 с	непрерывно
7	Плотность пульпы, подаваемой в автоклав	т/м3	1,1-2,0	0,02	1 мин	периодически
8	рН пульпы, подаваемой в автоклав	ед. рН	2-11	0,2	30 с	непрерывно
9	Температура в автоклаве	°С	80-150	2	10 с	непрерывно
10	Давление в автоклаве	МПа	0,15-0,3	0,01	10 с	непрерывно
2. Флотация коллективного концентрата
	Флотомашина
11	Расход пульпы	м3/ч	120-160	0,5	30 с	непрерывно
12	Расход ксантогената бутилового	кг/ч	15-20	0,5	30 с	непрерывно
13	Расход сульфата натрия	кг/ч	30-40	0,5	30 с	непрерывно
3. Флотация серного концентрата
14	Расход пульпы	м3/ч	50-80	0,4	30 с	непрерывно

Дезинтеграция, серная флотация, выплавка серы

Для передела дезинтеграции и выплавки серы устанавливаются категории «В» и «П-1» в соответствии СНИП ПМ2-72 и ПУЭ.

Полученная и применяемая в сероплавильном отделении продукция обладает следующими свойствами.

Сера – вещество желтого цвета с плотностью 2,02 – 2,07 г/см³, токсическое действие серы весьма слабое. Острые отравления исключены. Возможно некоторое воздействие при постоянном попадании серы в организм.

Серная пыль в воздухе при концентрации от 132 до 1400 г/м³воздуха взрывоопасна. Из получаемой серы могут выделяться газы, обладающие токсичностью.

Сернистый ангидрид – бесцветный газ, в 2,2 раза тяжелее воздуха, обладает острым запахом, раздражает дыхательные пути. Признаки отравления: воспаление слизистых оболочек; рвота, потеря сознания. Предельно допустимая концентрация ангидрида 0,01 г/дм³воздуха.

Сероводород – бесцветный газ в 1,17 раз тяжелее воздуха, относится к сильным нервно-паралитическим газам, вызывающим смерть от остановки дыхания. Действует раздражающе на дыхательные пути и глаза. Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе рабочей зоны (по СН-245-71) – 0,01 мг/дм³.Обоняние человека способно отмечать присутствие сероводорода в воздухе при его содержании 0,000012 мг/дм³.

10. Рекомендации по механизации ручного труда

Все переделы механизированы или автоматизированы.

Механизированные процессы:

- дезинтеграция и выплавка серы.

Автоматизированные процессы:

- флотация.