книги из ГПНТБ / Набойченко, С. С. Гидрометаллургия меди

с большими затратами труда особенно на установках небольшой мощ­ ности. При крупнотоннажном масштабе производства (несколько тысяч тонн меди в год) экономически оправдана механизация опера­ ций загрузки и выгрузки скрапа, его ворошения, гидротранспорта цементного осадка и т. д. Эксплуатация желобов в зимнее время особенно в районах с холодным климатом связана с дополнитель­ ными трудностями.

Частицы цементной меди, получаемой в желобах, достаточно крупны. Цементная медь не плохо отстаивается и фильтруется, меньше склонна к окислению при сушке и хранении, но загрязнена остатками скрапа. В желобах невозможно использовать дисперсные более активные осадители типа губчатого железа. При использовании желобов расход железа, как правило, в. 2—4 раза больше теорети­ ческого.

Некоторые данные практики по цементации меди в желобах при­ ведены в табл. 19 [291—292]. С целью интенсификации осаждения меди за счет повышения турбулентности потока или использования дисперсного осадителя были разработаны «активизированные».же­ лоба (рис. 38, б )1. Их форма обеспечивает снижение скорости потока при сливе через верхние боковые отверстия, что улучшает отделение цементной меди от более тяжелых частиц непрореагировавшего оса­ дителя.

На дне желоба смонтированы от 1 до 3 перфорированных (отвер­ стия диаметром 16 мм просверлены по образующей через 0,3—0,9 м) трубопровода, по которому под напором подают исходный ра­ створ.

Дополнительное перемешивание происходит в результате выде­ ления водорода. Можно соединять несколько аппаратов по противоточной схеме. Для предупреждения комкования губчатого железа целесообразна периодическая подача сжатого воздуха.

Осаждение меди в активированных желобах протекает весьма быстро, однако удаление цементного осадка при использовании губ­ чатого железа затруднено. Лучшие результаты получены при це­ ментации однородной по крупности консервной жестью.

Вращающиеся барабаны (рис. 39) впервые были использованы на предприятиях Чили. Их изготавливали из бронзы, футеровали мед­ ными плитками в связи с повышенной агрессивностью перерабаты­ ваемых растворов. Размеры барабана: диаметр 21 м, длина 3 м. Барабан смонтировали на роликовых опорах, скорость вращения его 8 об/мин.

Позднее подобные аппараты, но изготовленные из дерева, были установлены на предприятии «Эмеральд Ислз» [260]. Аппарат со­ стоял из концентрически расположенных барабанов: наружного (диа-

.метром 1,52 м и длиной 15,2 м) и внутреннего (диаметром 1,37 м и с отверстиями диаметром 6,5 мм). На внутренней поверхности бара­ банов сделаны спиралеобразные направляющие, которые, помимо

Деревянные барабаны диаметром 2,45 м и длиной 4,6 м с ремен­ ным приводом установлены на заводе Мангула (Южная Родезия) [261 ]. В аппарат загружают 4—5 т скрапа; скорость вращения бара­ бана 2 об/мин. Барабанные аппараты компактны, обеспечивают хоро-

Рис. 39. Схема установки вертикальных (а) и горизонтального (6) бара­ банных цементаторов:

/ — опорно-центрирующнП узел; 2 — опорные бандажи; 3 — корпус барабана; 4 — загрузка раствора и скрапа; 5 — узел привода

ший контакт раствора и осадителя, высокое извлечение меди

(94—97%).

При вращении за счет истирания возрастает выход дисперсных (вплоть до коллоидных) частиц цементной меди. Это осложняет от­ стаивание, обезвоживание пульпы цементного осадка и вызывает повышенное окисление меди при его обработке. Дополнительные трудности представляет загрузка непакетированного скрапа и уда­ ление его остатков. Кроме того, требуются дополнительные энерге­ тические затраты в связи с необходимостью перемещения не только раствора, осадителя, но и самого аппарата. Барабаны требуют ухода за механическим приводом, размещения в производственном корпусе для районов с холодным климатом, что увеличивает капиталоемкость установки. При непрерывном режиме работы коэффициент исполь­ зования объема барабана не превышает 0,40—0,45. Все это снижает эффективность использования барабанов при переработке больших объемов растворов. По этим причинам при расширении цемёнта-

116

ционной установки фирма «Кеннекотт» отказалась от барабанных аппаратов. Они заслуживают внимания при оснащении цемента­ ционных установок небольшой мощности и сезонном режиме работы. В этом случае, учитывая компактность установки, можно демонтиро­ вать ее и перевезти на новый участок с небольшими затратами.

Ванны — деревянные или железобетонные бассейны прямоуголь­ ной формы шириной 1,5—3,0 м, глубиной 0,8—2,5 м, длиной 3—5. Как и желоба ванны оборудованы ложными днищами. Осаждение меди происходит при меньшей скорости циркуляции раствора, что требует большей, чем в желобах, продолжительности контакта рас­ твора с осадителем. Ванны представляют собой более вместительные и компактные сооружения, чем желоба. Их применяют на установ­ ках относительно небольшой производительности.

В конце пятидесятых годов на цементационной установке фирмы «Багдад» применяли 10 спаренных глубоких ванн [262] (рис. 40). Аппарат обеспечивал оптимальную продолжительность контакта раствора осадителем в результате увеличения глубины ванны и спе­ циально организованного потока раствора. Секции ванны изготов­ лены из бетона, внутренние размеры секции 4 х 2,9 X 3,05 м; сдво­ енные секции имеют общее дно для сбора осадка цементной меди. По мере накопления его откачивают в виде пульпы через встроенную трубу из нержавеющей стали. Ложное днище изготовлено из дере­ вянных брусков (10,2 х 10,2 см), покрытых металлической решеткой с отверстиями 46 X 102 мм, на решетке уложена металлическая сетка с отверстиями диаметром 12,7 мм. Ванны снабжены шлюзо­ выми спусками с шиберами для изменения направления потоков раствора. Путь, преодолеваемый раствором через аппарат, состав­ ляет около 80 м. Расположение ванн позволяет механизировать операции загрузки и выгрузки железного скрапа.

Испытание подобного аппарата на одной из отечественных уста­ новок описано в работе [263]. Однако из-за низкого качества рас­ творов (повышенное содержание ила и невысокое меди) и некоторых конструктивных недоработок получены неудовлетворительные пока­ затели осаждения меди.

Другая разновидность цементационных ванн — чаны с механи­ ческим перемешиванием раствора. Внутри аппарата на высоте при­ мерно 2/6 от его внутренней высоты расположено ложное днище, под которым смонтировано перемешивающее устройство. Исходный рас­ твор поступает в чан по центральной трубе под ложное днище и уда­ ляется через сливной порог у верхнего уровня наружной стенки. Эти аппараты используют для цементации меди губчатым железом при переработке смешанных руд.

Известны примеры из практики прошлых лет по использованию чанов с воздушным перемешиванием [1, с. 59]. При расходе 0,125 м3 воздуха на 1 м3 раствора производительность аппарата возрастала на 20—30%. Кроме того, улучшились полнота осаждения меди и со­ став цементного осадка по сравнению с показателями цементации в ваннах. Однако при воздушном перемешивании ускоряются про­ цессы обратного растворения меди образующимся феррисульфатом

117

Рис. 40. Схемы ванн для цементации меди:

а — глубокая ванна; б — сдвоенная ванна; / — ввод раствора; 2 — ложное дннгце; 3 — выход отработанного раствора; 4 — разгрузка пульпы цементной меди

Рис. 41. Схемы конусных цементаторов:

/ — патрубок для ввода медьсодержащего раствора; 2 — сливной трубопровод; 3 — улав­ ливающие перегородки; 4 — загрузка осадителя; 5 — выпуск газа; 6 — круговой сливной порог; 7 — нижняя часть конуса; 8 — регулировочные клапаны; I — зона турбулентности; II — промежуточная зона; I I I — зона отстаивания; IV — скрап

118

и серной кислотой, что увеличивает расход осадителя. Очевидно, использование воздуха для интенсификации цементации требует весьма осторожного подхода.

Конусные аппараты —• новая конструкция аппарата для осажде­ ния меди из бедных растворов разработана в середине 60-х гг. те­ кущего столетия американскими металлургами 1 (рис. 41).

Вмещающей емкостью для раствора и осадителя служит обрат­ ный конус, что позволяет снижать скорость потока раствора по мере его продвижения вверх, к выходу из аппарата. В результате значи­ тельно уменьшается унос мелких частиц цементной меди и непр.о- реагировавшего осадителя. Одновременно это обеспечивает по-вы­ соте конуса определенную классификацию осадителя: в нижней части конуса, куда подается богатый раствор, находятся крупные частицы осадителя, а в верхней с бедным раствором продолжают кон­ тактировать мелкие более активные классы осадителя. Это способ­ ствует более полной цементации меди и лучшему использованию оса­ дителя: так, из растворов, содержащих 0,4—4 г/л Си, осаждается до 99% Си. Угол а, образуемый наклоном стенок, определяют по объему перерабатываемого раствора: при поступлении 80 м3/ч рас­ твора рекомендуют а = 78-т-87°, а при установке двух последова­ тельных конусов — а = 65°. С увеличением объема растворов необ­ ходима меньшая величина угла при вершине конуса.

При сооружении в верхней части конуса ряда концентрических перегородок, также имеющих конусную форму, снижается унос дис­ персных частиц с отработанными раствором (газовая флотация) и образуется водородная «подушка». Последняя тормозит растворе­ ние железа кислотой, создает защитную атмосферу и позволяет по изменению давления водорода контролировать и управлять про­ цессом.

Конусные аппараты предназначены для дисперсного и кускового осадителей. Однако лучшие показатели достигнуты при цементации жестью крупностью 2 мм за счет более оптимального гидродинами­ ческого режима.

На предприятиях фирмы «Кеннекотт» используют конусные ап­ параты несколько другой конструкции (рис. 41, б) [264—265]. Еди­ ничная секция представляет собой чан диаметром 4,3—5,0 м и вы­ сотой 7,3—8,0 м, в котором смонтирован конус высотой 3,1—3,6 м и диаметром у основания-3,05—3,3 м. ЧВ чане расположено ложное днище под углом 45°, нисходящее к разгрузочному отверстию. В коль­ цевом пространстве, образуемом внутренней поверхностью чана и наружной поверхностью конуса, расположена сетка из нержавею­ щей стали. Исходный раствор по напорному трубопроводу посту­ пает в реакционную зону через несколько вертикальных сопел, рас­ положенных в вершине конуса параллельно его боковой образую­ щей. Это обеспечивает равномерное и весьма интенсивное дви­

1 Пат. (США), № 3154411, 1964; № 3540880, 1967; № 3606290, 1971.

119

Осажденная медь смывается потоком раствора, проходит через сито для отделения скрапа и скапливается на наклонном днище, от­ куда ее периодически удаляют через разгрузочное отверстие.

Конструкция конусного аппарата и режим его работы позволяют получить высокие показатели при цементации меди.

За счет высокой скорости раствора достигаются снижение рас­ хода железа, непрерывная регенерация поверхности осаднтеля, хоро­ ший контакт его с раствором. В результате цементная медь полу­ чается более чистой с плотной структурой и округленной формой частиц.

Аппарат характеризуется высокой пропускной способностью: так, на установке диаметром 3,3 м, высотой 3,6 м за сутки обрабатывают до 10 тыс. м3 раствора, а извлечение меди при этом превышает 98%. Для обработки этого количества раствора потребовалась бы уста­ новка желобов длиной 330 м (при ширине 1,3 м и высоте 1,3 м), из­ влечение меди в которых составило бы 90%.

Компактность установки существенно облегчает управление, ме­ ханизацию и автоматический контроль процесса. Ограниченный реакционный объем аппарата позволяет более эффективно исполь­ зовать выделяющееся тепло в процессе цементации и тем самым еще больше интенсифицировать процесс осаждения меди.

Интересны сравнительные результаты по цементации меди скра­ пом в желобах и конусных аппаратах, полученные американскими

При последовательном соединении двух конусных аппаратов обес­ печивается дальнейшее снижение расхода железа и удается эффек­ тивно перерабатывать растворы с содержанием 0,1— 1,0 г/л Си.

На цементационной установке Чино (фирма Кеннекотт) конусные аппараты диаметром 6,1 м и высотой 7,3 м установлены перед жело­ бами, при этом в них осаждалось до 80% меди. Такое кооперирова­ ние позволило увеличить пропускную способность желобов с 68 м3 до 227 м3 раствора в час.

С некоторыми усовершенствованиями конусные аппараты смон­ тированы и на других установках.

В литературе описаны исследования по цементации меди в аппа­ ратах, типа отсадочных машин [255]. За счет хорошего перемеши­ вания раствора достигнута высокая скорость процесса, однако полу-*

* В желобах получают менее чистый осадок.

120

чаемый осадок меди характеризуется повышенным содержанием дис­ персных частиц (5 мкм и менее).

Анализируя приведенные данные, можно заключить, что наиболее совершенным оборудованием для цементации меди служат конусные аппараты.

Обработка пульпы цементной медщ характеристика цементного осадка и способы его переработки

В аппаратах периодического действия цементный осадок удаляют по мере накопления. В зависимости от конструкции аппарата его вы­ гружают в отстойные ванны, смывая струей воды (вручную бранд­ спойтами или с помощью навесного передвигающегося устройства), или применяют аэролифт и гидроотсос. В ряде случаев осадок про­ пускают через вращающийся грохот с отверстиями 1,2—3,7 мм для отделения крупных включений скрапа. При непрерывном режиме осаждения меди цементный осадок выносится с отработанным рас­ твором. В связи с невысоким содержанием твердого в пульпе (2— 3 г/л) ее предварительно сгущают; осветленный раствор в большин­ стве случаев возвращают в цикл выщелачивания.

Показатели отстаивания и обезвоживания существенно зависят от наличия шламовых включений, от крупности и формы частиц цементной меди. В этой связи при осаждении более предпочтительно получение крупнозернистой меди с округлой формой частиц.

Дисперсность осадка определяется составом раствора, типом осадителя и гидродинамическим режимом в аппарате.

Учитывая большой объем перерабатываемых растворов и необ­ ходимость громоздких сооружений для отстаивания, особую акту­ альность приобретает повышение скорости осаждения цементной меди.

Скорость осаждения возрастает с увеличением кислотности рас­ твора. Однако наиболее действенны добавки поверхностно актив­ ных веществ типа полиакриламида, сепарана, панга. Введение поли­ акриламида в количестве 50—70 г/т увеличивает скорость осажде­ ния в 3 раза, а в отдельных случаях даже в 8—10 раз. Кислый ПАНГ (100—120 г/т) также эффективно флокулирует частицы, однако в этом случае наблюдается обратное растворение меди; щелочный ПАНГ (pH = 5) почти не проявляет положительного эффекта [266]. В ряде случаев отстойники оборудуют специальными перегородками для ускорения осаждения цементной меди.

Из отстойных ванн цементный осадок влажностью до 50% вы­ гружают грейфером и направляют на подсушку.

Обезвоживание пульпы цементного осадка осуществляют под­ сушкой или фильтрацией (центрифугированием).

При естественной подсушке цементный осадок выгружают на на­ клонную бетонированную (асфальтированную) площадку и выдер­ живают в течение нескольких суток (4—6 летом и 10—12 зимой), достигая остаточной влажности осадка 20—30%. Это дешевый и достаточно надежный способ, особенно в районах с теплым климатом.

121

Однако из-за применения ручного труда и низкой производитель­ ности он пригоден длясравнительно небольших установок.

Более эффективна подсушка на обогреваемых площадках, осо­ бенно при наличии дешевых теплоносителей.

Американские металлурги испытывали вариант подсушки осадка в сушильных барабанах. Несмотря на достигнутую меньшую влаж­ ность и большую производительность по сравнению с естественной сушкой, этот способ был отвергнут, по-видимому, в связи с необ­ ходимостью создания защитной атмосферы и организации пылеулав­ ливания. Кроме того, при остаточной влажности осадка ниже 14—

Это позволяет значительно ускорить фильтрацию и снизить оста­ точное содержание влаги на 10— 15%.

Фильтруемость цементной меди значительно облегчается с улуч­ шением качества осадка. При увеличении содержания меди с 22 до

Учитывая большую разность плотностей жидкой и твердой фаз, весьма эффективным способом обезвоживания можно считать центри­ фугирование.

На установке фирмы «Багдад» использовали фильтрующую цен­ трифугу, что увеличило производительность и уменьшило остаточ­ ную влажность до 4—8% [262]. Однако центрифуги более дороги, сложны в эксплуатации, а при . повышенной дисперсности осадка возрастают потери меди с фугатом. Качество осадка меди определяют по ее чистоте, гранулометрическому составу и влажности. Основной показатель чистоты осадка — содержание меди. При гидрометаллур­ гической переработке цементной меди важно содержание железа, мышьяка, хлора, нерастворимого остатка.

С увеличением содержания меди снижается объем цементного осадка, а следовательно, и транспортные расходы. По этой же при­

122

чине осадок должен быть стойким к окислению и достаточно под­ сушенным, особенно при перевозке в зимнее время.

В тех случаях, когда при цементации не удается получать бога­ тый осадок, возможно его обогащение (механическое, химическое или их комбинация).

Крупные включения скрапа и мусор отделяют при просеивании осадка. Мелкий скрап частично может быть удален при магнитной сепарации, а шламовые включения — в процессе гидросепарации.. Однако при механическом обогащении неизбежны потери меди, осо­ бенно при прочном сцеплении ее с скрапом. В последнем случае даже магнитная сепарация не дает положительных результатов.

При обработке цементного осадка подкисленными растворами медного купороса удаляется железо, растворимые примеси, сни­ жается содержание кислорода.

Имеются предложения 1 просеивать грязную цементную медь « 60% Си) через сито 0,21—0,42 мм, а минусовую фракцию обраба­ тывать раствором серной кислоты. В отфильтрованном остатке после промывки, сушки' и повторного просеивания через сито 0,1 мм со­ держание меди повышается до 95%. После двустадийной флотации плюсовой фракции и кислой отмывки пенного продукта в нем со­ держится 97% меди.

Несколько улучшается качество цементной меди при флотацион­ ном обогащении. Принципы флотации цементной меди изложены С. И. Митрофановым с сотрудниками и основные выводы авторов приведены ниже:

1)наличие ионов меди и железа, высокое pH пульпы исключают применение ксантогенатов; _

2)для флотации неокисленных частиц используют неионогенные,

флотации применяют дополнительные собиратели (аполярные масла); шламы пептизнруют введением депрессоров (натриевых солей полифосфатных кислот) в количестве 3—10 г/т;

4) показатели флотации цементной меди ухудшаются при содер­ жании в пульпе ионов хлора более 220—300 мг/л (что связано с де­ прессией флотируемых частиц из-за образования пленки полухлористой меди; кроме того, ионы хлора ускоряют окисление цементной меди и при наличии ионов меди, сульфатов железа, алюминия, мар­ ганца из-за ухудшения' смачиваемости поверхности частиц меди со­ бирателями и изменения их формы;

4) при флотации поддерживают pH = 5-ь6.,5 и плотность пульпы 20—33% твердого.

При выборе способа использования цементной меди учитывают масштаб ее производства, близость и возможность кооперирования металлургического предприятия, рентабельность реализации.

Наиболее простой и распространенный способ использования цементной меди — ее переработка в виде холодных присадок при

1 Пат. (США), № 3282675, 1964,

123