Металлургическая переработка отходов производства и потребления

водах при рН < 5,3; при более высоких значениях рН осаждается гидроксид меди Сu(ОН)2.

Наиболее простым способом очистки кислых медьсодержащих сточных вод является цементация меди железным скрапом:

Cu2+ + Fe = Fe2+ + CuО,

однако при этом вода загрязняется ионом железа. Цементационный способ применяют для грубой очистки достаточно концентрированных по меди сбросовых вод с целью ее извлечения. Оставшуюся медь извлекают при последующей нейтрализации воды до рН = 8–9.

Применяют также способ осаждения меди в виде основной углекислой соли:

2Сu2+ + 2OH– + СО32 = Сu2(ОН)2СO3.

Всвязи с тем, что даже глубокая очистка сточных вод не гарантирует сохранения качества водных объектов, а потребление воды предприятиями цветной металлургии постоянно возрастает, важной задачей является организация замкнутых циклов водоснабжения с переводом предприятий на бессточный режим работы.

Отработанные технологические воды в этом случае не отводят

вповерхностные или подземные водные объекты, а подвергают очистке с целью кондиционирования и возвращают в производство. Потери воды в результате испарения, захоронения влажных осадков, образующихся при кондиционировании, компенсируют добавками свежей воды.

Часто кондиционирование сточных вод в системе замкнутого водоснабжения не предусматривает очистку их от вредных примесей до установленных санитарных норм. Достигнутая степень очистки позволяет использовать очищенные стоки в водообороте.

Внастоящее время достигнуты значительные успехи в охране водных бассейнов за счет широкого внедрения оборотного водоснабжения. На предприятиях вторичной цветной металлургии в последние годы количество потребляемой свежей воды составило всего 16 % от общего водопотребления, а в целом в цветной металлургии – 30 %.

150

Оборотное водоснабжение может представлять собой единую систему для всего предприятия или отдельные циклы оборота воды для различных металлургических переделов. Выбор схемы водооборота определяется ролью воды в производстве, характером производства и используемого оборудования [32].

Применяют три основные схемы оборотного водоснабжения, выбор которых зависит от целей используемой воды. Если вода является только теплоносителем и в процессе использования нагревается, не загрязняясь, то ее перед повторным использованием для этих же целей предварительно охлаждают. В тех случаях, когда вода служит средой, поглощающей и транспортирующей примеси, и в процессе использования загрязняется механическими и растворимыми веществами, ее подвергают перед повторным использованием очистке от загрязнений. Если вода является средой и теплоносителем, ее подвергают очистке от загрязнений и охлаждению.

Системы испарительного охлаждения питают химически очищенной водой. Предельная величина жесткости такой воды не должна превышать 0,1 мг/дм3, содержание свободного кислорода – 0,1 мг/дм3. Технология химической подготовки воды подробно рассмотрена в технической литературе.

Важным показателем для системы проточного водяного охлаждения является стабильность химического состава воды, под которой понимают ее устойчивость к образованию отложений и неагрессивность к материалам конструкций и сооружений. Состояние стабильности воды главным образом определяется углекислотным равновесием:

2НСО3 ↔ СО32 + СО2 + Н2О.

При повышении температуры растворимость углекислого газа уменьшается и равновесие реакции сдвигается вправо, происходит уменьшение концентрации бикарбонат-ионов и увеличение концентрации карбонат-ионов. Последние реагируют с присутствующими в воде катионами кальция с образованием малорастворимого карбоната кальция:

Са2+ + СО32 → СаСО3.

151

При избытке свободной углекислоты в воде возрастает концентрация бикарбонат-ионов, вода становится агрессивной, способной растворить защитные карбонатные пленки в трубопроводах и теплообменниках, вызвать коррозию металла, разрушить бетон.

В процессе эксплуатации систем проточного охлаждения углекислотное равновесие постоянно изменяется. С повышением температуры свободный СО2 выделяется в атмосферу. Из охлаждающих сооружений вода выходит с дефицитом СО2. Восстановление стабильности воды осуществляют путем ее разбавления и освежения – продувкой. Снижение карбонатной жесткости оборотной воды достигается за счет постоянного или периодического сброса части оборотной воды с заменой ее свежей водой с меньшей карбонатной жесткостью.

Для охлаждения отработанной воды применяют водоохладительные сооружения, которые по способу охлаждения делят на испарительные и поверхностные. В испарительных охладителях вода охлаждается за счет ее частичного испарения и передачи тепла атмосферному воздуху при контакте его с поверхностью воды. В поверхностных охладителях вода не контактирует с воздухом и передача тепла от воды к воздуху происходит через стенки радиаторов, внутри которых протекает вода.

К испарительным охладителям относятся открытые водоемы (пруды-охладители), брызгальные бассейны и градирни, к поверхностным – радиаторные (сухие) градирни.

Выбор охладителя определяется климатическими условиями. На заводах Урала, например, широко используют градирни и брызгальные бассейны, для заводов Заполярья могут быть рекомендованы поверхностные охладители, для южных районов – открытые водоемы и брызгала.

Окончательно схему охлаждения выбирают путем технико-эко- номического сравнения различных вариантов с учетом баланса воды района.

Значение вопроса организации оборотного водоснабжения возрастает с каждым годом, так как оно является единственным условием, обеспечивающим нормальную работу предприятия с соблюдением всех экологических норм, предусматривающих охрану окружающей среды [34].

152

ГЛАВА 5. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДРАГОЦЕННЫХ ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛАХ

По классификации металлов платиноиды относятся к классу благородных металлов (рис. 5.1). Металлы платиновой группы – рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина – среди благородных элементов занимают особую нишу. Сочетание уникальных физических и химических свойств, простое перечисление которых не даст полного представления о неисчерпаемых возможностях этих удивительных металлов, сделало их незаменимыми практически во всех сферах жизнедеятельности человека. Они незаменимы при изготовлении разнообразных сплавов для ракетной и электронной техники, химической и автомобильной промышленности, используются для решения некоторых социальных задач – в противоопухолевых препаратах, зубных протезах и т. д. Платиновые металлы гарантированно обеспечивают надежную работу вычислительных, измерительных, контролирующих приборов и устройств, а также образуют валютный фонд государства.

При значительном многообразии геологических обстановок главным мировым источником добычи металлов платиновой группы (МПГ) являются магматические месторождения. Подтвержденные запасы МПГ зарубежных стран на 2012 год составляли более 66 тыс. т, в том числе в ЮАР – около 60 тыс. т. Свыше 99 % запасов приходится на малосульфидные, платинометалльные, сульфидные плати- ноидно-медно-никелевые и платиноидно-хромитовые месторождения. Доля других источников составляет менее 0,3 %. Производство платиновых металлов осуществляется попутно при металлургической переработке руд других металлов. В Республике Узбекистан отсутствуют собственные месторождения платиноидов. По запасам и попутной добыче платиноидов могут представлять интерес различные типы месторождений, в которых многими исследователями установлены попутные элементы платиновой группы [36].

153

154

Рис. 5.1. Классификация металлов

Впоследнее время на Алмалыкском горно-металлургическом комбинате (АГМК) получается радиогенный осмий из молибденитового концентрата (осмий-187 как продукт радиоактивного распада рения-187). В Узбекистане основные запасы радиогенного изотопа осмия-187 имеются в медно-порфировых месторождениях Алмалыкского рудного поля. В концентрате обнаружен также теллурид

палладия с примесью платины мереискиит (Pd, Pt)Te2. Наиболее вероятный источник мереискиита, так же как и теллуридов золота, – прожилки и жилы сульфидно-кварцевого состава. В Чаткало-Кура- минском регионе известны проявления габброидного магматизма

исвязанных с ними МПГ (чаще всего палладий, платина и родий). Перспективными на МПГ являются:

– золоторудные и сереброрудные плутоногенно-гидротермальные месторождения Центральных Кызылкумов и Нурата с попутными, практически интересными содержаниями МПГ («Сухой Лог»).

– золоторудные, сереброрудные и медно-молибденовые плутоногенные и вулканогенные гидротермальные месторождения ЧаткалоКураминского региона с попутными содержаниями платиноидов.

Вобласти развития производства драгоценных металлов из рудного сырья благородных и цветных металлов, а также извлечения их из отходов и вторичного сырья внесли свои значительные вклады такие зарубежные и отечественные ученые: В. Ф. Борбат, И. Н. Масленицкий, Л. С. Стрижко, Н. Н. Барабошкин, А. И. Гаев, Т. Н. Грейвер, В. В. Лодейщиков, Е. А. Букетов, М. З. Угорец, Л. А. Сошникова, К. С. Санакулов, Э. А. Пирматов, А. А. Юсупходжаев, М. М. Якубов, А. С. Хасанов, Х. Т. Шарипов, В. Ш. Хаспулатов, Б. Р. Вохидов,

М. А. Меретуков, J. Dutrizac, J. Hoffman, E. Petkova, С. С. Набойчен-

ко, T. Chen, Л. А. Чугаев, В. Г. Хлопин, И. И. Черняев, А. А. Гринберг, В. П. Быстров, А. И. Степанов, И. Н. Плаксин и др.

Исходя из анализа существующих работ, надо отметить, что проведены комплексные исследования процессов переработки пирометаллургическими способами, извлечения металлов способом хлорирования, электролиза, обработки азотной кислотой, и разработаны технологии извлечения металлов из шламов, содержащих благородные металлы, и отработанных электролитов процесса электролиза. Вместе с тем существуют определенные проблемы низкой степени растворимости металлов при переработке отработанного электролита азотнокислым растворением, низкая производительность осаж-

155

дения металлов, высокие расходы на реагенты и ресурсы, потери металла при переработке, имеющие важное значение для извлечения МПГ. Проблемы переработки низко-концентрированных отходов не изучены. Поэтому представляют интерес исследования по разработке технологии полного растворения МПГ в растворе царской водки и извлечению чистых металлов платиновой группы с использованием методов селективной очистки в виде порошка, а также создание новых технологий разделения всех МПГ.

Благодаря успешному проведению исследований учеными и специалистами АГМК на сегодняшний день извлечение металлов платиновой группы частично имеет положительный эффект и успешно внедряется в производственном масштабе. На медеплавильном заводе проведен ряд лабораторных и полупромышленных испытаний, по результатам которых разработаны технологические режимы и схема извлечения аффинированного порошкообразного палладия

иплатины по «царско-водочной» технологии, впервые разработанные учеными и ведущими специалистами Алмалыкского ГМК. При переработке красного шлама и отработанного электролита золота

исеребра были получены положительные результаты. Эта схема, с небольшими корректировками, успешно прошла промышленные испытания в укрупненном масштабе на МПЗ.

Количество палладия, платины и благородных металлов, содержащихся в этом техногенном месторождении, могло бы обеспечить работу АО «Алмалыкский ГМК» без вовлечения в переработку руды на много лет вперед. Несомненную ценность представляют также содержащиеся в нем осмий, селен, иридий, которые вполне могут быть использованы для получения дополнительной продукции [37].

5.1. Минерально-сырьевая база платиновых металлов Узбекистана

Узбекистан обладает значительными разведанными запасами МПГ – платины, палладия, осмия и других металлов этой группы. Медным рудам сопутствует более 15 видов цветных металлов, таких как: золото, серебро, платина, палладий, осмий, молибден, кадмий, индий, теллур, селен, рений, кобальт, никель и другие.

Характерной особенностью является то, что добыча руды осуществляется в основном открытым способом, что обеспечивает рен-

156

табельность рудников. Также проявление минерализации МПГ, связанное с основными и ультраосновными магматическими породами, ассоциируют с хромитовым, сульфидно-медно-никелевым, титаномагнетитовым и др. оруднением традиционных типов. Подобные интрузивные массивы известны в Северном Тамдытау (ЗападноТамдытауский и др.), Северном Нурата (Сентябрские выходы), Кульджуктау (Белътауский и др.) и Сулганувайсе (Тебинбулак, Центральный мафит-ультрамафитовый пояс) и др.

В Северном Тамдытау мафит-ультрамафитовые породы (ТескудукЧенгельдинский габбро-пироксенит-серпентинитовый массив, Каратасские, Учкудук-Тюменбайские и Кумкудукские тела метагаббро и серпентинитов, Кынырские – серпентинитов и листвеиитов, а также ультра-базитов на участке Сангрунтау и Дарбазатау) трассируют западную часть крупного тектонического шва Южного Тянь-Шаня, протягивающегося из района Тамдытау, через предгорья Северного Нурата в Южную Фергану и Алайский хребет. В ТескудукЧенгельдинских и Учкудук-Тюменбайских массивах развиты магматические хромитовые (шлиры, вкрапленность), позднемагматические медно-сульфидные и гидротермальные золотосульфидно-листвени- товые с платиноидами минерализации. Платино-хромитовая минерализация локализуется в серпентинитах, сульфидно-медно-никеле- вая и титаномагнегитовая – в габбро, золото и ртуть – в лиственитах. В хромитовой минерализации установлена самородная палладистая платина, а также определена платиноносность серпентинитов, пироксенитов, габбро и мономинеральных хромшпинелидов (платина – около 2 г/т, палладий – 0,1 и иридий – 0,01). В Тескудук-Ченгель- динском и Учкудук-Тюменбайском массивах установлены выше кларка платина, палладий, родий и иридий. Чаще всего повышенные концентрации образуют платина и палладий. В лаборатории Института ядерной физики Академии наук Узбекистана активационным методом в сульфидных монофракциях (пирротин) ТескудукЧенгельдинского массива (6 проб) установлено до 2 г/т платины, 1,5 г/т палладия и в значительных количествах рутений (1,25 г/т), осмий (до 1,17 г/т) и иридий. Суммарное среднее содержание платиноидов составляет 4,32 г/т. Однако в гравиконцентратах сульфидоносных пород того же массива методом нейтронной активации установлено более 1 г/т рутения и 0,5 г/т осмия, а также повышенное содержание золота – 9,30 г/т.

157

ВСеверном Нурата выходы мафит-ультрамафитов трассируют зоны глубинного разлома. Среди них Сентябрский интрузив (серпентиниты, оталькованные породы и др.) представляет повышенный интерес для оруднения МПГ. Здесь выделяются хромитовые шлиры в центральной части массива. В лаборатории Института ядерной физики Академии наук Республики Узбекистан в составе хромита установлено, г/т: 0,28 – Pt; 0,65 – Pd; 1,87 – Ru; 1,36 – Os

и0,03 – Ir. При суммарном содержании 4,19 г/т характерные сопутствующие элементы – Ni, Сr, Au. В халькопиритах из оталькованных черных сланцев, развивающихся по контакту ультрамафитов, методом нейтронной активации обнаружены, г/т: 2,60 – Pd; 2,20 – Ru и 1,89 – Os, меньше 1 г/т – Pt, Ir, Au. Месторождение Бельтауское (Тасказган) размещается в пределах одноименного габброидного интрузивного массива в западной части гор Кульджуктау. Повышенные содержания платиноидов здесь приурочены к скоплениям сульфидов в графитизированном габбро, которое широко распространено в контакте с карбонатными породами. Сумма платиноидов в сульфидных концентратах (пирротин + пентландит + халькопирит + герсдорфит + арсенопирит + пирит + виоларит) достигает 2 г/т, при этом количество платины варьируется от 0,01 до 0,5 г/т, в единичных пробах – до 1–2 г/т, палладия – меньше 0,5 г/т.

Вгорах Султанувайс выделяют Зенгебобо-Шейхджелинский габбро-диорит-диабазовый, султануиз-дагский габбро-перидогито- вый, тебин-булакский перидотит-пироксенит-габбровый и джамансайский габбро-сиенитовый комплексы, специализированные на хром, никель, кобальт, ванадий, золото и МПГ.

Месторождение Тебинбулак является типичным примером магматического типа платиноносного оруднения, локализованного в дифференцированном перидотит-пироксенит-габбровом массиве. В перидотитах, горнблендитах и тебинитах содержания МПГ близко к кларку, а в пироксенитах и габбро – в 1,5 раза выше. При этом коэффициент встречаемости платины – 60–90 %, палладия – ниже 54–72 %, родия – всего 5–14 %. Они чаще всего накапливаются в пироксенитах и тебинитах – до 0,06 г/т. Максимальные концентрации платиноидов (приуроченные к сульфидной минерализации) колеблются от 0,15 до 1,45 г/т. Сульфиды концентрируют до 92–99,2 % общего количества платиноидов, находящихся в них в виде микровкрапленности собственно платиновых минералов – поликсена,

158

куперита и сперрилита. Микровключения установлены в пирите и халькопирите, реже – в породообразующих (пироксен, оливин, роговая обманка, титаномагнетит, в сумме до 0,41 г/т) минералах. Содержание платины в сульфидах колеблется в широких пределах от 0,4 до 25 г/т, палладия – от 0,24 до 22 г/т. Отношение Pd : Pt варьируется в пределах 0,2–6,7.

Перспективны на обнаружение концентраций МПГ силлы и седлообразные дайки мальгузарского комплекса, широко развитые в пределах Мальгузарских гор Северного Нуратау и Туркестанского хребта. В основных и ультраосновных породах установлены вышекларковые содержания титана, ванадия, серебра, висмута, мышьяка, сурьмы, молибдена, золота и др., а также титаномагнетитовая и платиновая минерализация.

Кроме мафит-ультрамафитовых комплексов МПГ можно найти

врудных месторождениях урана и ванадия, золота, серебра и меди. К ним относятся уранованадиевый стратиформно-штокверковый тип

вчерных сланцах (Джантуар, Рудное), золотокварцевый (Мурунтау, Мютенбай, Бесапантау и др.), золотосульфидно-кварцевый (Марджанбулак, Кочбулак и др.), золотосеребряный (Косманачи и др.), медно-порфировый (Кальмакыр, Дальнее). Незначительные количества МПГ также обнаружены в колчеданно-полиметаллических (Хандиза, Южный Карасан и др.), серебро-полиметаллических (Лашкерек и др.) и других месторождениях.

Заметные концентрации платиноидов были обнаружены в следующих объектах: Коспактауское рудное поле (Ауминзатау), охватывающее золоторудные объекты Джолдас-Песчаное, уранованадиевое «Рудное» и площадь участка шурфа № 1, пройденного ПГО «Ташкентгеология» в 1988 г. Из МПГ в измененных вулканитах были обнаружены: платина (до 5,2 г/т), иридий (до 1,2 г/т) и палладий (ниже 0,5 г/т). Аномальное содержание платины (до 20 г/т) было установлено в альбитизированных разностях амфиболитов. Контрольные методы анализа путем нейтронной активации в лаборатории ИЯФ АН РУз показали следующие результаты (табл. 5.1).

Среднее содержание суммы МПГ превышает 4 г/т (по четырем пробам), а в гравиоконцентратах – более 1,60 г/т. В промышленных золотых рудах месторождения Джолдас-Песчаное отсутствует прямая связь между содержаниями золота и МПГ.

159