Комплексное использование сырья

Проблема комплексного использования сырья имеет большое значение как с экологической, так и с экономической точек зре­ния. Во многих отраслях промышленности до 60 — 70 % себестои­мости продукции приходится на долю сырья. Рациональное ис­пользование сырья и вовлечение в производство вторичных ре­сурсов является важнейшей народнохозяйственной задачей и воз­ведено в ранг государственной политики.

При разработке месторождений полезных ископаемых большие объемы вскрышных пород направляют в отвалы, которые занима­ют значительные площади. Вместе с тем, отвалы горных произ­водств представляют собой дешевое и ценное сырье, которое мо­жет найти применение в строительстве, землепользовании и дру­гих отраслях промышленности.

Актуальной проблемой является комплексное использование сырья с переводом всех компонентов в промышленные продукты. Рассмотрим некоторые способы решения этой проблемы.

В России разработана безотходная технология переработки не­фелинового сырья, схема которой представлена на рис. 3.6.

Нефелиновый концентрат совместно с известняком подверга­ют спеканию при температуре 1 250— 1 300 °С. После спекания по­лучают продукт, состоящий из Na₂0 А1₂0₃ и К₂0 А1₂0₃, двух- кальциевого силиката 2СаО Si0₂ и феррита натрия Na₂0 Fe₂0₃.

При водном выщелачивании спека алюминаты щелочных ме­таллов переходят в раствор. Феррит натрия гидролизуется с обра­зованием едкого натра и гидроксида железа. Двухкальциевый си­ликат взаимодействует с алюминатным раствором, в результате получаются алюминаты щелочных металлов и трехкальциевый гидроалюминат. Протекает реакция:

3(СаО • Si0₂) + 2(Na₂0 • А1₂0₃) + 8Н₂0= =Na₂0 • А1₂0₃ • 2Si0₂ • 2Н₂0 + Na₂0 • Si0₂ + ЗСаО • А1₂0₃ • 6Н₂0. (3.26)

Нефелин Известняк

СОДА ПОТАШ (основные продукты)

Рис. 3.6. Безотходная технологическая схема переработки нефелина

Образуется нефелиновый (белитовый) шлам, который отделя­ют от раствора, промывают и направляют на производство це­мента.

Алюмосиликатный раствор подвергают обескремниванию, при котором образуются малорастворимые алюмосиликаты. Их отде­ляют фильтрованием и прокаливают. Получают готовый продукт — глинозем.

Очищенный раствор алюминатов натрия и калия обрабатыва­ют газами, содержащими С0₂. Получают раствор, в состав кото­рого входят Na₂C0₃ и К₂С0₃ Раствор упаривают, а затем проводят дробную кристаллизацию. Первоначально выкристаллизовывают соду Na₂C0₃, а затем поташ К₂С0₃.

Технологическая схема комплексной переработки нефелино­вого сырья обеспечивает полное использование всех компонентов сырья и переработку их в товарные продукты и является безотход­ной.

На получение 1 т глинозема расходуется 3,9 — 4,3 т нефелино­вого концентрата; 11,0— 13,8 т известняка; 3 —3,5 т топлива; 4,1 — 4,6 Гкал пара; 1 050—1 190 кВт • ч электроэнергии.

При этом производят 0,62 — 0,78 т кальцинированной соды; 0,18 — 0,28 т поташа; 9—10 т портландцемента. Эксплуатацион­ные затраты на производство промышленных продуктов на 10 — 15% ниже затрат при получении этих веществ другими промыш­ленными способами.

Рассмотрим теперь процессы комплексной переработки мине­ральной руды. При переработке некоторых руд до 30 — 40 % полез­ных компонентов уходит в хвосты.

В настоящее время в переработку поступают все более бедные минералы с низким содержанием ценного компонента. Напри­мер, содержание меди в сульфидных рудах снизилось за после­дние 20 лет с 4 до 0,5 %. В большинстве случаев для получения 1 т металла надо переработать 100 — 200 т руды.

Другая особенность минерального сырья — содержание в них в небольших количествах высокотоксичных веществ, которые затем переходят в отходы. Это относится к соединениям серы, мышья­ка, сурьмы, селена, теллура и других цветных металлов.

Особенно остро проблема стоит в металлургической промыш­ленности. Высокое содержание ценных или токсичных компонен­тов не позволяет отнести отходы металлургической промышлен­ности к отвальным и требует внедрения новых технологий по их переработке.

Рассмотрим в качестве примера технологию переработки суль­фидных руд, содержащих медь и другие цветные металлы. В Рос­сии медь получают из медно-цинковых, медно-никелевых, медно-молибденовых и медно-кобальтовых руд.

Более 80 % меди из медно-цинкового сырья производят по пирометаллургическому методу. Он состоит из следующих основных операций:

флотационная обработка руд с получением медного концен­трата;

окислительный обжиг;

плавка, после которой получают штейн — сплав сульфидов меди и железа, и шлаки — расплав оксидов металлов.

Применяемый метод не может решить проблему комплексного использования сырья. Степень извлечения меди из сырья не пре­вышает 75 — 78 %. Кроме того, в медный концентрат переходит до 40 — 50% цинка, дополнительно в отвальных и пиритных хвостах теряется до 20 % цинка. Долгое время на обогатительных фабриках из руды извлекали только медь, а остальные компоненты уходили в отвалы.

В настоящее время разработана и промышленно освоена техно­логия коллективно-селективной флотации медно-цинковых руд,

Комплексная руда

Медно-цинковый концентрат

| |

Си Zn

(медный концентрат) (цинковый концентрат)

Рис. 3.7. Схема коллективно-селективной флотации медно-цинковых руд

которая позволяет извлекать из руды медный и цинковый кон­центраты (рис. 3.7). Согласно этой схеме первоначально руду из­мельчают и направляют на сульфидную флотацию. Получают суль­фиды металлов, а пустая порода уходит в отвал. Далее сульфид­ный концентрат после измельчения направляют на медно-цинковую флотацию, в результате проведения которой получают мед­ный, цинковый и пиритный концентраты. Медный концентрат подвергают пирометаллургической переработке. В качестве конеч­ного продукта получают рафинированную медь.

Имеется несколько способов переработки цинковых концентра­тов, которые применяются на отечественных и зарубежных заводах.

За рубежом наиболее распространен фьюминг-процесс. Он осно­ван на продувке расплавленного шлака воздухом в смеси с вос­становителем. При этом соединения цинка и сопутствующих ему элементов — кадмия, свинца, олова — возгоняются. Далее они улавливаются системой фильтров. Этим способом выделяют до 90 % цинка, 99% свинца, 80 — 85% олова.

Другой метод комплексной переработки цинковых концентра­тов — вальцевание — применяют на Каменогорском комбинате. Технология процесса состоит в плавке в трубчатых печах совме­стно измельченного концентрата и кокса. В возгоняемые газы пе­реходят соединения цинка, свинца, кадмия. В клинкере остаются медь, железо, благородные металлы, кремнезем и глинозем. В пи­ритный концентрат переходят многие элементы, содержащиеся в руде (табл. 3.2).

Таблица 3.2. Степень извлечения отдельных элементов из медно-цинковой руды в пиритный концентрат при коллективно-селективной флотации

Элемент	S	Си	Zn	Аи	Ag	Редкозе­мельные элементы
Процент от содержания в руде	75-80	10-20	10-15	до 70	до 60	60-80 редкозе­мельных элементов

Другой пример комплексного использования сырья — техно­логия переработки медно-никелевых руд. Эти руды — ценнейшее полиметаллическое сырье, которое помимо никеля и меди содер­жит кобальт, благородные металлы, редкие и рассеянные эле­менты. Они добываются на Норильском, Талнахском месторож­дениях и на Кольском полуострове. При обогащении сырья боль­шая часть примесей переходит в пиритные концентраты. До по­следнего времени пиритные концентраты направляли на хими­ческие предприятия, где их использовали для извлечения серы и получения серной кислоты. Остальные элементы оставались в огар­ке, который уходил в отвалы или на производство цемента.

На Норильском ГОК создана технология по комплексной пере­работке медно-никелевого сырья. Первоначально руду подвергают селективной флотации с выделением медного и никелевого концен­тратов. Никелевый концентрат (содержание никеля 4—5 %) расплав­ляют в электрических или шахтных отражательных печах для отделе­ния пустой породы и получения никеля в виде сульфидного сплава (штейна). В нем содержание никеля достигает 10—15%. Наряду с никелем в штейн частично переходит железо, кобальт, медь и прак­тически полностью благородные металлы. Для отделения железа жидкий штейн окисляют продувкой воздухом. Следующей операци­ей является флотация, при проведении которой разделяют соедине­ния меди и никеля. Никелевый концентрат обжигают в печах кипя­щего слоя до полного удаления серы и получения NiO. Металличе­ский черновой никель получают восстановлением его оксида в элек­трических дуговых печах, а затем подвергают рафинированию.

Для выделения кобальта используют его способность образо­вывать комплексные соединения. С этой целью раствор никеля и кобальта обрабатывают хлором, гипохлоритом натрия или други­ми окислителями. Конечным продуктом является оксид кобальта С°з0₄, из которого получают металлический кобальт.

На комбинате «Южуралникель» и на Норильском ГОК для извлечения сопутствующих элементов из медно-никелевых руд применены сорбционная и экстракционная технологии.

Впервые академик Б.Н.Ласкорин использовал карбоксильные смолы для сорбционного извлечения урана из рудных пульп.

В настоящее время ионообменная сорбция находит промыш­ленное применение для извлечения цветных и благородных ме­таллов из руд или отходов их переработки.

Приведем несколько примеров: для извлечения золота из руд используют ионит АНК-5-2; аниониты хорошо сорбируют ани­онные формы молибдена; перспективно применение сорбции для извлечения вольфрама; разработана технология промыш­ленного извлечения ванадия с помощью ионоактивных сорбен­тов.

Во всех случаях применения метода сорбции существенно по­вышается коэффициент извлечения металлов из рудного сырья, снижаются капитальные и эксплуатационные затраты, уменьша­ются или полностью прекращаются сбросы вредных веществ в окружающую среду.

Экстрагирование также широко используется для комплексно­го извлечения металлов из природного сырья. Метод основан на обработке жидких смесей растворителями, избирательными по от­ношению к отдельным компонентам.

Экстракционные процессы широко применяют для извлече­ния редких металлов: разделяют и извлекают тантал и ниобий, цирконий и гафний, скандий, иттрий, таллий и индий, вольф­рам, молибден, рений и другие редкоземельные металлы.

На Норильском ГКО реализовано промышленное производ­ство иридия методом высокотемпературной экстракции этого ме­талла из сульфатных растворов кобальтового производства.