CC BY
71
ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ И ОТХОДОВ
УДК 622.772:622.343’17
Рыльникова М.В., Емельяненко Е.А., Ангелова Е.И.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ЛИГНОСУЛЬФОНАТА ПРИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ СТАРОГОДНИХ ОТХОДОВ ПЕРЕРАБОТКИ МЕДНО-КОЛЧЕДАННЫХ РУД
Аннотация. В статье изложены результаты лабораторных исследований серно-кислотного выщелачивания меди и цинка из лежалых отходов переработки. Рассматривается интенсификация процессов выщелачивания, которая становится возможной при использовании кислоты слабой концентрации, модифицированной комплесоном природного происхождения -техническим лигносульфонатом (ЛСТ). Данный реагент характеризуется нетоксичностью, избирательностью, доступностью, повышая при этом качественные и количественные показатели при минимальном воздействии на окружающую среду. Ключевые слова: выщелачивание, техногенные отходы, технический лигносульфонат, природные комплексоны.
В результате длительного и интенсивного освоения георесурсов Земли и наращивания горного производства на поверхности было образовано большое количество техногенных объектов, представленных отходами горно-обогатительного и металлургического производств: вскрышные породы, бедные руды, отходы сепарации, текущие и лежалые хвосты обогащения руд, шлаки и шламы, промышленные стоки. В настоящее время они не могут быть подвергнуты эффективной вторичной переработке физико-техническими технологиями и представляют собой источник экологической опасности для природной среды [1]. В этой связи особую значимость приобретают вопросы комплексного, экологически безопасного освоения природных и техногенных месторождений минерального сырья с применением физико-химических технологий, которые позволяют не только интенсифицировать основные и вспомогательные процессы добычи, переработки руд и техногенного сырья, но и снизить капитальные и эксплуатационные затраты. Поэтому задача поиска эффективных технологий, обеспечивающих снижение накопленных объемов отходов и вовлечение их в промышленное использование, может быть решена при помощи процессов подземного, скважинного и кучного выщелачивания.
Перспективным способом комплексной переработки техногенного медно-колчеданного сырья является выщелачивание ценных компонентов слабыми раствором серной кислоты, модифицированной многофункциональными комплексонами природного генезиса, такими как гуминовые вещества. В исследованиях [2-4] были получены хорошие результаты при применении фульвокислоты (ФК) в качестве интенсифицирующей добавки при выщелачивании медьсодержащих георесурсов.
Способность гуминовых кислот к взаимодействию с металлами обеспечивает повышение их извлечения в продуктивные растворы выщелачивания в 1,5-2 раза. Это обусловлено наличием в их структуре ряда активных функциональных групп, многие из ко-
торых также содержатся и в лигнинах - сложных полимерных веществах растительного производства, подтверждающих общность этих соединений и схожесть свойств. Сопоставление свойств и структуры лигнина с гуминовыми веществами показывает, что функциональные группы, которые присутствуют в лигнинах, также способны образовывать комплексы с ионами металлов в результате присоединения катионов металлов к двум или более донорным атомам, принадлежащим одной молекуле комплексообразующего агента. Это позволило по аналогии с ФК, то есть с растворимыми гуминовыми веществами, рекомендовать растворимые виды лигнинов [5], а именно лигносульфонаты, для химической интенсификации процесса выщелачивания меди и цинка из техногенных отходов добычи и переработки медно-колчеданных руд.
Лигносульфонаты широко применяются в технологии выщелачивания урановых руд и отходов их добычи и переработки [6]. Однако исследования по применению природных комплексонов для выщелачивания отходов медно-колчеданных руд, содержащих сульфиды меди и цинка, до настоящего времени не проводились.
С использованием результатов обзора технической литературы, патентных исследований, опыта ведущих предприятий по выщелачиванию урановой руды проведены работы по применению природного комплексона лигносульфонат натрия технического для выщелачивания техногенных отходов медноколчеданных руд.
Лигносульфонаты - соли лигносульфоновых кислот с молекулярной массой от 200 до 200000, образующиеся при производстве сульфидной целлюлозы. В зависимости от глубины сульфирования и методов выделения они имеют переменный состав. Общая формула ЛСТ - С26Н30012Б, средний элементный состав: 53, 46%С, 5,37%Н, 5,02%8, 12,0%СН3 [6, 7].
Такое строение (рис. 1) определяет дипольный характер коллоидных частиц и обуславливает проявление ими поверхностно-активных свойств (ПАВ).
Н СНЮН
у--V 1 1
0-<О>-с-с-н І I
50,Н 0
ОСИ, 50.Н Н
50.Н СН.ОН
н снон Г
СН ОН Н
С, - С - * ~у^)-
-сн -:но
зо*н н
•ЭСН. 50.Н
Рис. 1. Схематическое изображение сульфоновых кислот [6]
Лигносульфонаты - анионные ПАВ, с молекулярной массой 5000 состоят в основном из линейных молекул и содержат разнообразные функциональные группы: гидрофильную составляющую, представленную гидроксо-, сульфополярными группами, и гидрофобную составляющую углеводородный радикал. Такая двоякая природа ПАВ придаёт им особые свойства, в частности, реализуется способность к адсорбции на границе раздела фаз [7].
Установленный ранее механизм действия ЛСТ [8] связан с его физической и химической адсорбцией на минеральной поверхности на границе раздела Т-Ж. Снижение поверхностного натяжения на границе раздела двух фаз способствует повышению активности выщелачивающего раствора и ускорению реакций выщелачивания ценных компонентов.
С целью определения возможности физикохимической интенсификации процесса сернокислотного выщелачивания проведены лабораторные исследования, в которых изучалось влияние лигно-сульфоната натрия технического на процесс извлечения меди и цинка из лежалых хвостов обогащения Учалинской обогатительной фабрики.
Методика эксперимента состояла в том, что пробы хвостов весом 100 г сразу после измельчения заливались 100 мл 5% Н2804 без добавления реагентов-интенсификаторов и выстаивались в течение 5 сут в режиме закисления. Затем в течение 5 сут они подвергались режиму аэрации, после чего в пробы доливалось 200 мл раствора комплексного растворителя, состоящего из 2% серной кислоты, модифицированный различным содержанием ЛСТ (см. рис. 1). Смесь подвергалась перемешиванию в течение часа с периодичностью 2 раза в сутки. Продолжительность выщелачивания составляла 25 сут. Продуктивные растворы отбирались на анализ каждые 5 сут выщелачивания.
Результаты эксперимента, представленные на рис. 2, показали, что добавка ЛСТ с оптимальным расходом
0,2-0,3% к раствору 2% серной кислоты повышает извлечение меди на 25% и цинка на 10% при выщелачивании в течение 15 сут. Максимального извлечения меди и цинка в раствор 79 и 90% соответственно можно добиться через 15 сут при концентрации ЛСТ
0,3%. Дальнейшее увеличение концентрации до 0,4% и 0,5% существенно, на 20-25%, ухудшает показатели извлечения ценных компонентов в раствор, а увеличение времени выщелачивания свыше 15 сут значимо не изменяет показатели извлечения металлов.
Результаты проведенных исследований на лежалых хвостах обогащения Учалинского ГОКа показали возможность эффективного применения ЛСТ в про-
цессе серно-кислотного выщелачивания меди и цинка. Полученные зависимости свидетельствуют о повышении извлечения ценных компонентов в раствор уже в первые сутки выщелачивания. Оптимальный расход ЛСТ варьирует в пределах 1-3 кг/т. Дозирование реагента должно быть точным, так как с увеличением концентрации модификатора в выщелачивающем растворе эффективность его действия снижается.
■зо.о зол
71},О 50#
ЮЛ 0,0
і 10 її Лі
КІ11ІЦ! П.ІЧІ ІР.ІІ1І и іЛ г
гs
зо
нчлпшпа О Г б
Рис. 2. Зависимость извлечения меди (а) и цинка (б) от времени выщелачивания хвостов обогащения Учалинской фабрики в 2%-й серной кислоте с различной концентрацией ЛСТ: 1 - 0%; 2 - 0,1%;
3 - 0,2%; 4 - 0,3%; 5 - 0,4%; 6 - 0,5%
Влияние ЛСТ на изменение свойств поверхности минеральных частиц установлено при оценке по известным методикам [9] скорости смачивания хвостов обогащения Учалинской обогатительной фабрики, имеющих крупность -0,074+0 мм. Установлено, что скорость смачивания хвостов обогащения 2% серной кислотой составляет 0,35-10-4 м/с. Присадка в выще-
лачивающий раствор ЛСТ в количестве 0,2% увеличивает скорость смачивания поверхности окисленных минералов в 1,3 раза, что интенсифицирует скорость процесса выщелачивания (рис. 3).
концентрация ЛСТ. %
Рис. 3. Влияние ЛСТ на скорость смачивания хвостов обогащения
Таким образом, можно сделать вывод, что в результате проведения лабораторных испытаний сернокислотного выщелачивания медно-колчеданных руд в присутствии ЛСТ показали эффективность применения последних. Добавка модификатора ЛСТ концентрации 0,3% повышает извлечение меди по сравнению с базовым опытом на 25%, цинка на 10%. Повышение скорости выщелачивания ценных компонентов
из старогодних отходов переработки за счет добавления в реагентный раствор выщелачивания нетоксичного, избирательного ЛСТ, являющегося отходом деревообрабатывающей промышленности и имеющего низкую цену, указывает на его высокую перспективность промышленного использования
Список литературы
1. Ангелов В.А., Емельяненко Е.А., Емельяненко М.М. Разработка способа формирования техногенного образования из хвостов обогащения медно-колчеданных руд с заданными структурными характеристиками // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2012. №1. С. 13-16.
2. Ангелова. Е.И. // Материалы международного совещания «Новые технологии обогащения и комплексной переработки труднообогати-мого природного и техногенного сырья (Плаксинские чтения 2011): сб. тезисов. Екатеринбург: УГТУ, 2011. С. 235-436.
3. Рыльникова М.В., Ангелова Е.И. // Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане: сб. статей междунар. науч. конференции. Астана, 2008. С. 342-347.
4. Емельяненко Е.А., Ангелова Е.И. // Материалы 69-й науч.-техн. конференции: сб. докладов. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2011., С. 49-52.
5. Филлипов А.П., Нестеров Ю.В. // Химическая технология. 2001. №5.
6. Чудаков М И. Промышленное использование лигнина. М.: Лесная промышленность, 1972. С. 61-89.
7. Сапотницкий С.А. Использование сульфитных щелоков. М.: Лесная промышленность, 1981. С. 108-119.
8. Грушников О.П., Елкин В.В. Достижения и проблемы химии лигнина. М., 1973.
9. Воробьев А.Е. Научно-методические основы управления качеством сырья в техногенных минеральных объектах с использованием геохимических барьеров: дис. ... д-ра техн. наук. М., 1996. 385 с.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
THE EFFECTIVENESS OF THE TECHNICAL LIGNOSULPHONATE LEACHING
STALE WASTES FROM COPPER PYRITE ORES
Rylnikova M.V., Emelianenko E.A., Angelova E.I.
Abstract. The paper presents the results of laboratory studies of sulfuric acid leaching of copper and zinc from waste recycling stale. Considered intensification of leaching, which is made possible bv the use of low concentration of acid-modified komplesonom natural origin -technical lignosulfonate (LST). This reagent is characterized bv non-toxicitv. selectivity, availability, while improving the quality and quantity with minimal impact on the environment.
Keywords: leaching. technological waste. technical lignosulfonate. natural chelating.
References
1. Angelov V.A., Emelianenko E.A., Emelianenko M.M. Razrabotka sposoba formirovanija tehnogennogo obrazovanija iz hvostov obogashhenija medno-kolchedannyh rud s zadannymi strukturnymi harakteristikami. [Provide a method of forming technogenic education from the tailings of copper-sulfide ores with desired structural characteristics]. Vestnik Magni-togorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova. Vectnik of Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, 2012, no.1, pp. 13-16.
2. Angelova E.I. Materialy mezhdunarodnogo soveshchania "Novye tekhnologii obogashchenia i kompleksnoy pererabotki trudnoobogatimogo prirodnogo i tekhnogennogo syria (Plaksinskie chtenia 2011). [Proceedings of the International Meeting "New enrichment and refractory complex
processing of natural and man-made materials (read Plaksin 2011)]. Ekaterinburg, 2011, pp. 235-436.
3. Rylnikova M.V., Angelova E.I. Innovatsionnoe razvitie i vostrebovannost' nauki v sovremennom Kazakhstane: sb. statej mezhdunar. nauch. konfer-entsii. [Innovative development and relevance of science in modern Kazakhstan]. Astana, 2008, pp. 342-347.
4. Emelianenko E.A., Angelova E.I. Materialy 69-jnauch.-tekhn. konferentsii: sb. dokladov. [Proceedings of the 69th Scientific Conference. Collection of the scientific works]. Magnitogorsk: Magnitogorsk state technical university. G.I. Nosova, 2011, pp. 49-52.
5. Filippov A.P., Nesterov Y.V. Khimicheskaya tekhnologiya. [Chemical technology], 2001, no.5.
6. Eccentrics M.I. Promyshlennoe ispol'zovanie iignina. [Industrial use of lignin]. Moscow: Forest Industry, 1972, pp. 61-89.
7. Sapotnitsky S.A. Ispol'zovanie suftnykh shhelokov. [The use of sulfite liquor]. Moscow: Forestry Industry, 1981, pp. 108-119.
8. Grushnikov O.P., Elkin V.V. Dostizheniya i problemy khimii lignina. [Achievements and problems in chemistry of lignin]. Moscow, 1973.
9. Vorobiev A.E. Nauchno-metodicheskie osnovy upravleniya kachestvom syr'ya v tekhnogennykh mineral'nykh ob"ektakh s ispol'zovaniem geokhimicheskikh bar'erov. Extented abstract of PhD dissertation [Methodological bases for quality control of raw materials in the man-made mineral objects using geochemical barriers], Moscow, 1996, 385 p.
