CC BY
83
ГЕОЛОГО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ КЛИНКЕРА - ОТХОДА
ЦИНКОВОГО ПРОИЗВОДСТВА 1 2 Абдурахмонов С. , Тошкодирова Р.Э.
Email: [email protected]
1Абдурахмонов Соиб - доктор технических наук, профессор; 2Тошкодирова Рано Эркинжоновна - старший преподаватель, кафедра металлургии, Алмалыкский филиал Ташкентский государственный технический университет, г. Алмалык, Республика Узбекистан
Аннотация: в статье анализируется переработка вторичных металлургических образований. Трудность переработки и извлечения ценных составляющих клинкера заключается в тесной ассоциации металлов с углеродом и железом, поэтому необходима разработка наиболее эффективного метода переработки с извлечением всех возможных составляющих. Результаты проведенных исследований показывают возможность извлечения ценных составляющих их состава клинкера, как один из возможных методов переработки.
Ключевые слова: переработка клинкера, эффективный метод, электролиз, хлористые соединения, ценные компоненты.
RESEARCH ON CLINKER PROCESSING - ZINC PRODUCTION
WASTE
12 Abdurakhmonov S. , Toshkodirova R.E.
1Abdurakhmonov Soib - Doctor of Technical Sciences, Professor; 2Toshkodirov Rano Erkinzhonovna - Senior Teacher, DEPARTMENT OF METALLURGY, ALMALYK BRANCH TASHKENT STATE TECHNICAL DEPARTMENT, ALMALYK, REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Abstract: the article analyzes the processing of secondary metallurgical formations. The difficulty of processing and extracting valuable clinker components lies in the close association of metals with carbon and iron, so it is necessary to develop the most efficient method of processing with extraction of all possible components. The results of the conducted studies show the possibility of extracting valuable components of their clinker composition as one of the possible methods ofprocessing.
Keywords: clinker processing, effective method, electrolysis, chloride compounds, valuable components.
УДК 669.2.8.3.
В мире потребление черных и цветных металлов ежегодно составляет около 800 млн т. [1]. Из года в год потребление металлов растет, а запасы полезных ископаемых уменьшаются. Поэтому наряду с природными полезными ископаемыми, значительный интерес представляют также техногенные отходы металлургических производств. К таким отходам можно отнести клинкер, в котором в значительных количествах содержится золото, серебро, медь, цинк, железо.
На сегодняшний день во всем мире ведутся научные исследования по эффективным методам переработки технологического отхода цинкового производства
клинкера. Проблемам переработки клинкера разных заводов посвящены исследовательские работы многих исследователей в разные периоды. Традиционные технологии переработки клинкера не отвечают современным требованиям и не обладают достаточной экономической эффективностью. В последние годы предпринимаются попытки решить проблему переработки клинкера с использованием современных обогатительных приемов и гидрометаллургической технологии. Однако, они еще не вышли за рамки поисковых лабораторных исследований.
Клинкер, полученный в процессе вельцевания цинковых кеков, является одним из многотоннажных и вторичных техногенных образований, содержащих цветные и благородные металлы, однако он характеризуются сложным химико-минералогическим составом. Для переработки таких материалов необходимо наиболее полно использовать современные достижения науки и техники в области обогащения, гидрометаллургии и электрометаллургии.
Химический состав клинкера разных заводов различный. Объектом исследования настоящей работы явился клинкер цинкового завода АО Алмалыкский ГМК. Был изучен химический, фазовый, минералогический и гранулометрический (таблица 1) состав клинкера.
Согласно химическому и пробирному анализу клинкер имеет следующий состав (%): 2,2 Си, 0,51 РЬ, 2,1 гп, 0,01 С4 19,53 Fe, 0,155 As, 8,39 Sобщ, 29,55 С, 2,1 Ва, 0,01 Н20, 16,42 SiO2, 6,06 СаО, 2,7 MgO, 4,08 А1203, 0,47 Мп203, 0,21 ТЮ2, а также 3,2 г/т Аи, 260,27 г/т Ag.
Согласно фазовому анализу в клинкере цинк встречается в виде: сульфидов (45%), силикатов (17%), ферритов (20%) и оксидов (18%), свинец встречается в следующих соединениях: в металлическом виде (40%), сульфиды (29%), алюминат (25%), окись и силикат (6 %), медь в основном соединено в сульфид (борнит). Степень металлизации меди составляет 22 - 32%. Степень металлизации железа равна 80 - 90%. Остальная часть железа связана в ферриты и силикаты в виде окислов.
Минеральный состав клинкера состоит из стекло-фаялита 35,5%, угля (коксика) 29,55% и металлического железа 16,6%. Медьсодержащие минералы в совокупности составляют 3,6%, в том числе 3,0% борнит-халькозин, 0,5% халькопирит, 0,1% ферриты меди. Металлическая медь присутствует в количестве 0,01%. Железо в составе клинкера в основном содержится в нижеследующих минералах: металлическое железо 16,6%, пирротин 1,2%, магнетит 1,5%.
Отсюда можно сделать следующий вывод, что перед переработкой клинкер необходимо подготовить к последующей переработке дроблением, измельчением и другими методами до крупности -1,0 мм.
Таблица 1. Гранулометрический состав исходного клинкера
Номер образца Распределение фракций
1 Размер фракции, мм +20 20+10 10+6 6+2 2+1 -1 Итого
Количество, % 20,5 20,3 25,4 17,7 14,3 1,5 100
2 Размер фракции, мм +20 20+10 10+6 6+3 3+2 2+1 1+0,5 0,5 Итого
Количество, % 22,5 21,6 25,2 11,3 2,5 13,5 1,9 1,5 100
Внедрение хлора в процессы извлечения из руд цветных, благородных и редких металлов значительно расширит возможности осуществления комплексной переработки полиметаллических промпродуктов с низким содержанием ценных
компонентов. Хлор в газообразном состоянии можно получить электролизом водных растворов хлористых солей щелочных металлов в ванне, являющейся одновременно и аппаратом для хлорирования обрабатываемого вещества [2].
Исследования по переработке клинкера проводились на лабораторной установке, состоящей из винипластовой ванны - электролизёра с мешалкой, графитового анода и титанового катода. Растворы для выщелачивания подаются через приемник раствора, продуктивные растворы сливаются через сливной патрубок. Электрическая энергия подключается через выпрямитель.
Нами были поставлены пробные опыты для выяснения о растворимости ZnO при электровыщелачивании. Условия опыта были таковы: температура 25оС, объем электролита (200 г/л NaCl + 60 г/л HCl) - 1500 мл. Навеска ZnO - 20 г (марка х.ч.), плотность катодного тока 0,278 А/см2, напряжение 5В, продолжительность опыта 1 час. Получены следующие результаты: окись цинка (ZnO) полностью растворилась, на катоде получили осадок 0,2 г металлического цинка, концентрация цинка в электролите после электролиза составляет 10,53 г/л, температура электролита поднялась до 32оС.
Результаты пробного эксперимента показали о возможности переработки клинкера электровыщелачиванием, с целью перевода в раствор ценных компонентов, содержащихся в нем.
В ванну, изготовленную из винипласта, загрузили навеску клинкера массой 50 гр., залили 1,5 л раствора представляющего собой смесь растворов NaCl:HCl=10:3.
Электролизер подключали к электрической сети через выпрямитель. Величина силы тока находилась в пределах от 3 до 8А. Продолжительность электролиза раствора от 30 мин до 2 ч.
При проведении исследований изучалась зависимость извлечения ценных компонентов (Cu, Fe, Zn, Pb, Ag, Au) в раствор - электролит от продолжительности процесса электролиза.
Значение изменения энергии Гиббса возможных реакций показывают, что цинк и его соединения, а также медь, свинец, железо, золото и серебро все взаимодействуют с хлором и его соединениями, с образованием воднорастворимых соединений [3].
По нашему мнению, в первую очередь хлор и его соединения взаимодействуют с железом, так как железо более электроотрицательно, чем медь, золото, серебро и другие металлы. С другой стороны, концентрация его значительно больше остальных. Значит, основная часть хлора расходуется для растворения железа.
Золото и серебро более электроположительные элементы, чем остальные и концентрация их меньше, поэтому с хлором взаимодействуют в последнюю очередь, в связи с этим возможно останутся в кеке [4].
Результаты экспериментов по выявлению зависимости извлечения компонентов клинкера от продолжительности процесса электровыщелачивания показали, что 30 мин процесса недостаточно для полного протекания химической реакции. Извлечение низкое, выход пенного продукта довольно большой, 35% от массы навески.
Извлечение цинка до 80-85% достигается в течение 1 часа, дальнейшее увеличение продолжительности влияет на увеличение извлечения компонентов в раствор незначительно. Значит, оптимальной продолжительностью выщелачивания можно принимать 1-1,5 часа.
Проведенные исследования показывают на возможность переработки клинкера цинкового производства и дополнительного извлечения из его состава ценных компонентов, а также способствуют продолжению опытов в данном направлении.
Список литературы /References
1. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. М.: ИКЦ
«Академкнига», 2002. 768 с.
2. Abdurahmonov S., Toshkodirova R., Kholiqulov D. Thermodynamic analysis of reactions proceeding during electrical leading zinc production clinker // International Journal of Advanced Research in Science Engineering Technology.India. April, 2019 - Vol. 6 issue 4 Vol. Pp. 8617-8623.
3. Максимов В.Н. Электрохлоринация как метод комплексного извлечения металлов. М. Металлургиздат, 1995, 200 с.
4. Абдурахмонов С.А., Тошцодирова Р.Э. Электрохлоринация - один из методов металлургической переработки // "Современные проблемы и перспективы совершенствования рационального и безопасного недропользования" межд. научно-техн. конф. (Ташкент. 10-12 мая, 2018). C. 273-275.
