CC BY
129
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
TECHNOLOGY DIVISION PRODUCT OF COMPLEX PROCESSING OF METALLURGICAL SLAG AND SLUDGE USING MAGNETIC SEPARATION
Shatohin Igor Mikhailovich - CEO STPP "Etalon", Magnitogorsk, Russia. Phone: 8 (3519) 49-91-95
Bigeev Vahit Abdrashitovich - D.Sc. (Eng.), Professor of ferrous metallurgy department of the Institute of metallurgy, machine building and material processing, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: v.bigeev11@yandex.ru
Kuzmin Aleksandr Leonidovich - Ph.D. (Eng.), a leading STPP "Etalon" researcher, Magnitogorsk, Russia. Phone: 8(3519) 49-91-78
Chernyaev Alexander Aleksandrovich - Ph.D. (Eng.), Senior Software Engineer of JSC "MMK - Informservis", Magnitogorsk, Russia. Phone: 8-902-890-29-06
Amangeldiyev Nurlan Maratovich - undergraduate student of ferrous metallurgy department of the Institute of metallurgy, machine building and material processing, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: nurik-9393@mail.ru
Zuparov Nursultan Sandybaevich - undergraduate student of ferrous metallurgy department of the Institute of metallurgy, machine building and material processing, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: nursik.007@mail.ru
Abstract. Metallurgical waste in the form of slag and zhelezotsinksoderzhaschih sludge and dusts can be attributed to anthropogenic iron ore raw materials, recycling will reduce the consumption of natural resources. In addition, the extra profits from the processing of these wastes can be obtained due to the presence in them of zinc. For this proposed use of processing technology in which in addition to iron reduction is effectively capture zinc vapor.
Keywords: zinc containing materials, slag, sludge, dust, magnetic separation, blood oranges, magnetic oxide product, the nonmagnetic product.
♦ ♦ ♦
УДК 669.053
Ахтамов Ф.Э., Нишонов Б. У.
К ВОПРОСУ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКОВЫХ КЕКОВ
Аннотация. В статье рассмотрены технологии переработки цинкового кека и приведены недостатки существующей технологии. Представлены результаты исследования термопарообработки и процесса сернокислотного выщелачивания термопарообработанного продукта, целью которого является доизвлечение цинка и ряда цветных металлов. Рассмотрены разнообразные схемы выщелачивание термопарообработанного цинкового кека. Изучены влияние различных факторов (температура, концентрация кислоты, продолжительность выщелачивания, плотность пульпы и т.д.) на степени извлечение металлов в раствор, найдены оптимальные условия его проведения.
Ключевые слова: кек, обжиг, минералы, феррит, выщелачивание, сернокислотный раствор, сульфид, вельцевание, восстановление, термопарообработка.
В настоящее время в мировой практике применяют пирометаллургические и гидрометаллургические способы переработки цинковых кеков. Пирометаллургические методы переработки кеков отличаются большим разнообразием и основаны главным образом на реакциях восстановления оксида и ферритов цинка с помощью углеродистых восстановителей при относительно высоких температурах, возгонке цинка, свинца, редких металлов и окислении возгонов в газовой фазе.
Наибольшее распространение среди пирометал-лургических методов переработки цинковых кеков получил процесс вельцевания (восстановительно-
© Ахтамов Ф.Э., Нишонов Б. У., 2016
возгоночный обжиг) при температуре 1100—13000С с добавкой кокса в количестве 35^45% от массы перерабатываемого материала. При этом получают цинковые возгоны и клинкер - остаток от вельцевания, который, в свою очередь, содержит много ценных компонентов. Цинковые возгоны возвращаются обратно в процесс сернокислотного выщелачивания.
Недостатками вельцпроцесса являются:
- большой расход дорогого и дефицитного кокса;
- необходимость высоких температур для протекания процесса;
- нерешенность вопросов извлечения других ценных компонентов, таких как Аи, Ag, РЬ, Си, Fe и др., из-за отсутствия рациональной технологии пере-
работки медного клинкера.
В связи с этим были проведены исследования возможности переработки цинковых кеков способом тер-мопарообработки с последующим сернокислотным выщелачиванием огарка. Термопарообработка способствует к переходу нерастворимых водных растворов соединений металлов в водорастворимую форму. Таким образом, результаты термодинамического анализа показали, что при термопарообработке цинковых кеков происходит окисление сульфидов в присутствии водяного пара. Элементарная сера и сера, образующаяся при разложении сульфидов, взаимодействуют с парами воды, образуя диоксид серы, который взаимодействует с сульфидными минералами. При термопарообработке сульфид цинка ZnS превращается в основном в ZnO, феррит цинка ZnO■Fe2Oз - в ZnSO4 и Fe2Oз, медь - в СиО, сульфиды железа превращается в FeзO4 - магнетита.
В ходе исследования было изучено влияние температуры термопарообработки на степень извлечения различных металлов в раствор. Опыты проводили в температурном интервале от 400 до 8000С. Термопарообработка цинковых кеков при 6000С оказывает положительное влияние на степень извлечения цинка в сернокислотном растворе. При температурах выше 6000С извлечение Zn и Си из термопарообработанного продукта в раствор увеличивается незначительно. Поэтому оптимальной для термопарообработки цинкового кека можно считать температуру 6000С.
При изучении влияния продолжительности тер-мопарообработки на степень извлечение металлов в раствор были проведены опыты продолжительностью 0,5; 1; 2; 2,5 и 3 ч. Термопарообработка цинкового кека при оптимальном температурном режиме во времени приводит к уменьшению массы навески продукта и росту содержания цинка и других металлов в огарке. На основании полученных результатов и по экономическим соображениям можно утверждать, что оптимальная температура термопарообработки составляет 6000С, а время термопарообработки - 1 ч.
Огарок термопарообработки выщелачивали раствором серной кислоты. Применение серной кислоты является технологически и экономически оправданным, так как при этом получают раствор сульфата цинка, который можно вводить в основной цикл цинкового завода. Назначение операции выщелачивания огарка - растворить как можно полнее соединения
цинка, содержащиеся в огарке, и получить чистые растворы для электролиза. Выбор серной кислоты как растворителя обусловлен хорошей растворимостью в ней ZnO, условиями последующей операции электролитического восстановления цинка, а также наличием на любом цинковом заводе в достаточном количестве серной кислоты, получаемой при электролизе и производимой на месте из обжиговых газов.
В мировой практике применяют разнообразные схемы выщелачивания: одностадийную, двустадий-ную и трехстадийную. Выщелачивание осуществляют периодически и непрерывно. Степень растворения цинка из огарка возрастает с увеличением концентрации Ы^04 и температуры, но при этом повышается и содержание в растворе примесей, которые могут ухудшить условия электролиза раствора. Концентрация многих примесей в растворе зависит от рН. Чем выше рН раствора, тем ниже содержание в нем таких примесей, как железо, медь, мышьяк, сурьма и др. Повышение рН возможно до 5,2-5,4. При более высоких рН может гидролизоваться цинк и выпасть в осадок в виде гидроксида.
В лабораторных условиях были проведены исследования влияния различных факторов (температура, концентрация кислоты, продолжительность выщелачивания, плотность пульпы и т.д.) на степень извлечения металлов в раствор. Степень извлечения цинка и других металлов при выщелачивании огарка (Т:Ж=1:5) при 600С находится в определенной зависимости от концентрации серной кислоты (рис.1).
и 100
§ 90
| 80
2 70 § , 60 " 50 40 30 20 10 0
Я №
Ч ш п Я -Д
я
ы С £ О
II
Концентрация Ы2804, г/л Рис.1. Зависимость степени извлечения металлов в раствор от концентрации кислоты
Результаты опытов приведены в таблице.
Результаты сернокислотного выщелачивания термопарообработанного цинкового кека
0
№ Наименование продукта Выход Содержание цинка Извлечение цинка, % Условия опыта
г мл % г/л %
Исходный огарок 00 - 00 - 24,6 100 Си СП -50 г/л, Твыщ-е - 1 Ч, Н2ЭО4 Т:Ж-1:4, Ь60°С
1 Раствор - 00 - 5,2 - 57,4
Кек 0 - 0 - 13,12 42,6
Раствор - 00 - 4,2 - 88,2 Си СП - 100 г/л,Твыщ-е - 1 Ч, Н2ЭО4 Т:Ж=1:4, t=600С
2 Кек 8 - 8 - 4,27 11,8
Раствор - 00 - 6 - 90,9 Си сп - 100г/л,Твыщ-е - 2 Ч, Н2ЭО4 Т:Ж=1:4, t=600С
3 Кек 6 - 6 - 3,38 9,1
Раствор - 00 - 6,5 - 91,9 Сн ЭО - 150г/л,Твыщ-е — 1 Ч,
4 Кек 2 - 5 - 3,22 8,1 Т:Ж=1:4, t=600С
Как видно из результатов опытов, с повышением концентрации серной кислоты в растворе (до 150 г/л) растворимость составляющих огарка линейно возрастает. Увеличение концентрации серной кислоты более 150 г/л не дает существенного увеличения степени перевода цинка в раствор, в то время как переход примесей в раствор (особенно железа) начинает возрастать. Для выщелачивания термопарообработанных цинковых кеков серной кислотой рекомендуется концентрация серной кислоты не выше 150 г/л, этим также можно регулировать степень растворения сопутствующих минералов. При этом извлечение цинка в раствор составляет 91,9% и содержание цинка в кеке после выщелачивания 3,22%. Увеличение концентрации серной кислоты более 150 г/л не дает существенного увеличения степени перевода цинка в раствор, в то время как переход примесей в раствор (особенно железа) начинает возрастать.
Изучение влияния продолжительности процесса на выщелачивание цинка из продукта сернокислым раствором с концентрацией 150 г/л показывает, что в начальный период (до 60 мин) переход цинка в раствор протекает очень интенсивно, а через 120 мин устанавливается динамическое равновесие процесса выщелачивания (рис. 2).
О 0 0,5 1 1,5 г 2,5
Продолжительность выщелачивания, ч Рис.2. Зависимость степени извлечение металлов в раствор от продолжительности выщелачивания
Увеличение продолжительности контакта сернокислотного раствора и огарка может привести к повышению содержания примесей в растворе. При выщелачивании огарка с серной кислотой в первую очередь реагируют окисленные минералы цинка и меди. Минералы железа и серебра взаимодействуют с серной кислотой медленно. Поэтому для того, чтобы достичь максимального извлечения цинка при минимальном переходе в раствор примесей, продолжительность выщелачивания можно выбирать 1 ч.
Скорость подавляющего большинства химиче-
ских реакций, а также диффузия с ростом температуры увеличиваются. С повышением температуры наблюдается достаточно медленный рост концентрация цинка в раствор. Однако, начиная с 400С, при увеличении продолжительности процесса происходит более интенсивный прирост степени извлечения цинка и меди. Это объясняется тем, что при повышенных температурах быстрее образуется ZnSО4. Следует ожидать, что с повышением температуры в дальнейшем скорость растворения будет возрастать. Но вместе с тем надо учитывать, что повышение температуры незначительно сказывается на растворении полезного компонента (цинка), тогда как переход в раствор примесей при этом сильно возрастает. Повышение температуры более 800С незначительно влияет на выщелачивание цинка, но сильно увеличивает переход в раствор примесей. Необходимый гидродинамический режим для достижения однородной плотности пульпы обеспечивают с помощью механического перемешивающего устройства.
Таким образом, были установлены следующие оптимальные условия выщелачивания термопарооб-работанного цинкового кека: концентрация серной кислоты 125-150 г/л, температура 75-800С, продолжительность 1 ч. В этих условиях степень извлечения цинка в раствор составляет 85-95 % и железа 28,1 %, а выход кека 58-60% от веса огарка. Остаток после выщелачивания является источником для получения благородных металлов и их можно извлекать обычным способом (цианированием). Результаты исследования свидетельствуют о возможности эффективной переработки цинковых кеков термопарообработкой с последующим сернокислотным выщелачиванием.
Список литературы
1. Снурников А.П. Гидрометаллургия цинка. М.: Металлургия, 1981. 384 с.
2. Кляйн С.Э., Козлов П.А., Набойченко С.С. Извлечение цинка из рудного сырья. Екатеринбург: УГГУ-УПИ, 2009. 492 с.
3. Пискунов В.И., Ярославцев А.С., Ковыршин В.Г. и др. // Цветная металлургия. 1972. № 1. С. 35.
4. Лакерник М.М., Пахомова Г.Н. Металлургия цинка и кадмия. М.: Металлургия, 1969. 485 с.: ил.
5. Лайкин А.Я. Опыт применения кислорода в металлургических процессах на Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате им. В. И. Ленина. М.: Цветметинформация, 1963. С. 38.
6. Сыроешкин М.В., Юмакаев Ш.И., Переработка вельц-окислов, шлаковозгонов и свинцовых пылей на свинцово-цинковых заводах. М.: Металлургия, 1971. 88 с.: ил.
Сведения об авторах
Нишонов Бобомурод Уринбоевич - ассистент кафедры «Металлургия и химическая технология» Алмалыкского горно-металлургического факультета, Навоийский государственный горный институт (НГГИ), Узбекистан. Тел.: +99894 4288766. E-mail: nbuuzb1987@gmail.com
Ахтамов Фозил Эркинович - ст. науч. сотрудник-исследователь кафедры «Металлургия и химическая технология» Алмалыкского горно-металлургического факультета, Навоийский государственный горный институт(НГГИ), Узбекистан. Тел.: +99890 7312360. E-mail: AFE82@mail.ru
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
ABOUT PROCESSING OF ZINC CAKE
Nishonov Bobomurod Urinboyevich - Teacher Assistant, Almalic Mining Metallurgical Faculty, Navoi State Mining Institute, Uzbekistan.
Axtemov Fozil Erkinovich - Assistant Professor, Almalic Mining Metallurgical Faculty, Navoi State Mining Institute, Uzbekistan.
Abstract. The article describes the technology for processing of zinc cake and given the shortcomings of existing technology. The results of the study heat treatment and sulfuric acid leaching process heat treatment product which is intended to additional recovery of zinc and a number of non-ferrous metals. Considered various schemes heat treatment leaching of zinc cake. The influence of various factors (temperature, acid concentration, the duration of leaching, the pulp density, etc.) on the degree of extraction of metals in the solution found optimal conditions for the meeting.
Keywords: cake, roasting, minerals, ferrite, leaching sulfuric acid solution, sulfide, waelz process, recovery, heat treatment.
♦ ♦ ♦
