CC BY
98
выбранным нейтрализатором - Са(ОН)2 позволили практически полностью очистить рафинат от примесей железа, мышьяка, сурьмы, алюминия и кремния. Полученный очищенный раствор, содержащий представительные количества меди, кадмия и цинка, пригоден для получения из него чистых продуктов меди и кадмия.
Список литературы:
1. Еденбаев С.С., Жунусова Г.Ж., Таймасова А.Н., Алтайбаев Б.Т., Сер-кебаева С.К. Получение перрената аммония из растворов автоклавного выщелачивания свинцовых пылей медеплавильного производства способом жидкостной экстракции // Вестник КазНТУ - 2011. - № 6 (88). - 186 с.
2. Марченко Н.В. Металлургия тяжелых цветных металлов. - Красноярск, 2009. - 394 с.
3. Патент №2365641, RU. Способ очистки сульфатных растворов цветных металлов от железа / Шнеерсон Я.М., Козырев В.Ф., Чугаев Л.В и др. -Опубл. 27.08.2009 г.
4. Патент №2411296, RU. Способ очистки цинкового сульфатного раствора от примесей / Орлов А.К., Коновалов Г.В., Бодуэн А.Я. - Опубл. 10.02.2011 г.
5. Farmer VC. The Infrared Spectra of minerals. - London, 1974. - 539 p.
6. Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. - М., 1966. - 412 с.
7. Moenke H. Mineralspektren. Acad. Verlag. - Berlin, 1962. - 394 s.
ОЧИСТКА ОТ ПРИМЕСЕЙ МЕДИ, КАДМИЯ, КОБАЛЬТА И НИКЕЛЯ СУЛЬФАТНЫХ РАСТВОРОВ ЦИНКА ОТ АВТОКЛАВНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ
© Жунусова Г.Ж.*, Кальянова О.А.*, Таймасова А.Н.*,
Алтайбаев Б.ТД Серкебаева С.К.*
Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева, Республика Казахстан, г. Алматы
В данной работе представлены результаты технологических исследований промежуточного передела по очистке от примесей меди и кад-
* Доцент кафедры «Металлургия цветных металлов», кандидат технических наук, директор ДНиИ.
* Старший научный сотрудник, специалист научного центра «Инноваций и коммерциализации технологий», кафедра «Металлургия цветных металлов».
" Инженер кафедры «Металлургия цветных металлов», магистр технических наук.
* Докторант кафедры «Металлургия цветных металлов».
* Магистрант кафедры «Металлургия цветных металлов».
мия цинксодержащих сульфатных растворов, полученных при автоклавном сернокислотном выщелачивании гидратных кеков. Гидратные кеки являются техногенными отходами Риддерского металлургического комбината ТОО «Казцинк», содержащие более 21,84 % цинка. Утилизация гидратных кеков обеспечит получение дополнительной товарной продукции и оздоровит экологическую среду района их расположения. Методом цементации очищены исследуемые растворы от меди, кадмия и кобальта на 99,99 %, никеля на 93,59 %.
Ключевые слова гидролитическая очистка, гидратный кек, примеси металлов, цементация, температура, продолжительность, цинковая пыль, фазовый состав.
Введение
Мировое истощение запасов первичного сырья требует перевода технологий на использование вторичного сырья, создания малоотходных технологий, основой которых является рациональное использование всех компонентов сырья в замкнутом цикле. Эта задача может быть решена при применении технологий комплексного использования и глубокой переработки минерального и техногенного сырья, а также технологий утилизаций техногенных образований (промпродуктов и отходов) различных производств, в том числе металлургического производства.
К одним из таких техногенных отходов относятся цинксодержащие отходы. Утилизация этих отходов является актуальной задачей, так как будет улучшена экологическая ситуация в районе их складирования, увеличен экономический эффект цинкового производства за счет получения дополнительной товарной продукции (металлического цинка и оксида цинка) и созданы дополнительные рабочие места.
Анализ современной научно-технической и патентной информации о технологиях переработки цинксодержащих материалов показал эффективность их прямой гидрометаллургической переработки при повышенных давлениях и температуре в герметичной аппаратуре [1]. При переработке цинксодержащих сульфатных растворов автоклавного выщелачивания с целью получения металлического цинка наиболее распространенным на цинковых заводах является способ электролитического выделения цинка, а для получения оксида цинка - способ карбонизации карбонатом аммония [2]. Данные товарные продукты получают из цинксодержащих растворов, предварительно очищенных от примесей сопутствующих металлов [3]. Из способов очистки цинксодержащих сульфатных растворов от примесей железа, мышьяка, сурьмы и кремнезема и др. в практике чаще всего применяют способ гидролитической очистки, а от примесей меди, кадмия, кобальта и никеля - метод цементации [4-5].
В данной работе показаны результаты промежуточного передела разрабатываемой гидрометаллургической технологии утилизации цинксодержа-
щих техногенных отходов Риддерского металлургического комбината ТОО «Казцинк» - цементации примесей меди и кадмия из цинксодержащих сульфатных растворов, полученных при автоклавном сернокислотном выщелачивании гидратных кеков. Гидратные кеки являются представительными цинксодержащими продуктами выщелачивания окисленной цинковой руды, содержащих 21,84 % цинка. Предварительно были отработаны технологические режимы процессов сернокислотного автоклавного выщелачивания гидратных кеков и гидролитической очистки полученных растворов от примесей железа, мышьяка, сурьмы и кремния. Предварительно очищенные от этих примесей сульфатные растворы подвергли цементации с целью их очистки от примесей меди, кадмия, кобальта и никеля.
Материалы и методы исследования (эксперименты)
Проведен химический анализ исходного гидратного кека, химический состав которого приведен в табл. 1.
Таблица 1
Количественный химический состав гидратного кека цинкового производства
Проба Массовая доля определяемых элементов и соединений, %
Pb SiO2 ^бщ Cd Cu Fe Zn As Sn
Гидратный кек 3,32 6,16 11,35 0,07 0,57 4,51 21,84 0,14 0,002
Продолжение таблицы 1
Проба Массовая доля определяемых элементов и соединений, %
Sb Te Se Ba Co Ni Mo AI2O3
Гидратный кек 0,37 0,018 0,007 0,20 0,001 0,003 <0,01 3,16
На рис. 1 приведен спектр полуколичественного ИКС анализа исходного гидратного кека. Спектры получены на ИК-Фурье спектрометре «Avatar 370», в спектральном диапазоне 4000-400 см-1 от препаратов в виде таблеток, приготовленных прессованием из 200 мг KBr с 2 мг пробы.
ИКС анализ показал, что в гидратном кеке (рис. 1) присутствуют сульфаты группы [SO4]2- - 1151, 1105, 1022, 660, 624, 606 см-1 [6,7], гидросульфаты: группа [HSO4] - 872 см-1, фаза типа Gunningite ZnSO4.
Учитывая химический и фазовый состав гидратного кека, были проведены технологические эксперименты по автоклавному сернокислотному выщелачиванию при следующих оптимальных условиях: температура -180 °С, продолжительность - 180 мин, концентрация серной кислоты -20 г/дм3, Ж : Т = 3 : 1, общее давление в автоклаве - 0,9 МПа, давление кислорода в автоклаве - 0,3 МПа. При этих условиях получены сульфатные растворы с извлечением цинка в раствор более 95 %.
4000 3000 2000 1000 500
Волновое число (см-1)
Рис. 1. Инфракрасный спектр исходного гидратного кека
Для технологических исследований по очистке от примесей меди, кадмия, кобальта и никеля цинксодержащих сульфатных растворов, полученных при автоклавном сернокислотном выщелачивании гидратных кеков, были предварительно подготовлены необходимые объемы растворов. В табл. 2 приведен химический состав цинксодержащих сульфатных растворов, полученных при автоклавном сернокислотном выщелачивании гидратного кека.
Таблица 2
Химический состав цинксодержащих сульфатных растворов, полученных при автоклавном сернокислотном выщелачивании гидратных кеков
Проба Содержание элементов, г/дм3
pн Zn ^бщ Cd Од РЬ, мг/дм3 Р®общ Бе2+
Исходный раствор от выщелачивания гидратного кека 4,22 84,0 49,94 0,165 0,129 6,45 3,04 1,84
Продолжение таблицы 2
Проба Содержание элементов, г/дм3
SiO2 Аз, мг/дм3 Sb, мг/дм3 Мп Те, мг/дм3 Se, мг/дм3 Со, мг/дм3 М, мг/дм3
Исходный раствор от выщелачивания гидратного кека 3,62 105,3 0,97 3,35 <0,1 <0,1 0,97 21,33
Данные табл. 2 свидетельствуют, что в полученных цинксодержащих сульфатных растворах автоклавного сернокислотного выщелачивания гид-ратного кека содержатся значительные количества примесей, г/дм3: железа -3,04; меди - 0,129; кадмия - 0,165; оксида кремния - 3,62 и марганца - 3,35;
мг/дм3: свинца - 6,45; мышьяка - 105,3; сурьмы - 0,97, кобальта - 0,97 и никеля - 21,33.
Для процесса цементации меди, кадмия, кобальта и никеля были подготовлены необходимые объемы растворов предварительной их гидролитической очисткой раствора от примесей железа, сурьмы, мышьяка и кремния. В табл. 3 приведен химический состав данных растворов после гидролитической очистки.
Таблица 3
Химический состав цинксодержащих сульфатных растворов после их гидролитической очистки
Очистка раствора, %
Бе Аз
проба рн содержание содержание
в растворе извлечение в растворе извлечение
после очистки, г/дм3 из раствора, % после очистки, мг/дм3 из раствора, %
Раствор от гидролитической очистки 4,57 0,023 99,27 0,07 99,94
Продолжение таблицы 3
Очистка раствора, %
8Ь 81
проба рн содержание содержание
в растворе извлечение в растворе извлечение
после очистки, из раствора, % после очистки, из раствора, %
г/дм3 мг/дм3
Раствор от гидролитической очистки 4,57 0,086 91,4 0,037 99,01
Продолжение таблицы 3
Очистка раствора, %
Си са
проба рн содержание содержание
в растворе извлечение в растворе извлечение
после очистки, г/дм3 из раствора, % после очистки, мг/дм3 из раствора, %
Раствор от гидролитической очистки 4,57 0,093 29,52 0,148 12,46
Продолжение таблицы 3
Очистка раствора, %
Со N1
проба рн содержание содержание
в растворе извлечение в растворе извлечение
после очистки, г/дм3 из раствора, % после очистки, мг/дм3 из раствора, %
Раствор от гидролитической очистки 4,57 0,94 3,09 20,07 5,91
Продолжение таблицы 3
проба рН Очистка раствора, %
Мп гп
содержание в растворе после очистки, г/дм3 извлечение из раствора, % содержание в растворе после очистки, г/дм3 потеря, %
Раствор от гидролитической очистки 4,57 5,69 33,02 82,57 4,65
Видно, что после гидролитической очистки цинксодержащие сульфатные растворы содержат примеси меди, кадмия, никеля и кобальта в значительных количествах (табл. 3). Для их выделения из растворов применили метод цементации [1-3].
Химизм процесса цементационного выделения примесей меди и кадмия, кобальта и никеля из цинксодержащих сульфатных растворов цинковой пылью описывается реакциями (1)-(4):
гп + Си2+ = гп2+ + Си, (1)
гп+са2+ = гп2+ + са, (2)
гп+Со2+ = гп2+ + Со, (3)
гп + Ni2+=Zn2+ + Ni. (4)
По этим реакциям происходит растворение цинка и восстановление (цементация) меди, кадмия, кобальта, никеля. Для обеспечения глубокой очистки растворов от меди и кадмия, в экспериментах использовали определенный избыток цинковой пыли против теоретически необходимого.
Процесс очистки от меди, кадмия, кобальта и никеля (цементацию) полученного раствора проводили в 3 стадии цинковой пылью с содержанием цинка - 99 %. На первой стадии очистку цинксодержащих сульфатных растворов проводили при следующих условиях: расход цинковой пыли по отношению к сумме меди и кадмия 3 : 1, температура процесса - 60 °С и продолжительность процесса - 2 часа. Цементацию растворов в лабораторных условиях выполняли в стеклянных термостойких стаканах. Нагревали раствор на электрической плите, контролировали температуру лабораторным стеклянным термометром ТЛС-2, перемешивали раствор лабораторной мешалкой БП-8000 с регулируемой частотой вращения, при п = 700-1.
Вторую стадию очистки цинксодержащих сульфатных растворов проводили также цементацией цинковой пылью в следующих условиях: температура - 70 °С, продолжительность процесса цементации - 2 часа, расход цинковой пыли по отношению к сумме кадмия, кобальта и никеля 3 : 1. Для активации цементационного выделения № и Со на цинковой пыли использовали соль Шлиппе (№38Ь84). Количество вводимой соли Шлиппе рассчитывали к суммарному количеству Со и №, равному 1 : 1.
Третью стадию очистки цинксодержащих сульфатных растворов проводили цементацией цинковой пылью в следующих условиях: температура 70 °С, продолжительность процесса 2 часа, расход цинковой пыли по отношению к количеству никеля 1 : 1.
Результаты и обсуждение
Результаты проведенных экспериментов процесса цементации примесей меди, кадмия, кобальта и никеля приведены в табл. 4.
Таблица 4
Результаты трехстадийной очистки цинксодержащих сульфатных растворов от автоклавного выщелачивания гидратного кека цементацией цинковой (объем исходного раствора 1 дм3)
Стадии очистки Объем раствора Очистка раствора, %
Си са
V дм3 содержание в растворе, мг/дм3 извлечение в кек, % содержание в растворе, мг/дм3 извлечение в кек, %
1-стадия 0,96 3 96,90 124 19,57
2-стадия 0,85 < 0,01 > 99,99 < 0,1 > 99,99
3-стадия 0,83 - -
Продолжение таблицы 4
Стадии очистки Объем раствора после цементации, V дм3 Очистка раствора, %
Со N1 гп
содержание в растворе, мг/дм3 извлечение в кек, % содержание в растворе, мг/дм3 извлечение в кек, % содержание в растворе, г/дм3
1-стадия 0,96 0,85 13,19 18,59 11,08 86,26
2-стадия 0,85 < 0,1 > 99,99 2,34 88,1 91,39
3-стадия 0,83 - 0,3 98,76 93,59
Проведенные атомно-абсорбционный и химический анализы раствора после первой стадии цементации цинковой пылью показали, что из раствора в кек практически полностью была высажена медь (на 96,90 %) и частично кадмий (на 19,57 %). В растворе определены содержания кобальта 0,85 мг/дм3 и никеля 18,59 мг/дм3 (табл. 4). Поэтому были проведены следующие стадии очистки раствора от кадмия, кобальта и никеля.
Результаты проведенной второй стадии цементации показали, что очистка раствора от меди, кадмия и кобальта практически полная (на 99,99 %). После второй стадии цементации в растворе остались небольшие содержания никеля, его содержание - 2,34 мг/дм3, что выше нормы, предъявляемой для направляемых на электролиз растворов, поэтому была проведена третья стадия очистки раствора сульфата цинка от никеля.
В результате третьей стадии очистки сульфатный раствор был очищен от никеля почти полностью (на 98,76 %) до 0,3 мг/дм3 (табл. 4).
Очищенный после трех стадий раствор содержал примеси в количестве, мг/дм3: Бе - 23; Си < 0,01; Са < 0,1; Со < 0,1; N1 - 0,3; Аs и Sb менее 0,1 и
содержащий Zn - 93,59 г/дм3, достаточно чистый и пригодный для процесса электролиза цинка, а также для получения чистого оксида цинка.
Выводы
Разработана автоклавная технология переработки техногенных отходов Риддерского металлургического комплекса ТОО «Казцинк» - гидратных кеков, включающая автоклавное сернокислотное выщелачивание гидратных кеков; гидролитическую очистку цинксодержащих сульфатных растворов от примесей железа, мышьяка, сурьмы и кремния; выделение примесей меди, кадмия, кобальта и никеля методом цементации; получение растворов, пригодных для электролиза цинка и получения оксида цинка.
Список литературы:
1. Снурников А.П. Гидрометаллургия цинка. - М.: Металлургия, 1981. -384 с.
2. Валиев Х.Х., Романтеев Ю.П. Металлургия свинца, цинка и сопутствующих металлов. - Алматы, 2000. - 441 с.
3. Марченко Н.В. Металлургия тяжелых цветных металлов. - Красноярск, 2009. - 394 с.
4. Патент № 2233893, RU. Способ очистки сульфатных цинковых растворов от примесей / Казанбаев Л.А., Козлов П.А., Колесников А.В. и др. -Опубл. 10.08.2004 г.
5. Патент № 16100, KZ. Способ очистки цинковых сульфатных растворов от примесей / Романов Г. А., Сулейманова Г. А., Калдарбеков М.А., Василевская О.Ф. - Опубл. 15.08.2005 г.
6. Farmer VC. The Infrared Spectra of minerals. - London, 1974. - 539 p.
7. Накамото К. Инфракрасные спектры неорганических и координационных соединений. - М., 1966. - 412 с.
АКТУАЛЬНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫСОКОТОЧНОГО РЕЖИМА АБСОЛЮТНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ШИРОКОГО КРУГА ЗАДАЧ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ
© Никитин Д.П.*
Московский авиационный институт
(национальный исследовательский университет) МАИ, г. Москва
В работе рассматривается принцип функционирования навигационной аппаратуры потребителя (НАП) в высокоточном абсолютном ре-
* Старший преподаватель кафедры 402 «Радиосистемы управления и передачи информации», кандидат технических наук.
