CC BY
157
РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
УДК 669.334.13
Калугина Н.Л., Варламова И.А., Калугин Д.А., Чурляева Н.А.
ОСОБЕННОСТИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ОБОРОТНЫХ РАСТВОРОВ ЗОЛОТОИЗВЛЕКАТЕЛЬНОГО УЧАСТКА КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ
Аннотация. Рассмотрены особенности кондиционирования оборотных растворов золотоизвлекательного участка кучного выщелачивания. Выявлены эффективные способы снижения концентрации ионов тяжелых металлов с предварительным разрушением их цианидных комплексов. Установлена оптимальная область рН осуществления процесса и возможность использования осадка гидроксида железа (III) в качестве коллектора образующихся в кислых растворах гидроксидов меди (II), железа (II) и других элементов. Выбран и модифицирован способ кондиционирования цианидсодержащих оборотных растворов выщелачивания благородных металлов из руд.
Ключевые слова: оборотные растворы золотоизвлекательного участка, кондиционирование, цианидные комплексы меди (I), железа (II) и железа (III).
Применение оборотных вод на золотоизвлека-тельных участках возможно, если обеспечено получение таких технологических показателей извлечения золота, которые не уступают достигаемым при использовании свежей воды. Следовательно, необходимо постоянно проводить кондиционирование оборотных вод, т.е. использовать их очистку от вредных примесей, корректировку концентрации отдельных компонентов, так как одним из недостатков кучного выщелачивания золота является сложность обработки оборотных технологических растворов [1].
С целью выявления способов снижения содержания вредных примесей (а именно катионов меди (II), железа и хлорид-ионов) в технологических растворах участка кучного выщелачивания Хайбуллин-ского рудника сделан литературный обзор и проведен патентный поиск современных методов обессолива-ния техногенных растворов аналогичного состава, а также выполнены экспериментальные исследования.
Установлено, что для снижения концентрации всех ионов, находящихся в технологических растворах, применяются термические методы (перегонка, дистилляция, нагревание воды сверх критической температуры 350 °С, замораживание), электродиализ, мембранные методы (обратный осмос, нанофильтра-ция), а также ионный обмен и сорбция. Если есть возможность, используют опреснение, включающее разбавление засоленных техногенных вод пресной водой.
Для удаления из технологических растворов ионов тяжелых металлов используют следующие способы: сорбция, гальванохимическая очистка, введение электролитического гипохлорита натрия, получаемого на месте потребления из технологических растворов, содержащих хлориды. Наиболее перспективными для снижения концентрации ионов меди и железа являются многоуровневые технологические схемы, позволяющие сочетать электролиз с сорбционными или
мембранными процессами, электрохимические способы с цементацией и др. [1].
Особенностью очистки оборотных вод участков кучного цианидного выщелачивания является то, что растворенное железо и медь представлены в них циа-нидными комплексами состава [Fe(CN )6]4~ и
\FeCN)6]3- , [Си{СЩ2, [Си(С^Г ,. [Си(С^. Для количественной характеристики устойчивости внутренней сферы комплексного соединения используют константу нестойкости комплекса (Кн ). Чем
меньше значение Кн , тем более устойчивой является
внутренняя сфера комплексного соединения, тем меньше активная концентрация ионов металла в водном растворе. Значения констант нестойкости цианидных комплексов \FeCN)6 ]4", \FeCN)6 ]3~ ,
[Си(СЩ4, [Си(С^3]2~ , [Си(С^2\ в щелочных растворах соответственно равны 110-35, 1-10"42,
31 29 24
5-10" , 2,6-10" , 110" [3], т.е. данные комплексные ионы являются прочными, особенно устойчивы циа-нидные комплексы железа.
Значения Кн позволяют прогнозировать направление лигандообменных процессов. В кислых водных растворах значения Кн цианидных комплексов увеличиваются, их прочность снижается, происходит замена CN ~ -лигандов во внутренней сфере на молекулы Н20 , и образуются аквакомплексы \ре(Н20)6Р+,
[ре(Н20)6 ]2+ , [Си(Н20)2 ]+ . Таким образом, при под-кислении технологических растворов происходит разрушение цианидных комплексов. Установлено, что цианидные комплексы меди и железа лабильны (т.е. в течение 1 минуты полностью обмениваются лигандами при комнатной температуре и концентрации комплекс-
РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
ных ионов 0,1 моль/л [5]).
Исходя из вышесказанного, разрушению цианид-ных комплексов способствует кислотная обработка оборотных растворов. Экспериментально установлено, что кислотную обработку необходимо продолжать до оптимального значения рН ~ 2. Однако выделяющиеся при разрушении цианидных комплексов ионы СЫ~ в кислом растворе образуют токсичную синильную кислоту НСЫ . Считается, что область рН < 8,6 - это область термодинамической устойчивости цианистого водорода, наиболее опасная область вследствие выделения НСЫ в окружающую атмосферу. Поэтому под-кисление технологических растворов должно сопровождаться отгонкой образовавшейся синильной кислоты, ее улавливанием и поглощением раствором едкого натра. При подкислении растворов происходит также связывание свободных цианидов, находящихся в растворе, в НСЫ с выделением дополнительного количества НСЫ.
Кислотная обработка, разрушение цианидных комплексов, удаление НСЫ и регенерация цианида натрия - это первый этап кондиционирования оборотных растворов. Далее необходимо извлечение из воды металлов их осаждением при нейтрализации. Скорость процесса осаждения ионов Си2+, Fe2+, Fe3+ зависит от исходного значения рН раствора [1]. Произведение растворимости гидроксида железа (III) равно 3,8^10"38 (см. таблицу), поэтому, как установлено экспериментально и подтверждено теоретическими расчетами [2], уже при рН 3,60 степень его осаждения составляет не менее 90,0 %. Рассчитано, что гидроксиды меди (II), железа (II), цинка и других элементов осаждаются в более щелочной области, так как имеют более высокие значения произведения растворимости (см. таблицу).
Рассчитанные значения рН начала осаждения ионов в технологических растворах
Ионы Произведение растворимости гидроксида [3] рН начала осаждения
Си2+ 2,210-20 5,27
Fe3+ 3,810-38 2,10
Fe2+ 1-10-15 7,37
Образующийся гидроксид железа (III) представляет собой аморфный осадок с большой активной поверхностью. Ионная природа, неравномерность распределения зарядов по поверхности из-за наличия поверхностных дефектов обусловливают возможность его использования в качестве коллектора (естественного сорбента), соосаждающего гидроксиды меди (II) и других элементов [2]. Поэтому в процессе кондиционирования оборотных растворов железо (II) целесообразно переводить в железо (III). Скорость окисления железа (II) зависит от значения рН, присутствия окислителей и органических веществ. Важно отме-
тить, что с повышением рН возрастает как скорость окисления железа (II) в железо (III), так и скорость коагуляции Fe(OH )3, следовательно, удаление железа из оборотных растворов на втором этапе кондиционирования целесообразно осуществлять при рН ~ 7 [2]. Кроме того, скорость окисления кислородом ионов Рв2+ значительно возрастает при наличии в обрабатываемой воде катализаторов - ионов Си 2+, Мп2+, Р01~ , а также при контакте ее с оксидами марганца или ранее выпавшим Fe(0H )3.
Одним из перспективных вариантов окисления железа (II) и обезжелезивания воды является насыщение ее воздухом в напорных резервуарах со струйной аэрацией (эффект пре-аэрации, описанный А.Д. Раим-бековым [4]). Работа таких резервуаров основана на взаимодействии струй насыщаемой жидкости (с вовлекаемым ими воздухом) с поверхностью слоя воды внутри напорного резервуара. Таким образом, количество двухвалентного железа в оборотных водах уменьшается, минимизируя образование цианидных комплексов железа и, следовательно, уменьшая их содержание, одновременно снижая общее потребление цианида.
Усовершенствовав и модифицировав данный способ кондиционирования оборотных растворов цианидного выщелачивания благородных металлов из руд, мы использовали его в дальнейших экспериментальных исследованиях по подбору оптимальных режимов выделения металлов и при разработке промышленной установки. Его основные стадии:
1. Подкисление оборотных растворов до рН ~2 с образованием НСЫ.
2. Отдувка образовавшегося НСЫ воздухом.
3. Поглощение НСЫ раствором щелочи с целью регенерации цианида.
4. Нейтрализация оборотных растворов до рН ~ 7.
5. Насыщение оборотной воды воздухом в напорных резервуарах со струйной аэрацией.
6. Удаление образовавшегося гидроксида железа Fe(0H )3 с соосажденными на нем гидроксидами других металлов.
Список литературы
1. Цементационное извлечение меди из растворов и различных материалов / Калугина Н.Л., Варламова И.А., Калугин Д.А., Варламова Н.А. // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 71-й межрегион. науч.-техн. конференции. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013. Т. 1. С. 323-326.
2. Медяник Н.Л., Калугина Н.Л., Варламова И.А. Изучение возможности селективного извлечения меди методом известкования из сточных вод горных предприятий гидрометаллургического комплекса // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2010. Т. 42. № 2. С. 188-193.
№1 (14). 2014
89
Раздел 7
3. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. М.: Химия, 1993. 376 с.
4. Раимбеков А.Д. Нововведение в технологический процесс в 2002 году. Эффект пре-аэрации (СП «Кумтор Голд Компани») // Исследование геоэкологических особенностей взаимодействия техногенных систем [Элек-
тронный ресурс]. URL: www. minproc. ru/thes/2003/ section8/thes2003sVIII-3101.doc.
5. Исследование состава и свойств цианидных комплексов металлов / Сафонов А.В., Кенжалиев Б.К., Абсаля-мов Х.К., Салахова Р.Х. // КИМС. 2003. № 5. С. 33-38.
Сведения об авторах
Калугина Наталья Леонидовна - канд. пед. наук, доц. факультета стандартизации, химии и биотехнологии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519)298533. E-mail: nlkalugina@gmail.com.
Варламова Ирина Александровна - канд. пед. наук, доц. факультета стандартизации, химии и биотехнологии, ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519)298533. E-mail: Varlamova 156@gmail.com.
Калугин Дмитрий Александрович - инженер отдела обработки металлов давлением и математического моделирования ОАО НПО «ЦНИИТМАШ». E-mail: kalugin.dmitry@gmail.com.
Чурляева Наталья Андреевна - инженер патентно-информационного отдела ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». E-mail: VarlamovaNatasha@gmail.com.
♦ ♦ ♦
УДК 696.42:621.3.035.462
Костина З.И., Крылова С.А., Понурко И.В.
ЗАЩИТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВОДООХЛАЖДАЮЩИХ СИСТЕМ ОТ КОРРОЗИИ И СОЛЕОТЛОЖЕНИЙ
Аннотация. В статье рассмотрена проблема защиты элементов водоохлаждающих систем от солеотложений (накипи) и коррозии. Для решения этой проблемы авторами разработан состав препарата на основе фосфатной композиции «Ком-фос», который обеспечивает защиту металлических поверхностей от коррозии и препятствует выделению из охлаждающей воды солеотложений (накипи), что приводит к повышению срока службы элементов систем охлаждения индукторов, форсунок охлаждающей системы МНЛЗ.
Ключевые слова: солеотложения (накипь), коррозия, фосфатная композиция, жесткость воды, водооборотные охлаждающие системы.
При эксплуатации систем оборотного водоснабжения на производстве чрезвычайно актуальной является проблема коррозии металлических поверхностей и выделения солеотложений (накипи) из воды. Образование слоя солеотложений (накипи) на поверхностях водоохлаждающих систем приводит к повышению расхода топлива, нарушению технологического режима и выходу из строя теплообменного оборудования за счет:
- уменьшения коэффициента теплоотдачи во-донагревательных поверхностей;
- значительного повреждения металла в результате локальных перегревов и образования «свищей»;
- уменьшения пропускной способности водо-подающих и водоотводящих систем.
Для предотвращения солеотложений (накипи) на производстве широко применяется реагентная обработка для умягчения воды. Общим недостатком такой обработки является, во-первых, необходимость стро-
гого контроля за дозировкой реагентов; во вторых, следствием такой обработки является развитие коррозии, что требует дополнительного применения ингибиторов.
С целью защиты и повышения срока службы элементов водоохлаждающих систем авторами предлагается использовать препарат на основе фосфатной композиции («Комфос») запатентованного состава [1], действие которого было испытано на различных объектах [2-5].
В настоящей работе защитное действие «Ком-фос» было исследовано в системах охлаждения индукторов кузнечно-прессового цеха ОАО «ММК-МЕТИЗ» и на элементах форсунок охлаждающей системы и стальной части кристаллизатора МНЛЗ.
Наиболее «узким местом» систем охлаждения индукторов являются медные трубки, обвивающие их в виде змеевика. Продукты коррозии и накипь забивают эти трубки, что приводит к повышению их температуры вплоть до механического разрушения мед-
