CC BY
58
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
THEORETICAL RESEARCH OF HYDROTRANSPORT OF POLYDISPERSE AND POLYMINERAL TAILS OF MINERAL PROCESSING INDUSTRY
Melnikov Ivan Timofeyevich - Ph.D. (Eng.), associate professor, Open-Pit Mining of Mineral Deposits department, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: (3519)298556. E-mail: [email protected].
Pytalev Ivan Alekseevich - Ph.D. (Eng.), assistant professor, Open-Pit Mining of Mineral Deposits department, Nosov Magnitogorsk State Technical University. E-mail: [email protected].
Melnikov Ilya Ivanovich - Ph.D. (Economics), assistant professor, World Economy department, Moscow State University of Management, Moscow. E-mail: [email protected].
Shevtcov Nikolay Sergeevich - a postgraduate student, Open-Pit Mining of Mineral Deposits department, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: (3519) 298 466. E-mail: [email protected].
Abstract. During hydro transportation of polydisperse and polymineral tails of mineral processing industry within the transition region in the 0.15 mm <dcp <1,5 mm particles diameter range, which are typical to transport tailings of ferrous industry mining, fraction existence less than 0.15 mm leads to the formation of «heavy» carrying medium with a density greater than unity. This results in buoyancy force increasing to the larger fractions and causes of hydraulic gradient and specific energy consumption reducing.
Keywords: mineral processing industry tails, polydisperse and polymineral tailings, hydrotransport, «heavy» carrying medium, hydraulic gradient, energy discharge intensity.
References
1. Dokukin V.P. Formirovanie sistemy truboprovodnogo gidrotransporta gornykh predpriyatij na osnove metoda dinamicheskoj optimizatsii eyo parametrov: dis.... d-ra tekhn. nauk. [Formation of the pipeline system of mining enterprises on the basis of dynamic optimization of parameters. Dis.]. St. Petersburg, 2005, 280 p.
2. Kanenkov V.V. Snizhenie ehnergoyomkosti gidravlicheskogo transportiro-vaniya polidispersnykh gidrosmesej na predpriyatiyakh gornoj promysh-lennosti: dis. ... kand. tekhn. nauk. [Reducing of energy consumption of hydraulic transportation of polydisperse slurries in mining industry enterprises. Dis.]. St. Petersburg, 2006, 136 p.
3. Royer G. Stable regimes and the head loss in the pressure in the movement of the pulp slurry pipeline. Izvestiya Akademii Nauk SSSR. OTN. [Proceedings of the Academy of Sciences of the USSR, OTN]. 1939, no. 8.
4. Yufin A.P. Inhomogeneous fluid movement on horizontal steel pipes. Izvestiya Akademii Nauk SSSR. OTN. [Proceedings of the Academy of
Sciences of the USSR, OTN]. 1949, no. 8.
5. Velikanov M.A. Justification of the gravitational theory of motion of nano-owls. Meteorologiya i gidrologiya. [Meteorology and Hydrology]. 1938, no. 9-10.
6. Velikanov M.A. Dinamika ruslovykh potokov. [Dynamics of channel flow]. Deals and track. Moscow, 1955, vol. 2, 316 p.
7. Maccabees V.M. The theory of turbulent and weighing sediment. Izvestiya Gosudarstvennogo gidrologicheskogo instituta (GGI). [Proceedings of the State Hydrological Institute (SHI)]. 1931, no. 32, pp. 5-26.
8. Alexandrov V.I., Kuleshov A.A. Reducing energy intensity of hydro facilities. Gornye mashiny i avtomatika. [Mining Machinery and Automation]. 2004, no. 6, pp. 16-18.
9. Konakov P.K. The new formula for the drag coefficient for smooth pipes. AS USSR, 1946, vol. 10, pp. 70-77.
10. Durand R., Condolios E. Donnes techniques sur le refulement hydrauligue des materiaux solides tn Condite. Congres du centenaire de Sosiete de l'industrie minerale. Paris, Juin, 22F, 1955.
11. Melnikov I.T., Melnikov T.I., Gorbatov A.I. Critical hydraulic gradient slurry pipeline. Izv. VUZov. Gornyj zhurnal. [Mining Journal Math. Universities]. 1997, № 7-8, pp. 143 - 146.
12. Melnikov I.T., Pytalev I.A., Kornilov S.N., Kutlubaev I.M., Vasilyev K.P., Melnikov I.I., Shevtsov N.S. Energy consumption reducing of hydrotransport iron ore tailings processing industry Mining and processing plants. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo uni-versiteta im. G.I. Nosova. [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2012, no. 2, pp. 15-19.
13. Semenenko E.V. Method of calculating the parameters of hydraulic transport systems intra fabric. Gornaya ehlektromekhanika. [Mining Electrical Engineering]. 2008, vol. 15 (131), pp. 174-179.
УДК 622.817
Медяник Н.Л., Варламова И.А., Калугина Н.Л.
ОСОБЕННОСТИ ПОДБОРА ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ-КОМИЛЕКСООБРАЗОВАТЕЛЕЙ КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ КАТИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ РАСТВОРОВ
Аннотация. Раздельное количественное извлечение цветных металлов из растворов воз-можно при использовании эффективных органических реагентов, выбор которых осуществлен квантово-химическим методом расчета параметров реакционной способности как извлекаемых компонентов, так и извлекающих реагентов.
Ключевые слова: органические реагенты, комплексообразование, цветные металлы, рас-творы, квантово-химический метод, параметры реакционной способности.
При добыче и переработке руд на горнообогатительных медно-цинковых предприятиях Уральского региона образуются значительные объёмы техногенных вод, таких как подотвальные, карьерные и шахтные воды, характеризующиеся различным поликомпонентным составом тяжелых и цветных металлов с минерализацией от долей до сотен мг в
1 дм3 с приоритетным содержанием меди, цинка, марганца и железа. Эти воды являются одним из основных источников поступления металлов в поверхностные и подземные водоемы, оказывая сильное токсичное воздействие на экосистемы районов недропользования. Практически все предприятия медного комплекса для очистки техногенных вод в настоящее
время используют метод нейтрализации для выделения металлов в виде гидролитических осадков без их дальнейшего разделения и реутилизации. Применение других методов извлечения металлов (сорбция, гиперфильтрация, ультрафильтрация, экстракция, ионный обмен, эвапорация, кристаллизация, магнитная обработка, электродиализ, электрофлотокоррекция рН, элекгрокоагуляция и др.) ограничено, и наиболее перспективным, высокоэффективным и экономически обоснованным представляется флотационный способ переработки техногенных вод. Возможно применение различных вариантов данного метода - ионной, пневматической, напорной флотации и электрофлотации в зависимости от условий селективного выделения и концентрирования полезных компонентов из техногенных вод в дисперсную фазу.
Раздельное количественное извлечение наиболее ценных металлов из техногенных вод методом ионной флотации возможно только при использовании органических реагентов-собирателей, к которым предъявляются следующие требования: избирательность действия или возможность группового выделения и концентрирования металлов (в зависимости от технологической задачи); время флотации не более 10 мин; реутилизация пенного продукта (сублата) в используемый ингредиент; растворимость флотореа-гента в воде или в доступных малотоксичных растворителях (массовая доля реагента в растворе должна составлять 2% и более); низкая чувствительность к солевому фону; хорошие пенообразующие свойства или сочетаемость с доступными пенообразователями; незначительный унос флотореагента с водной фазой; минимальный расход на единицу извлечения металла; низкая токсичность; доступность и возможность регенерации.
Ассортимент применяемых органических реагентов для ионной флотации тяжелых металлов ограничен использованием ионогенных гетерополярных поверхностно-активных веществ, служащих для гидрофоби-зации поверхности и образования прочных связей с катионами металлов. Практическое значение имеют гександеканоат натрия, п-додецилбензолсульфонат калия, этилксантогенат калия, бутилксантогенат калия, амилксантогенат калия и диэтилдитиокарбамат натрия [1]. Создание технической базы перспективных реагентов нового поколения, селективно действующих, адаптированных к условиям ведения процесса и физико-химическому состоянию перерабатываемых растворов, неизбежно приведет к увеличению возможностей флотационных методов выделения и концентрирования ионов металлов, позволяющих более эффективно и с высокой скоростью проводить переработку техногенных вод различного состава. В этой связи целесообразно и перспективно основываться на принципе «структура - свойство/активность - свойство». Применительно к флотационным системам данный принцип можно сформулировать следующим образом: молекулярные структуры соединений реагентов содержат активные реакционные центры по отношению к извлекаемым компонентам (субстратам) - цинку и меди, структура и свойства которых усиливают избирательное действие применяемых реагентов и обеспе-
чивают получение прочных соединений «субстрат -реагент» во флотационных системах. Реализация принципа базируется на установлении зависимостей между структурой, квантово-химическими параметрами, физико-химическими свойствами и реакционной активностью извлекаемых компонентов (субстратов Zn и Си2+) и извлекающих агентов (реагентов-собирателей). Комплекс параметров реакционной способности (ПРС) включает квантово-химические, физико-химические и структурные (формные и фрагментарные) параметры. Входящие в комплекс ПРС физико-химические параметры включают: для субстратов - рН извлечения металлов из водных растворов в сочетании с произведением растворимости (ПР) их осаждаемых форм, позволяющие определить эффективные условия извлечения субстратов из многокомпонентной матрицы технологического раствора; для реагентов-собирателей - относительные молекулярные массы Мг, температуру застывания, плотность, вязкость, К1 - константу диссоциации, критические концентрации мицеллообразования- ККМ; для соединений «субстрат - реагент» - константу устойчивости образующегося сублата К2, оптимальное значение рН комплексообразования, энергию стабилизации катионов металлов полем лигандов по классификации Ирвинга - Вильямса [2].
Для субстратов и реагентов квантово-химическими параметрами являются энергии граничных молекулярных орбиталей ЕНОмо - верхней занятой и ЕьиМо - нижней свободной, значения абсолютной жесткости г/, абсолютной мягкости 5", химического потенциала %, проекционные карты молекулярного электростатического потенциала (МЕР), значения глобальной 1Е и локальной I— электрофильно-
сти субстратов, глобальной и локальной нук-леофильности реагентов-собирателей; для систем «субстрат - реагент» - ЕНОмо и ЕьиМо молекулярных орбиталей, значения Т], и % , проекционные карты МЕР, количество водородных связей в молекулах, степень переноса заряда АЫ и энергии комплексообразования АЕ [3]. Структурные параметры включают: формные параметры для субстратов, позволяющие определять их тип по классификации Льюиса (жесткая, промежуточная или мягкая кислота) и эффективные извлекаемые формы; они определяются по величине значений физико-химических (рН и ПР) и кван-тово-химических параметров (ЕьиМо, Щ, МЕР, 1Е); фрагментные параметры для реагентов-собирателей, использующиеся с целью определения их типов как оснований Льюиса и ионизированных форм в зависимости от присутствующих в них функционально-активных групп (ФАГ), позволяющих избирательно действовать на субстраты; они также определяются по величине физико-химических (рН и рК) и квантово-химических параметров (ЕНОмо, Л , МЕР, 1м).
Установление зависимости между структурой, квантово-химическими параметрами, физико-химическими свойствами и реакционной способностью субстратов и извлекающих реагентов, анализ
ПРС как уже рекомендованных, так и новых перспективных реагентов для практики ионной флотации тяжелых и цветных металлов из техногенного вод позволили сформулировать требования к реагентам-собирателям для ионной флотации меди и цинка и определить оптимальные значения соответствующих параметров [2]:
1) наличие активных нуклеофильных центров в составе молекулы реагента больше или равно 1 эВ-1), способных к эффективному взаимодействию с субстратом с образованием прочных сублатов - малорастворимых внутрикомплексных соединений МеЬ, для которых выполняются следующие условия: ПР(МеЬ) меньше ПР(Ме(ОН)п), К2(МеЬ) больше К2 [Ме(Н20)6] (ОН)ш
2) близкие значения ЕНомо реагента и Ещмо субстрата при образовании системы «субстрат - реагент» преимущественно по орбитально-контролируемому механизму либо их существенное различие и, следовательно, осуществление «жестко-жесткого» взаимодействия между субстратом и реагентом преимущественно по зарядно-контролируемому механизму;
3) при раздельном селективном извлечении двух металлов возможность реагента реагировать с одним из них преимущественно по орбитально-контролируемо-му, а с другим - преимущественно по зарядно-контролируемому механизму;
4) высокая абсолютная жесткость реагента Т] (не менее 8 эВ);
5) величина химического потенциала реагента % в интервале 4-5 эВ;
6) наличие в извлекаемых системах «субстрат -реагент» нескольких внутримолекулярных водородных связей (не менее трех), способствующих повышению их устойчивости;
7) степень переноса заряда ДЫ образующихся систем «субстрат - реагент» должна быть не менее 0,6.
Были проведены квантово-химические расчеты, в ходе которых установлено, что всем перечисленным требованиям удовлетворяют сложные эфиры терефта-левой кислоты, в частности моноэтиленгликольтере-фталат (MonoEtgl - 1РМ) и диэтиленгликольтерефта-лат (DiEtgl - tPht), значения ПРС которых приведены в табл. 1.
Рассчитанные ПРС субстратов, реагентов и продуктов их взаимодействия с субстратами позволили провести моделирование процессов образования возможных молекулярных систем «субстрат - реагент» с
участием цинка в кислой среде и меди в слабощелочной среде. Полученные значения квантово-химических ПРС систем «субстрат - реагент» приведены в табл. 2. Определено, что наиболее энергетически выгодные и конформационно устойчивые системы «субстрат -реагент» имеют состав ^п(Н20)4] - (MonoEtgl - 1РМ)2 и [Си(Н20)2] - (DiEtgl - 1РМ)2.
Таблица 2
Значения квантово-химических ПРС систем «субстрат - реагент»
Квантово-химические параметры Системы «субстрат - реагент»
[Си(Н20)2]-№д! -1Р1И)2 ^П(Н20)4]-(МопоЕгд! - гРИ^
Еномо, эВ - 7,035 - 10,215
Ешмо, эВ 1,076 0,921
г) , эВ 8,111 11,136
АИ 0,695 0,515
Е, ккал/моль - 339,11 - 159,18
Таким образом, если MonoEtgl - 1рм и DiEtgl - 1рм ввести в состав комплексного флотореагента, то в процессе нейтрализации кислых технологических растворов можно создать условия для поэтапного селективного выделения из них цинка в кислой среде, меди - в щелочной. Для практики ионной флотации тяжелых и цветных металлов из техногенных вод медно-цинковых предприятий разработан комплексный реагент (реагент РОЛ), представляющий собой стабильную эмульсию моноэтиленгликольтерефтала-та MonoEtgl - 1РМ, диэтиленгликольтерефталата DiEtgl - 1рМ и терефталевой кислоты 1рМ - Н. Разработан доступный способ получения реагента РОЛ из вторичного полиэтиленгликольтерефталата (ПЭТ-тары) методом химической деструкции, средняя стоимость реагента составила 9 руб./кг. Лимитирующий показатель вредности - общий, ПДК реагента РОЛ равно 0,3 мг/дм3, класс опасности - 4.
Состав реагента определен хроматографическим методом, наличие в нем моноэтиленгликольтерефта-лата, диэтиленгликольтерефталата и терефталевой кислоты подтверждено данными элементного и ИК-фурье-анализа. На основании спектра ИК-фурье (рис. 1) установлено, что реагент РОЛ содержит гетерополярные соединения, молекулы которых включают гидроксильные - ОН, сложноэфирные - С(О) - О - С, карбоксильные -С(О) - О - Н группы и ароматические структуры.
Эмпирические формулы соединений «субстрат - реагент РОЛ» и их молекулярные массы установлены по данным масс-спектрометрии. Су блат Zn + РОЛ содержит два соединения: с20н26о^п молекулярной массой 555 и с16н18о^п молекулярной массой 467. в состав сублата Си + РОЛ входят три соединения: С20Н22О12Си молекулярной массой 518, С24Н30О14Си молекулярной массой 606 и С16Н18012Си молекулярной массой 466.
Таблица 1
Квантово-химические ПРС сложных эфиров терефталевой кислоты в свободном состоянии
Реагент Еномо Ешмо п X 1*Т(0)
в электрон-вольтах
МопоЕгд! -гРИ1 - 10,538 1,201 11,739 4,669 1,076 0 = (С) 0,319
- 0(Н) 0,272
й^д! - гРИг - 10,621 1,256 11,877 4,683 1,083 0 = (С) 0,327
- 0(Н) 0,272
Рис. 1. Фурье-ИК-спектры реагента РОЛ
Взаимодействие цинка с компонентами реагента РОЛ в ходе первой стадии ионной флотации при рН 2-3 может быть представлено как результат реакций с мо-ноэтиленгликольтерефталатом с образованием цинксо-держащего продукта ^п (Н20)4] - (MonoEtgl - 1РИ1)2 с молекулярной массой 555:
^п(Н20)б]2+ + 2(MonoEtgl-tPht)H + 6Н2О ^
^ [Zn(H20)4]-(MonoEtgl tPht)2 + 2Н90;
и с терефталевой кислотой с образованием ^п(Н20)4] - (tPht)2 с молекулярной массой 467:
Рп(н20)6]2+ + 2^РМ)Н + 6Н20 ^
^ [Zn(H20)4] - (tPht)2 + 2Н90^ .
Цинковый сублат представляет собой золь, состав которого, учитывая значительное количество сульфат-ионов в матрице техногенных вод, следующий:
{^(^0)4(^2)^ • Zn(H20)4+ (П - х)804"}2 * +х
х *804",
{(Zn(H20)4(L)2)mn • Ь"(п -х)Н+ }х" • хН+,
где Ь - (MonoEtgl - tPht)~ или ^М)" Он извлекается в пенный продукт за счет гетерофазной коагуляции.
Медный сублат, образованный на второй стадии ионной флотации, при рН 7 - 8 - золь, частицы которого в кислых растворах имеют следующую структуру:
{(^(^0)4^)2^ • Ь-(п -х)Н+ }х- • хН+,
где Ь - (MonoEtgl - tPht)", (DiEtgl - tPht)" или ^М)" Частицы золя извлекаются в пенный продукт за счет гетеро фазной коагуляции.
Низкие произведения растворимости, свидетельствующие о прочности соединений, входящих в состав сублата Zn+РОЛ, а также комплексов меди с компонентами реагента РОЛ, были рассчитаны нами. Их значения: ПР(^п(Н20)4] - (MonoEtgl- tPht)2) равно 1,85-10"1° ПР(^п(Н20)4] - ^М)2) равно 1,71-10"
ПР([Си(Н20)2] - (мonoEtgl - tPht)2) равно 7,2-10 ПР([Си(Н20)4] - (tPht)2) равно 1,40-10 21
ПР([Си(Н20)2] - (DiEtgl - tPht)2) равно 1,60-10 22.
Определены оптимальные условия селективного извлечения цинка и меди в пенную фракцию. При изучении зависимости степени извлечения цинка и
-21
меди от расхода реагента РОЛ учитывали, что для всех соединений, входящих в сублаты, соотношение медь-реагент и цинк-реагент по данным масс-спектроскопии составляет 1:2 (стехиометрическое соотношение). Результаты, полученные после проведения серии флотационных опытов на модельных растворах с исходной концентрацией ионов меди (II) и цинка (II) 1,0 г/дм3, в которых количество введенного реагента варьировало от 20 до 150 % от стехио-метрического для каждого из извлекаемых металлов, показали, что с введением 10 % избытка реагента РОЛ степень извлечения достигает максимума (90,3 % для цинка и 96,4 % для меди) и при дальнейшем увеличении количества введенного реагента не изменяется.
Для определения влияния рН на извлечения цинка и меди в присутствии железа была проведена серия опытов на модельных растворах с исходным содержанием ионов цинка - 170,0 мг/дм3; меди (II) - 250,0 мг/дм3; железа - 220,0 мг/дм3 при расходе реагента 0,5 г/дм3 (рис. 2).
Рис. 2. Влияние рН модельных растворов на извлечение цинка (1), меди (2) и железа (3) реагентом РОЛ методом напорной флотации
Установлено, что максимум извлечения цинка наблюдается в интервале рН 2 - 3 и достигает 94,86 %. При увеличении рН до 7,0 извлечение цинка постепенно уменьшается до 12,80 %. В области максимального извлечения цинк в растворах находится в виде аквакатионов ^п(Н20)п]2+. Кривая зависимости флотационного извлечения ионов меди (II) от концентрации ионов водорода проходит через максимум при рН 7,0 - 8,0. Извлечение меди (II) в интервале рН 2 - 3 составляет не более 4,5 %, а при рН 7-8 достигает
98,2%. При рН 10 извлечение меди падает до 95,5%. Область значений рН, наиболее благоприятных для флотационного извлечения меди с помощью реагента РОЛ, совпадает с областью, соответствующей нахождению меди в форме гидроксида Си(ОН)2. Для ионов железа извлечение в пенный продукт соответствует
-л 2+ т 3+
условиям кислотно-основного осаждения ге и ге во всем изучаемом интервале значений водородного показателя [4].
Проведена серия экспериментов на модельных растворах для кинетической оценки процесса и выяснения оптимального времени флотации при тех же условиях, что и при изучении влияния рН на процесс флотации. По результатам исследований установлено, что оптимальное время извлечения меди 8 - 10 мин, цинка - не менее 10 мин. На основании научно обоснованного выбора реагента-собирателя для флотационного извлечения цинка и меди из кислых рудничных вод, изучения процессов получения гидролитических осадков, образующихся в процессе поэтапной нейтрализации, их реологических свойств и фрактальной структуры разработана ресурсовоспроизво-дящая технология, адаптированная к условиям Тайского горно-обогатительного комбината [5].
Выводы
• Обоснован выбор эффективных органических реагентов для извлечения цинка и меди (II) из техногенных вод методом ионной флотации на основании комплекса ПРС субстратов, реагентов и извлекаемых систем «субстрат- реагент».
• Выявлен новый класс эффективных реагентов-собирателей для ионной флотации цинка и меди -сложные эфиры терефталевой кислоты, имеющие оптимальный набор квантово-химических ПРС.
• Определено, что наиболее энергетически выгодные и конформационно устойчивые системы «субстрат - реагент» имеют состав [Zn(H2O)4] -(MonoEtgl - tPht)2 и [Cu(H2O)2] - (DiEtgl - tPht)2.
• Для практики ионной флотации цинка и меди (II) разработан новый комплексный реагент РОЛ. С аквакатионами цинка [Zn(H2O)n]2+ при рН 2-3 реагент образует малорастворимые соединения состава [Zn(H2O)4] - (MonoEtgl - tPht)2 и [Zn(H2O)4] - (tPht)2, извлекаемые в пенный продукт за счет гетерофазной коагуляции. Установлено, что компоненты реагента взаимодействуют с предварительно выделенным при рН 7 - 8 гидрофильным аморфным осадком Cu(OH)2 с образованием гидрофобных труднорастворимых внутримолекулярных соединений [Cu(H2O)2] -(MonoEtgl - tPht)2, [Cu(H2O)2] - (DiEtgl - tPht)2 и [Cu(H2O)4](tPht)2, флотационное извлечение которых в пенный продукт осуществляется также за счет гетерофазной коагуляции.
Список литературы
1. Выбор высокоэффективных реагентов для флотационного извлечения ионов меди (II) и цинка из техногенных гидроминеральных ресурсов / МедяникН.Л., ВарламоваИ.А., Калугина Н.Л., Гиревая Х.Я. // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2010. Т. 43. №3. С. 91-96.
2. Прогнозирование свойств реагентов по их квантово-химическим дескрипторам / МедяникН.Л., КалугинаН.Л., ВарламоваИ.А., Стро-каньА.М. // Изв. вузов. Горный журнал. 2011. №3. С. 83-89.
3. Shadrunova I., Medyanik N., Varlamova I., Kalugina N. Forecasting of reagents properties by their quantum-chemical descriptors // XIV Balcan mineral processing congress. Tuzla, 2011, vol. 1.
4. КалугинаН.Л., ВарламоваИ.А., МедяникН.Л. Изучение возможности селективного извлечения меди методом известкования из сточных вод горных предприятий // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2010. №2. С. 188.
5. Методология создания ресурсовоспроизводящих технологий переработки техногенного гидроминерального сырья / Медяник Н.Л., КалугинаН.Л., ВарламоваИ.А., СтроканьА.М. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2011. №1. С. 5-9.
Сведения об авторах
Медяник Надежда Леонидовна - д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой химии, технологии упаковочных производств ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел. 8(3519)298522. E-mail: [email protected].
Варламова Ирина Александровна - канд. пед наук, доц. кафедры химии, технологии упаковочных производств ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519)298533. E-mail: [email protected].
Калугина Наталья Леонидовна - канд. пед наук, доц. кафедры химии, технологии упаковочных производств ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел. 8(3519)298533. E-mail: [email protected].
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
FEATURES OF ORGANIC COMPLEXING AGENT ASSORTMENT BY QUANTUM CHEMICAL METHOD FOR HEAVY METAL CATION SELECTIVE EXTRACTION FROM SOLUTIONS
Medianik Nadezhda Leonidovna - D.Sc. (Eng.), professor, Head of Chemistry, Packaging Industry Technologies department, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: 8(3519) 298522. E-mail: [email protected]
Varlamova Irina Alexandrovna - Ph.D. (Education), associate professor, Chemistry, Packaging Industry Technologies department, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: 8(3519)298533. E-mail: [email protected].
Kalugina Natalia Leonidovna - Ph.D. (Education), associate professor, Chemistry, Packaging Industry Technologies department, Nosov Magnitogorsk State Technical University. Phone: 8(3519)298533. E-mail: [email protected].
Abstract. Non-ferrous metals separate quantitative extrac- 2 tion from solutions is possible with effective organic reagents, which were chosen by quantum chemical calculating method of both extractive components and extracting reagents reactivity parameters. 3.
Keywords: organic reagents, nonferrous metals, solutions, quantum chemical method, parameters of the reactivity.
References
4.
1. Medianik N.L., Varlamova I.A., Kalugina N.L. Vybor vysokoehffektivnykh
reagentov dlya flotatsionnogo izvlecheniya ionov medi (II) i tsinka iz 5. tekhnogennykh gidromineral'nykh resursov / [Selection of efficient flotation reagents for the extraction of copper (II) and zinc ions from industrial hy-droresources]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Vestnik ISTU], 2010, vol. 43, no. 3, pp. 91-96.
Medianik N.L., Kalugina N.L., Varlamova I.A., Strokan A.M. Prognozirovanie svojstv reagentov po ikh kvantovo-khimicheskim deskriptoram. [Predicting the properties of reagents using their quantum-chemical descriptors]. News of higher educational institutions. Mining Journal, 2011, no. 3, pp. 83-89.
Shadrunova I., Medyanik N., Varlamova I., Kalugina N. Forecasting of reagents properties by their quantum chemical descriptors // XIV Balcan mineral processing congress, Tuzla, 2011, vol. 1. Kalugina N.L., Varlamova I.A., Medianik N.L. Explore the possibility of selective extraction of copper by liming of waste water mines. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. [Vestnik ISTU]. 2010, no. 2, pp. 188.
Medianik N.L., Kalugina N.L., Varlamova I.A., Strokan A.M. The methodology of creating of reproducing resources technologies of recycling hydro-technogenic raw. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnich-eskogo universiteta im. G.I. Nosova. [Vectnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2011, no. 1, pp. 5-9.
УДК 669.162:669.2/8
Чесноков Ю.А., Леонтьев Л.И., Шешуков О.Ю., Дмитриев А.Н., Витькина Г.Ю., Маршук Л.А.
ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ АЛЮМИНИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА*
Аннотация. Проведена разработка новых технологических решений, позволяющих добиться утилизации максимального количества красных шламов, осуществить сравнительный анализ различных вариантов и схем пирометаллур-гической переработки красных шламов. Проведены лабораторные исследовательские испытания по определению металлургических свойств и технологии спекания высокоосновного агломерата при введении от 1 до 3% красных шламов в шихту аглофабрики ОАО «ЕВРАЗ КГОК». Изучено, что положительное влияние улучшения прочности агломерата при использовании красного шлама практически нивелируется снижением общего содержания железа в шихте. Для сохранения содержания железа на уровне базовых значений в шихте доменной плавки предложено использовать несколько вариантов.
Ключевые слова: пирометаллургия, переработка отходов, красные шламы, металлургические свойства, доменная плавка.
В настоящее время во всем мире истощаются запасы высококачественного минерального сырья. В этой связи, предприятия, например алюминиевой промышленности, вынуждены импортировать необходимое по качеству сырье или вовлекать в переработку новые месторождения низкосортных бокситовых руд с высоким содержанием соединений железа (18-25%), что приводит к неизбежному увеличению отходов - красных шламов. Кроме того, взаимодействуя со щелочными и алюминатными растворами, эти шламы образовывают ряд труднорастворимых химических соединений. В результате, помимо гематита, в составе шламов находится много ценных компонентов, таких как алюминий, титан, кремний и редкоземельные элементы (тантал, скандий). Поэтому до сих пор не снижается актуальность поиска альтернативных малоотходных способов комплексной переработки бокситовых руд, а также новых решений по проблеме ути-
Работа выполнена в рамках Государственного контракта №14.515.11.0036 «Разработка научно-технических основ утилизации и переработки отходов металлургического производства для применения их при получении железорудного сырья для доменного производства чугуна».
лизации красных шламов.
Институтом металлургии УрО РАН в предыдущие годы были проведены многочисленные лабораторные и полупромышленные исследования в области переработки бокситов и утилизации красных шламов [1-5].
Целью настоящего исследования является разработка новых технологических решений, позволяющих добиться утилизации максимального количества красных шламов, осуществить сравнительный анализ различных вариантов и схем пирометаллургиче-ской переработки красных шламов. Объектом исследования являлись красные шламы филиала «УАЗ-СУАЛ» ОАО «СУАЛ». Для расчетного анализа использовалась разработанная в ИМЕТ УрО РАН балансовая логико-статистическая модель доменного процесса [6].
Проведены лабораторные исследовательские испытания по определению металлургических свойств и технологии спекания высокоосновного агломерата при введении от 1 до 3% красных шламов в шихту аглофабрики ОАО «ЕВРАЗ КГОК» (табл. 1-4).
