CC BY
11
СТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОИЗВОДСТВО И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ-----
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОПТИМИЗАЦИИ ПРИ ВОДНОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ
ОБОЖЖЕННЫХ ОТХОДОВ
Молдурушку М.0.*, Очур-оол А.П.**, Кара-Сал Б.К.** *ТувИКОПР СО РАН, **Тувинскш государственный университет
INFLUENCE OF PARAMETERS OF OPTIMISATION AT WATER DISSOLUTION
OF THE BURNT DUMPS
Moldurushku M.0 , Ochur-ool A.P , Kara-Cal В К
Аннотация. В настоящей статье исследован процесс водного выщелачивания обожженных отходов (растворение в воде арсената натрия) с применением многофакторного планирования эксперимента. Получена математическая мос>ель зависимости извлечения в раствор .мышьяка. Определены оптимальные условия процесса. Результаты опытов показали, что содержание мышьяка снижается с 2,9% в исходном продукте обжига до 0,9% в продукте от водного выщелачивания.
Ключевые слова: обожженный отход, водное выщелачивание, мышьяк, математическая модель, продукт от водного выщелачивания, степень извлечения.
Annotation. The process dissolution in water of the burnt dumps (arcenate sodium) is investigated in work with application offactorial planning experiment. The mathematical model of dependence of extraction in a solution of arsenic is received. The optimum conditions ofprocess are certain. The maintenance of arsenic decreases about 2,9% in burnt dumps to 0,9% in product from water dissolution as a result of experiences.
Key words: the burnt dumps, water dissolution, arsenic, mathematical model, product from water dissolution, degree of extraction.
Мышьяксодержащие отходы от переработки никель-кобальтовых руд Хову-Аксынского месторождения, подвергаясь ветровой и водной эрозии, представляют серьезную опасность для окружающей среды и человека, прежде всего для жителей села Сайлыг и поселка Хову-Аксы. В связи с этим представляются актуальным вопросы изучения возможности очистки отходов от мышьяка, что требует изучения процессов, протекающих при отделении вредного компонента из попутных продуктов промышленности. В работах [1,2] приведены результаты исследований по удалению мышьяка из отходов комбинированным способом
Целью настоящей работы является исследование процесса водного
выщелачивания обожженных отходов (растворение в воде арсената натрия), полученных в процессе обжига отходов с содой Объектом исследования являются содержащие мышьяк отходы от переработки
никель-кобальтовых руд - отходы извлечения кобальтового концентрата.
Работа выполнялась по следующей методике. Исходным материалом для исследования служил обожженный отход [1, 2]. Для проведения опытов были отобраны пробы обожженных отходов с массой 50 г. Содержание мышьяка в исходных пробах обожженных отходов составила 2,64%. Выщелачивание обожженных отходов проводили в дистиллированной воде в стеклянных колбах с мешалкой. После окончания процесса водного выщелачивания пульпа фильтруется, осадок промывается на фильтре горячей водой, проводится высушивание осадка в сушильном шкафу в течение 1 часа при температуре 110°С.
В работе был использован метод многофакторного планирования эксперимента, который предполагает одновременное изменение всех факторов, влияющих на процесс [3]. В нашей модели изучали влияние 4 переменных факторов; температуры (Х1), продолжительности
Молдурушку МО., Очур-оол А.П., Кара-Сап Б.К. Влияние параметров оптимизации при водном выщелачивании обожженных отходов
выщелачивания (Хт), соотношения твердой и жидкой фаз Т:Ж (Х?), скорости перемешивания (Х4) (таблица 1). Исходя из анализа влияния различных факторов нами
были установлены нижние и верхние фиксированные значения, которые называются уровнями варьирования.
Таблица 1
Факторы эксперимента процесс» водного выщелачивания обожженных отходов
Факторы Обозначение факторов Уровни варьирования
Xi>min (нижний) Ximax (верхний)
Температура выщелачивания, °С Xi 30 60
Продолжительность выщелачивания, мин х2 30 60
Соотношение твердой и жидкой фаз Т:Ж, мл Х3 1:3 или 150 мл 1:5 или 250 мл
Скорость перемешивания, об/мин X, 50 100
Множество возможных сочетаний уровней факторов определяет множество состояний данного объекта и, следовательно, число возможных различных опытов, равное; Ы=р\ где р-число уровней факторов; к -число факторов. Для нашей модели получаем: И=24, т.е. количество серий опытов - 16. Функциями отклика на изменение переменных факторов были выбраны содержание мышьяка в продукте от водного выщелачивания (С, %) и степень извлечения мышьяка в раствор (У, %). Матрица планирования и результаты опытов по водному выщелачиванию обожженных отходов приводятся в таблице 2.
Матрица планирования и результаты опытов
В результате обработки экспериментальных данных получены адекватные математические модели или следующие виды линейных уравнений:
- содержание мышьяка в продукте от водного выщелачивания, %:
С=1.0772-0,0521.Х1-Ю,0199.Х-0,0389.Хз-Н).0267.Хи;
(1)
- степень извлечения мышьяка в раствор, %:
У=71,485+1.9743.Х,Ч17556.Х2+1.4768.Хг1,0156.Х4
(2)
Таблица 2
водному выщелачиванию обожженных отходов
№ опыта X, Хг х3 Х4 С % У %
т»с Время, мин Т:Ж Перемет, об/мин
1 30 30 1 3 50 1,03 73,0
2 60 30 1 3 50 1,02 73,4
3 30 60 1 3 50 1,16 68,1
4 60 60 1 3 50 1,03 72,6
5 30 30 1 5 50 1,07 70,6
6 60 30 1 5 50 0,94 76,3
7 30 60 1 5 50 1,10 70,5
8 60 60 1 5 50 1,00 74,9
9 30 30 1 3 100 1,30 63,3
10 30 60 1 3 100 1,18 67,7
11 60 60 1 3 100 1,11 70,5
12 30 30 1 5 100 1,03 71,7
13 60 30 1 5 100 0,96 75,9
14 30 60 1 5 100 1,14 68,8
15 60 60 1 5 100 1,02 74,4
16 60 30 1 3 100 1,08 71,3
Из уравнения (2) видно, что значительное влияние на степень извлечения мышьяка в раствор оказывают в первую очередь температура и соотношение твердой и жидкой фаз (Т:Ж). Увеличение их значений будет положительно сказываться на степени извлечения мышьяка. Так, при температуре 60°С и соотношении Т:Ж= 1:5 степень
Результаты оптимизации водного
извлечения мышьяка возрастает до 75-76% (таблица 2, оп. 6, 8, 13). Фактор Х4 в эксперименте при высоком его значении неадекватно описывал влияние
перемешивания на процесс выщелачивания.
По полученной математической модели проведена дальнейшая оптимизация, результаты которой приведены в таблице 3
Таблица 3
;л<1чив<1ния обожженных отходов
№ опыта X, Х2 Xj Х4 С, % У, %
т"с Время, мин Т:Ж Перемеш. об/мин
17 70 30 1:5 50 1,08 75,4
18 70 30 1:6 50 0,99 78.7
19 70 30 1:7 50 0,98 80.4
20 80 30 1:7 50 1,00 80.1
21 90 30 1:7 50 0,99 80,3
В этой серии опытов содержание мышьяка в исходных пробах обожженного отхода составило 2,92%. Из таблицы 3 видно, что в результате увеличения соотношений Т:Ж до 1:7, а также температуры до 70-90°С в опытах 18-21 наблюдается повышение степени извлечения мышьяка в раствор до 78-80%.Как видно из таблицы, наиболее высокая степень извлечения мышьяка 80,4% наблюдается в опыте 19 при температуре 70°С, соотношении Т;Ж=1;7, продолжительности 30 мин.
Таким образом, в результате факторного эксперимента выявлены следующие оптимальные условия проведения водного выщелачивания обожженных отходов: температура 70°С, соотношение твердой и жидкой фаз Т:Ж=1:7, продолжительность выщелачивания 30 мин. При этом степень извлечения мышьяка в раствор составила 80%, остаточное содержание мышьяка в продукте от водного выщелачивания составило 0,9%.
Проведенные опыты показали возможность снижения содержания мышьяка с 2,9% в
исходном обожженном отходе до 0,9% в продукте от водного выщелачивания. Полученный продукт от водного выщелачивания с низким остаточным содержанием мышьяка пригоден в качестве вторичного сырья для извлечения цветных металлов. Арсенатно-карбонатный раствор используется для получения товарной продукции мышьяка для консервации древесины, производства противо-обрастающих покрытий корпусов морских судов.
Литература:
1. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. -М: Изд-во «Металлургия», 1968.-155 с.
2. Каминский Ю. Д., Копылов Н. И. Вывод мышьяка из отвалов кобальтового производства // Первый Международный конгресс «Цветные металлы Сибири -2009». 8-10 сентября, 2009 г., Красноярск, с. 513-515.
3. Молдурушку P.O., Каминский Ю.Д., Копылов Н.И.. Полугрудов A.B., Шоева Т.Е. Переработка шламов комбината «Тувакобальт» с получением продуктов мышьяка //Второй Международный конгресс «Цветные металлы Сибири - 2010», 2-4 сентября 2010, Красноярск, с. 243-246.
