Файл: Набойченко, С. С. Гидрометаллургия меди.pdf

ванием, барабан и глубокую ванну) и способы подачи раствора, со­ держащего 7,1 г/л Си, 11 г/л Fe, 16,4 г/л H 2S04 (табл. 20). Наи­ более плотный и крупный осадок получали в глубокой ванне, а также при периодическом или полунепрерывном ведении процесса. Наи­ более мелкий и однородный по крупности осадок, загрязненный же­ лезом, — в барабанном аппарате (табл. 20).

Цементная медь, осажденная жестью или чугуном, не отличалась текучестью и имела наименьшую плотность. Примеси в осадителе загрязняли осадок; так, при использовании чугуна, жести, высечки в нем содержалось меди соответственно 90,3, 98,5, 99,8%.

Авторами работы [268] была рекомендована следующая техно­ логия получения медного порошка, пригодного для порошковой металлургии: цементный осадок обрабатывали в течение часа под­ кисленным раствором, содержащим 12 г/л Си, pH = 1,8 -5-2,5 при температуре 50° С. В отфильтрованном, промытом и подсушенном осадке содержалось 90—95% Си и < 0,1% Fe, а при сушке его в за­ щитной атмосфере до 98% Си. При спекании в атмосфере водорода предварительно подсушенного на воздухе осадка содержание меди повышается до 99,8%. Технологические свойства порошка допол­ нительно регулируются при измельчении получаемого спека.

Авторами работы [271 ] предложено после отделения включений крупностью— 0,42 + 0,15 мм восстанавливать просеянный остаток цементной меди в атмосфере водорода. По сравнению со стандарт­ ными порошками порошки из цементной меди были менее текучи, более пористы, а для получаемых из них изделий предел прочности оказывался меньше.

Несмотря на заманчивость получения при цементации порошка, пригодного для нужд порошковой металлургии, это направление нельзя, признать рациональным. Свойства цементного порошка, как уже отмечалось, во многом зависят от условий его осаждения, обес­ печение которых в ряде случаев влечет за собой меньшую полноту или скорость осаждения меди. Получение качественного осадка (—90% Си) с приемлемыми технико-экономическими показателями возможно только из чистых и богатых по меди растворов высоко­ сортным осадителем при тщательном технологическом контроле про­

125

цесса. Реализация этих требований осложняется огромным объемом перерабатываемых растворов и относительно небольшим выходом цементного осадка.

Более рационально получение кондиционной продукции в про­ цессе химико-металлургической доработки цементного осадка.

Экономика [82, с. 617—42; 234; 240; 255; 272—273].

В связи с использованием достаточно простого оборудования капиталоемкость цементационного осаждения меди невелика. Струк­ тура капитальных затрат на сооружение двух цементационных уста­ новок производительностью 454 и 4540 т/год, по данным работы [272 ], приведена ниже:

Более существенное значение имеют эксплуатационные затраты, в структуре которых основная доля приходится на железный скрап, кислоту, заработную плату.

Величина эксплуатационных затрат зависит от обеспечения реа­ гентами и их стоимости уровня механизации, состава растворов. Для ориентировочной оценки затрат можно рекомендовать эмпириче­ скую зависимость вида:

Э = Л + — , 9 '

где Э — эксплуатационные расходы; А , В :— постоянные коэффициенты;

q — содержание меди в растворе, г/л.

Для одной из цементационных установок в Перу, перерабатываю­ щей растворы с содержанием 0,25 г/л Си, авторы работы [255] при­

меди удельные затраты на скрап составляют 84 долл.

Затраты на заработную плату зависят от производительности уста­ новки: например 90,7 долл/т— при производительности 454 т/год меди, 13,2 долл/т — 4540 т/год меди, 2,86 долл — 100 тыс. т/год меди.

126

Погрузочно-разгрузочные и транспортные расходы составляют 15,4 долл на 1 т меди.

При цементации дополнительно расходуется кислота в среднем на 2,43—6,57 долл/т меди.

Таким образом, затраты на получение 1 т меди с использованием цементации (с учетом энергетических затрат, амортизации, содер­ жания и ремонта оборудования и др.) составляет 445—905 долл.

Осаждение меди из растворов цементацией железным скрапом имеет ряд существенных недостатков, основные из которых при­ ведены ниже:

1) потребность и большой расход качественного железосодержа­ щего осадителя, обеспечение которым особенно для удаленных уста­ новок представляет определенную трудность;

2)накопление солей железа в оборотных растворах, что ослож­ няет процесс выщелачивания руды в связи с образованием нераство­ римых основных сульфатов и гидроокисей железа;

3)повышенный расход кислоты из-за взаимодействия ее с же­ лезным скрапом;

4)невысокое качество конечной продукции — цементной меди, переработка которой до металла требует дополнительных эксплуа­ тационных и капитальных затрат.

Новые идеи разработки по совершенствованию цементации

В связи с тем что цементацией извлекается значительная часть меди при переработке забалансовых руд продолжаются поиски путей совершенствования этого процесса. Работы проводятся в основном в следующих направлениях: использование физических приемов воздействия (ультразвук, магнитная обработка раствора и др.) на кинетику процесса; снижение расхода осадителя; изыскание более совершенного аппаратурного оформления.

По данным работы [274], кратковременное (1—2 мин) наложение ультразвука мощностью 1,8—2,2 Вт/см2 в начале цементации уве­ личивает скорость процесса в 2—3 раза. Это связано с более быстрой дегазацией поверхности осадителя и удалением с нее осевшей меди.

Скорость осаждения меди при 0,1—1,1-мм амплитуде колебаний пластины осадителя возросла в 12,5 раз по сравнению с показате­ лями, полученными на неподвижной пластине [275]. Наблюдается заметная турбулизация пограничного слоя. Наложение ультразвука, кроме того, способствует ускорению отстаивания осадка цементной меди.

Для увеличения скорости осаждения меди й улучшения качества получаемого осадка предложено использовать осадитель в виде пла­ стин, вибрирующих с частотой около 10 колебаний в секунду 1.

Расход железа при цемейтации меди снижается за счет введения ингибиторов коррозии железа. Ингибиторы тормозят взаимодействие железа с кислотой, при этом скорость осаждения меди в ряде случаев

1 Авт. свид. № 191811. Бюлл. изобр. и тов. знаков, 1967, № 4, с. 108.

127

несколько возрастает. В качестве ингибиторов рекомендуют веще­ ства органического происхождения, содержащие серу или азот (на­ пример, костный жир) Необходимое pH исходного раствора должно быть в пределах 1,4—3, а по окончании осаждения — не менее 3,5— 4. Расход ингибитора не превышает 0,5—1,0 кг на 1 м3 раствора. Имеется предложение окисленный скрап обрабатывать раствором серной кислоты в барабане, после чего вводить ингибиторы коррозии 2.

Для снижения расхода железа при цементации рекомендуют в ап­ парате избыточное давление водорода (1,2 ат) за счет гидростатиче­ ского напора обрабатываемого раствора, применения герметичной аппаратуры или подачи водорода в аппарат извне 3. Некоторые ав­ торы предлагают использовать алюминиевый скрап для цементации меди [276—277]. В связи с большой активностью алюминия (почти в 3 раза, чем у железа) расход его составляет 0,33—0,42 кг/кг меди, при этом получается крупнозернистый, легко отслаивающийся це­ ментный осадок. Применение алюминиевого скрапа будет экономи­ чески оправдано при стоимости его не выше 4,5 кратной по отно­ шению к стоимости железного скрапа.

Конструктивное усовершенствование аппаратов для цементации меди сводится к интенсификации гидродинамического режима и со­ зданию условий, обеспечивающих снижение расхода осадителя. Пред­ лагают вести осаждение меди в аппаратах, состоящих из концентри­ ческих труб. В наружное кольцевое пространство загружают губ­ чатое железо, а раствор подают через центральную трубу, что обес­ печивает большую скорость движения раствора и лучший контакт его с осадителем 4.

Имеются сообщения по усовершенствованию барабанных цемен-

,таторов 5, например с устройством для наложения ультразвуковых колебаний и возможностью возврата образующихся водородсодер­ жащих газов в реакционное пространстве^

Извлечение меди с использованием экстракционно-сорбционной технологии

Положительный опыт извлечения урана и сопутствующих элемен­ тов из бедных растворов с помощью использования экстракционно­ сорбционной технологии способствовал развитию исследований по изысканию режимов, извлечения меди в растворы, пригодные для электролитического или автоклавного ее осаждения,

Экстракция

О работе установки с использованием экстрагента —бромлаури- новая кислота — керосин сообщается в публикации [181 ]. Исходные растворы содержали 4—5 г/л меди, после реэкстракции содержание*234

128

меди в обогащенном растворе повышалось до 80 г/л. Извлечение меди в катодный металл достигало 99%. Специфика экстрагента опреде­ ляла обязательную нейтрализацию раствора, в связи с чем затраты на нейтрализатор (известняк, доломит) достигали 34—36% от стои­ мости производства 1 т меди. Капитальные затраты на сооружение только экстракционной установки, обеспечивающей получение 15 тыс. т меди в год, составили около 700 тыс. долл.

Более широкие исследования и полупромышленные испытания экстракционного варианта извлечения меди из бедных растворов были проведены после появления экстрагентов серии LIX [179, 278].

С 60-х гг. научными центрами Горного Бюро и в Солт Лэйк Сити (США) ведутся исследовательские работы в этом направлении. За период около 5 лет экстракционная технология прошла успешные

3% изодецилового спирта, 77% разбавителя (реагента с торговой

Для нейтрализации применяли раствор, содержащий 205 г/л ам­ миака. Из пульпы (6,4 г/л Си, 2,8 г/л Ni, 5,1 г/л Со, 0,05 г/л U), 99% меди извлекали в органическую фазу, содержащую 6,4 г/л Си, 0,017 г/л Со, 0,14 г/л Ni. Реэкстракцию проводили при 50° С раство­ ром, содержащим 80 г/л серной кислоты, с извлечением до 86% меди. После осаждения меди и корректировки кислотности селективно экстрагировали никель и кобальт.

В 1966 г. фирмой «Дженерал Милз» (шт. Колорадо) пущена в экс­ плуатацию полупромышленная установка, перерабатывающая около 70 м3/ч раствора, содержащего 1,1— 1,6 г/л Си [280]. Осуществляя экстракцию при pH = 2,2 в четыре стадии, достигли извлечения меди более 99 %. Эксплуатационные затраты были определены в 42— 76 долл, на 1 т меди.

На полупромышленной установке кампании «Дювал Корпорейшн» (г. Гаксон, шт. Аризона, США) с применением экстракции перера­

цесса и составы получаемых продуктов по операциям приведены на рис. 43 [281—282]. В качестве экстрагента использовали органиче­ скую фазу, содержащую 7% (объемн.) LIX-64, в керосине. При че­ тырехстадийной противоточной экстракции извлекали 97% Си и только 2% Fe. Богатый раствор подвергали электролизу при плот­ ности тока 205 А/м2 и напряжении 2,6 В. Обнаружено отрицательное влияние вносимой органики на показатели электролиза. В расчете на 1 т меди затраты, связанные с потерями LIX-64, не превышали 22—44 долл/т меди при стоимости экстрагента 5,5 долл/кг.9