Оборудование для аффинажа
и выщелачивания - "Альфа-9М"
Золота хватит на всех!
УДК 669.53.2+622.2/.8
«Зеленая» технология переработки отвалов производства цинка
к.х.н. О.Н.Новиков
Ключевые слова: цинк, цинкат, серебро, выщелачивание, переработка, шлаки, отходы, сульфид, Альфа-9М,
Технология комплексной переработки отходов производства цинка кучным выщелачиванием щелочными и нейтральными растворами обеспечивает исключение обрадования хвостов, оборотный цикл рабочих сред высокорентабельное экологически чистое производство.
1. Характеристика исходного сырья
Характеристика исходного сырья
Происхождение отходов: Оловянные шлаки – это отходы от производства оловяно-цинкового комбината. Часть их представлены цинковым ферритом или кеком (PbZn),обожженый цинк. А другая часть – это сульфиды цинка, необожженный цинк или концентрат оловяно-цинкового комбината.
Оловяный шлак или кек содержит преимущественно цинк. Кроме того, в шлаке имеется серебро в промышленной концентрации от 6 до 22 г/т. При условии переработки цинка, который является основным компонентом шлака, можно извлекать свинец и медь. Балластные компоненты шлака: железо, кремний, алюминий, сера.
Учитывая наличие в отвалах серы и наличие кислотных дождей в регионе размещения отвалов происходит постоянная диффузия тяжелых металлов в окружающую среду и распространение пятна загрязнения как по почвенному покрову, так и в водные источники. Поэтому обезвреживание отвалов актуально как с экологической, так и экономической точки зрения.
Предполагается извлечение цинка в щелочном растворе выщелачивания. А вот свинец, медь и серебро целесообразно извлекать в нейтральном растворе.
Цинка сульфид, необожженный компонент отхода, содержат преимущественно цинк и серебро в промышленной концентрации 50-70 г/т. При условии переработки цинка можно извлекать свинец. Балластные компоненты концентрата - это железо, кремний, сера, кальций. Мы рекомендуем использовать щелочной раствор выщелачивания. Предполагается извлечение цинка в щелочном растворе выщелачивания. Свинец целесообразно извлекать в нейтральном растворе. Характерное для образцов такого типа время выщелачивания в щелочном растворе - 24 часа. При переработке 350 000 тонн и масштабе переработки 20 тонны в час потребуется три лотка по 500 куб.м, в соответствии с производительностью площадь под лоток составит около 1000 кв.м. Под периферийное оборудование потребуется 200 кв.м, всего 150 кв.м. Стоимость оборудования без строительно-монтажных работ составит 80 000 тыс. руб, включая передвижную установку Альфа-9М в мобильном здании контейнерного типа, дополнительные комплекты навесного оборудования для извлечения свинца, меди, кадмия и серебра, насосы, компрессор, установку для водоподготовки и водоочистки. Сама установка Альфа-9М с водоочисткой и водоподготовкой весит около 8200 кг, комплекты навесного оборудования -2800 кг, энергозатраты до 20 кВт.
2. Продукты и полупродукты.
Цинк, распространение в природе. Цинк не является редким металлом, но и не принадлежит к группе самых распространенных элементов. В земной коре он встречается так же, как рубидий, и немногим больше, чем медь. Всего известно 66 цинксодержащих минералов, из которых наиболее промышленно важными являются смитсонит (благородный галмей, каламин) ZnCO3, сфалерит (цинковая обманка) ZnS, цинкит ZnO и еще ряд минералов. Собственных крупных месторождений цинковые минералы, как правило, не образуют, поэтому в современной промышленности большая часть цинка добывается из комплексных полиметаллических руд, в основном медных или железных.
Физические свойства. Чистый цинк – синевато-белый металл. Его свежая поверхность отсвечивает характерным голубоватым блеском, но во влажном воздухе блеск быстро пропадает вследствие образования пленки, основным компонентом которой является гидроксокарбонат цинка. При комнатной температуре цинк хрупок: если начать сгибать цинковую пластинку, можно услышать треск от трения кристаллитов. При нагревании до 100-150оС цинк становится тягучим настолько, что его можно прокатывать в листы толщиной в сотые доли миллиметра или вытягивать в тончайшую проволоку. Выше 200-250оС цинк теряет свою пластичность и становится даже более хрупким, чем при комнатной температуре: при этих условиях металл легко растирается в порошок. По классификации, принятой в металлургии, цинк относят к тяжелым металлам: его плотность составляет 7,133 г/см3. Он очень легко плавится: температура плавления равна 419оС. Кроме того, цинк – один из немногих металлов, кипящих при температурах ниже 1000оС: температура кипения цинка
906оС.
Щелочные нецианистые (цинкатные) растворы выщелачивания. Основным компонентом цинкатных растворов выщелачивания является свободная щелочь. Наличие цинкатов в растворе способствует выщелачиванию цинка из шламов, осадков за счет образования гидроокисидных комплексов. При разбавлении раствора выщелачивания соли из раствора выщелачивания выпадает гидрооксид цинка, что резко ограничивает возможность попадания его в окружающую среду. Щелочь, при длительном контакте с воздухом превращается в безопасный бикарбонат натрия. Время выщелачивания щелочного раствора выщелачивания 24 часа. Для выщелачивания целесообразно использовать лоток. Кроме щелочной основы в состав раствора вводят дополнительные компоненты, без которых выщелачивание не происходит в достаточно полной конверсии для рентабельного производства. Соотношение Т/Ж=1/2. Тестирование щелочного раствора выщелачивания на предоставленном сырье показало, что 24 часа достаточно для выщелачивания цинка, при этом образуется прозрачный неокрашенный раствор. Отсутствие окраски означает, что окрашенные ионы, включая медь не переходят в раствор и остаются в осадке. При электролизе раствора в обычном режиме (без применения специального режима) образуется темная (черная) губка, легко разрушающаяся при перемешивании, с формированием черного осадка, растворяющегося в растворе. Сохранить цинк возможно только при непрерывном подаче электрического потенциала на катод. Экономически рентабельным является исключительно извлечение цинка и серебра с применением специальных режимов и добавок, без которых энергозатраты повышаются и снижается прибыль до нуля.
Нейтральный хлоридный раствор выщелачивания
Нейтральный раствор выщелачивая предназначен для доочистки шламов и осадков после щелочного выщелачивания водным раствором хлорида натрия в присутствии окислителей и активирующих добавок. В раствор переходят такие металлы, как серебро, медь, свинец и другие металлы. Время выщелачивания нейтрального раствора выщелачивания 24 часа. Для выщелачивания целесообразно использовать лоток. Соотношение Т/Ж=1/4.
Из раствора указанные металлы извлекают селективной сорбцией на сорбентах, избирательно адсорбирующих отдельные металлы. Хлориды имеются в окружающей среде и не обладают токсичностью при разбавлении. Для утилизации хлоридного нейтрального раствора после окончания работ по выщелачиванию мы используем пруд-испаритель, оснащенный навесным оборудованием. Кристаллический хлорид натрия после выпаривания и кристаллизации подлежит применению как техническая каменная соль.
Комбинацией двух различных растворов выщелачивания (щелочным и нейтральным) с сильным выщелачивающим эффектом обеспечивается экологическая безопасность обработанного отхода, исключая эмиссию токсичных металлов, включая цинк, свинец и медь в окружающую среду. После двустадийного выщалачивания шлам обезвреживается до IV класса опасности или безопасного и может быть использован после составления технических условий (с применением специальных добавок) и получения сертификата для отсыпки дорог, выравнивания поверхности площадок или как наполнитель для бетонных изделий.
Итак процесс извлечения цинка осуществляется по многоступенчатой технологии: растворение - накопление - фильтрация - электроокисление - адсорбция - электролиз.
Технологическая нитка состоит из следующих аппаратов:
Адсорбера
Электролизера первой ступени
Ионообменной колонны
Электролизеров второй ступени
Накопительных емкостей
Модулей для приготовления реагентов
Печи для плавки цинка
Вспомогательного оборудования
Лотка или бурта
Водоподготовки
Пруда исарителя с навесным оборудованием
Раствор выщелачивания (нейтральный и щелочной) находится в рециклинге, используется многократно, по окончании проекта утилизируется в соответствии с регламентом.
Щелочное выщелачивание
В лоток подается щелочной раствор выщелачивания посредством орошения. Дренажные воды, обогащенные цинком откачиваются насосом. После выщелачивания раствором, обогащенная цинком жидкость насосом из лотка подается в адсорбер (предназначенный для очистки раствора от примесей), а затем в электролизер, где цинк оседает на катоде, формируя пластину (по содержанию примесей катодный цинк близок к чушковому металлу). Степень восстановления цинка 66-72%, пластину по окончании электролиза переплавляют, получая стандартный слиток цинка. Расход электроэнергии до 3300 кВт*ч/т катодного цинка. Чушковый металл получается переплавкой катодного цинка. Жидкий цинк разливают в изложницы. При переплавке добавляют хлористый аммоний, который растворяет пленку окиси цинка на металлических корольках, способствуя тем самым уменьшению дроссообразования (неровные сростки кристаллов) и увеличению выхода чушкового цинка.
Хлоридное выщелачивание
В качестве реагентов хлорного выщелачивания используются малоопасные вещества:
Хлорид натрия (5 класс опасности),
Извлекатель (5 класс опасности),
Поглотитель (4 класс опасности).
Степень восстановления серебра при электролизе составляет 98 - 99,3 %, удельный расход электроэнергии от 40 до 76 кВт*ч на 1 кг восстановленного серебра. Свинец, медь извлекаются одновременно с серебром. Они отделяются при плавке. Все промывные растворы как щелочного, так и хлоридного типа очищают от тяжелых металлов на сорбентах. После сорбции сорбент регенерируют.
Промывка адсорбера
Загрязненный сорбент адсорбера отмывается регенерирующим раствором, который подается химическим насосом с подачей снизу-вверх в рекомендуемом производителем сорбента режиме. После промывки раствор с осадком самотеком сливается на бурт. Осадок на бурте уплотняется за счет фильтрации через породу.
Утилизация хлора
Образуемый в результате электролиза в электрореакторе хлор подается в трубопровод перед электролизером. Тем самым исключается попадание хлора в воздух рабочей зоны и в окружающую среду.
Ожидаемый экономический эффект:
Годовая добыча серебра из отходов 350 000 т при концентрации 10 г/т составляет 3500 кг, что составляет 350 млн. рублей. Что явно более, чем достаточно для окупаемости проекта. Если рассматривать только извлечение цинка, то его добыча составит не менее 35 000 т, что в пересчете на текущую цену составляет 80 млн. долларов, превышая стоимость серебра. Технология комплексной переработки отходов производства цинка обеспечивает исключение образования хвостов, высокорентабельное экологически чистое производство.
Литературные источники
Гидрометаллургия цинка : Учеб. пособие для технических училищ / А.П. Снурников. - М. : Металлургия, 1981. - 384 с. : ил. - Библиогр.: с. 381-382./.-Предм. указ.:с. 382-384.