Технология переработки комплексных сульфдиных минеральных образовании методом парометллургии (стр. 4 )

Главным факторами, определяющими скорость и степень окисления сульфидов, являются температура, парциальное давление кислорода и продолжительность процесса.

Автоклавное выщелачивание выполняют при 160-180 ˚С, при этой температуре элементарная сера, которая выделяется при разложении пирита, расплавляется и затрудняет его окисление.

Образование элементарной серы, видимо, является причиной пассивирования серебра при автоклавном окислении концентратов.

Бактериальное выщелачивание

Бактериальное выщелачивание, как и автоклавное окисление, является предварительной операцией перед цианированием концентрата с целью окисления сульфидов (арсенопирита, пирита и антимонита) и вскрытия ассоциированного с ними золота.

Для бактериального выщелачивания золото-сульфидных концентратов используют автотрофные бактерии Th. ferrooxidans.

Считается, что бактерии Th. ferrooxidans окисляют сульфидные минералы до водорастворимых сульфатов прямым и косвенным путем.

В первое случае кристаллическая решетка сульфидных минералов разрушается под воздействием непосредственно энзимов (ферментов) бактерий. Во втором случае сульфидные минералы окисляются под действием некоторых продуктов метаболизма (обмена веществ) бактерий, главным образом Fe2(SO4)3, который является продуктом окисления FeSO4 микроорганизмами.

1.3. Переработка сульфидных цинковых концентратов

В настоящее время в мире производится около 10 млн. т. цинка в год. Основное его количество производится классическим гидрометаллур-гическим способом с использованием печей кипящего слоя для перевода кислото-нерастворимых сульфидов в растворимые оксиды [4]. Принципиальная технологическая схема получения цинка гидрометаллургическим способом приведена на рис.

Сульфидный цинковый концентрат

Окислительный обжиг

  Газы и пыль  Огарок

  Пылеулавливание

  Газы  Пыль

В производство

  H2SO4

Выщелачивание

Цинковый кек  Раствор

На дополнительную  Очистка от примесей

  переработку

  Электролитическое осаждение цинка

  Катодный цинк  Отработанный электролит

Переплавка и разливка

Чушковой цинк

Рис. 1. Принципиальная технологическая схема переработки сульфидных цинковых концентратов гидрометаллургическим способом.

Первой металлургической операцией в производстве цинка любым  методом является обжиг цинковых концентратов с  целью  перевода  сульфидных  соединений цинка в окисленные. В процессе обжига сера удаляется с печными газами в виде сернистого ангидрида, а на­ходящиеся в огарке окислы цинка могут быть в дальнейшем  выщелочены  по гидрометаллургической  техно­логии  слабыми растворами  серной кислоты для получения сульфатного цинкового раствора или восста­новлены углеродом  до  металла  при  пирометаллургическом (дистилляционном) способе.

Существует несколько разновидностей обжига. При производстве цинка пирометаллургическим методом кон­центраты вначале подвергают неполному (до 10 -12% серы) окислительному обжигу на порошок, а затем спе­кают полуобожженный материал на агломерационных машинах. При этом стремятся нацело удалить серу из концентрата и превратить обожженный материал в по­ристый крупнокусковий продукт - агломерат. Стремле­ние удалить серу при обжиге как можно полнее объяс­няется тем, что при последующем восстановлении и воз­гонке цинка каждый 1 % серы в агломерате уносит с со­бой в отвальный продукт (раймовку) 2% цинка, чем значительно снижает извлечение металла в товарную продукцию.

При гидрометаллургическом способе получения цин­ка к обожженному концентрату предъявляются более жесткие требования, поэтому обжиг концентратов в этом производстве преследует следующие цели:

1) перевести  в  окислы  максимальное  количество сульфидов  металлов  (огарок должен содержать  мини­мальное количество сульфидной серы);

2) оставить в обожженном продукте небольшое  (за­данное)  количество сульфатной серы, обычно в преде­лах 3 - 4%, для компенсации потерь серной кислоты в процессе производства;

3)  получить  как  можно  меньше  нерастворимых в серной кислоте ферритов цинка;

4) не допустить  образования  большого  количества силикатов свинца и цинка, затрудняющих отстаивание и фильтрацию растворов;

5)  получить обожженный продукт в виде тонкого по­рошка с большой реакционной поверхностью.

При этом необходимо также обеспечить максималь­ную концентрацию сернистого ангидрида в обжиговых газах и улавливание возгонных цветных и редких метал­лов.

В мировой практике цинковые концентраты, обжига­ли вначале в многоподовых печах с механическим перегребанием, получивших широкое распространение на дистилляционных заводах.

Окисление сульфидов  кислородом  воздуха  протека­ет по экзотермической необратимой реакции:

MeS + 1.5 O2 = MeO + SO2 + Q  (1.1)

При нагревании сульфидов в воздухе при определен­ной температуре скорость реакции достигает такой ве­личины, при которой в результате выделения тепла в хо­де реакции дальнейший процесс окисления может про­текать без подвода тепла извне. Эта температура называется температурой воспламенения сульфидов и зависит от рода сульфида и крупности его зерен.

Скорость процесса окисления твердого сульфида кислородом воздуха определяется условиями диффузии газов через корку окислов, покрывающую внутреннюю, неизменившуюся часть сульфида. Внутрь зерна диф­фундирует кислород, навстречу ему - сернистый газ. По мере окисления сульфида корка окислов постепенно утолщается, условия диффузии газов ухудшаются, и скорость реакции замедляется. Отсюда следует, что с увеличением размера зерна время, необходимое для полного окисления сульфида, значительно возра­стает.

Так можно представить процесс окисления одного зерна сульфида. На практике обжигу подвергают цинко­вый концентрат, состоящий из большой массы сульфид­ных зерен. Поэтому продолжительность обжига зависит еще и от условий подвода кислорода воздуха к каждо­му зерну сульфида и отвода от него сернистого газа. По этой причине механические многоподовые обжиго­вые печи являлись наименее производительными агрега­тами.  Концентрат располагался в них на подах слоем 50 – 100 мм, и доступ воздуха к зернам сульфидов, на­ходящимся внутри слоя, был затруднен.

Перегребание слоя специальным механизмом и пе­ресыпка концентрата с пода на под несколько ускоряли процесс окисления сульфидов, но в целом этот способ обжига как малопроизводительный устарел и больше не применяется. Для обжига на поду были характерны также низкая концентрация сернистого ангидрида в об­жиговых газах, трудность регулирования температуры, затраты углеродистого топлива и тяжелые условия во время горячих ремонтов печей.

При более интенсивном способе обжига во взвешен­ном состоянии сухой цинковый концентрат распыляется сверху воздушной горелкой в рабочее пространство об­жиговой печи с раскаленными стенками, в результате чего создается огромная поверхность для взаимодейст­вия распыленного концентрата с кислородом воздуха. При этом зерно сульфида находится в потоке горячих газов, содержащих кислород, что обеспечивает более вы­сокую  скорость окисления сульфидов.

При обжиге в кипящем слое раскаленный толстый (1000 - 1500 мм) слой обжигаемого материала непрерыв­но продувается воздухом через большое количество от­верстий в подине печи. При этом в слое создаются ин­тенсивные вихревые потоки, обеспечивающие быстрое распределение свежей массы концентрата по всему объему реакционной части печи и высокие скорости окисления сульфидов.

Обжиг сульфидных цинковых концентратов ведут при избытке воздуха. Поэтому в отходящих из печи газах наряду с SO2 и N2 находится довольно значительное ко­личество кислорода. При интенсивных способах обжига, (во взвешенном состоянии и в кипящем слое) избыток воздуха меньше, а степень использования кислорода вы­ше, благодаря чему концентрация сернистого ангидри­да в газах больше.

В тридцатых годах с разви­тием гидрометаллургического способа на ряде цинко­вых заводов стали переходить к более прогрессивному методу - обжигу во взвешенном состоянии и в послед­ние 15 - 20 лет бурное и практически повсеместное раз­витие получил обжиг в кипящем слое [7].

Главная цель обжига концентрата – быстрей, полней и с наименьшими затратами превратить сульфидный цинк в оксидный, из которого цинк рациональней восстанавливать. При этом огарок надо получить в таком состоянии, чтобы он был наиболее благоприятен для осуществления последующих стадий технологии и, в конечном счете, обеспечил высокие технико-экономические показатели производства в целом. Кроме того, желательно полнее утилизировать образующийся при обжиге SО2 и выделяющееся тепло.

Обжиг концентратов ведут с получением огарка-порошка и огарка-агломерата для последующей переработки соответственно гидрометал-лургическим или пирометаллургическим способом.

Огарок, предназначенный для выщелачивания, должен удовлетворять следующим требованиям: 1) иметь достаточно низкое содержание сульфидной серы (<0,1 - 0,3 %); 2) умеренное содержание растворимых сульфидов (SSО2 ≤ 2 - 4%); 3) высокое содержание мелкой фракции (-0,15 мм); 4) умеренное содержание ферритного и силикатного цинка. Эти требования вытекают из технологических задач гидрометаллургической переработки огарка.

В современной практике огарок-порошок для выщелачивания получают в печах кипящего слоя (КС) при 900-10000С (преимущественно при 950-9700С).

Цинковый агломерат должен удовлетворять следующим требованиям: 1) быть достаточно пористым и прочным; 2) иметь достаточно низкое содержание сульфидной серы (<1%); 3) после дробления иметь определенную крупность (~4-12 мм, причем мелкая фракция лишь вдвое отличается размером от крупной). Эти требования вытекают из технологических задач пирометаллургической переработки.

В современной практике пирометаллургического производства цинка обжиг концентратов проводят в две стадии. На 1-й стадии концентрат обжигают на порошок с частичной или почти полной десульфуризацией в печах КС при 1050-11500С. На 2-й стадии этот огарок подвергают агломерационному обжигу на агломашинах (максимальная температура 1300-14000С).