Исследование и разработка гидрометаллургической технологии переработки бедного медно-сульфидного сырья Жезказганского региона с извлечением меди и сопутствующих ценных компонентов сорбционным методом : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук : 05.16.02
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………………………………… 5
1 ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ.
ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗОВАННЫХ В РАБОТЕ ИОНИТОВ …………………………………… 18
1.1 Методика экспериментов и методы анализа ……………………………………………………………………. 18
1.2 Оценка точности измерений и математическая обработка экспериментальных данных ……. 21
1.3 Физико-химические свойства исследованных ионитов. Методы подготовки ионитов ………. 23
2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КИСЛОТНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ
МЕДЬСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ РАСТВОРОВ ДЛЯ ИОНООБМЕННОЙ
ПЕРЕРАБОТКИ…………………………………………………………………………………………………………………… 29
2.1 Основные методы выщелачивания меди из различного медьсодержащего сырья (обзор
литературы) …………………………………………………………………………………………………………………………. 29
2.2 Исследование режимов и параметров азотнокислого выщелачивания применительно к
медному сырью Жезказганской группы месторождений Республики Казахстан ……………………. 56
2.3 Поведение сопутствующих ценных компонентов и основных примесей в процессе
выщелачивания меди из сульфидного сырья ………………………………………………………………………… 62
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СОРБЦИИ МЕДИ И
СОПУТСТВУЮЩИХ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ (РЕНИЯ, СЕРЕБРА, ЦИНКА И ДР.)
КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩИМИ ИОНИТАМИ…………………………………………………………………… 69
3.1 Физико-химические основы ионообменного извлечения меди(II) ……………………………………. 69
3.1.1 Сорбционные способы извлечения меди из водных растворов (обзор литературы) ……….. 69
3.1.2 Сорбция меди комплексообразующими ионитами………………………………………………………… 85
3.1.2.1 Зависимость процесса сорбции меди от природы кислоты, концентрации меди и
водородных ионов в растворе ………………………………………………………………………………………………. 85
3.1.2.2 Изотермы сорбции меди ионитами из сернокислых и азотнокислых растворов ………….. 89
3.2 Исследование основных закономерностей сорбции рения анионитами различной основности
и структуры …………………………………………………………………………………………………………………………. 92
3.2.1 Сорбционные способы извлечения рения из водных растворов (обзор литературы) ………. 92
3.2.1.1 Основные сорбционно-десорбционные характеристики ионитов, рекомендованных для
извлечения рения из различных сред ……………………………………………………………………………………. 92
3.2.1.2 Извлечение рения в технологических схемах переработки медного, молибденового и
уранового сырья ………………………………………………………………………………………………………………… 100
3.2.2 Технологические характеристики сорбции рения слабоосновными анионитами ………….. 106
3.2.2.1 Исследование химизма сорбции рения анионитами на основе анализа равновесных кривых
распределения ……………………………………………………………………………………………………………………. 106
3.2.2.2 Факторы, влияющие на формы выходных кривых сорбции рения …………………………….. 117
3.2.2.3 Разработка процесса фронтально-градиентной очистки ионита, содержащего анионы
рения, от примесей – на примере вытеснения селена …………………………………………………………… 129
3.3 Использование ионообменных смол в процессах извлечения благородных металлов из
различных сред ………………………………………………………………………………………………………………….. 137
3.3.1 Выбор сорбентов для извлечения серебра и исследование основных закономерностей
сорбции из растворов различной природы и солевого состава …………………………………………….. 137
3.4 Кинетические особенности сорбции меди, рения и серебра из водных растворов …………… 145
3.4.1 Кинетика сорбции меди из сернокислых и азотнокислых растворов с применением хелатных
сорбентов…………………………………………………………………………………………………………………………… 145
3.4.2 Кинетика сорбции рения анионитами макропористой структуры ………………………………… 151
3.4.2.1 Анализ механизма сорбции рения анионитами традиционного зернения на основе
исследования кинетических закономерностей …………………………………………………………………….. 151
3.4.2.2 Условия, обеспечивающие высокие технологические показатели процесса сорбционного
извлечения рения при использовании дисперсных классов ионитов ……………………………………. 159
3.4.3 Кинетические особенности поглощения серебра ионитами из водных растворов ………… 178
4 РАЗРАБОТКА ДЕСОРБЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ИОНИТАМ,
НАСЫЩЕННЫМ МЕДЬЮ, РЕНИЕМ, СЕРЕБРОМ …………………………………………………………… 186
4.1 Исследование и разработка условий десорбции меди с хелатных смол ………………………….. 186
4.2 Десорбция рения с низкоосновных анионитов с применением азотсодержащих и
щелочныхреагентов …………………………………………………………………………………………………………… 191
4.2.1 Интенсификация процесса аммиачной десорбции рения с низкоосновных анионитов …. 191
4.2.1.1 Сравнение анионитов макропористой и гелевой структуры на операциях аммиачной
десорбции рения ………………………………………………………………………………………………………………… 191
4.2.1.2 Разработка скоростного процесса аммиачной десорбции рения в аппаратах с плотным
слоем насыщенного анионита …………………………………………………………………………………………….. 200
4.3 Исследование условий десорбции серебра с насыщенных сорбентов …………………………….. 207
5 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ
ПЕРЕРАБОТКИ ЧЕРНОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ ИЗ ОБЕДНЕННОГО МЕДНО-
СУЛЬФИДНОГО СЫРЬЯ С ИЗВЛЕЧЕНИЕМ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ МЕТОДАМИ
СОРБЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ИОНИТАМИ ……………………………………………………………….. 212
5.1 Изучение особенностей состава медьсодержащего сырья Жезказганского региона,
Республика Казахстан. Требования к качеству готовой продукции ……………………………………… 212
5.2 Разработка процесса азотнокислого выщелачивания чернового медно-сульфидного
концентрата, полученного в цикле обогащения обедненного медьсодержащего сырья ………… 216
5.3 Характеристика и наиболее рациональные условия использования промышленных аппаратов
для осуществления процессов сорбции металлов и их десорбции ……………………………………….. 221
5.4 Разработка промышленной технологии избирательного анионообменного извлечения
микроконцентраций рения из макрокатионной среды – растворов выщелачивания медного
ренийсодержащего концентрата …………………………………………………………………………………………. 229
5.5 Разработка промышленной технологии извлечения серебра, основанной на сорбции
хлоридного комплекса и его десорбции; аппаратурное оформление процессов ……………………. 248
5.6 Разработка технологии извлечения меди из растворов выщелачивания ионитами по
«пачуковому» и динамическому вариантам сорбции …………………………………………………………… 252
5.6.1 Определение оптимальных параметров извлечения целевого компонента из растворов или
пульп в статическом варианте сорбции ………………………………………………………………………………. 252
5.6.2 Количественная оценка динамики сорбции меди(II) с использованием
комплексообразующих ионитов …………………………………………………………………………………………. 264
5.7 Описание разработанной гидрометаллургической технологии переработки черновых
концентратов, полученных из обедненного медно-сульфидного сырья, основанной на
ионообменных методах извлечения, разделения, очистки и концентрирования меди и ценных
компонентов………………………………………………………………………………………………………………………. 273
6 ПИЛОТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ, РЕКОМЕНДОВАННОЙ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ
ЧЕРНОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ ТОВАРНЫХ ПРОДУКТОВ: КАТОДНОЙ
МЕДИ, ВЫСОКОЧИСТОГО ПЕРРЕНАТА АММОНИЯ, СЕРЕБРОСОДЕРЖАЩЕГО
КОНЦЕНТРАТА, ЖЕЛЕЗНОГО И ЦИНКОВОГО КУПОРОСА …………………………………………. 282
6.1 Балансовое распределение целевых компонентов по продуктам гидрометаллургической
переработки……………………………………………………………………………………………………………………….. 282
6.2 Технико-экономическая эффективность разработанной технологии переработки чернового
концентрата из бедных медно-сульфидных руд Жезказганского месторождения…………………. 285
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………………………. 289
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………………………………………………………… 295
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ПООПЕРАЦИОННЫЕ НОРМЫ И ПАРАМЕТРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ОПЕРАЦИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ РЕАГЕНТЫ …………………………………………………………………….. 333
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ………………………………………… 339
ПРИЛОЖЕНИЕ В. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ЦЕЛЕВЫХ
КОМПОНЕНТОВ ………………………………………………………………………………………………………………. 345
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. АКТ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ …… 358
ПРИЛОЖЕНИЕ Д. АКТ ВНЕДРЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ……………………………………………………… 361
ПРИЛОЖЕНИЕ Е. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ОБ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ……………. 362
Актуальность темы исследования. Наиболее распространенным способом
производства меди из сульфидных руд является обогащение с получением медно-
сульфидных концентратов, которые подвергаются плавке с последующим рафинированием
черновой меди и получением медных катодов. Этот способ основан на использовании
богатых по меди концентратов. При переработке некондиционного сырья эта технология
характеризуется низким извлечением ценных компонентов, низким уровнем экологической
безопасности.
Наряду с пирометаллургическим способом разработано большое количество
гидрометаллургических методов, отличающихся используемыми реагентами для перевода
меди в раствор. Предложено использовать растворы серной кислоты или карбоната аммония
для окисленных медных руд; растворы трехвалентного железа (особенно сульфат) в качестве
окислителя сульфидов меди в сернокислой среде; минеральные кислоты – соляную, азотную
и концентрированную серную; хлоридные растворы ионов железа (III) и ионов меди (II);
кислород в качестве окислителя сульфидов в автоклавах; для низкосортных руд используют
бактериальное выщелачивание.
Применяют чановое, кучное и подземное выщелачивание медьсодержащих руд.
После выщелачивания растворы, содержащие медь и примеси, концентрируют
ионообменными, в настоящее время в большей мере – экстракционными методами, с
последующей электроэкстракцией меди, либо применяют цементационные приемы
получения металлической меди, например, с применением железной стружки.
Гидрометаллургические процессы в общем объеме производства меди составляют 15-
20%. В будущем роль гидрометаллургии должна повыситься, – и это требования не только
экономической эффективности, но и экологии. Промышленное получение меди будет
основано на разумном сочетании пиро- и гидрометаллургических операций.
Жезказганское медное месторождение является одним из основных медных
месторождений Республики Казахстан, регионообразующим. Неизбежным следствием
интенсивной эксплуатации Жезказганского месторождения является то, что из его недр в
настоящее время извлечено более 1 млрд. т руды, что составляет 75% общего количества
балансовых запасов. Наблюдается количественное и качественное истощение сырьевой базы
действующих рудников, увеличение выработанных пространств в недрах, накопление на
поверхности отходов обогатительного производства.
Актуальность проблемы состоит в том, что разработанная гидрометаллургическая
технология переработки медно-сульфидного сырья, основанная на использовании
сорбционных процессов, способствует расширению минерально-сырьевой базы
Жезказганского месторождения за счет вовлечения медьсодержащего сырья, ранее не
вовлекавшегося в переработку (забалансовые по содержанию меди сульфидные руды, руды
в обрушенных зонах, целиках различного назначения, смешанные и окисленные руды, а
также накопленное техногенное сырье). Отработка этих запасов восполняет выбывающие
мощности рудников, способствует стабилизации геомеханической ситуации и оказывает
комплексное влияние на состояние окружающей среды в регионе. Разработка экологичной
гидрометаллургической технологии переработки всех видов медьсодержащего сырья
Жезказганского месторождения позволит восполнить сырьевую базу, решить важнейшую
социально-экономическую задачу с сохранением объемов производства и рабочих мест.
Степень разработанности проблемы исследования. Многочисленные
исследования в области сорбционных технологий извлечения металлов из растворов при
комплексной переработке минерального сырья нашли свое отражение в множестве трудов
российских, казахстанских и зарубежных ученых. Большой вклад в развитие сорбционных
методов внесли научные работники таких организаций, как Институт ГИНЦВЕТМЕТ, г.
Москва; Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический
университет), г. Санкт-Петербург; Российский химико-технологический университет им.
Д.И. Менделеева, г. Москва; Институт металлургии и обогащения, г. Алматы, Институт
проблем комплексного освоения недр РАН, г. Москва; Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург; Ведущий научно-
исследовательский институт химической технологии, г. Москва и других ведущих научных
организаций.
В то же время в мире сейчас наблюдается интенсивное развитие в области синтеза
сорбентов нового поколения, селективных к тем или иным ионам и соединениям, что
позволяет вести исследования и разрабатывать технологии производства тяжелых цветных
металлов с использованием сорбционных процессов, как основных.
Результаты данной диссертационной работы направлены на создание эффективной
технологии получения цветных, редких и драгоценных металлов сорбционными методами
из забалансового сырья в промышленных масштабах.
Цель работы. Исследование и разработка гидрометаллургической технологии
извлечения меди и сопутствующих ценных компонентов (рения, серебра и др.) при
комплексной переработке черновых медно-сульфидных концентратов, полученных из сырья
Жезказганского региона (бедных по содержанию меди сульфидных, смешанных и
окисленных руд, накопленного техногенного сырья и т.п.), основанной на использовании
сорбционных процессов с применением комплексообразующих ионообменных смол, их
научное обоснование и внедрение в производство.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные
задачи:
оптимизировать процесс азотнокислого выщелачивания бедных медно-
сульфидных концентратов путем управления показателями вскрытия на основе
математической модели, включающей материальные и тепловые балансы. Обосновать
эффективность окислительного выщелачивания бедных концентратов с применением
азотной кислоты. Исследовать поведение сопутствующих ценных компонентов – рения,
серебра, цинка и др. в процессе вскрытия медного сырья;
исследовать процессы сорбции путем выбора сорбента и изучения физико-
химических основ ионообменного извлечения меди (II) на комплексообразующих ионитах,
изучить зависимость показателей сорбции от концентраций ионов водорода и меди в
растворе. Исследовать механизм сорбции меди (II) на основе анализа изотерм сорбции.
Изучить кинетические зависимости сорбционного извлечения меди с определением
лимитирующих стадий сорбции. Изучить влияние ионной формы комплексообразующего
ионита на коэффициенты диффузии и профили кривых сорбции меди (II). Изучить поведение
примесей и построить ряды селективности по отношению к комплексообразующему иониту;
исследовать поведения рения в процессах сорбции макропористыми
низкоосновными анионитами из технологических растворов выщелачивания; изучить
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (826 отзывов)
4.8 (17 отзывов)
4.6 (71 отзыв)
4.2 (13 отзывов)
4.4 (93 отзыва)
5 (1241 отзыв)
4.1 (20 отзывов)
5 (8 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
