Лабораторные исследования процесса обжига медного сульфидного концентрата и выщелачивания обожженного продукта

Переработке бедных забалансовых сульфидных руд посвящено множество исследований, сущность которых сводится к выщелачиванию исходной руды различными методами, поскольку получение концентрата из них считается нерентабельным. Наряду с этим известны подходы, предусматривающие стадии получения концентратов и их переработку пирометаллургическими, гидрометаллургическими или комбинированными методами.

Процесс плавки требует получение богатых концентратов по целевому металлу, что связано с его большими потерями на стадии обогащения. Гидрометаллургические методы требуют сильных окислителей [1-3], которые являются дорогими и дефицитными, что также существенно повышает себестоимость продукции. В связи с этим авторами данной работы уделено внимание развитию компромиссного направления и представлены результаты лабораторных исследований по комбинированной схеме «сульфатизирующий обжиг-выщелачивание».

В качестве исследуемого материала использовали черновой медный флотоконцентрат, химический состав которого приведен в таблице 1.

Таблица 1

Содержание основных компонентов в концентрате, %

Шихту ока­тывали водой в грануляторе, имеющем чашу диаметром 0,4 м. Фракции гранул необходи­мого размера отсеивали на ситах. Насыпная масса гранул 1 г/см³. Гранулы сушили и определяли статическую прочность (таблица 2, где d – диаметр гранул).

Таблица 2

Статическая прочность подсушенных гранул концентрата

Как следует из данных таблицы, высушенные гранулы имеют достаточную прочность для обжига в печи тем более в слое небольшой высоты с навеской 15, 5 г. Учитывая диаметр гранул, высоту слоя и насыпную массу гранул, найдем прочность гранул:

,

где: P – прочность, г/окатыш; γ – насыпная масса, г/см³.

Тогда допустимая высота слоя для средних значений составит:

.

Обжиг вели в вертикально установленной трубчатой электропечи. Вначале печь нагревалась до определенной температуры, которая поддерживалась с помощью реле, соединенного с термопарой, вторич­ным прибором и регуля­тором напряжения в цепи нагревательных элементов печи. Затем навеску гра­нул в корзине, изготовленной из нихромовой проволоки, помещали вовнутрь печи, предварительно нагретой до заданной темпера­туры. Снизу в печь вдували воз­дух, расход которого контролировали с помощью ротаметра. По окончанию опыта гранулы извлекали из печи, охлаждали и выполняли необходимые замеры (таблица 3).

Таблица 3

Статическая прочность обожженных гранул при температуре 600 ⁰С

Обожженные гранулы имеют статическую прочность, примерно в четыре раза больше, чем исходные высушенные.

Последовательно изучено влияние различных факторов - температуры об­жига (t, от 400 до 750 &#;С), продолжительности (&#;, от 0 до 120 мин), расхода воз­духа, вдуваемого в зону реагирования (V, от 10 до 100 см³/с), диаметра гранул (d, от 2 до 12 мм). Были построены точечные графики частных зависимостей степени выхода газообразных продуктов, отнесенные к количеству серы в концентрате, извлечения меди в раствор из огарка, содержания меди в кеке, данные по которым приведены на рисунках 1 - 3.

Как видно из рисунка 1 в интервале температур 550 – 700 ⁰С степень газообразования остается практически постоянной. Выше 700 ⁰С начинается диссоциация сульфатов, что приводит к повышению перехода серы в газ, поэтому этот интервал является недопустимым.

Точки – экспериментальные данные; линии – аппроксимирующая функция;

S_газ,%– переход серы в газ, а – влияние температуры, t,°С; б – расхода вдуваемого

воздуха, V, см³/с; в – продолжительности обжига,t, мин; г– крупности гранул, d, мм

Рис. 1– Зависимость перехода серы в газ от заданных факторов

Точки – экспериментальные данные; линии – аппроксимирующая функция;

ε_Cu, % – извлечение меди в раствор, а – влияние температуры обжига, t,°С; б – расхода вдуваемого воздуха, V, см³/с; в – продолжительности, t, мин; г– крупности гранул, d, мм.

Рис. 2 – Зависимость извлечения меди в раствор из огарка от заданных факторов

Результаты изучения влияния размера гранул на степень перехода серы в газовую фазу дают информацию о тенденции снижения выхода газовой серы по мере увеличения диаметра окатышей, что объяснимо в связи с затруднениями удаления серы из более крупных гранул. Это положительный эффект с точки зрения сульфатизирующего обжига, однако чрезмерное увеличение диаметра гранул приводит к затруднению процесса обжига за счет затруднений в подводе кислорода к центру гранул.

Выщелачивание огарка с содержанием 8% Cu, 3,65 % Fe, проводили при условиях Ж:Т=4:1, температуре 60 ⁰С и продолжительности опыта 120 минут. Изучение проводили при перемешивании магнитной мешалкой в термостатированной ячейке раствором серной кислоты с концентрацией 120 г/л. Графики частных зависимостей по извлечению меди в раствор и содержанию меди в кеке приведены на рисунках 2, 3 соответственно.

Точки – экспериментальные данные; линии – аппроксимирующая функция;

β_Cu,%– содержание меди в кеке, а – влияние температуры обжига, t,°С;

б – расхода вдуваемого воздуха, V, см³/с; в – продолжительности, t, мин;

г– крупности гранул, d, мм

Рис. 3– Зависимость влияния факторов на остаточное содержание меди в кеке после выщелачивания огарка

Таким образом, исследовано влияние различных факторов на процесс обжига и на извлечение меди. Установлено, что достаточно высокую степень извлечения меди можно достичь при условиях: t –550 - 700 ⁰С, τ – 20 - 60 мин., d – 8 -12 мм., V – 20-100 см³/с. Выход кека при этих условиях составляет 75%. В указанных пределах значения диаметра гранул и скорости подачи воздуха не значимы, т.е. не оказывают влияния на степень обжига концентрата и извлечения меди в раствор.

Литература:

1. Шурыгин Ю.А., Халезов Б.Д. Исследование выщелачивания забалансовых окисленных и смешанных руд Кальмакырского месторождения//Цветные металлы, 1974.-№5. – С.68-71.

2. Иванов В.И., Степанов Б.А., Применение микробиологических методов в обогащении и гидрометаллургии.- М.- 1960. – С.23-28.

3. Жумашев К.Ж., Токбулатов Т.Е., Каримова Л.М., Кайралапов Е.Т. Кинетические особенности выщелачивания меди из забалансовых руд Жезказганского месторождения// Комплексное использование минерального сырья. – 2010. -№5(272). – С.35-42.