Введение к работе
Актуальность работы. Современная сырьевая база цветной металлургии Республики Казахстан характеризуется ухудшением горно-геологических условий разрабатываемых месторождений, вследствие чего сложилась устойчивая тенденция как в снижении содержания металлов в рудах, так и в возрастании доли труднообогатимых руд. Поэтому вполне очевидно, что проблема комплексной переработки труднообогатимого полиметаллического сырья с низким содержанием металлов становится одной из приоритетных в горно-металлургическом комплексе Республики Казахстан.
Потенциальным сырьем для цветной металлургии является и техногенное сырье. К крупнотоннажному виду твердых отходов относятся шлаки цветной металлургии, причем, если богатые шлаки перерабатываются фьюмингованием и вельцеванием, то бедные шлаки до настоящего времени вывозятся в отвалы. Так, по данным ПО "Казсвинец" на начало 90-х годов остаток шлаков после фьюминговаиия (ШВУ) на ЗАО "Южполиметалл" составил 3 млн. т. В шлаках ШВУ этого предприятия содержится по 50 тыс. т. свинца и цинка.
Ранее в ЮКГУ им. М.Ауезова разработан ряд технологий переработки труднообогатимых руд (Жайрем, Ушкатын, Узунжал, Шалкия), основанный на окислительно-хлорирующем обжиге руды во вращающемся барабане и технология продувки расплавленных бедных шлаков угле-хлоридо-воздушной смесью (УХВС). Технологии прошли опытно-промышленную проверку и характеризуются достаточно высокими технологическими показателями. Тем не менее, исходя из известных экономических трудностей, становится актуальной необходимостью создание гибких, многоцелевых технологий и агрегатов, способных совместно перерабатывать различное полиметаллическое сырье, находящееся в одном регионе.
На наш взгляд, одним из рациональных методов совместной переработки труднообогатимых руд и бедных шлаков является продувка их угле-хлоридо-воздушной смесью. Причем задача региональности сырья в этом случае решается посредством переработки шлаков ШВУ ЗАО "Южполиметалл" и труднообогатимой бедной руды месторождения "Шалкия".
Настоящая работа выполнялась по тематическому плану научно-исследовательских работ ЮКГУ им. М.Ауезова по теме "Переработка некондиционного сырья и отходов Казахстанско-Среднеазиатского региона" (шифр Б-ФТС-7-96).
Цель работы. Изучение физико-химических закономерностей совместной хлоридовозгонки цветных металлов из оксидно-сульфидных систем MeO-Me~S (Me, Me" = Си, Pb, Zn) и разработка на их основе технологии и агрегата извлечения Zn, Си, РЬ из оксидно-сульфидного рудного и техно-
генного сырья (руды Шалкия, шлак после ШВУ) продувкой угле-хлоридо воздушной смесью.
В соответствии с поставленной целью в задачи работы входило:
проведение термодинамического анализа хлорирования цветных ме таллов по обменной схеме из сульфидно-хлоридных систем;
термодинамическое моделирование в температурном интервале 600 1700К и давлении 0,101-0,01 МПа хлорирования и хлоридовозгонки Си, Р1 Zn из оксидно-сульфидных систем;
исследование кинетических и общих закономерностей хлоридовоз гонки Си, Pb, Zn из оксидно-сульфидных систем в присутствии кислород воздуха;
определение оптимальных технологических параметров хлоридовоз гонки Си, Pb, Zn из руды Шалкия и шлака ШВУ продувкой угле-хлориде воздушной смесью;
проведение укрупенно-лабораторных испытаний продувки шлака и ру ды угле-хлоридо-воздушной смесью в периодическом и непрерывном ре жимах;
разработка агрегата для переработки руды и шлака продувкой угле хлоридо-воздушной смесью с переводом цветных металлов в хлорвдны возгоны, а железа - в чугун с минимальным содержанием меди.
Методологическая основа исследований.
Теоретическое и экспериментальное изучение физико-химических закс номерностей хлоридовозгонки цветных металлов проведено при помощ термодинамического (термодинамический критерий обмена, система «Асі ра»), кинетического, дифференциально-термического, рентгенофазовоп химического анализов. Технологические исследования выполнены при пс мощи математического метода планирования эксперимента второго порядк с оптимизацией параметров на ЭВМ (метод Розенброка, параметрическа оптимизация).
Научная новизна:
- расчетом критерия термодинамического обмена установлен ряд воз
растания реакционной способности солевого хлорирования сульфидов дл
сульфидно-хлоридных систем: BaS, Ag2S, NiS, CdS, Cu2S, MnS, Bi2S:
PbS, SnS, ZnS, MgS, CaS, Na2S, K2S, Li2S;
. ,, - определено влияние температуры (от 600К до 1700К) и давления (с ,0,101 МПа до 0,01 МПа) на равновесную степень хлорирования и хлориде возгонки цветных металлов, состав газовой и конденсированных фаз систе MeO-Me'S-CaCl2-02 (Me, Me- Zn, Pb, Си); показано, что при низких темпі ратурах происходит окисление сульфидов цветных металлов с последук щим хлорированием (в присутствии S02, 02, СаС12) оксидов свинца и мі ди, а с увеличением температуры - хлорирование ZnO;
установлена обратно пропорциональная связь между "кажущейся" энергией активации (Ем») и степенью хлоридовозгонки цветного металла (ос*,,) из оксидно-сульфидных систем, по которой определена Ецаж периода зарождения реакции;
установлено, что хлоридовозгонка Си, Pb, Zn. из оксидно-сульфидных систем первоначально сопровождается окислением сульфидов с последующим выделением (в присутствии S02 и кислорода воздуха) из СаС12 хлора, который обеспечивает высокую аот цветного металла.
Практическая ценность:
- разработана технология хлоридовозгонки цветных металлов из шлака
ШВУ и руды Шалкия продувкой угле-хлоридо-воздушной смесью в непре
рывным режиме с сухим и мокрым улавливанием хлоридов, обеспечиваю
щая степень извлечения цветных и благородных металлов из сырья на 91,9-
99,4%.
- разработана и испытана конструкция нового печного агрегата (на ко
торый получен предпатент РК №6207) для переработки шлака и руды угле-
хлоридо-воздуишой смесью, позволяющего довести хлоридовозгонку цвет
ных и благородных металлов до 98-99,5% с получением чугуна, содержаще
го 0,01-0,04% Си и уменьшить энергетические затраты на 26-34%.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены на научно-технической конференции "Интенсификация процессов хлорирования и восстановительно-возгоночных технологий" (Шымкент, 1994 г.); Международной конференции по химии и технологии халькогенов и халькоге-нидов (Караганда, 1995 г.); Международной научно-технической конференции "Перспективные химические технологии и материалы" (Пермь, 1997 г.); Республиканской научно-технической конференции "Актуальные проблемы химии и технологии переработки полиметаллического сырья Узбекистана" (Ташкент, 1997 г.); научно-технической конференции "Казахстан -2030: региональные проблемы научно-технического прогресса" (Усть-Каменогорск, 1998 г.); Республиканской научно-практической конференции "Ва-лихановские чтения-4" (Кокшетау, 1998 г); Международной научно-технической и учебно-методической конференции "Наука и образование - эффективные рычаги реализации стратегии "Казахстан 2030" (Шымкент, 1998 г); научно-теоретической конференции "Перспективы развитая университетского образования и науки в Республике Казахстан" (Талды-Курган, 1998 г.); международной научно-практической конференции "Комплексное использование минеральных ресурсов Казахстана" (Караганда, 1998 г); Международной научно-практической конференции «Перспективные направления развития химии и химической технологии» (Шымкент, 1999 г).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 20 научных трудов, в том числе получен предварительный патент РК.
(
На защиту выносятся:
- результаты термодинамического анализа хлорирования металлов и:
сульфидно-хлоридных систем термодинамическим критерием обмена;
результаты термодинамического моделирования хлорирования и хло^ ридовозгонки Си, Pb, Zn из оксидно-сульфидных систем MeO-Me'S-CaCl2 02 в температурном интервале 600-1700К, при давлении ОЛ-0,01МПа;
кинетические исследования и общие закономерности хлоридовозгоню Си, Pb, Zn из оксидно-сульфидных систем MeO-Me'S-СаСЬ в присутствш кислорода воздуха;
технология и агрегат по извлечению Си, Pb, Zn из бедного шлак; ШВУ и труднообогатимой бедной руды месторождения "Шалкия" продув кой угле-хлоридо-воздушной смесью.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, ос новных выводов, списка использованных источников из 164 наименований содержит ІБ2 страниц машинописного текста, 26 таблиц, 55 рисунков и при ложения.