Способ цементации металлов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способу и устройству для цементации металлов, в частности к способу цементации металлов, включающему обработку водных растворов, содержащих извлекаемые металлы, металлическим порошком (цементатом) при температуре с последующим разделением раствора и цементата, содержащего извлекаемые металлы. Сущность: в качестве металлического порошка берут алюминиевый, цинковый или железный порошок с размером частиц (+ 0,05) - (0,15) мм, процесс ведут при противоточно-непрерывном движении раствора и цементата за 4 - 8 стадий в течение 0,5 - 3,0 ч при 10 - 50^o и соотношении времени контакта цементата и раствора (3 - 10):1, при этом устройство для цементации металлов включает корпус с патрубками для ввода реагентов, днище с патрубком для опорожнения, крышку, диффузор с мешалкой. Сущность: корпус имеет прямоугольную форму и разделен перегородками по всей высоте и ширине на секции, каждая секция состоит из камеры смешения и камеры отстаивания, одна секция предназначена для сбора и вывода продукта и снабжена патрубком в днище для вывода продукта и патрубком в торцовой стенке корпуса для ввода исходного водного раствора, каждая камера смешения снабжена диффузором с импеллерной мешалкой и патрубком в днище, каждая камера отстаивания снабжена 10 - 100 пластинами, установленными под углом 25 - 40^o и с расстоянием между ними 20 - 40 мм, днище камеры отстаивания параллельно пластинам, каждая перегородка между камерой смешения и следующей за ней камерой отстаивания снабжена внизу щелью по всей ширине корпуса высотой 0,01 - 0,10 от общей высоты перегородки, перегородка между секцией сбора продукта и следующей за ней камерой смешения и каждая перегородка между камерой отстаивания и следующей за ней камерой смешения снабжены заслонками для регулирования корпуса, последняя по ходу водного раствора камера смешения снабжена патрубком в крышке для ввода цементата, последняя по ходу водного раствора камера отстаивания снабжена патрубком в торцовой стенке корпуса для вывода водного раствора. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано для извлечения из растворов золота, серебра, меди и др. металлов.

Известен способ цементации металлов, например золота, посредством прохождения раствора через несколько отделений цинковой стружки, загруженной в цементатор. При этом цинковая стружка, обогащенная прилипшими частицами золота, периодически извлекается из цементатора, промывается раствором при энергичном встряхивании и возвращается в первые отделения цементатора, а в последние отделения загружается свежая стружка. Цементацию золота и серебра осуществляют также путем перемешивания раствора с цинковой или алюминиевой пылью в одном аппарате с периодическим разделением фаз. Крупность частиц пылей 97% фракции 350 меш. (Плаксин И.Н. Металлургия благородных металлов. Металлургиздат, 1943, с.264 282).

Недостатками известных способов являются периодичность действия, относительно низкая степень извлечения золота (93 95%), высокий удельный расход цементирующего материала (например, 4 20 кг цинка на 1 кг золота), низкое содержание извлекаемого металла в цементате (например, 3 5% золота при цементации цинковой пылью).

В способе, согласно настоящему изобретению, цементацию металлов проводят алюминиевым, цинковым или железным порошком (цементат) с размером частиц (+ 0,05) (- 0,15) мм при противоточно-непрерывном движении раствора и цементата за 4 8 стадий в течение 0,5 3,0 ч. Целесообразно процесс вести при температуре 10 50^oC и соотношении времени контакта цементата и раствора, равном (3 10):1.

Отличиями изобретения являются реагент алюминиевый, цинковый или железный порошок, размер его частиц (+ 0,05) (0,15) мм, противоточный непрерывный характер процесса, количество стадий 4 8, время процесса 0,5 3,0 ч, а также температура процесса 10 50^oC, и соотношение времени контакта цементата и раствора (3 10):1.

Осуществление предложенного способа позволит проводить процесс цементации непрерывно, повысить степень извлечения металлов из раствора до 98 99% и их концентрацию в цементате до 70 90% снизить удельный расход цементирующего материала до 0,2 0,5 кг на 1 кг извлекаемого металла.

Цементация электрохимический процесс, при котором один металл вытесняет другой. Вытесняющий металл (цементат) должен обладать более отрицательным электродным потенциалом, чем вытесняемый. Алюминий, цинк и железо имеют следующие электродные потенциалы, соответственно, В: 1,66, 0,763, 0,441. Медь, серебро, золото и др. (вытесняемые металлы) имеют следующие потенциалы, соответственно, В: + 0,34, + 0,799, + 1,70. Процесс цементации определяют разностью электродных потенциалов между вытесняющим и вытесняемым металлами. Чем эта разность больше, тем больше вероятность протекания процесса цементации.

В процессе цементации цементат растворяется в растворе, содержащем извлекаемый металл, а последний, в свою очередь, выделяется в твердом виде. При этом твердые частицы извлекаемого металла осаждаются на цементате. Скорость растворения цементата в числе прочих факторов зависит также от его поверхности. Чем больше поверхность цементата, тем частицы его мельче, тем быстрее происходит его растворение и выделение в твердую фазу твердых частиц извлекаемого металла. Заявленный размер частиц необходим и достаточен для осуществления процесса цементации за 0,5 3,0 ч с максимальным выходом извлекаемого металла. Частицы с размером менее 0,05 мм требуют повышенных затрат на их получение, что не компенсируется ни временем, ни степенью извлечения металлов. Кроме того, поверхность мелких частиц цементата в процессе цементации может быть закрыта частицами извлекаемого металла, что прекратит сам процесс. При размере частиц более 0,15 мм снижается степень извлечения металла из-за снижения поверхности растворения. Для получения приемлемых результатов потребуются большие длительность процесса и число противоточных стадий.

Количество стадий противоточного процесса цементации зависит от природы и содержания извлекаемого металла в исходном растворе и заданной степени извлечения, т. е. от остаточной концентрации извлекаемого металла в сбросном растворе. Количество стадий процесса находят графически по изотерме и рабочей линии цементации. При этом следует иметь в виду, что чем выше концентрация металла в растворе, тем выше его содержание в цементате. При количестве стадий менее четырех не обеспечивается полнота извлечения металлов. При количестве стадий более восьми повышения степени извлечения металлов не происходит.

Время процесса обусловлено скоростью протекания реакции электрохимического восстановления различных металлов в процессе противоточной цементации. При времени процесса менее 0,5 ч степень извлечения металлов низкая. При времени процесса более 4 ч повышения степени извлечения металлов не происходит, т.к. практически уже нет свободного цементата. Кроме того, в зависимости от характера раствора может произойти обратное растворение уже выделенных металлов, что нежелательно.

Процесс цементации возможен в широком диапазоне температур Скорость цементации возрастает с повышением температуры. При температуре ниже 10^oC процесс замедляется и степень извлечения металлов в заявленном интервале времени и стадий понижается. При температуре более 50^oC начинают проявляться побочные процессы с выпадением осадков, загрязняющих продукты цементации.

Твердой фазы в противоточном аппарате находится меньше, чем жидкой. Поэтому время контакта твердой фазы с жидкой больше, чем время контакта жидкой фазы с твердой. При соотношении времени контакта твердой фазы с жидкой менее 3:1 время контакта твердого с жидким понижается, цементат не успевает израсходоваться, что приводит к понижению степени извлечения металлов. При соотношении времени контакта твердой фазы с жидкой более 10:1 понижается время контакта жидкой фазы с твердой, что приводит к "проскоку", т.е. понижению степени извлечения металлов.

Известно устройство для цементации цинковой пылью контактный чан с мешалкой и радиально расположенными фильтровальными рамами, обтянутыми фильтровальными чехлами. Для съема осадка фильтровальные рамы извлекают из чана и заменяют фильтровальные чехлы на свежие. Извлеченные чехлы освобождают от осадка, промывают и используют при повторных циклах цементации. При применении в качестве цементата алюминиевого порошка дополнительно к контактному чану устанавливают 1 2 агитатора (Плаксин И.Н. Металлургия благородных металлов. М. 1943, с.270 292).

Недостатками известного устройства являются низкая удельная производительность, что обусловлено периодичностью процесса, а также значительная площадь занимаемого помещения.

Предложенное устройство состоит из прямоугольного корпуса, разделенного по всей ширине и высоте на секции, плоской крышки и днища, каждая секция состоит из камер смешения и отстаивания, одна секция представляет собой камеру сбора и вывода продукта и имеет патрубки в днище для вывода продукта и в торцовой стенке для ввода исходного водного раствора, камера смешения снабжена диффузором и импеллерной мешалкой, камера отстаивания снабжена 10 100 пластинами, расположенными под углом 25 40^o и с расстоянием между ними 20 40 мм, днище камеры отстаивания параллельно пластинам, каждая перегородка между камерой смешения и следующей за ней камерой отстаивания по ходу водного раствора имеет внизу щель по всей ширине корпуса высотой 0,01 0,10 от общей высоты перегородки, перегородка между секцией сбора продукта и следующей за ней камерой смешения и каждая перегородка между камерой отстаивания и следующей за ней камерой смешения по ходу водного раствора снабжена заслонкой для регулирования высоты перетока фаз, перемещающейся вертикально по всей ширине корпуса, последняя по ходу водного раствора камера смешения снабжена патрубком в крышке для ввода цементата, последняя по ходу водного раствора камера отстаивания снабжена патрубком в торцовой стенке корпуса для вывода водного раствора.

Отличиями предложенного устройства являются форма корпуса, разделенного на камеры перегородками, перемешивающее устройство в камерах смешения, наличие пластин в камерах отстаивания, их количество, расстояние между ними, угол наклона, положение днища камеры отстаивания, щели и заслонки в перегородках, патрубки для ввода и вывода реагентов и продуктов.

Указанные отличия позволяют осуществить в предложенном устройстве противоточный непрерывный процесс, что повысит его интенсивность, степень использования цементата и соответственно снизит его удельный расход.

Количество пластин в камере отстаивания зависит от геометрических размеров камеры (устройства в целом), скорости подачи и вязкости раствора. Пластины служат для увеличения площади отстаивания двухфазной системы. При количестве пластин менее 10 двухфазная система не успевает расслаиваться, в связи с чем фазы частично могут попасть в свои прежние камеры смешения. Количество пластин более 100 нецелесообразно, т.к. двухфазная система уже независимо от природы металла и состава раствора полностью расслаивается.

Угол наклона пластин зависит от скорости подачи и вязкости раствора и является углом стекания твердой фазы в камеру смешения. При угле менее 25^o твердая фаза застревает на пластинах, нарушая процесс. При угле более 40^o уменьшается площадь сечения камеры, а следовательно, отстаивания. Процесс нарушается из-за неполноты расслаивания.

Расстояние между пластинами зависит от количества цементата в системе. При расстоянии менее 20 мм возникает вероятность забивки межпластинчатого пространства и прекращения транспорта твердой фазы. При расстоянии более 40 мм количество пластин уменьшается, что приводит к уменьшению площади расслаивания.

Высота щели в перегородке должна обеспечить заданную скорость перемещения твердой фазы в камеру смешения при наполовину открытой заслонке. Кроме того, высота щели должна предотвратить ее забивку твердой фазой.

На фиг.1 изображено предложенное устройство (разрез по фасаду), которое состоит из корпуса 1, четырех камер смешения 2 и четырех камер отстаивания 3. В камерах отстаивания расположены неподвижные пластины 4. В перегородке между камерой отстаивания и следующей за ней камерой смешения (по ходу водного раствора) установлена заслонка 5. Устройство имеет секцию 6 для сбора и вывода продукта. Последняя по ходу водного раствора камера смешения имеет в крышке патрубок 7 для ввода цементата. Камера смешения снабжена диффузором 8 и импеллерной мешалкой 9. Перегородка между камерой смешения и следующей за ней камерой отстаивания (по ходу водного раствора) имеет щель 10. Устройство снабжено патрубками ввода водного раствора 11, вывода продукта 12, опорожнения секции 13 и вывода отработанного водного раствора 14.

Предложенный способ осуществляют в предложенном устройстве следующим образом.

Исходный водный раствор, содержащий извлекаемый металл, вводят в устройство через патрубок 11. Цементат металлический порошок вводят в последнюю камеру смешения через патрубок 7. В эту же камеру через заслонку 5 поступает уже обедненный извлекаемым металлом водный раствор. С помощью диффузора 8 и импеллерной мешалки 9 происходит смешение двух фаз: твердой и жидкой. Цементат из камеры смешения через заслонку поступает в предыдущую камеру отстаивания, где с помощью наклонных пластин 4 оседает и через щель 10 поступает в другую камеру смешения. Обедненный водный раствор из последней камеры смешения через щель попадает в последнюю камеру отстаивания, где с помощью пластин оседает захваченный цементат и возвращается обратно в камеру смешения, а водный раствор через патрубок 14 выводят из устройства. Цементат, пройдя все камеры смешения и отстаивания, обогащается извлекаемым металлом и через заслонку 5 из первой камеры смешения попадает в секцию 6 сбора цементата, из которой его выводят через патрубок 12. Количество камер смешения и отстаивания в устройстве целесообразно иметь по 4 8.

Пример 1.

Опыт 1. Из раствора, содержащего, г/л: 1,85 золота, 54,0 тиомочевины и 23,0 серной кислоты, осуществляют цементацию золота алюминиевым порошком с размером частиц (+ 0,05) (- 0,15) мм по двум вариантам: 1 известным способом путем перемешивания в одном реакторе с последующим разделением фаз; 2 заявленным способом в четыре стадии в заявленном устройстве. Оба варианта осуществляют при температуре 30^oC. Во втором варианте соотношение времени контакта твердой и жидкой фаз составляет 3:1. Заявленное устройство состоит из четырех секций смешения и отстаивания, в камерах отстаивания содержится 10 пластин с углом наклона 25^o и расстоянием между пластинами 40 мм. Высота щели составляет 0,01 от общей высоты перегородки.

Опыт 2. Условия опыта аналогичны условиям опыта 1. В качестве исходного раствора берут раствор, содержащий, г/л: 0,68 золота, 50,0 тиомочевины и 18,0 серной кислоты.

Результаты опытов приведены в таблице 1.

Несмотря на близость степеней извлечения золота по двум вариантам, в заявленном способе удельный расход цементата в десять раз ниже, а содержание золота в цементате в три раза выше.

Пример 2. Раствор, содержащий, г/л: 1,18 меди и 15,6 серной кислоты, обрабатывают при температуре 20^oC железным порошком крупностью + 0,074 - 0,15 мм по двум вариантам: 1 известным способом в реакторе с мешалкой (объем жидкой фазы 1 л, количество загруженного порошка 5 г), 2 заявленным способом в восемь стадий в восьмисекционном устройстве. Отстойные камеры устройства снабжены 100 наклонными пластинами с углом наклона 40^o и расстоянием между пластинами 20 мм. Высота щели между камерами смешения и отстоя составляет 0,1 от общей высоты перегородки. Соотношение времени контакта твердой и жидкой фаз составляет 10:1.

Результаты опытов представлены в таблице 2.

Из данных таблицы следует, что результаты цементации по заявленному способу в заявленном устройстве по всем показателям выше.

Пример 3. Из раствора, содержащего 115 мг/л серебра, 0,6 г/л цианида натрия и имеющего рН 10,6, осуществляют цементацию серебра цинковым порошком крупностью + 0,05 0,15 мм за восемь противоточных стадий в восьмисекционном цементаторе. Подача раствора в аппарат 300 мл/ч, подача порошка 30 мг/ч. Процесс ведут три часа при 50^oC. Соотно- шение времени контакта твердой и жидкой фаз составляет 5:1. Отстойные камеры цементатора содержат пятьдесят наклонных пластин с углом наклона 30^o и расстоянием между ними 30 мм. Высота щели между камерами смешения и отстоя составляет 0,05 от общей высоты перегородки. В результате противоточного процесса цементации остаточное содержание серебра в растворе составляет 0,5 мг/л, содержание серебра в цементате 91,5% Степень извлечения серебра из раствора составляет 99,6% удельный расход порошка 0,9 г/г серебра.

Формула изобретения

1. Способ цементации металлов, включающий обработку водных растворов, содержащих извлекаемые металлы, металлическим порошком цементатом при температуре с последующим разделением раствора и цементата, содержащего извлекаемые металлы, отличающийся тем, что в качестве металлического порошка берут алюминиевый, цинковый или железный порошок с размером частиц 0,05 0,15 мм, процесс ведут при противоточно-непрерывном движении раствора и цементата за 4 8 стадий в течение 0,5 3,0 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут при 10 - 50^oС.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут при соотношении времени контакта цементата и раствора, равном (3-10):1.

4. Устройство для цементации металлов, включающее корпус с патрубками для ввода реагентов, днище с патрубком для опорожнения, крышку, диффузор с мешалкой, отличающееся тем, что корпус имеет прямоугольную форму и разделен перегородками по всей высоте и ширине на секции, каждая секция состоит из камеры смешения и камеры отстаивания, одна секция предназначена для сбора и вывода продукта и снабжена патрубком в днище для вывода продукта и патрубком в торцевой стенке корпуса для ввода исходного водного раствора, каждая камера смешения снабжена диффузором с импеллерной мешалкой и патрубком в днище, каждая камера отстаивания снабжена 10 100 пластинами, установленными под углом 25 40^o и с расстоянием между ними 20 40 мм, днище камеры отстаивания параллельно пластинам, каждая перегородка между камерой смешения и следующей за ней камерой отстаивания снабжена внизу щелью по всей ширине корпуса высотой 0,01 0,10 от общей высоты перегородки, перегородка между секцией сбора продукта и следующей за ней камерой смешения и каждая перегородка между камерой отстаивания и следующей за ней камерой смешения снабжены заслонками для регулирования высоты перетока фаз, перемещающимися вертикально по всей ширине корпуса, последняя по ходу водного раствора камера смешения снабжена патрубком в крышке для ввода цементата, последняя по ходу водного раствора камера отстаивания снабжена патрубком в торцевой стенке корпуса для вывода водного раствора.

РИСУНКИ

Рисунок 1