Способ извлечения металлов из медно-свинцового концентрата

 

Изобретение относится к металлургии тяжелых цветных металлов, а именно к кислотному выщелачиванию соединений металлов из сульфидных концентратов, и может найти применение на заводе при переработке утилизируемых свинцовых кислотных аккумуляторов. Цель изобретения - извлечение из концентрата меди и других металлов в раствор и увеличение содержания свинца в остатке от выщелачивания. Известные способы переработки медно-свинцовых концентратов не обеспечивают получение высоких т-э показателей, что связано с вещественным составом концентратов. Способ выщелачивания концентратов в растворе серной кислоты с применением в качестве окислителя кислорода нецелесообразен при наличии утилизируемого сильного окислителя диоксида свинца. Предлагаемое техническое решение позволяет выделить в раствор медь и другие металлы и за счет этого получить обогащенный по свинцу кек с необходимым минимальным содержанием меди (< 1%). В качестве агентов выщелачивания предложены паста и электролит утилизируемых аккумуляторов. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к металлургии тяжелых цветных металлов, а именно к кислотному выщелачиванию соединений металлов из сульфидных концентратов, и может найти применение на производстве при переработке аккумуляторов.

Известны пирометаллургические способы переработки медно-свинцовых концентратов с целью получения металлической меди и свинца (Н.П. Диев и И.П. Гофман. Металлургия свинца и цинка. Мелаллургиздат, 1961, с.407; Лакерник М.М. Электротермия в металлургии меди, свинца, цинка. М. Металлургия, 1971, с. 296; Н. В. Гудима, Я.П. Шейн. Краткий справочник по металлургии цветных металлов. М. Металлургия, 1975, с. 536)& Однако эти способы не обеспечивает получение высоких т-э показателей процессов, что связано с вещественным составом концентратов.

Недостатками способов являются высокие потери металлов со шлаками и переход их в штейн и пыль, что приводит к необходимости развития и усложнения технологии для их доизвлечения.

Медь оксида в восстановительной свинцовой плавке переходит в металлическую фазу или образует штейн при наличии в шихте серы. Выгоднее переводить медь в металлический свинец, но для этого надо обеспечить низкое содержание меди в шихте (не > 1%) и выжечь до 1 1,5% серу (Гудима Н.В. Я.П. Шейн, 1975, с. 247; Ф.М. Лоскутов, А.А. Цейдлер. Расчеты по металлургии тяжелых цветных металлов. М. Металлургиздат, 1963, с. 49).

Свинец в восстановительной медной плавке теряется со шлаком и частью уходит в сложную по составу пыль (Г.М. Гордон и И.Л. Пейсахов. Пылеулавливание и очистка газов. М. Металлургиздат, 1958, с. 218 219 и с. 233 236).

Значительная часть меди добывается флотацией из сульфидных медно-свинцово-цинковых руд (С.В. Дуденков и др. Основы теории и практика применения флотационных реагентов. М. Недра, 1969, с. 297 315). Близость флотационных свойств сульфидов меди и свинца и заметная склонность их к переизмельчению затрудняют получение раздельных высококачественных медных и свинцовых концентратов. Селективная флотация не обеспечивает современных требований металлургии к составу получаемых медных и свинцовых концентратов, и поэтому предлагается химическое дообогащение как экологически наиболее приемлемый процесс (А.С. Черняк. Химическое обогащение руд. М. Недра, 1987, с. 224; В. С. Ловчиков. Переработка продуктов обогащения полиметаллических руд. Цветные металлы, N11, 1995, с. 35 37] Например, при селективной флотации Джезказганской руды в свинцовый концентрат извлекается только 45% свинца, а в коллективный медно-свинцовый концентрат извлекается более 85% Неудовлетворительные результаты получаются при механическом обогащении многих других руд (Материалы Всесоюзного совещания по электротермии в свинцово-цинковой промышленности. М. ЦИИНЦветмет, 1960. Сборник статей, с.250). Все предложенные для медно-свинцовых концентратов пиропроцессы не получили промышленного применения (Лакерник М.М. 1971] поэтому поиски рациональной технологии переработки медно-свинцовых концентратов продолжаются.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ выщелачивания сульфидных медно-свинцовых концентратов, включающий их выщелачивание в серной кислоте в присутствии окислителя (кислорода) (В.В. Беликов, В.А. Кучаев, Л.И. Гросман. Гидрометаллургическая переработка медно-свинцовых промпродуктов. Цветные металлы, N6, 1975, с. 82 84; А.П. Снурников. Комплексное использование минеральных ресурсов в цветной металлургии. М. Металлургия, 1983, с. 229).

Недостатками этого способа является использование автоклава, удорожающего в 1,5 2 раза оборудование, и применение технического кислорода, при производстве которого расходуется много электроэнергии.

В большинстве стран предпочитают выщелачивать при атмосферном давлении, т. к. автоклавы всегда требуют специальных мер предосторожности при эксплуатации установок (Черняк А. С. 1987, с. 93; Ю.П. Купряков. Производство тяжелых цветных металлов из лома и отходов. Харьков, изд. "Основа". Госуниверситет, 1992, с.399). Применение кислорода нецелесообразно при наличии утилизируемого продукта окислителя, идущего в шихту свинцовой восстановительной плавки.

Целью изобретения является извлечение из концентрата меди и других металлов в раствор и увеличение содержания свинца в остатке от выщелачивания. Это одновременно позволяет упростить и удешевить производство металлического свинца и обеспечить повышение уровня экологической защиты окружающей среды за счет сокращения пирометаллургических процессов в общей технологической цепи.

Поставленная цель достигается применением способа выщелачивания медно-свинцового концентрата при атмосферном давлении в растворе серной кислоты в присутствии окислителя-диоксида свинца, взятого с 3 5%-ным избытком от теоретически необходимого для окисления сульфидов меди, цинка, железа и других металлов. Установлено, что этот избыток является необходимым условием обеспечения устойчивого окислительного потенциала в реакциях (1, 2): 2CuFeS₂ + 18H₂SO₄ + 17PbO₂ 2CuSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + 17PbSO₄ + 18H₂O (1) CuS + 4H₂SO₄ + 4PbO₂ CuSO₄ + 4PbSO₄ + 4H₂O (2) Увеличение избытка окислителя выше 5% ведет к излишнему удельному его расходу. Уменьшение избытка ниже 3% ведет к возможности протекания реакций при неустойчивой величине окислительного потенциала. В качестве окислителя используется диоксид-сульфатная фракция лома свинцовых кислотных аккумуляторов, поступающих на утилизацию.

Современная тенденция раздельной переработки лома аккумуляторов и рудного сырья предусматривает отделение пасты и металлических частей (Способы переработки лома свинцовых аккумуляторов. М. ЦИИНЦветмет, 1970, с.54, Гудкевич В.М. и др.).

Для обеспечения электрического контакта частиц диоксида свинца и сульфидов выщелачивание ведут в густой пульпе (45 60% твердого). Нагрев пульпы не превышает 60^oC для предотвращения парообразования.

Выщелачивание ведут в растворе серной кислоты, преимущественно используя для этого утилизируемый электролит свинцовых кислотных аккумуляторов.

Известна хорошая растворимость сульфидов большинства металлов (кроме свинца и щелочно-земельных металлов) (Справочник химика, т. II. М. Химия, 1965). Электролит насыщен сульфитом свинца, что создает проблемы с его захоронением и требует применения щелочного агента на нейтрализацию кислоты. Применением электролита в выщелачивании устраняются эти затруднения и повышается степень защиты окружающей среды.

Из уравнений реакций (1 и 2) явствует, что для полного протекания процесса окисления в растворе должна быть определенная остаточная концентрация кислоты. Было установлено, что окисление сульфидов при кислотности ниже 7 10 г/л сильно затягивается. Верхний предел кислотности исходного раствора определялся обычной концентрацией электролита (30 35% H₂SO₄) в поступающих на переработку аккумуляторах.

Диоксид свинца в кислой сульфатной среде: PbO₂ + 4H⁺¹ + SO₄^-2 + 2e^- PbSO₄ + 2H₂O, имеет высокий окислительный потенциал (E_o 1,685 В), позволяющий интенсивное окисление сульфидов меди, цинка, железа, кадмия и др. Сульфид свинца окисляется незначительно и вместе с сульфатом свинца (реакции 1 и 2) остается в кеке выщелачивания, что обеспечивает рост содержания свинца в нем.

Известно (Н.В. Гудима, Я.П. Шейн, 1975, с. 254), что сульфат свинца является исходным сырьем на металлический свинец и при его переработке утилизируется сера, а т-э паказатели тем выше, чем богаче свинцовый концентрат.

Фильтрат по своему составу (реакции 1 и 2) позволяет переработку его на металлическую медь, купорос или другие товарные продукты по известным технологиям.

Способ осуществляется известными приемами в стандартном оборудовании.

Пример. Навеску (50 г) концентрата (содержание, Cu 4,5; Pb 55,4; Zn 3,0; Fe 4,9) выщелачивали в течение 8 часов при перемешивании, в присутствии 150 г диоксид-сульфатной фракции лома аккумуляторов, в 180 мл 30%-ного раствора серной кислоты (электролит). Пульпа (около 60% твердого) нагревалась до 60^oC.

В полученном фильтрате содержалось, г/л: Cu 12,9; Zn 5; Fe 3,5, что отвечает извлечению, Cu 80,3; Zn 46,5. Содержание в кеке, Cu 0,22; Pb 66,15; Zn 0,4.

Отстаивание и фильтрация не вызывали затруднений, т. к. плотности твердых компонентов пульпы большие. Гидрохимическое дообогащение медно-свинцового концентрата позволяет получить обогащенный по свинцу кек, одновременно обеднив его по меди и другим металлам, что дает возможность применить прогрессивные технологии плавок, которые идут при более низких энергетических и трудовых затратах и с высокой степенью охраны окружающей среды.

Химические методы обогащения часто сопряжены с высоким удельным расходом реагентов, что существенно влияет на экономические показатели. Использование компонентов лома аккумуляторов для этих целей с последующей утилизацией всех продуктов выщелачивания резко снижает затраты по дообогащению медно-свинцового концентрата. Безвозвратных потерь нет.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет за счет рационального использования окислительных свойств диоксида свинца и обычно отвальной кислоты электролита и при стандартном аппаратурном оформлении процесса избирательно перевести главную массу меди, цинка, железа и других металлов из концентрата в раствор и получить обогащенный по свинцу кек. Существенным преимуществом является переход агентов выщелачивания (PbO₂ и H₂SO₄) в легко утилизируемое сырье (PbSO₄).

Положительный эффект, который может быть получен организацией-заявителем в результате использования изобретения, заключается в переводе компонентов лома аккумуляторов в разряд реагентов с использованием их как товарного продукта.

Формула изобретения

1. Способ извлечения металлов из медно-свинцового концентрата, включающий выщелачивание его раствором, содержащим серную кислоту в присутствии окислителя с последующим разделением на твердую и жидкую фазы, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют диоксид свинца, взятый с 3 5%-ным избытком от теоретически необходимого для окисления сульфидов меди, железа, цинка и других металлов, причем выщелачивание осуществляют при атмосферном давлении.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют диоксидсульфатную фракцию, а в качестве раствора, содержащего серную кислоту, электролит утилизируемых свинцовых кислотных аккумуляторов.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выщелачивание ведут при 40 - 60^oС, содержании твердого в пульпе 45 60% и остаточной концентрации серной кислоты в растворе не ниже 7 10 г/л.