Вакуумная пироселекция сложного по составу полиметаллического сырья

Вакуумная пироселекция - один из перспективных способов переработки или подготовки к металлургической переработке сложного, часто упорного и токсичного, полиметаллического сырья.

Вывод летучих составляющих в голове процесса позволяет упростить состав материалов и схемы дальнейшей их переработки, расширить сырьевую базу, повысить комплексность использования сырья и предохранить окружающую среду от загрязнения токсичными соединениями.

Технологические испытания по вакуумной пироселекции проведены со многими видами полиметаллического сульфидного сырья. Показана возможность перевода 95-99% летучих компонентов в возгоны в одну стадию [1-3]. Фракционной конденсацией паров удается получить свинцовые, олово-свинцово-висмутовые, сурьмяные и ртутно-мышьяковые конденсаты, содержащие менее 1% примесей.

Основным препятствием к внедрению столь эффективных процессов является отсутствие непрерывно действующей высокопроизводительной аппаратуры.

В Институте металлургии и обогащения Академии наук Казахстана сконструированы и испытаны непрерывно действующие аппараты вакуумкипящего слоя (ВКС) производительностью от 0,2 до 1 т/сут. В основу принципа действия аппаратов ВКС положен способ ожижения слоя сыпучего зернистого материала путем просасывания газа с помощью вакуумных насосов через пористое днище.

Установка вакуумкипящего слоя состоит из реактора кипящего слоя, обогреваемых до температуры 1023-1073 К паропровода и пылеуловительного циклона, конденсаторов циклонного типа для конденсации паров летучих компонентов, вакуумной и измерительной систем.

Материал из загрузочных бункеров с помощью питателя подают в печь, сжижают просасыванием нейтрального газа, нагревают и после отгонки летучих компонентов через сливную трубу ссыпают в разгрузочные бункера. Парогазовая смесь после очистки от пыли в горячем циклоне поступает в первый обогреваемый конденсатор циклонного типа, где осаждаются пары с более высокой температурой конденсации, во втором охлаждаемом конденсаторе циклонного типа осаждаются пары с низкой температурой конденсации, затем газы проходят мешочный фильтр и вакуумным насосом выбрасываются в атмосферу.

Во время опытов контролировали: давление, расход сжиженных газов, скорость поступления концентрата и продуктов вакуумирования в соответствующие бункера и температуру охлаждающей воды. По окончании опыта отключали вакуумный насос, систему заполняли азотом или аргоном и охлаждали. Продукты вакуумирования взвешивали и анализировали.

На установках ВКС успешно проведены лабораторные и укрупненные испытания процесса отгонки летучих компонентов из многих видов полиметаллических концентратов и промпродуктов: мышьяксодержащих оловянных и медных концентратов и промпродуктов, золотосурьмяных, тетраэдритовых, медно-свинцово-цинковых и других материалов.

При переработке арсенопиритного сырья мышьяк, независимо от содержания его в исходных материалах, довольно полно переходит в возгоны в виде хорошо конденсирующейся малотоксичной металлической и сульфидной формы, что делает разработанную технологию вакуумной пироселекции сложного полиметаллического сырья весьма перспективной по сравнению со многими известными пиро- и гидрометаллургическими способами, не обеспечивающими комплексное использование сырья и охрану окружающей среды от токсичных соединении мышьяка.

Таблица 1 – Результаты укрупненных опытов по переработке различных концентратов при давлении 1,3-1,6 кПа

Температура, К	Масса навески, кг	Время обработки, мин	Масса остатка, кг	Степень извлечения в возгоны, %
Температура, К	Масса навески, кг	Время обработки, мин	Масса остатка, кг	As	Sb	Sn	Pb	Zn
Золотосурьмяный концентрат
1123	30	45	20,3	98,1	95,8	-	-	-
1143	30	60	19,7	99,3	96,2	-	-	-
Медно-олово-мышьяковый концентрат
1073	65	120	46,9	98,6	-	83,0	85,9	-
1143	30	60	20,5	99,5	-	95,6	95,8	-
Медно-свинцово-цинковый концентрат
1123	40	60	29,8	-	-	-	93,4	74,6
1173	40	90	27,6	-	-	-	95,2	85,0

В таблице приведены результаты укрупненных испытаний по переработке золотосурьмяных концентратов содержащих, %: 50 Sb; 21 S; 0,9 As; 2,7 Fe, медно-олово-мышьяковых, %: 10,2 Си; 0,98 Sn; 10,6 As; 0,13 Bi; 24,7 S; 36,3 Fe, медно-свинцово-цинковых, %: 26,5 Си; 23,6 Pb; 4,8 Zn; 5,6 Fe; 15,3 S.

Высокая степень отгонки мышьяка достигается уже при 973 К. Для олова, свинца и цинка высокая степень отгонки достигается только при температуре выше 1023 К. При этом из медно-олово-мышьяковых концентратов переходит в возгоны и висмут на 93-95 %.

При проведении укрупненных опытов Sn, Pb, Zn и Bi конденсировались в обогреваемом до 773-823 К конденсаторе циклонного типа. Степень извлечения их в горячий конденсат составила 90-92 %.

Содержание мышьяка в этих возгонах составило менее 1 %, что позволяло перерабатывать их традиционными методами с целью извлечения всех металлов. Мышьяк конденсировался во 2-м конденсаторе циклонного типа в малотоксичной сульфидной форме. Причем, если температура в этом конденсаторе поддерживалась на уровне 523-553 К, то мышьяк конденсировался в жидком виде, а если конденсатор не обогревался, то пар конденсировался в твердом состоянии.

Содержание Sn, Pb и Bi в мышьяковистых возгонах было 0,3-0,5 % каждого. Такие возгоны легко переплавляются в монолитные стеклообразные блоки, удобные для транспортировки и захоронения. Медь на 95-98 % остается в остатке от вакуумирования и отправляется в медное производство.

При переработке золотосурьмяных концентратов в огарках оставалось 0,2-0,5 % Sb и следы мышьяка. Содержание сурьмы в основном конденсате было 70-73 %, мышьяка - 0,1-0,3 %. В низкотемпературной зоне конденсации осаждался мышьяк в сульфидной форме и избыточная сера в количестве 1,5-2 %. Пыль содержала 2-5 % Sb и 0,1 % As. Унос пыли составил 7-8 %. Золото на 97,8-98,2 % переходило в огарок и оборотную пыль.

Переработка в печи ВКС медно-свинцово-цинковых концентратов, также показала эффективность вакуумной технологии.

Так, при температуре процесса 1173 К, давлении 1,3 кПа и продолжительности 90 мин, свинец переходил в возгоны на 95,2-96 % , цинк - на 85 %. Пары довольно полно разделяются фракционной конденсацией. Содержание свинца в цинковых и цинка в свинцовых возгонах не превышало 1 %. Медь концентрировалась в остатках от вакуумирования и частично в оборотных пылях, выход которых составил 5-8 %.

Удовлетворительные результаты были получены при вакуумировании в аппаратах вакуумкипящего слоя тетраэдритовых концентратов, которые относятся к очень сложному для переработки сырью, так как наряду с медью и сурьмой в них содержатся ртуть, висмут, свинец.

Применение известных технологий для таких материалов не обеспечивает высокого извлечения всех ценных компонентов.

Вакуумтермическая обработка тетраэдритовых концентратов, содержащих, %: 23,6 Сu; 14,8 Sb; 0,9 Hg; 0,8 As; 0,03 Ag; 0,3 Bi; 0,1 Pb; 25,4 Fe; 28,2 S; 3,8 SiO₂, при температуре 1123-1143 K, в среднем вакууме позволила на 92-97 % Sb, Bi и Pb и на 98-99 % Hg и As выделить в возгоны, а Сu и Ag на 99 % сконцентрировать в огарке и пыли.

При фракционной конденсации паров получились довольно чистые ртутно-мышьяковые, сурьмяные, свинцово-висмутовые возгоны, направляемые на специальную переработку, а огарок представлял собой богатый довольно чистый медный концентрат.

Таким образом, разработка непрерывно действующих вакуумных аппаратов кипящего слоя открывает большие возможности для практического осуществления пироселекции многих сложных полиметаллических концентратов и промпродуктов металлургического производства и позволяет существенно повысить извлечение металлов, комплексность использования сырья без загрязнения окружающей среды токсичными соединениями ртути, мышьяка и свинца.

Литература:

1. Даулетбаков Т.С., Нестеров П.В., Биттеев А.Б. Переработка полиметаллических концентратов в печи вакуумкипящего слоя// Цветные металлы. М., 1992. № 2. С. 19-20.

2. Даулетбаков Т.С., Алиханова А.С. Вывод мышьяка из полиметаллического сырья в нетоксичном виде// Труды Международного симпозиума, посвященного 100-летию К.И.Сатпаева. Алматы, 1999. ч. 2. С. 277-279.

3. Даулетбаков Т.С. О спекаемости полиметаллического сырья// Вестник КазНТУ. Алматы, 2003. № 4. С. 185-187.