Фундаментальная и прикладная гидрометаллургия / Р.Д. Аллабергенов; отв. ред. Х.С.Сабиров; Госпредприятие «Научно исследовательский институт минеральных ресурсов». - Т.: ГП «Научно-исследовательский институт минеральных ресурсов», 2012. - 276 с.: [21] илл., [13] табл., библиогр. - 172 назв.

Уровень научно-технической цивилизации человечества в области добычи и переработки минерального сырья конца второготысячелетия имел, по некоторым оценкам (Гордон, 1986), коэффициент полезного действия всего около 2-4%, т. е. из каждых 100т добытого минерального сырья получали лишь 2-4 т полезных продуктов и 96-98 т отходов. В начале третьего тысячелетия положение практически не изменилось. Ежегодно в окружающую среду выбрасываются миллиарды тонн отходов производства: это сотни миллионов тонн оксидов углерода, серы, азота, десятки исотни тысяч тонн металлургической пыли, клинкера, различных шламов, золы и др. И это при том, что к концу 2000 г. достигнуты серьезные успехи в развитии фундаментальных основ науки итехники, особенно в важнейшей области цветной металлургии–гидрометаллургии, которая обеспечивает не только полную, но икомплексную переработку минерального сырья. Между тем, приложение их результатов в решение проблем комплексного иполного использования минерального сырья сдерживалось исдерживается по многим причинам. Не в последнюю очередь – это отставание техники от науки, а также имеющиеся покарезервы биосферы по восстановлению экологического равновесия в природе, наличие свободных земель для свалки и захоронения отходов и пока еще неистощенные месторождения полезных ископаемых.

Профессиональная часть цивилизованного мира давно пришлак пониманию того, что ситуация конца второго тысячелетия с ее низким КПД разумного отношения к природным ресурсам и биологической сфере своего существования должна быть существенно изменена. Предпосылками для такого мышления является, прежде всего, осознание того, что месторождения неизбежно истощаются, резервы биосферы не бесконечны, а земельным участкам, где складируются отвалы, наносится вред за счет проникающих впочву и гидросферу ионов тяжелых металлов, мышьяка и др.

Долгое время наука не знала истинного состава полезных ископаемых. Например, выплавляя медь из руды, с отходами теряли другие, даже более ценные элементы, чем медь: золото, молибден, рений и др. Понятно, что незнание истинной ценности сырья не вызывало необходимости утилизации отходов. Когда жепришло знание состава сырья и были разработаны нужные технологии извлечения из него попутных ценных составляющих, то оказалось, что работающие старые предприятия не приспособлены для утилизации отходов по новым технологиям итребуют реконструкции или перевооружения. Без этого повысить КПД цивилизации невозможно.

Как известно, процесс совершенствования бесконечен и не всеновые технологии на данном этапе развития цивилизации способны решать проблемы химической и металлургической промышленности в полном объеме. И главная здесь задача–поиск новых технологических решений в переработкеминерального и техногенного сырья черных, цветных, редких иблагородных металлов.

Узбекистан уверенно встал на путь поиска, разработки и совершенствования технологий переработки минерального и утилизации техногенного вторичного сырья. Алмалыкский горно-металлургичеcкий комбинат (АГМК) – жемчужина страны (Сигедин, 1998), убедившись на собственном опыте, что рыночныеотношения зовут к инициативе, разумному риску, внедрению новых разработок, выбрал для себя, в т. ч. одним из основных направлений деятельности, – вовлечение в переработку окисленного сырья и отходов медного производства (пыли конверторной плавки медеплавильного производства, хвостов медной обогатительной фабрики, шлаков и др.). Этих и других отходов накомбинате скопилось десятки миллионов тонн: в отвалахтолько цинкового производства (клинкер) оцениваются запасы цинка более 10 тыс. т, меди свыше 9 тыс. т и др. (благородные металлы, железо, свинец).

Тысячи тонн цветных и редких металлов (медь, рений, молибден и др.) находятся в солевых растворах и шламах хвостохранилища Узбекского комбината тугоплавких и жаропрочных металлов(УзКТЖМ). Вовлечение их в переработку оценивается как природоохранное и ресурсосберегающее мероприятие, расширяющее сырьевую базу цветной металлургии, причемвесьма перспективную, не требующую затрат на добычу ирудоподготовку сырья и позволяющую извлекать из них, кромевышеуказанных металлов, также удобрения в виде смесисульфоаммиачной селитры.

Отвальные хвосты, шлаки, пыль, клинкер, солевые растворы, шламы, зола, каолиновые глины и др. в настоящее время или вообще не перерабатывают или перерабатывают частично инеэффективно. Одна из причин такого положения заключается вотсутствии приемлемой технологии их утилизации, удовлетворяющей требования экономической, экологической и технологической целесообразности.

Имеющиеся к настоящему времени теоретические предпосылки для реализации эффективных технологических решений по утилизации техногенного сырья, при всей их кажущейся реальности, часто не могут быть приняты в качестве практических рекомендаций для внедрения в производство. Это подчёркивает сложность моделирования научных схем и практических результатов и необходимость развития прикладных основ науки и техники для решения проблем комплексной переработки минерального, в т. ч. техногенного сырья и отходов.

Перспективным решением указанных проблем представляются разработка и внедрение наукоемких гидрометаллургических технологий (Набойченко, 1974; Клушин и др., 1983; Сыромятников, 1976; Лексин и др., 1980; Береговский, 1976). Выбор этих технологий предопределяет такие достоинства гидрохимических способов переработки, как их природоохранная направленность ивозможность комплексного использования минерального сырья, в т. ч. вторичного. Гидрохимические способы в металлургии появились в качестве альтернативных пирометаллургическим методам, которые известны с доисторических времен (выплавка меди, золота). Поэтому в цветной металлургии пирометаллургические технологии пока более распространены. Но тенденция сокращения их доли в общем объеме производства цветных, редких и благородных металлов общеизвестна. Главный недостаток пиротехнологий в том, что по своей физико-химической сущности этиметоды неизбежно сопряжены с выделением значительных объемов отходящих газов и пыли. Пыль, содержащая цветные и редкие металлы, либо частично безвозвратно теряется, сбрасываясь в атмосферу или в отвалы, либо, являясь оборотной, приводит к накапливанию в ней летучих компонентов (свинец, мышьяк, сурьма и др.), что усложняет их автономную переработкус полу- чением в конечном счете качественной продукции.

Концентраты, пыль, штейны и другие продукты медной отрасли цветной металлургии, клинкер цинкового завода Алмалыкского ГМК, отработанные молибден, никель и ванадийсодержащиекатализаторы химической промышленности, зола от сжигания минерализованных углей Ангренского угольного разреза, кеки ишламы молибденового производства, ренийсодержащие солевые растворы, марганцевые руды, каолиновые глины и золотосодержащие руды–это не полный перечень сырья, по которому проведеныфундаментальные и прикладные исследования с участием авторас целью разработки рациональных технологий их переработки.

Появление целенаправленной научно-технической литературы, содержащей практические рекомендации для промышленной реализации гидрометаллургических методов переработки различного минерального сырья и отходов цветной металлургии, химической и угольной отраслей промышленности, в т. ч. техногенного сырья, своевременно и актуально.

Цель настоящей работы – оценка существующих способов переработки различного техногенного и минерального сырья иразработка теоретических основ и практических рекомендаций для реализации новых технологических решений. Для ее достижения поставлены и решены следующие задачи: обобщение научно-технических предпосылок для поиска новых техно-логических решений в химической промышленности и цветной металлургии; изучение оптимальных режимов процесса выщелачивания в гидрометаллургических схемах переработки различного сырья; исследование, разработка, совершенствование, пилотные испытания и промышленное внедрение технологий переработки сырья цветных (цинк, медь, никель, кобальт, кадмий, алюминий), редких (молибден, рений,вольфрам) и черных (ванадий, марганец, железо) металлов.

Основная задача данной работы – показать теоретически обоснованные практические возможности гидрометаллургических схем для утилизации pазличного сырья, в основном, для разработки и освоения приемов интенсификации и прогнозирования результатов главного звена технологической цепочки – операции выщелачивания.

В результате исследований автора с сотрудниками получены результаты, обладающие научной новизной.

Впервые исследованы новые процессы кислотных способов выщелачивания различного упорного сырья цветных, редких ичерных металлов в исскуственно создаваемых условиях: при пониженном (разрежение) и повышенном (автоклав) давлении.Показаны возможности прогнозирования результатов выщелачивания за счет разработанных оптимальных технологических режимов, выявлены механизмы гидрохимических процессов изакономерность – корреляция окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) выщелачивающей среды и технологических свойств основных минералов позволяющая прогнозировать максимальный эффект по химическому разложению того или иного сырья.

Как видно для разрыва самого прочного типа связи – ковалентной – требуется относительно высокий ОВП среды (выше 740 мВ), а для разрыва ионной связи (главнойсвязующей силы в минералах и осадках) ОВП среды может быть ниже 720 мВ. Это даетоснование для вывода о том, что разложение разных минералов в действительности определяется единым параметром – ОВП выщелачивающего раствора. Простота контроля этого параметра и возможность прогнозировать результа ты процесса – достоинство выявленной закономерности, которая доказывает, что ОВП является эффективнойхарактеристикой, минимизирующей поиск оптимального технологическогорежима выщелачивания. Для этого рекомендуется моделировать систему «кислота–вода–кислород–нитрит натрия», используемую в качестве выщелачивающей среды, которая должна обеспечить ОВП взаданном интервале, гарантирующем высокие параметры процесса кислотного окислительного каталитического выщелачивания(КОКВ). Показано, что ОВП пульпы необходимо поддерживать на определенном уровне в зависимости от минералогического и химического состава сырья. Контролировать ОВП следует по расходу реагентов, обеспечивая необходимый гидродинамический режим в нестандартном реакторе выщелачивания, где предусматривается глубокий газоподвод для кислорода и обеспечивается одновременный контакт твердой, жидкой и парогазовой фаз за счеторигинального механизма перемешивания. Соблюдение указанных требований обеспечивает протекание окислительно-восстановительных процессов в рабочей зонереактора, приводящих к исключению каких-либо выбросов вокружающую среду. Полученные данные имеют научный и практический интерес для утилизации и переработки различногоупорного минерального сырья.

Научной новизной обладают результаты выщелачивания сырья цветных, редких и черных металлов методом КОКВ с использованием кислорода (или воздуха) в совокупности с катализатором нитритом натрия. Метод впервые испытан для разложения халькопиритных и пиритных концентратов, пыли медеплавильного завода, цементной меди, сульфидных промпродуктов молибдена (MoS ) и рения (Re S ), никелевого штейна, никель 2 27 содержащих отработанных аккумуляторов и ванадий содержащих от работанных катализаторов на основе кремнезема.Отмечено такое важнейшее для металлургии свойство новой технологии, как исключение каких-либо вредных выбросов, которое достигается за счет гидрохимической направленности технологии,позволяющей благодаря использованию оригинальногооборудования проводить реакции с участием всех фаз пульпы: жидкой, газовой и твердой, и создавать разрежение в реакторе засчет нитритиона и кислорода. Роль последних заключается в том, что нитритионы генерируют активные радикалы, способные впроцессе окисления усваивать кислород, передавать егоокисляемым компонентам сырья и одновременно регенерироваться.

Впервые разработаны научнотехнические предпосылкиэффективной переработки клинкера цинкового производства, раскрывающие возможности перевода трудновскрываемыхшпинелевых форм основных компонентов клинкера в водорастворимые формы за счет применения низкотемпературного сульфатизирующего обжига и аммиачноговыщелачивания цветных металлов.

Показана эффективность механоактивации необогащенныхкаолиновых глин Ангренского буроугольного месторождения Узбекистана путем тонкого измельчения в планетарной шаровой мельнице до фракции не более 5 мкм с получением метастабильных кислоторастворимых форм основного минерала сырья.

Приводится теоретическое обоснование химизма процессовэффективной переработки молибденсодержащего техногенного сырья: отработанных катализаторов и шламов молибденового производства с трансформацией различных минеральных и солевых форм молибдена в водорастворимую форму в присутствии примесных компонентов и соды.

Впервые разработаны теоретические предпосылки и показана возможность эффективного извлечения рения из нитрат-содержащих сернокислых растворов (промышленных стоков молибденового производства) путем осаждения гептасульфидарения и растворения его окислительным серно-кислотным методом в присутствии кислорода и нитрита натрия. Показаны химизм и возможность максимального растворения рения изсульфидного концентрата путем простого регулирования ОВП раствора в условиях разрежения с исключением каких-либо вредных выбросов в окружающую среду.

На основании изучения минералогического состава и влияния основных технологических режимов разработаны теорети-ческие предпосылки для эффективной переработки отработанныхванадийсодержащих катализаторов. Впервые показана возможность максимального извлечения ванадия путем серно-кислоного окислительного каталитического выщелачивания сырья на основе кремнезема при ОВП 440-460 мВ (по хлор-серебряному электроду) вприсутствии кислорода и нитрита натрия.

Впервые использован азотно-кислотный метод для переработки некондиционной оксидно-карбонатной марганцевой руды месторождения Дауташ в Узбекистане. Приведен химизм процессов восстановительного обжига сырья и кислотного разложения огарка в два этапа с получением качественного концентрата оксидов марганца и кальциевой селитры.

В работе изложены новые технологические способы, внедрение которых должно внести значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса и развитие новых научныхнаправ лений, решающих проблему безопасной, полной и комплексной переработки различного сырья.