1.3Способи отримання мідних концентратів
1.3.1 Спосіб селективного флотаціісульфідних мідно-цинкових руд (Патент 2038860РФ)
Використання: збагачення корисних копалин, зокрема флотация сульфідних мідно-цинкових руд. Спосіб селективної флотації сульфідних мідно-цинкових руд включає отримання колективного сульфідного концентрату, доізмельченіе його і флотацію з отриманням мідно-цинкового концентрату в присутності сірчистого натрію і цинкового купоросу і подальшу мідну флотацію; доізмельченіе мідно-цинкового концентрату ведуть з добавкою частини піритових хвостів, попередньо оброблених сірчистим натрієм.
Спосіб селективної флотації сульфідних мідно-цинкових руд, включає отримання колективного сульфідного концентрату, доізмельченіе його і флотацію з отриманням мідно-цинкового концентрату і піритових хвостів, доізмельченіе мідно-цинкового концентрату в присутності сірчистого натрію і цинкового купоросу і подальшу мідну флотацію, відрізняється тим, що доізмельченіе мідно-цинкового концентрату ведуть з добавкою частини піритових хвостів, попередньо оброблених сірчистим натрієм (схема 1).
(Мідний концентрат) (цинковий концентрат)
Схема 1. Колективно-селективна флотація мідно-цинкових руд.
Вихід мідного концентрату складає 78-81%, цинкового концентрату 50-53%.
Сульфидную мідно-цинкову руду подрібнюють в слабоізвестковой середовищі (25-30 г вільного оксиду кальцію на 1 м3 рідкої фази пульпи), вводять в пульпу збирач і спінювач і флотіруют сульфідні мінерали: пірит, халькопірит, сфалерит і ін. Колективний концентрат доізмельчают і направляють на мідно-цинкову флотацию, в результаті якої при депресії піриту вапном (400-500 г вільного оксиду кальцію на 1 м3 рідкої фази пульпи) пінним продуктом отримують мідно-цинковий концентрат, піритні хвости. Частина піритових хвостів обробляють сірчистим натрієм і додають в цикл доізмельченія мідно-цинкового концентрату в присутності сірчистого натрію і цинкового купоросу. Доізмельченний продукт надходить на мідну флотацію. Додані піритні хвости разом зі сфалеритом залишаються в камерному продукті, з якого в циклі цинкової флотації отримують пінним продуктом цинковий концентрат.
Поліпшення селекції сульфідів міді і цинку, що досягається використанням піритових хвостів, попередньо оброблених сірчистим натрієм, призводить до підвищення вилучення міді в мідний концентрат і зниження втрат сфалериту з мідним концентратом. При подальшій цинкової флотації збільшується витяг цинку в цинковий концентрат.
Кількість піритових хвостів, попередньо оброблених сірчистим натрієм, які додають в доізмельченіе мідно-цинкового концентрату, і витрата сірчистого натрію для їх обробки залежить від мінерального складу руд, флотаційних властивостей мінералів цих руд і т.д. і тому ці параметри визначаються конкретно для кожного типу руди. У дослідах витрата сірчистого натрію для обробки піритових хвостів становив від 200 до 300 г / т, співвідношення піритні хвости: мідно-цинковий концентрат до 1: 1.
Як приклад, пропонованим способом проводили селективну флотацію сульфідних мідно-цинкових руд на Левіхінском родовищі. Реагентний режим відповідав фабричному. Співвідношення піритні хвости, оброблені сірчистим натрієм: мідно-цинковий концентрат 1: 1, витрата сірчистого натрію на обробку піритових хвостов250 г / т.
1.3.2Способ окисного випалу
Перед плавкою концентрату в відбивних або електричних печах випалення проводиться без розплавлення шихти. Плавка в шахтних печах дрібних руд або флотаційних концентратів вимагає їх окускования. У цих випадках частковий окислювальний випал супроводжується одночасним спіканнямшихти з отриманням обпаленої крупнокускового продукту - агломерату.
Поряд з частковим окисленням сірки і заліза в процесі окисного випалу вирішуються завдання отримання сірчистих газів, придатних для виробництва сірчаної кислоти, перемішування компонентів шихти і її термічної підготовки.
Мідна шихта, що надійшла в випалювальні печі, складається з концентратів, подрібнених флюсів та зворотному пилу. Склад шихти повинен задовольняти вимогам, що пред'являються до подальшого процесу плавки на штейн заданого складу.
Окислювальний випал мідних концентратів проводять при 750-900 ° C. При цих температурах окислювання сульфідів проходить переважно з утворенням оксидів. У загальному вигляді процес горіння сульфідів описується рівнянням
2MeS + 3O2 = 2MeO + 2SO2 + Q, (1.1)
де Q - тепловий ефект екзотермічної реакції.
При температурах нижче 600-650 ° C стабільним є сульфати:
MeS + 2O2 = MeSO4 (1.2)
Освіта сульфатів перед плавкою на штейн небажано, так як це веде до зниження десульфуризації.
Верхній температурний переділ (900 ° C) обмежений тим, що при більш високих температурах може початися плавлення окремих сульфідів і їх найбільш легкоплавких евтетику, що може привести до спікання дрібних частинок шихти. При випалюванні спікання неприпустимо. [5]
Процес випалу складається з наступних основних елементарних стадій: нагрівання і сушіння шихти, термічної дисоціації вищих сульфідів, займання і горіння сульфідів.
Нагрівання шихтових матеріалів супроводжується видаленням вологи і відбувається як за рахунок теплопередачі від гарячих газів, так і за рахунок теплоти реакцій окислення. Після нагріву шихти до температури
350- 400 ° С починаються майже одночасно процеси дисоціації сульфідних мінералів і їх займання.
При термічному розкладанні піриту половина атомів сірки видаляється в гази, тобто ступінь десульфуризації від розкладання цього сульфіду становить 50%. Десульфуризація при дисоціації халькопирита і ковеллін відповідно дорівнює 25 і 50%.
Всі реакції термічної дисоціації ендотермічну і вимагають витрат теплоти на їх здійснення.
Окислення сульфідів починається з їх займання. Під температурою займання на увазі температуру, при якій кількість теплоти, що виділяється стає достатнім для початку інтенсивного горіння всієї маси пекучого сульфидного матеріалу.
Температура займання окремих сульфідів різна і залежить від їх індивідуальних фізико-хімічних властивостей і тоніни помелу. Найбільш легкозаймисті сульфіди пірит, халькопірит і халькозин при крупності зерен
0,1 мм починають горіти при температурах відповідно 325, 360 і 430 ° С.
Багато сульфіди, зокрема пірит і халькопірит, можуть почати окислюватися при температурах нижче початку, їх розкладання. Цьому сприяє сильно окислювальна атмосфера в випалювальних печах і достатня для їх займання температура.
При окислювальному випалюванні мідних концентратів переважно окислюються сульфіди заліза. Причиною цього є більшу спорідненість заліза до кисню і менше до сірки, ніж у міді. Основними реакціями окислювального випалу мідних концентратів є:
2FeS + 3,5O2 = Fe2O3 + 2SO2 + 921000 кДж; (1.3)
2FeS2 + 5,5O2 = Fe2O3 + 4SO2 + 1655000 кДж; (1.4)
2CuFeS2 + 6O2 = Fe2O3 + Cu2O + 4SO2 (1.5)
При випалюванні можливо також окислення сульфідів міді по реакції
Cu2S + l O2 = Cu20 + SO2 + 38435 кДж (1.6)
Однак внаслідок великого спорідненості міді до сірки вона знову сульфидирующих по обмінної реакції
Cu2O + FeS = Cu2S + FeO + 168060 кДж (1.7)
Cu2O фактично в огарки не буде.
Всі реакції окислення сульфідів і елементної сірки екзотермічни. Виділяється в умовах випалу мідних концентратів теплоти, як правило, більш ніж достатньо для мимовільного протікання випалювання, який є типовим автогенний процесом.
Продуктами окисного випалу мідних концентратів є недогарок, гази і пил.
Мінералогічний склад недогарка буде різко відрізнятися від складу вихідного концентрату. Добутий недогарок характеризується наявністю в ньому поряд з сульфідами оксидів і практично повною відсутністю вищих сульфідів.
Основними хімічними сполуками недогарка, отриманого, наприклад, при випалюванні мідно-цинкового концентрату, будуть наступні: Cu2S, FeS, ZnS, Fe2O3, Fe3O4, FeO, ZnO, CaO, SiO2, A12O3. При проведенні випалу можливе утворення невеликих кількостей сульфатів міді, заліза і цинку.
Основним способом випалу мідних концентратів в даний час є випал в киплячому шарі (КС). Широко поширений в недалекому минулому випал в механічних многоподових печах фактично втратив своє промислове значення і зберігся лише на кількох заводах.
Сутність випалу в КС полягає в тому, що через шар концентрату (шихти) продувається висхідний потік повітря або збагаченого киснем дуття з такою швидкістю, при якій всі зерна вихідного матеріалу приходять в безперервне зворотно-поступальний рух, схоже на киплячу рідину, що і послужило підставою для назви цього процесу. [6]
Механізм утворення КС зводиться до наступного. Якщо через шар сипучого матеріалу продувати знизу газ, шар спочатку буде розпушуватися, а при певній швидкості подачі дуття набуває основні властивості рідини - рухливість, плинність, здатність приймати форму і обсяг вміщає судини і т.д. Такий стан сипучого матеріалу називається псевдорідину або псевдозрідженим. Воно настане при певній критичній швидкості газового потоку wmin, при якій підйомна сила газового потоку буде рівною загальній масі твердого матеріалу.
При подальшому збільшенні витрати дуття до другої критичної швидкості wmax обсяг (висота) шару збереже приблизно постійне значення. Режим дуття від wmin до wmax відповідає області псевдоожиження. У цих умовах частинки пекучого матеріалу піднімаються цівками газового потоку на деяку висоту, а потім падають, кручена в межах КС.
При підвищенні швидкості дуття вище wmax обсяг сипучого матеріалу починає різко збільшуватися. Шихта приймає зважене стан, що супроводжується інтенсивним пиловиносу випалюються частинок. При звичайних режимах випалу в КС пиловиносу становить 20- 30% від маси вихідної шихти.
Для випалу в КС мідних концентратів застосовують печі, що відрізняються пристроєм окремих вузлів, геометричними розмірами і формою поперечного перерізу. У поперечному перерізі печі КС можуть бути круглими, прямокутними або еліптичними.
Незалежно від конструкції будь-яка обпалювальна піч КС (рис. 1.1) має ряд обов'язкових вузлів і деталей: вертикальну шахту зі склепінням, під зсоплами, воздухораспредітельние камери, завантажувальний вікно з форкамерою, розвантажувальний пристрій і газохід. Місця завантаження та розвантаження зазвичай розташовуються на протилежних сторонах печі.
Робоча камера печі виконана у вигляді металевого кожуха, футерованого зсередини шамотною цеглою і покритого зовні шаром теплоізоляційного матеріалу. Звід печі виготовлений з вогнетривкої цегли. Під печі являє собою пристрій, що забезпечує рівномірний розподіл подається в шар пекучого матеріалу повітря і запобігає провал дрібного сипучого матеріалу в повітряні камери. Зазвичай він виконується з жаротривкого бетону з отворами для установки повітророзподільних сопел ковпачкового типу. Сопла розташовуються рівномірно по всій площі пода в шаховому порядку з відстанню між рядами 200 300 мм. Число сопел на 1 м² пода коливається від 30 до 50 шт.
Рис.1.1. Схема пристрою і роботи печі для випалення в КС: 1 - бункер для шихти; 2 - пиловловлювальний циклон; 3 - охолоджуваний газоходстояк; 4 - піч; 5 -кіпящій шар; 6 - подина; 7 - повітряний колектор; 8 - повітродувка; 3-форкамера; 10 - живильник шихти.
Огарок розвантажують зазвичай через зливний поріг, висота розміщення якої визначає рівень КС. Випуск недогарка можливий також з нижньої частини КС. В цьому випадку висоту КС регулюють швидкістю розвантаження матеріалу за допомогою спеціального шибера (стопори).
При окислювальному випалюванні сульфідних концентратів в КС, як правило, виділяється велика кількість надлишкової теплоти, в результаті чого може неприпустимо підвищитися температура в шарі пекучого матеріалу. Для відводу надлишкової теплоти безпосередньо в КС вводять холодильники трубчастого типу або холодильники-змійовики.
Піч перед її пуском на безперервну роботу після монтажу або ремонту розігрівають за допомогою топкових пальників, що встановлюються в спеціальних вікнах.
Випал в КС є найпродуктивнішим випалювальних процесом. Це обумовлено високорозвиненою питомою поверхнею контакту твердої і газоподібної фаз. Окислення сульфідів в цих умовах йде дуже інтенсивно навіть при невеликому надлишку повітря - всього 10 20% сверхтеоретіческі необхідного. При досить високій герметизації печей це дозволяє отримувати гази, що містять до 12- 14% S02.Проізводітельность печей КС по концентрату в 4 5 разів (і більше) вище, ніж при випалюванні в механічних многоподових печах.Конструкція випалювальних печей КС дуже проста, а їх робота легко піддається механізації і автоматизації.