книги из ГПНТБ / Набойченко, С. С. Гидрометаллургия меди
.pdf
С. С. НАБОЙЧЕНКО, | В. И. СМИРНОВ |
ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЯ МЕДИ
К О Н Т Р ^ )лБНЫИ Э К З Е М Г Р а о
§ |
Моснва „М ет аллургия" 1974 |
УДК 669.334
УДК 669.334 |
|
меди. |
Н а б о й ч е н к о |
С. |
С., |
Гидрометаллургия |
|||||
| С м и р н о в |
В. И. |
| М., |
«Металлургия», |
1974, |
с. 272. |
Приведены |
теоретические |
основы способов |
выщелачивания меди |
||
и ее выделения из медьсодержащих растворов. |
забалансового |
||||
Большое внимание |
уделено извлечению меди из |
||||
сырья, богатых окисленных и смешанных руд, разнообразных кон центратов вторичного сырья, а также из типичных полупродуктов от переработки других концентратов. Обобщены и проанализированы литературные данные за 1950—1972 гг. Приведены схемы и описана практика работы ведущих гидрометаллургических предприятий мира. Описаны новые приемы в гидрометаллургии меди и перспективы ее развития.
Книга рассчитана на инженерно-технических работников, спе циализирующихся в области гидрометаллургии. Отдельные ее главы
будут полезны |
студентам металлургических вузов и техникумов. |
Ил. 79. табл. 41. |
Список лит.: 522 назв. |
© Издательство «Металлургия», 1974
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие .................................................................................................................... |
|
|
5 |
|
Введение ............................................................................................................................ |
|
|
7 |
|
Глава |
I. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ, ИСПОЛЬ |
17 |
||
|
ЗУЕМЫХ В ГИДРОМЕТАЛЛУРГИИ М Е Д И ............................. |
|||
|
Перевод меди в раствор ...................................................................... |
|
17 |
|
|
Термодинамика ........................................................................................... |
|
17 |
|
|
Кинетика растворения меди, ее сплавов и соединений . . . . |
21 |
||
|
Особенности окисления сульфидов меди при повышенной тем |
35 |
||
|
пературе |
и давлении кислорода |
.......................................................... |
|
|
Окислительные процессы в присутствии микроорганизмов . . . |
43 |
||
|
Электрохимическое растворение |
...................................................... |
46 |
|
|
Особенности выщелачивания кускового материала..................... |
48 |
||
|
Термическая подготовка сырья к выщелачиванию......................... |
52 |
||
|
Обжиг |
. . . . ; .................................................................. |
|
52 |
|
Сульфатизация ....................................................................................... |
|
58 |
|
|
Выделение меди из растворов |
.......................................................... |
61 |
|
|
Ц ементация.................................................................. |
|
61 |
|
|
Сорбция |
................................................................................................... |
|
68 |
|
Экстракция ............................................................................................... |
|
72 |
|
|
Электролиз .................................................................................................... |
|
' 7 6 |
|
|
Автоклавное осаждение ...................................................................... |
|
78 |
|
|
Осаждение в виде химических соединений ................................. |
90 |
||
Глава |
II. ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕДИ ИЗ НИЗКОСОРТНОГО И ЗАБАЛАН |
|
||
|
СОВОГО СЫРЬЯ ................................................................................... |
|
96 |
|
|
Выщелачивание ....................................................................................... |
|
96 |
|
|
Выщелачивание руды в отвалах и кучах.......................................... |
97 |
||
|
Подземное выщелачивание .................................................................. |
|
103 |
|
|
Извлечение меди из растворов |
.......................................................... |
107 |
|
|
Ц ементация............................................................................................... |
|
108 |
|
|
Извлечение меди с использованием экстракционно-сорбционной |
128 |
||
|
технологии.................................................................................................... |
|
||
|
Описание практики работы предприятий ............................. |
143 |
||
|
Практика переработки отвалов |
.......................................................... |
143 |
|
|
Практика кучного выщелачивания .................................................. |
155 |
||
|
Практика |
подземного выщелачивания.............................................. |
158 |
|
|
Новые направления переработки |
рудного сы рья......................... |
162 |
|
|
Применение ядерных взрывов |
при подземном выщелачива |
162 |
|
|
нии ................................................................................................................ |
|
|
|
|
Применение комбинированных реагентов для выщелачивания |
166 |
||
|
Применение электрофизических приемов обработки сырья . . . |
|||
|
Комплексное использование растворов ......................................... |
167 |
||
|
Новые технологические процессы ...................................................... |
168 |
||
Глава |
III. ПЕРЕРАБОТКА СМЕШАННЫХ Р У Д .......................................... |
176 |
||
Глава |
IV. ПЕРЕРАБОТКА ОКИСЛЕННЫХ БОГАТЫХ РУД И КОН |
184 |
||
|
ЦЕНТРАТОВ ........................................................................................... |
|
||
|
Перколяционное выщелачивание |
.............................................. |
184 |
|
|
Агитационное выщелачивание .......................................................... |
|
192 |
|
1* |
3 |
Выделение меди из растворов .......................................................... |
193 |
Описание практики заводов .............................................................. |
196 |
Аммиачное выщелачивание р у д .......................................................... |
205 |
Глава V. ПЕРЕРАБОТКА ЦЕМЕНТНОЙ МЕДИ И МЕДЬСОДЕРЖА-. |
|
ЩЕГО ВТОРИЧНОГО СЫ РЬЯ .......................................................... |
207 |
Глава VI. ПЕРЕРАБОТКА БОГАТЫХ СУЛЬФИДНЫХ МАТЕРИА |
|
ЛОВ ............................................................................................................ |
218 |
Автоклавные способы переработки...................................................... |
218 |
Переработка медных концентратов и штейнов............................. |
222 |
Переработка медно-цинковых руд и концентратов......................... |
234 |
Переработка медно-никелевых концентратов и штейнов . . . . |
241 |
Переработка медно-кобальтовых руд и концентратов................. |
245 |
Переработка медно-свинцовых концентратов и штейнов . . . . |
249 |
Глава VII. ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕДИ ИЗ НЕКОТОРЫХ ПОЛУПРОДУК |
|
ТОВ ПРОИЗВОДСТВА И ОТХОДОВ ОБРАБОТКИ ЦВЕТ |
|
НЫХ МЕТАЛЛОВ................................................................................... |
250 |
Список литературы...................................................................................... |
257 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
В общем объеме производства меди на долю пирометаллургического способа приходится около 90% мирового выпуска этого металла. Однако в последние десятилетия много внимания уделено изучению и развитию гидрометаллургических способов. Подвергаются корен ной реконструкции и модернизации старые установки, создаются новые заводы и предприятия, производящие медь и сопутствующие металлы только гидрометаллургическими способами. Это связано с рядом технологических, социально-экономических проблем раз вития цветной металлургии, возникших в 60—70-х гг. текущего столетия.
Среди этих проблем надо отметить следующие: существенное из менение сырьевой базы, необходимость комплексного использования сырья, удорожание передела и увеличение количества оборотных материалов в связи со строительством громоздких пылеулавливающих и очистных сооружений, которые стали необходимы в результате роста объема выбросов пыли и сернистого газа при увеличении мощ ности медеплавильных заводов и др.
Значительно сократилось количество добываемых руд с высоким содержанием меди; рентабельный минимум его при переработке руд составляет 0,6—0,8% Си; а при переработке отвалов — даже 0,25— 0,3% Си. Существенно возросла добыча руд открытым способом, что определило накопление отвалов, содержащих значительное количество меди (в США объем карьерной добычи руды достиг почти 90% общей поставки руды, при этом на 1 т руды приходится 2—-3 т вскрышной породы).
По мере увеличения глубины подземных разработок проявляется тенденция ухудшения вещественного состава руд; в результате при емами флотационного обогащения становится все труднее получать качественные одноименные концентраты, определяющие эффектив ную их переработку пирометаллургическими способами. В связи
снеэкономичностью глубоких разработок ряда месторождений возра стает количество закрытых рудников с неизменными потерями руды.
Всырьевом балансе развитых стран существенно возросла роль вторичного сырья, из которого производят до 35—40% всей.меди.
Последние успехи в интенсификации выщелачивания сульфидных руд позволили вовлечь в переработку сырье в отвалах, отработанных рудниках или нерентабельных месторождениях.
Основным сырьем в гидрометаллургии служат окисленные руды
снебольшим содержанием меди и нерентабельным для извлечения содержанием благородных металлов. Переработка больших объемов сырья и растворов определяет значительные капиталовложения. Поэтому гидрометаллургические предприятия получили широкое
5
распространение в районах с жарким климатом, где имеется возмож ность установки оборудования под открытым небом или в зданиях легкого типа.
Вследствие меньшего числа операций до получения конечной продукции, повышенного сквозного извлечения ценных металлов, облегчения условий труда в' результате автоматизации имеет боль шие перспективы и гндрометаллургическая переработка флотацион ных медных концентратов.
В ряде случаев гидрометаллургические приемы эффективно до полняют флотационные методы обогащения, особенно при перера
ботке руд, содержащих окисленные |
и |
сульфидные минералы. |
В последние годы дополнительно |
к |
ранее изданным [1—3] по |
явился ряд интересных работ, в которых освещены теория и практика
гидрометаллургических способов |
переработки сырья, в том числе |
и медьсодержащих материалов |
[4—6]. Несколько позднее вышла |
в свет содержательная книга под общей редакцией проф. С. И. Митро фанова, посвященная проблеме извлечения меди из.окисленных руд комбинированными способами [7]. В период подготовки данной ра боты был издан превосходно составленный обзор зарубежного опыта по основным направлениям в гидрометаллургии меди, подготовленный Б. В. Синявер и проф. А. А. Цейдлером [8].
Тем не менее, научно-производственной литературы по гидро металлургии меди явно недостаточно. Авторами данной книги сделана попытка в некоторой степени восполнить имеющийся пробел. В ос нову систематизации излагаемого материала положена-классифика ция гидрометаллургических способов с учетом типа медьсодержащего сырья, поскольку характеристика его и содержание меди во многом определяют выбор конкретной технологии,
Авторы выражают большую благодарность проф. докт. техн. наук И. Ф. Худякову, докт. техн. наук В. И. Дееву за консультации и помощь при подготовке рукописи.
Авторы признательны проф. докт. техн. наук Н. Н. Севрюкову за замечания и полезные советы.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время основными сырьевыми источниками для произ водства меди гидрометаллургическим способом являются руды, кон центраты и штейны, огарки, металлическое вторичное сырье.
В зависимости от формы нахождения меди руды разделяют на сульфидные, окисленные и смешанные. По характеру пустой породы руды делят на основные, содержащие окислы кальция, магния и других металлов, и кислые, включающие глинозем, кремнезем. При содержании меди менее 0,4—0',5% руды считаются забалансовыми.
При флотационном обогащении сульфидных руд получают кон центраты. В зависимости от типа исходного сырья известны медные, медно-цинковые, медно-никелевые, медно-кобальтовые, медно-свин цово-цинковые концентраты и др. Содержание в них меди колеблется довольно в широких пределах и в среднем составляет 10—25%.
При плавке богатых сульфидных руд или концентратов получают штейны, содержащие 14—40% Си.
Огарки являются продуктом окислительного, сульфатизирующего, хлорирующего, сулыфато-хлорирующего обжига сульфидных концентратов или богатой руды.
Минералогическая характеристика основных соединений меди, присутствующих в медьсодержащем сырье, приведена в табл. 1. Встречаются и другие сложные соединения меди, которые, как пра вило, сопутствуют основным минералам, характерным для конкрет ного типа месторождения. В числе второстепенных медных минералов отметим халькопирротин (CuFeS2-nFeS), карролит (Co2CuS4), ван-
денбрандеит |
(Cu0-U03-2H20), |
делафосит |
(CuFeO,), |
креднерит |
||
(Си2Мп05), |
партцит |
(Cu^Sba.j, |
триппкеит |
(CuAs20 4), актониит |
||
(СиОНС1)2 ■ЗН20 , |
боталлакит |
|
[Си2С1 (ОН)3], |
кальюметит |
||
(Си0НС1)2-2Н20 , паратакамиит |
|
[Си2С1 (ОН)3], анрихальцит |
||||
[(ZnCu)6 (С03)2-(0Н)в], гергардит |
[Cu2(N03)(0H)3 ], |
крёнкит |
||||
Na2Cu (S04)2-2H20 , |
рансомит Си (FeAl)2 (S04)4-7H20 , |
цианохроит |
||||
K2Cu (S04)2-6H20 , лейтонит K2Ca2CuS04*2H20 . Присутствие этих минералов в перерабатываемом сырье приводит к накоплению в рас творах посторонних ионов (Na + , К + , Al3 + , S3 + , As3 + , Mn2 + , N0^ и др.).
Необходимо отметить, что сульфатные или хлоридные соединения меди не только полностью растворяются при выщелачивании, но и служат дополнительным источником соответствующей кислоты, что уменьшает общий расход растворителя. В рудах и концентратах медь представлена соединениями высшей и низшей валентности; после пирометаллургической обработки сырья основными соеди нениями меди являются низшие сульфиды и окислы (типа дигенита, куприта), сложные окислы вторичного происхождения (ферриты, силикаты и др.), двойные сульфиды.
7
со |
Таблица 1 |
Некоторые свойства основных минералов меди
Наименование |
Формула |
Содержание |
Тип |
Твердость |
Плотность |
Цвет |
меди, % |
кристаллической |
(по шкале |
г/см3 |
|||
|
|
|
решетки |
Мооса) |
|
|
Халькопирит |
CuFeS2 |
34,56 |
Тетрагональная |
3—4 |
4,1—4,3 |
Латунно-желтый |
|
Халькозин |
Cu2S |
79,86 |
Ромбическая |
2,5—3 |
5,5—5,8 |
Свинцово-серный до черного |
|
Ковеллин |
CuS |
66,48 |
Слоистая |
1,5—2,0 |
4,6—4,7 |
Индигово-синий |
|
Диген ит |
Cu2_.vS |
78,11 |
Псевдокубическая |
2,5—3,0 |
5,5—5,7 ' |
Свинцово-серный до черного |
|
Тенантит |
|
(*=0,2) |
|
|
|
|
|
3Cu2S ■As2S3 . |
51,57 |
Кубическая |
3 - 4 |
4,62 |
Серо-стальной до черного |
||
Тетраэдрит |
3Cu2S -Sb2S3 |
45,77 |
» |
3—4 |
4,4—4,5 |
Серо-стальной до черного |
|
Борит |
Cu5FeS4 |
63,33 |
Ромбическая |
3,0 |
4,9—5,3 |
Темно-красный с побежалостью |
|
Куприт |
Cu20 |
88,82 |
Кубическая |
3,5—4,0 |
5,8—6,2 |
Красный с бурым оттенком |
|
Тенорит |
CuO |
79,89 |
Моноклинная |
3,5—4,0 |
5,8—6,4 |
Серо-стальной до черного |
|
Халькокиаиит |
CuS04 |
39,9 |
Ромбическая |
3,5 |
3,65 |
Голубовато-зеленый |
|
Хальконтит |
CuS04 -5H20 |
25,5 |
Триклинная |
2,5 |
2,28 |
Темно-синий до голубого |
|
Бутит |
CuS04 • 7H20 |
22,16 |
Моноклинная |
2—2,5 |
2,1 |
Синий |
|
Антлерит |
CuS04 -2Cu (OH)2 |
53,82 |
Ромбическая |
3,5 |
3,88—3,93 |
Изумрудно-зеленый |
|
Броншантит |
CuS04 -3Cu (OH)2 |
56,31 |
Моноклинная |
3,5—4,0 |
3,97—4,10 |
» |
» |
Малахит |
CuCOa-Cu (OFl)2 |
57,4 |
» |
3,5—4,0 |
3,90—4,10 |
Ярко-зеленый до темно-лазуре |
|
Азурит |
CuC03 -2Cu (OH)2 |
55,3 |
» |
|
|
вого |
|
3,5—4,0 |
3,77—3,89 |
Густо-синий |
|
||||
Диоптаз |
CuSi03 -H20 |
40,39 |
Ромбическая |
5 |
3,28—3,35 |
Изумрудно-зеленый |
|
Хризоколла |
CuSi03 -2H20 |
36,22 |
» |
2—4 |
2,0—2,3 |
Голубой до сине-зеленого |
|
Нантокит |
CuCl |
64,18 |
Тетраэдрическая |
2—2,5 |
3,9—4,2 |
Серо-зеленый |
|
Атакамит |
Cu2Cl (OH)3 |
59,51 |
Ромбическая |
3—3,5 |
3,76—3,78 |
Зеленый с оттенками |
|
Эриохальцит |
CuCl2 -2H20 |
37,27 |
|
2,5 |
2,4 |
Голубой до сине-зеленого |
|
Во вторичном сырье медь в основном присутствует в свободном металлическом состоянии или в виде эвтектик твердых растворов с другими металлами (цинком, оловом, никелем и др.).
Сульфидные соединения меди являются неплохими проводниками электрического тока.
При выборе растворителя, определяющего последующую техно логическую схему переработки сырья, необходимо знать химическое действие его на различные соединения меди. Эти данные для основных
соединений |
меди, нерастворимых |
в воде, в общем виде приведены |
|||||||
в табл. 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
Действие различных растворителей на основные соединения меди |
|
||||||||
Медь н ее |
HCl |
UNO, |
I-I2SO., |
|
HCN |
H,so3 |
NH, |
Fe3(S04)3 FeC!3 |
|
соединення |
|
||||||||
Си |
4- (в при |
|
-|- (в при |
+ |
+ (в при + |
(в при |
+ |
"Г |
|
|
сутствии |
|
сутствии |
■ |
|
сутствии сутствии |
|
|
|
|
0,) |
|
0 2) |
_ 1Г |
0,) |
0,) |
|
|
|
СиО |
-i: |
+ ' |
+ |
|
|
_p. |
|
+ |
|
CuoO |
+ |
+ |
H- |
• |
+ |
+ |
_u |
+ |
_L |
1 |
1 |
||||||||
Cu20 SiOo |
+ (при |
+ |
+ |
|
± |
|
|
— |
— |
Си.,0 • Fe.,63 |
+ |
+ (при |
|
l |
|
|
|
|
|
|
нагре |
|
нагре- |
|
|
|
|
|
|
CuS |
вании) |
+ |
вании) |
|
+ |
|
|
|
+ |
— |
— |
|
— |
— |
|
||||
CiioS |
— |
-L |
- |
|
+ |
. -- |
— |
+ |
+ |
CuFeS2 |
— |
+ |
— |
|
— |
— |
— |
4- |
|
Cu5FeS4 |
|
-L. |
— |
|
+ |
— |
— |
± |
|
П р и м е ч а н и е . |
«+» — растворяет; |
«—* — не растворяет; |
— частично |
рас |
|||||
творяет. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассмотрим более подробно отношение различных форм и соеди нений меди к действию растворителей.
Металлическая медь. Из кислот наиболее полно и быстро метал лическую медь растворяет азотная
3Cu + 8НШ 3 ЗСи (Ш 3)2' + 2NO + 4Н,0.
При взаимодействии концентрированной серной кислоты и металли ческой меди происходит выделение сернистого газа по реакций
Си + 2Н 2S04 ->■ CuS04 + S 0 2 + 2Н 20.
Растворы серной и соляной кислот действуют на металлическую медь только в присутствии кислорода:
Си + |
H2S04 + |
0,5О2 CuS04 + |
Н 20, |
Си + |
2НС1 + |
0,502 -v СиС12 + |
Н20. |
9