Способ переработки пыли медного производства

Способ переработки пыли медного производства

Реферат

Изобретение относится к способам переработки возвратных отходов пирометаллургических процессов цветной металлургии, содержащих медь в окисленной форме, железо и другие металлы, и может быть использовано при переработке пыли медного производства.

В настоящее время пыли большинства медных производств перерабатывают путем возврата в пирометаллургические процессы, что приводит к потерям ценных элементов и загрязнению атмосферы токсичными металлами. Известные способы индивидуальной переработки пыли не являются универсальными, так как пыли, образующиеся при переработке различных видов медьсодержащего сырья, значительно отличаются по своему химическому и фазовому составу. Для окисленной пыли медного производства в технологии сульфидного медно-никелевого сырья не удается достичь высокой степени извлечения меди в качественную товарную продукцию. Это обусловлено наличием в пыли значительного (до 5%) количества железа, а также широкого спектра других примесных элементов.

Известен способ переработки пыли медного производства (см. Блатов И.А., Хомченко О.А., Максимов В.И., Касиков А.Г. Получение активатора для флотации из пылей медно-никелевого производства. // Цветные металлы. 1997. - №6. - С.16-20), включающий выщелачивание пыли водой, фильтрование пульпы с отделением нерастворимого остатка от раствора медного купороса, кристаллизацию медного купороса с получением технического медного купороса и маточного раствора и очистку маточного раствора от железа для использования его в медном производстве.

Недостатком данного способа является то, что образующийся в качестве конечного продукта медный купорос в значительной степени загрязнен примесями цветных металлов и железа, вследствие чего его применение ограничено использованием в качестве активатора флотации при обогащении сульфидных медно-никелевых руд. Способ не обеспечивает высокой степени извлечения меди в товарную продукцию и не предусматривает дальнейшую переработку медного купороса для получения качественной катодной меди.

Известен также способ переработки пыли медного производства (см. Богачева Л.М., Исматов Х.Р. Гидрометаллургическая переработка медьсодержащих материалов. // Ташкент: Издательство "ФАН" Узбекской ССР. 1989. - С.92-109, Рис.29, б), включающий выщелачивание пыли водой или сернокислым раствором при 90-98°С и Т:Ж=1:2,2-4 в течение 2 часов с получением растворов, содержащих 40,0-96,3 г/л меди и до 58,5 г/л железа, отделение раствора выщелачивания от нерастворимого остатка, очистку раствора от железа путем его осаждения гидроксидом аммония или калия (ярозит-процесс), упаривание очищенного раствора, кристаллизацию медного купороса, отделение маточного раствора, нейтрализацию раствора и доизвлечение меди из него осадительным способом с получением чернового медьсодержащего продукта.

Недостатком известного способа является то, что он также не обеспечивает высокого извлечения меди в качественную товарную продукцию, так как после кристаллизации и отделения медного купороса последующее до-извлечение меди из маточного раствора проводят с получением медьсодержащего продукта низкого качества. Кроме того, наличие операции выделения железа в осадок, являющийся сбросным продуктом, приводит к дополнительным потерям меди и увеличению расхода реагентов.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в получении качественной катодной меди из пыли медного производства при обеспечении высокого выхода по току и высокой степени извлечения меди в товарную продукцию.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки пыли медного производства, включающем выщелачивание пыли при повышенной температуре с переводом меди и железа в раствор, отделение раствора от нерастворимого остатка, разделение меди и железа, упаривание раствора, содержащего основное количество меди, кристаллизацию медного купороса, отделение кристаллов медного купороса от маточного раствора и извлечение из маточного раствора остатбчного количества меди, согласно изобретению, упаривание раствора ведут до обеспечения его плотности 1,30-1,36 г/см³, разделение меди и железа осуществляют в процессе кристаллизации медного купороса, полученные кристаллы медного купороса растворяют в сернокислом растворе до обеспечения концентрации серной кислоты 100-250 г/л, образовавшийся раствор медного купороса подвергают основной электроэкстракции с получением катодной меди и отсечного электролита, а извлечение остаточного количества меди из маточного раствора осуществляют дополнительной электроэкстракцией.

Технический результат достигается также тем, что переработке подвергают пыль медного производства, содержащую не менее 15 мас.% меди в окисленной форме.

Технический результат достигается и тем, что выщелачивание пыли ведут при температуре 70-95°С и отношении Т:Ж=1:2-5.

На достижение технического результата направлено то, что выщелачивание пыли осуществляют водой или конденсатом, образующимся при упаривании, или сернокислым раствором, или отработанным электролитом медного производства.

На достижение технического результата направлено также то, что соотношение меди и железа в медном купоросе составляет не менее 35:1.

На достижение технического результата направлено также и то, что в качестве сернокислого раствора для растворения кристаллов медного купороса используют отработанный электролит медного производства.

Достижению технического результата способствует то, что основную электроэкстракцию ведут при концентрации меди в растворе 30-50 г/л.

Достижению технического результата способствует также то, что дополнительную электроэкстракцию ведут при начальной концентрации меди в растворе 45 г/л и менее.

Достижению технического результата способствует и то, что основную и дополнительную электроэкстракцию ведут при катодной плотности тока 200-300 А/м².

На достижение технического результата направлено также то, что 10-50% отсечного электролита основной электроэкстракции подают на дополнительную электроэкстракцию.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Упаривание раствора до обеспечения его плотности 1,30-1,36 г/см³ позволяет в процессе кристаллизации медного купороса отделить основное количество меди от железа. Упаривание до плотности ниже 1,30 г/см³ сопровождается снижением выхода купороса, а упаривание до плотности выше 1,36 г/см³ приводит к повышению степени соосаждения железа, что при последующем растворении кристаллов медного купороса в сернокислом растворе приводит к повышению содержания железа в растворе, подаваемом на электроэкстракцию, и вызывает существенное снижение выхода по току. Кроме того, упаривание раствора до плотности выше 1,36 г/см³ ведет к преждевременной кристаллизации медного купороса, что нежелательно.

Растворение кристаллов медного купороса в сернокислом растворе позволяет получить электролит с заданной электропроводностью, из которого медь может быть эффективно выделена посредством электроэкстракции. Растворение кристаллов медного купороса в сернокислом растворе с концентрацией серной кислоты 100-250 г/л, обусловлено тем, что при концентрации кислоты менее 100 г/л существенно снижается электропроводность раствора, вследствие чего повышается расход электроэнергии для получения качественной меди, а повышение концентрации серной кислоты более 250 г/л приводит к коррозии оборудования, избыточному расходу серной кислоты и образованию более токсичных аэрозолей.

Основная электроэкстракция электролита позволяет эффективно выделить медь с получением отсечного электролита и качественной катодной меди (марки М00К и М0К), которая является более востребованным продуктом на рынке цветных металлов по сравнению с медным купоросом.

Извлечение остаточного количества меди из маточного раствора дополнительной электроэкстракцией позволяет провести обезмеживание раствора до остаточной концентрации меди 5 г/л с получением товарной катодной меди марок М0К и M1К и медной губки, которая может быть использована при получении меди. Все это способствует повышению извлечения меди из пыли.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в получении качественной катодной меди из пыли медного производства при обеспечении высокого выхода по току и высокой степени извлечения меди.

В частных случаях осуществления изобретения предпочтительны следующие конкретные операции и режимные параметры.

Содержание в пыли не менее 15 мас.% меди в окисленной форме способствует ее высокому извлечению из пыли и позволяет получить кондиционные медьсодержащие растворы, пригодные для эффективной кристаллизации медного купороса.

Проведение выщелачивания при температуре 70-95°С и отношении Т:Ж=1:2-5 позволяет обеспечить высокую степень извлечения меди из пыли, а также исключить кристаллизацию медного купороса при выщелачивании. Снижение температуры менее 70°С приводит к снижению степени извлечения меди, а также образованию кристаллов медного купороса, что обусловлено зависимостью растворимости медного купороса от температуры. Повышение температуры более 95°С сопровождается неоправданным расходом электроэнергии на нагревание раствора. Увеличение содержания твердой фазы по отношению к жидкой более 1:2 ведет к ухудшению кинетических характеристик процесса, образованию насыщенного по меди раствора и кристаллизации медного купороса при выщелачивании. Уменьшение содержания твердой фазы по отношению к жидкой ниже 1:5 не позволяет получить кондиционный по содержанию меди раствор, что приводит к повышенному расходу электроэнергии при последующем упаривании раствора при получении купороса.

Проведение выщелачивания водой позволяет перевести в раствор медь, содержащуюся в пыли в сульфатной форме. Выщелачивание пыли с использованием конденсата, образующегося при упаривании, способствует экономии технической воды, а также электроэнергии, необходимой для ее нагревания. Проведение выщелачивания пыли с использованием сернокислого раствора позволяет перевести в раствор медь, содержащуюся в пыли в сульфатной и оксидной формах. Выщелачивание с использованием отработанного электролита медного производства, образующегося на различных стадиях электролитического извлечения меди, способствует экономии товарной серной кислоты и позволяет снизить объем кислых стоков предприятия.

Соотношение меди и железа в кристаллах медного купороса не менее 35:1 обусловлено тем, что при растворении кристаллов купороса в сернокислом растворе должен быть получен раствор, соответствующий требованиям по уровню примесей к электролитам, подаваемым на электроэкстракцию, что в итоге обеспечивает получение качественной меди при высоком выходе по току.

Использование в качестве сернокислого раствора для растворения кристаллов медного купороса отработанного электролита медного производства способствует экономии товарной серной кислоты и позволяет ограничить объем кислых стоков предприятия.

Проведение основной электроэкстракции меди из сернокислого раствора медного купороса при концентрации меди в растворе 30-50 г/л обеспечивает получение качественной товарной катодной меди марок М00К и М0К при высоком выходе по току. Проведение электроэкстракции из раствора, содержащего менее 30 г/л меди, ухудшает качество катодного металла вышеуказанных марок и снижает выход по току, а проведение электроэкстракции из раствора, содержащего более 50 г/л меди, сопровождается дендритообразованием, что снижает сортность меди.

Дополнительная электроэкстракция при начальной концентрации меди в растворе 45 г/л и менее позволяет получить товарную катодную медь или катодный металл в виде медной губки, которая далее используется при получении меди. Верхний предел начальной концентрации меди в растворе 45 г/л обусловлен ее содержанием в маточном растворе. Кроме того, проведение дополнительной электроэкстракции при концентрации меди в растворе 15-45 г/л позволяет получить товарную катодную медь марок М0К, M1К. Проведение электроэкстракции при концентрации меди менее 15 г/л обеспечивает глубокое обезмеживание раствора в целях снижения потерь меди в медном производстве с получением катодной губки, которая далее может быть направлена в пирометаллургический процесс для получения меди по действующей технологии. Желательно, чтобы нижний предел концентрации меди в растворе при дополнительной электроэкстракции был ограничен величиной 5 г/л, так как при концентрации меди менее 5 г/л возможно образование на катоде высокотоксичного мышьяковистого водорода.

Проведение основной и дополнительной электроэкстракции при катодной плотности тока в пределах 200-300 А/м² позволяет провести получение катодной меди в оптимальном режиме с точки зрения экономических и технологических показателей процесса. Снижение катодной плотности тока ниже 200 А/м² на основной и дополнительной электроэкстракции при указанных выше пределах концентрации меди в растворе делает процесс неэкономичным, так как увеличивается время наращивания катодного металла, а повышение катодной плотности тока более 300 А/м² приводит к ухудшению сортности металла (образование дендритов, неплотный катодный металл и т.п.) вследствие того, что наращивание меди происходит слишком быстро.

Подача 10-50% отсечного электролита основной электроэкстракции на дополнительную электроэкстракцию способствует повышению степени извлечения меди из пыли за счет глубокого обезмеживания электролита, полученного при растворении медного купороса.

Вышеуказанные частные признаки изобретения позволяют осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения получения качественной катодной меди из пыли медного производства при обеспечении высокого выхода по току и высокой степени извлечения меди.

Сущность и преимущества заявляемого изобретения могут быть проиллюстрированы следующими примерами.

Пример 1. Пыль конвертирования медных штейнов в количестве 10 кг, содержащую, мас.%: Cu 18,1 и Fe 1,6 (содержание меди в окисленной форме - 18,0%), выщелачивают 20 л воды (Т:Ж=1:2) при температуре 70°С в течение 1 часа с переводом меди и железа в раствор. Раствор отделяют от нерастворимого остатка фильтрацией. Степень извлечения в раствор составила, %: Cu - 99,4, Fe - 98,9. Раствор, содержащий, г/л: Cu 90,0, Fe 8,2, упаривают до плотности 1,30 г/см³ и охлаждают в течение 6 часов до температуры 5°С с кристаллизацией медного купороса. При этом происходит отделение меди от основной части железа. Полученные кристаллы медного купороса отделяют от маточного раствора центрифугированием. Медный купорос, содержащий, мас.%: Cu 24,0, Fe 0,4 (соотношение Cu:Fe=60:l), растворяют в сернокислом растворе до обеспечения концентрации серной кислоты 100 г/л, в результате чего образуется раствор, который подают на основную электроэкстракцию. Основную электроэкстракцию ведут из раствора, содержащего 50 г/л меди при катодной плотности тока 300 А/м². В результате получают катодную медь марки М00К с содержанием меди 99,99% и железа 0,0009% и отсечной электролит. Выход по току на основной электроэкстракции составил 93,3%. Маточный раствор после отделения кристаллов медного купороса подкисляют до концентрации H₂SO₄ 100 г/л и подают на дополнительную электроэкстракцию. Дополнительную электроэкстракцию ведут из раствора, содержащего 45 г/л Cu и 5,6 г/л Fe при катодной плотности тока 300 А/м². При этом получают катодную медь марки М0К с содержанием меди 99,97% и железа 0,001%, а также медную губку. Выход по току на дополнительной электроэкстракции составил 74,6%. Содержание меди в растворе после дополнительной электроэкстракции - 6 г/л. Суммарное извлечение меди из раствора в катодный металл в результате основной и дополнительной электроэкстракции составило 95,2%.

Пример 2. Пыль конвертирования медных штейнов в количестве 10 кг, содержащую, мас.%: Cu 23,5 и Fe 2,4 (содержание меди в окисленной форме - 22,9%), выщелачивают 30 л конденсата, образовавшегося при упаривании (Т:Ж=1:3) при температуре 80°С в течение 1 часа с переводом меди и железа в раствор. Раствор отделяют от нерастворимого остатка фильтрацией. Степень извлечения в раствор составила, %: Cu - 97,4, Fe - 98,6. Раствор, содержащий, г/л: Cu 76,3, Fe 7,9, упаривают до плотности 1,36 г/см³ и охлаждают в течение 6 часов до температуры 5°С с кристаллизацией медного купороса. При этом происходит отделение меди от основной части железа. Полученные кристаллы медного купороса отделяют от маточного раствора центрифугированием. Медный купорос, содержащий, мас.%: Cu 24,5, Fe 0,7 (соотношение Cu:Fe=35:1), растворяют в сернокислом растворе до обеспечения концентрации серной кислоты 250 г/л, в результате чего образуется раствор, который подают на основную электроэкстракцию. Основную электроэкстракцию ведут из раствора, содержащего 30 г/л меди при катодной плотности тока 250 А/м². В результате получают катодную медь марки М0К с содержанием меди 99,98% и железа 0,0008% и отсечной электролит.Выход по току на основной электроэкстракции составил 92,6%. Маточный раствор после отделения кристаллов медного купороса подают на дополнительную электроэкстракцию вместе с 50% объема отсечного электролита основной электроэкстракции. Дополнительную электроэкстракцию ведут из раствора, содержащего 20 г/л Cu и 6,3 г/л Fe при катодной плотности тока 250 А/м². При этом получают катодную медь марки M1К с содержанием меди 99,96% и железа 0,002%, а также медную губку. Выход по току на дополнительной электроэкстракции составил 72,1%. Содержание меди в растворе после дополнительной электроэкстракции - 5 г/л. Суммарное извлечение меди из раствора в катодный металл в результате основной и дополнительной электроэкстракции составило 89,4%.

Пример 3. Пыль отражательной плавки медного концентрата в количестве 10 кг, содержащую, мас.%: Cu 42,5 и Fe 3,0 (содержание меди в окисленной форме - 25,0%), выщелачивают 40 л сернокислого раствора, содержащего 100 г/л H₂SO₄, (Т:Ж=1:4) при температуре 95°С в течение 1 часа с переводом меди и железа в раствор. Раствор отделяют от нерастворимого остатка фильтрацией. Степень извлечения в раствор составила, %: Cu - 58,8, Fe - 62,5. Раствор, содержащий, г/л: Cu 62,5, Fe 4,7, упаривают до плотности 1,32 г/см³ и охлаждают в течение 6 часов до температуры 5°С с кристаллизацией медного купороса. При этом происходит отделение меди от основной части железа. Полученные кристаллы медного купороса отделяют от маточного раствора центрифугированием. Медный купорос, содержащий, мас.%: Cu 19,1, Fe 0,4 (соотношение Cu:Fe=48:l), растворяют в отработанном электролите медного производства до обеспечения концентрации серной кислоты 200 г/л, в результате чего образуется раствор, который подают на основную электроэкстракцию. Основную электроэкстракцию ведут из раствора, содержащего 40 г/л меди, при катодной плотности тока 200 А/м². В результате получают катодную медь марки М00К с содержанием меди 99,99% и железа 0,001% и отсечной электролит. Выход по току на основной электроэкстракции составил 91,2%. Маточный раствор после отделения кристаллов медного купороса подают на дополнительную электроэкстракцию вместе с 10% объема отсечного электролита основной электроэкстракции. Дополнительную электроэкстракцию ведут из раствора, содержащего 30 г/л Cu и 5,9 г/л Fe при катодной плотности тока 200 А/м². При этом получают катодную медь марки М0К с содержанием меди 99,98% и железа 0,0009%, а также медную губку. Выход по току на дополнительной электроэкстракции составил 71,5%. Содержание меди в растворе после дополнительной электроэкстракции - 5 г/л. Суммарное извлечение меди из раствора в катодный металл в результате основной и дополнительной электроэкстракции составило 94,8%.

Пример 4. Пыль отражательной плавки медного концентрата в количестве 10 кг, содержащую, мас.%: Cu 29,4 и Fe 2,4 (содержание меди в окисленной форме - 15,0%), выщелачивают 50 л (Т:Ж=1:5) отработанного электролита медного производства состава, г/л: Н₂SO₄ 130, Cu 32, Ni 16,8, Fe 0,9, при температуре 90°С в течение 1 часа с переводом меди и железа в раствор. Раствор отделяют от нерастворимого остатка фильтрацией. Степень извлечения в раствор составила, %: Cu - 50,0, Fe - 55,8. Раствор, содержащий, г/л: Cu 53,4, Fe 5,7, упаривают до плотности 1,34 г/см³ и охлаждают в течение 6 часов до температуры 5°С с кристаллизацией медного купороса. При этом происходит отделение меди от основной части железа. Полученные кристаллы медного купороса отделяют от маточного раствора центрифугированием.

Медный купорос, содержащий, мас.%: Cu 22,5, Fe 0,5 (соотношение Cu:Fe=46:l), растворяют в сернокислом растворе до обеспечения концентрации серной кислоты 180 г/л, в результате чего образуется раствор, который подают на основную электроэкстракцию. Основную электроэкстракцию ведут из раствора, содержащего 35 г/л меди, при катодной плотности тока 230 А/м². В результате получают катодную медь марки М0К с содержанием меди 99,97% и железа 0,001% и отсечной электролит. Выход по току на основной электроэкстракции составил 91,6%. Маточный раствор после отделения кристаллов медного купороса подают на дополнительную электроэкстракцию вместе с 30% объема отсечного электролита основной электроэкстракции. Дополнительную электроэкстракцию ведут из раствора, содержащего 20 г/л Cu и 7,8 г/л Fe при катодной плотности тока 230 А/м. При этом получают катодную медь марки М1К с содержанием меди 99,95% и железа 0,001%, а также медную губку. Выход по току на дополнительной электроэкстракции составил 71,0%. Содержание меди в растворе после дополнительной электроэкстракции - 6 г/л. Суммарное извлечение меди из раствора в катодный металл в результате составило 94,2%.

Из анализа вышеприведенных примеров видно, что предлагаемый способ позволяет получать качественную катодную медь марок М00К, М0К, М1К, а также медную губку из пыли медного производства при обеспечении выхода по току на основной электроэкстракции до 93,3% и на дополнительной - до 74,6%. Степень извлечения меди из пыли в раствор при выщелачивании определяется содержанием меди в пыли в окисленной форме и достигает 99,4%. Суммарное извлечение меди из раствора выщелачивания в катодный металл составляет 89,4-95,2%. Предлагаемый способ не требует использования дорогостоящих реагентов, он относительно прост и может быть реализован с использованием стандартного оборудования.

1. Способ переработки пыли медного производства, включающий выщелачивание пыли при повышенной температуре с переводом меди и железа в раствор, отделение раствора от нерастворимого остатка, разделение меди и железа, упаривание раствора, содержащего основное количество меди, кристаллизацию медного купороса, отделение кристаллов медного купороса от маточного раствора и извлечение из маточного раствора остаточного количества меди, отличающийся тем, что упаривание раствора ведут до обеспечения его плотности 1,30-1,36 г/см, разделение меди и железа осуществляют в процессе кристаллизации медного купороса, полученные кристаллы медного купороса растворяют в сернокислом растворе до обеспечения концентрации серной кислоты 100-250 г/л, образовавшийся раствор медного купороса подвергают основной электроэкстракции с получением катодной меди и отсечного электролита, а извлечение остаточного количества меди из маточного раствора осуществляют дополнительной электроэкстракцией.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что переработке подвергают пыль медного производства, содержащую не менее 15 мас.% меди в окисленной форме.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание пыли ведут при температуре 70-95°С и отношении Т:Ж=1:2-5.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что выщелачивание пыли осуществляют водой или конденсатом, образующимся при упаривании,

или сернокислым раствором, или отработанным электролитом медного производства.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение меди и железа в кристаллах медного купороса составляет не менее 35:1.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сернокислого раствора для растворения кристаллов медного купороса используют отработанный электролит медного производства.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что основную электроэкстракцию ведут при концентрации меди в растворе 30-50 г/л.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительную электроэкстракцию ведут при начальной концентрации меди в растворе 45 г/л и менее.

9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что основную и дополнительную электроэкстракцию ведут при катодной плотности тока 200-300 А/м².

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что 10-50% отсечного электролита основной электроэкстракции подают на дополнительную электроэкстракцию.