Исследование экстракции меди из растворов аммиачного выщелачивания шлаков медеплавильного производства

Автор: Луцкий Денис Сергеевич, Игнатович Александр Сергеевич, Хисматуллин Ринат Рамилевич

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy

Рубрика: Металлургия техногенных и вторичных ресурсов

Статья в выпуске: 3 т.21, 2021 года.

Бесплатный доступ

Статья посвящена исследованию процесса экстракционного извлечения меди из растворов аммиачного выщелачивания шлаков медеплавильных производств, которые помимо меди содержат ионы такого ценного элемента, как рений. За последнее десятилетие наблюдается устойчивый рост спроса на редкие металлы. Рений является один из высоковостребованных, но при этом одним из наиболее труднодоступных и дорогих. Высокий спрос на рений обусловлен его использованием в авиа- и ракетостроении как ключевого компонента сплавов, применяемых при изготовлении двигателей, либо в нефтеперерабатывающей промышленности в качестве компонента катализаторов. Совокупность вышеперечисленных фактов обуславливает повышение рентабельности переработки медных шлаков. Жидкостная экстракция меди является стадией, предваряющей дальнейшее сорбционное извлечение рения из технологических растворов выщелачивания в ходе комплексной переработки медных шлаков. В качестве объекта исследования применяли модельные растворы, близкие по элементному составу растворам аммиачного выщелачивания шлаков медеплавильных производств. Определены экстракционные характеристики процесса извлечения меди с применением раствора хелатирующего экстрагента LIX 84-I в керосине. Получена зависимость степени извлечения компонентов раствора выщелачивания от соотношения объемов водной и органической фаз, а также степени разбавления экстрагента в керосине. Показана эффективность экстрагента LIX 84-I при извлечении меди из аммиачных растворов сложного солевого состава. Установлены оптимальное соотношение объемов водной и органической фаз, а также наиболее эффективная, с практической точки зрения, концентрация экстрагента в органической фазе.

Еще

Экстракция, сорбция, извлечение, медь, рений, перренат, шлак

Короткий адрес: https://sciup.org/147235293

IDR: 147235293 | DOI: 10.14529/met210309

Текст научной статьи Исследование экстракции меди из растворов аммиачного выщелачивания шлаков медеплавильного производства

На данный момент в России количество произведенных техногенных медьсодержащих отходов сопоставимо с объемами балансовых месторождений. Ежегодно металлургическая промышленность производит около 100 млн т шлаков, содержащих рений, пригодных к дальнейшей переработке. На долю медеплавильного производства приходится более 10 млн т шлаков [1–3].

В сложившейся ситуации крупные медеплавильные комбинаты разрабатывают технологии вовлечения собственных отходов в технологические цепочки. В отношении шлаков медеплавильного производства одной из наиболее перспективных технологий переработки является гидрометаллургический способ, включающий стадии выщелачивания, экстракционного извлечения меди и дальнейшего сорб-

ционного извлечения ценных рассеянных элементов, таких как рений [4–6].

Технологический раствор, полученный после аммиачного выщелачивания медеплавильных шламов, отправляется на стадию экстракционного извлечения меди, после чего из обедненного раствора выделяют перренат с применением сорбционных методов. Для разработки эффективной промышленной технологии необходимо определение технологических параметров вышеописанных процессов [7–9].

В данной работе изучена жидкостная экстракция меди как предварительная стадия для дальнейшего сорбционного извлечения рения из технологических растворов. Определены экстракционные характеристики процесса извлечения меди с применением экстрагента

Таблица 1

Состав модельного раствора и раствора после аммиачного выщелачивания шлака медеплавильного производства

Тип раствора	Содержание, г/дм³		Содержание, мг/дм³
Тип раствора	Cu	SO 4 ^2–	Re
Модельный раствор	28,32	60,00	1,00

LIX 84-I. Показана его эффективность при извлечении меди из аммиачных растворов сложного солевого состава [10–15].

Методика эксперимента

В работе был изучен процесс экстракции меди из модельных растворов переработки шлаков медеплавильного производства.

Процесс экстракции в ходе исследований осуществлялся следующим образом. В конический стеклянный реактор помещается объем водной фазы, представляющей модельный раствор выщелачивания шлаков медеплавильных производств (табл. 1), и объем органической фазы, представляющей собой раствор исследуемого экстрагента в керосине. Процесс экстракции протекает при поддержании постоянной температуры реактора в термостатированном внешнем контуре, непрерывном перемешивании с определенной скоростью вращения магнитной мешалки и временем контакта фаз. Данный процесс проводился на автоматизированной системе параллельных реакторов марки «HEL». После расслаивания органическую фазу отделяли от водной с помощью конической делительной воронки подходящего объема. Органическая и водная фаза анализировалась на содержание меди.

Экстракция меди осуществлялась из аммиачных растворов, моделирующих по составу растворы, получаемые при аммиачном выщелачивании шлаков медеплавильных производств. Раствор готовили путем растворения навесок сульфата меди, сульфата аммония, перрената аммония в воде с добавлением достаточного количества водного раствора аммиака. Состав модельного раствора выщелачивания представлен в табл. 1.

Этот состав основан на данных, полученных авторами [16, 17] при автоклавном аммиачном выщелачивании шлака со следующими параметрами: температура выщелачивания, °С – 140; удельный расход кислорода, нл/г концентрата – 0,05; парциальное давление кислорода, МПа – 0,6; продолжительность процесса выщелачивания, мин – 120;

концентрация аммиака, моль/дм3 – 2,55; концентрация сульфата аммония, г/дм3 – 50.

В качестве экстрагента применяли раствор хелатирующего экстрагента LIX 84-I в керосине. Данный экстрагент хорошо зарекомендовал себя на ряде предприятий и принят к внедрению для переработки медных сульфидных концентратов и руд [18–21]. Растворы экстрагента необходимой концентрации готовились разбавлением рассчитанной LIX 84-I аликвоты в керосине марки «х.ч.». Точную концентрацию растворов экстрагента устанавливали методом инфракрасной спектроскопии. Контроль рН водной фазы осуществлялся при помощи рН-метра марки рН-150М с комбинированным электродом. Концентрация меди в водной и органической фазах до и после экстракции определялась методом рентгенофлуоресцентного анализа с применением спектрометра Epsilon 3 и подтверждалась титриметрически.

В работе было изучено влияние соотношения объемов водной и органической фаз и концентрации экстрагента при постоянном рН водной фазы на степень извлечения меди из модельного раствора.

Полученные результаты и обсуждение

В ходе эксперимента были получены экспериментальные данные по экстракции меди из модельных и растворов аммиачного выщелачивания медеплавильных шлаков с применением экстрагента LIX 84-I.

Процесс экстракции проводили в термостатированных условиях при постоянной температуре в 20 °С.

Было изучено влияние соотношения объема фаз на степень извлечения меди. Результаты эксперимента, показывающие влияние соотношения объема фаз на степень извлечения меди при экстракции неразбавленным экстрагентом LIX 84-I, представлены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что степень извлечения меди из аммиачного раствора в экстрагент резко снижается при увеличении объема водной фазы более объемного соотношения V org : V aq = 1 : 1. В свою очередь, увеличение

Металлургия техногенных и вторичных ресурсов объема органической фазы выше данного значения не окажет никакого положительного влияния на процесс экстракции.

Результаты эксперимента, показывающие влияние разбавления экстрагента керосином на степень извлечения меди при экстракции, представлены в табл. 3.

Из табл. 3 видно, что использование в качестве экстрагента 70%-ного раствора LIX 84-I в керосине незначительно снижает степень извлечения меди в экстракт, тогда как при использовании 40%-ного раствора LIX 84-I в керосине показатель извлечения падает почти в 2 раза – до 53,61 %.

Выводы

1. Установлены зависимости извлечения меди из модельных растворов аммиачного

выщелачивания для различных концентраций экстрагента и соотношений водной и органической фаз. Показано, что увеличение концентрации экстрагента и его объема приводит к росту извлечения меди в органическую фазу.

2. Установлено оптимальное соотношение объемов водной и органической фаз, которое составило V org : V aq = 1 : 1.
3. Установлена оптимальная концентрация экстрагента в органической фазе, которая составила 70 %.
4. Стехиометрической расход экстрагента позволяет совмещать операции извлечения и концентрирования меди из растворов аммиачного выщелачивания, что особо актуально при переработке растворов, образующихся при переработке техногенного сырья.

Таблица 2

Влияние соотношения объемов водной и органической фаз на степень извлечения меди при экстракции неразбавленным экстрагентом LIX 84-I

Соотношение объемов фаз,		Молярная концентрация меди в водной фазе после экстракции, C в [М]	Молярная концентрация меди в экстрагенте после экстракции, С э [М]	Степень извлечения меди в экстрагент, E [%]
V org	V : aq			Степень извлечения меди в экстрагент, E [%]
2 :	1	0,000	0,223	100,00
1 :	1	0,000	0,446	100,00
1 :	2	0,145	0,602	67,54
1 :	4	0,280	0,661	37,11
1 :	8	0,339	0,849	23,81

Таблица 3

Степень извлечения меди в экстрагент в зависимости от его концентрации

Массовая доля экстрагента LIX при разбавлении керосином, %	Молярная концентрация меди в водной фазе после экстракции, C в [М]	Молярная концентрация меди в экстрагенте после экстракции, С э [М]	Степень извлечения меди в экстрагент, E [%]
100	0,000	0,446	100,00
70	0,015	0,430	96,59
40	0,207	0,239	53,61
10	0,374	0,071	16,02

Список литературы Исследование экстракции меди из растворов аммиачного выщелачивания шлаков медеплавильного производства

Украинцев, И.В. Бедное, некондиционное и техногенное сырье как перспективный источник получения меди / И.В. Украинцев, В.С. Трубилов, А.С. Клепиков // Цветные металлы. – 2016. – № 10. – С. 36–42.
Рений в нетрадиционном сырье: распределение и возможность извлечения / И.Д. Трошкина, А.В. Шиляев, Т.Г. Адрахманова [и др.] // Разведка и охрана недр. – 2011. – № 6. – С. 87–90.
Палант, А.А. Металлургия рения / А.А. Палант, И.Д. Трошкина, А.М. Чекмарев. – М.: Наука, 2007. – 298 c.
Перспективные направления обогащения техногенных отходов / Г.И. Газалеева, С.Л. Орлов, А.Г. Савин, В.Н. Закирничный // Экология и промышленность России. − 2013. − № 1. − С. 16−21.
Чантурия, В.А. Приоритетные направления исследований в области переработки минерального сырья / В.А. Чантурия, Л.А. Вайсберг, А.П. Козлов // Обогащение руд. – 2014. − № 2. − С. 3−8.
Извлечение рения при гидрометаллургической переработке осмийсодержащих полупродуктов сульфидных медных руд / А.Я. Бодуэн, Г.В. Петров, А.Ю. Спыну и др. // Записки Горного института. – 2013. – Т. 202. – С. 161.
Модестова, С.А. Исследование вскрытия необезмеженных электролитных шламов медного производства / С.А. Модестова // Записки Горного института. – 2010. – Т. 186. – С. 191.
Воропанова, Л.А. Экстракция ионов меди, кобальта и никеля из водных растворов экстрагентом марки Cyanex 272 / Л.А. Воропанова, В.П. Пухова // Записки Горного института. – 2018. – Т. 233. – С. 498.
Лакерник, М.М. Металлургия цветных металлов / М.М. Лакерник, Н.Н. Севрюков. – М.: Гос. науч.-техн. изд-во лит. по черной и цветной металлургии, 1957. – 536 с.
Борисова, Л.В. Аналитическая химия рения / Л.В. Борисова, А.Н. Ермаков. – М.: Наука, 1974. – 322 с.
Экстракция ионов кадмия, свинца, кобальта, меди и цинка из водных растворов в гидрофильно-гидрофобные ионные жидкости / С.В. Смирнова, В.Е. Баулин, И.И. Торочешникова, И.В. Плетнев // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. – 2016. – Т. 57. – № 1. – С. 11–17.
Аллабергенов, Р.Д. Фундаментальная и прикладная гидрометаллургия / Р.Д. Аллабергенов. – Ташкент: ГП «Научно-исследовательский институт минеральных ресурсов», 2012. – 276 с.
Металлургия меди, никеля, кобальта / В.И. Смирнов, А.А. Цейдлер, И.Ф. Худяков, А.И. Тихонов. – М.: Металлургия, 1966. – 406 с.
Разработка и освоение экстракционных процессов на Норильском горно-металлургическом комбинате / Г.Л. Пашков, И.Ю. Флейтлих, А.И. Холькин и др. // Химия в интересах устойчивого развития. – 2010. – Т. 18, № 3. – С. 355–364.
A Study on LIX84-I Extraction Copper from Ammoniac Leach Solution of Copper Oxidized Ore / Ying Bo Mao, Jian Jun Fang, Ya Wen et al. // Applied Mechanics and Materials. – 2013. – Vol. 281. – P. 457–460. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.281.457
Исследование аммиачного автоклавного выщелачивания некондиционного медного концентрата, содержащего серебро и рений / Г.В. Петров, А.Я. Бодуэн, Б.С. Иванов, М.А. Серебряков // Цветные металлы. – 2016. – № 10. – С. 23–28.
Юн, А.Б. Разработка и обоснование параметров горнотехнической системы комплексного освоения жезказганского месторождения в условиях восполнения выбывающих мощностей рудников: дис. … д-ра техн. наук / А.Б. Юн. – Караганда, 2016.
Гиндин, Ж.M. Экстракционные процессы и их применение / Ж.M. Гиндин. – М.: Наука, 1984. – 144 с.
Травкин, В.Ф. Экстракционные и сорбционные методы переработки окисленных медных руд / В.Ф. Травкин, A.M. Заставный. – М.: ЦНИИЦветмет экономики и информации, 1980. – 47 с.
Copper (II) extraction from multicomponent sulfuric-acid solutions by means of LIX84I / V. Stefanova, P. Iliev, W. Mroz, B. Stefanov // Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy. – 2010. – Vol. 45, no. 1. – P. 99–104.
Последние достижения в области жидкостной экстракции / Пер. с англ.; под ред. К.М. Хансона. – М.: Химия, 1994. – 448 с.

Еще

Статья научная