Металлургия техногенных и вторичных ресурсов. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия
Статья научная
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.
Бесплатно
Кинетика испарения металлов из Sb-Pb-Ag сплава при вакуумной перегонке
Статья научная
Большинство современных исследований сконцентрировано в основном на термодинамике разделения полиметаллических сплавов вакуумной перегонкой, поскольку позволяет определить возможность, направление и ограничение протекания металлургических реакций. При изучении кинетики испарения металлов можно выявить эффективные условия процесса, такие как температура, степень вакуума и продолжительность перегонки, необходимые при проектировании процесса разделения компонентов сплавов. Целью работы являлось определение скорости испарения металлов из Sb-Pb-Ag сплавов различного состава в зависимости от температуры и давления, а также выявление лимитирующей стадии процесса. При изготовлении опытных образцов навески исходных металлов были проплавлены в индукционной печи в атмосфере аргона высокой чистоты для получения сплавов состава, мол. %: 16-77 Sb; 75-20 Pb; 9-3 Ag. Определена кинетика испарения металлов из Sb-Pb-Ag сплава в интервале температур 823-1073 К и давлении 1,33-133 Па, описываемая уравнением первого порядка. Значения кажущейся константы скорости первого порядка при возгонке металлов из расплава зависят от температуры, давления и химического состава сплава. Коэффициенты общего массопереноса свинца, сурьмы, cеребра (kМе, м·с-1) при испарении из Sb-Pb-Ag (0,55-0,40-0,05) сплава составляют (3,718-7,852)·10-7, (1,194-2,436)·10-7, (1,859-3,790)·10-10 при Т = 823-1073 К, Р = 13,3 Па, соответственно. Рассчитана кажущаяся энергия активации испарения металлов из Sb-Pb-Ag расплава: Е = 20,93-46,41 кДж/моль. Кажущаяся энергия активации испарения металлов, рассчитанная по уравнению Аррениуса, приводит к заключению о более легком испарении компонентов из состава Sb-Pb-Ag сплава, по сравнению с чистым металлом: Е = 150-280 кДж/моль. Показано, что количественный перенос свинца и сурьмы в газовой фазе не ограничивает скорость при вакуумной перегонке. Испарение металлов из Sb-Pb-Ag сплава совместно контролируется массопереносом главным образом в жидкой фазе, а также через поверхностный слой на границе раздела фаз «жидкость - газ» в исследованных условиях эксперимента. Повышение температуры свыше 823 К способствует возрастанию константы скорости испарения kМе компонентов Sb-Pb-Ag сплава. Снижение давления в системе менее 133 Па способствует возгонке сурьмы, свинца и серебра.
Бесплатно
Статья научная
Для повышения эффективности отдачи нефтяных скважин с применением технологии гидроразрыва пласта трещины, создаваемые в ходе гидроразрыва, заполняют расклинивающим материалом (пропантом). При этом эффективность нефтеотдачи скважин возрастает за счёт предупреждения смыкания трещин под действием горного давления. В качестве пропанта используют различные керамические материалы в виде гранул диаметром от 0,5 до 1,2 мм. Для изготовления пропантов целесообразно использовать отходы металлургического производства в виде шлаков, образующихся в различных плавильных агрегатах - доменных печах, конвертерах и сталеплавильных печах, а также при получении ферросплавов. Складирование этих шлаков требует больших территорий и сопряжено с экологическими проблемами. В данной статье изучена возможность получения высокопрочных магнезиально-кварцевых пропантов из смеси шлаков доменного производства с добавками недефицитных природных материалов - кварцита и магнезита. Технология получения пропантов опробована в лабораторных условиях. Шлаковую смесь расплавляли в индукционной печи с графитовым тиглем. Расплав гранулировали на специально разработанной центрифуге. Полученные гранулы испытаны по основным показателям, предусмотренным стандартом. Изучены макро- и микроструктура пропантов, водопоглощение, сопротивление раздавливанию, кислотостойкость. По всем показателям, за исключением кислотостойкости, пропанты показали вполне приемлемые свойства.
Бесплатно
Сорбционная очистка никелевых растворов от металлов-примесей
Статья научная
Рассмотрена возможность сорбционной очистки никелевых растворов от цинка, меди, железа в производстве никеля сернокислого реактивного марки «ч» на смолах с функциональными группами: аминодиуксусная (Lewatit TP207); бис-2,4,4-триметилпентил-фосфиновая кислота (Lewatit TP272); аминофосфоновая (Purolite S940). Определены величины статической (СОЕ) и динамической (ДОЕ) обменной емкости исследованных сорбентов по металлам-примесям в технологических растворах состава, г/дм3: 147,6 Ni; 2,02 Zn; 0,36 Cu; 0,17 Fe; 9,8 H2SO4, и модельных бинарных растворах «никель - металл» состава, г/дм3: 75,9-88,6 Ni; 7,1 Zn; 0,52 Cu; 0,34 Fe; 4,7 H2SO4. В статическом режиме при увеличении соотношения объемов сорбента и раствора (Т : Ж) степень извлечения металлов возрастает. При Т : Ж = 0,1 из технологических растворов наиболее полно извлекаются на смолах, %: Cu > 60 (TP207); Fe(III) ≈ 50 (S940), при совместной сорбции других металлов не более 8-14 % от исходного содержания. Изотермы сорбции металлов-примесей из модельных растворов согласно значениям коэффициентов корреляции (R2 > 0,95) удовлетворительно описываются моделями Ленгмюра и Фрейндлиха. Использование сорбционной технологии не позволяет производить достаточную очистку растворов от металлов-примесей, что устраняется применением ступенчатой экстракции на Д2ЭГФК и Versatic 10.
Бесплатно
Статья научная
На сегодняшний день во время постоянного развития технологий по переработке сырья для металлургического производства необходимо постоянное улучшение технико-экономических и экологических показателей. Проблема очистки технологических газов является актуальной в связи с тем, что на металлургических предприятиях в результате пирометаллургической переработки сырья, имеющего в своем составе серосодержащие соединения, образуются отходящие газы, содержащие сероводород, меркаптаны и другие вредные вещества. Металлургические заводы в своей основе представляют собой крупнейшие источники загрязнения воздушного бассейна газовыми выбросами, исчисляемыми десятками тысячами тонн в год, к которым относятся газы доменного, конверторного, коксового, ферросплавного и других производств. Отходящие газы содержат компоненты, выброс которых в атмосферу недопустим по санитарно-гигиеническим соображениям. В целях экологической безопасности серосодержащие газы подвергаются переработке. На сегодняшний день существует множество способов переработки отходящих газов: сухие, мокрые, газофазные, каталитические, реагентные способы утилизации сернистых соединений. В области защиты окружающей среды важное место отводится адсорбционным методам. Разнообразие сорбентов и возможных технических решений позволяют применять системы сорбционной очистки практически во всех отраслях промышленности. Одним из перспективных направлений сорбционной утилизации отходящих газов металлургического производства является использование адсорбента на основе отечественных железомарганцевых руд. В данной работе проведен анализ литературных данных по очистке технологических газов от серосодержащих примесей металлургических производств с использованием различных видов сорбентов. Приведены исследования по сорбции примесных компонентов на цеолитах, активных углях и марганцевых рудах различного состава, проведено сравнение емкостных параметров представленных сорбентов и других характеристик. Рассмотрены установки по сорбции газов и технологические параметры проведения процесса сорбции - оптимальная температура, давление и скорость пропускания газа через сорбенты.
Бесплатно
Способ безотходной переработки отвальных никелевых шлаков
Статья научная
Приводятся структура и химический анализ структурных составляющих отвальных, конверторных никелевых шлаков на примере шлаков ОАО «Южно-Уральский никелевый комбинат» (ЮУНК) и Режского никелевого комбината (РНК), исследуются химические процессы, происходящие в реакционной емкости в процессе химико-термической обработки с использованием специальных компьютерных программ, химический состав и коррозионная стойкость полученных никелевых покрытий. В настоящий момент шлаковые отвалы разрабатываются с целью извлечения полезных элементов. Отвальные шлаковые массы перемещаются с места на место, перемешивается, а в результате дробления и сепарации увеличивается содержание в отвалах фракции 10 мм, что значительно затрудняет его дальнейшую переработку. Отвальный шлак измельчался до фракции 0,16 мм с целью наибольшей полноты вскрытия сульфидных включений, проводилась магнитная сепарация с получением магнитного и немагнитного концентратов. Лабораторные эксперименты высокотемпературной обработки проводились с использованием печи Таммана, разогретой до температуры 1550-1600 °С, в которую в графитовом тигле помещали навеску концентратов отвальных шлаков, выдерживали при данной температуре 10-15 мин. Шлак отделялся от металла, проводились металлографические исследования, определялся выход годного и химический состав продуктов плавки. Приведены карты распределения этих элементов в шлаке. Проводились с использованием сканирующего электронного микроскопа Jeol78M-7001F и смонтированного на нем энергодисперсионного спектрометра Oxford INCA x-mail 80. Фазовый состав определяли с использованием рентгеновского дифрактометра Rigaku Ultima 4. Разрабатывается схема технологического процесса одного из вариантов безотходной переработки лежалых и вновь образованных отвальных никелевых шлаков. Продуктами такой переработки является металл, легированный никелем, молибденом, кобальтом, и продукты использования шлаков: литье, щебень, цементная добавка и т. д.
Бесплатно
Термодинамический анализ пирометаллургической переработки вторичных пылей медеплавильных предприятий
Статья научная
Предмет исследования составляют вторичные пыли, образующиеся при плавке металлургических пылей, шлаков и клинкера, содержащих медь, цинк, драгоценные металлы и др., на шахтной (Ш) и руднотермической (РТ) печах, не имеющие реализации и технологии дальнейшей переработки, следующего состава, % (Ш/РТ): 1,5/2,1 Cu; 35,0/14,2 Pb; 19,1/11,8 Zn; 10,7/31,6 As; 1,4/0,9 Sb; 3,7/3,5 S; 4,4/2,0 Fe; 1,8/6,3 Cd; 0,4/1,9 Sn; 0,3/0,6 Te; 0,5/0,4 Bi; 1,0/0,6 [г/т] Au; 71,8/29,6 [г/т] Ag. Цель работы заключается в обосновании пирометаллургической технологии переработки вторичных пылей, обеспечивающей извлечение свинца и цинка в коллективный концентрат (продукт Pb-Zn), а также перевод мышьяка в состав отдельного продукта, пригодного для захоронения. При выполнении балансовых расчетов равновесных составов в гетерофазной системе «газ - жидкость - твердое» использовали функцию «Equilibrium Composition» программы «Outotec's Chemical Reaction and Equilibrium Software HSC Chemistry». Исходили из предположения, что продуктами восстановительной плавки вторичных пылей являются: газовая фаза, в которую переходят летучие соединения серы, цинка, мышьяка; шлак, получаемый с флюсами (СаО·SiO2; Al2O3); штейно-шпейзовая фаза - железо-мышьяковистые соединения; металлическая фаза - свинцовый сплав. В режиме обжига (600-650 °С) вторичной пыли нежелательный переход легко возгоняемых соединений мышьяка в газовую фазу усиливается по мере возрастания исходного содержания элемента в сырье и уменьшения количества извести в шихте. При плавлении (1300-1350 °С) шихты, содержащей вторичную пыль (~ 32 % As) и удельные количества компонентов к массе пыли, %: 25,0 известь; 80,0 Fe-стружка; 9,0 каменный уголь, получена штейно-шпейзовая фаза состава, %: 26,3-29,6 As; 59,3-61,4 Fe; 0,7-1,7 Pb; 0,1-0,2 Zn, которую можно рассматривать как As-продукт, пригодный для захоронения. Применение термодинамического прогнозирования (функция «Equilibrium Composition») с варьированием удельного количества следующих компонентов шихты к массе вторичной пыли, %: 1,0-14,5 Na2O; 0,7-9,7 SiO2; 1,3-14,8 СаО; 4,1-31,1 FeО; 1-10 С; 20-47 Fe, показало, что при уменьшении в системе количества восстановителей (Fe, FeО, С) и возрастании количества флюсовых компонентов (СаО, Na2O, SiO2) в исследованных интервалах возможно увеличение содержания мышьяка в шлаковой фазе с ~ 20 до ~ 65 %. Область применения результатов - прогнозирование равновесных составов образующихся фаз при пирометаллургической переработке промежуточных продуктов и отходов предприятий цветной металлургии.
Бесплатно
Утилизация технологических газов перспективными сорбционными материалами
Статья научная
Металлургическое производство является одной из наиболее важных отраслей промышленности по объёму негативных выбросов в атмосферу. Нередко на металлургических предприятиях приходится использовать руду с очень низким содержанием полезных компонентов для извлечения стратегически ценных металлов. В связи с этим огромный объем рудных материалов поступает на обогащение и плавку, а это, в свою очередь, способствует образованию большого количества отходящих газов. Таким образом, загрязнение атмосферы является главной причиной экологических проблем, возникающих в результате деятельности металлургических предприятий. Выбросы технологических газов производств приводят к колоссальным загрязнениям природы и образованию серьезной опасности для жизни живых организмов. Кроме того, экологические проблемы отечественной металлургии не решаются из-за ряда причин. Одной из главных является недостаточная оснащенность технологических агрегатов системами очистки и обезвреживания и неэффективная работа действующих пыле- и газоочистных установок, а также использование других устаревших технологий очистки газовых выбросов (Е.П. Большина «Экология металлургического производства»).
Бесплатно
Фазовые равновесия в системе Hg-Se при вакуумной дистилляции
Статья научная
Одним из возможных способов рекуперации компонентов из Hg-Se сплава, образующегося при переработке медеэлектролитного шлама, является вакуумная перегонка. Объект исследования: Hg-Se сплавы состава, моль %: 0,01-99,99 Hg; 99,99-0,01 Se, образование которых возможно в процессе переработки медеэлектролитного шлама при получении товарного концентрата селена. Цель работы: расчет равновесных состояний «газ - жидкость» VLE (vapor liquid equilibrium), включая зависимости состава фаз от температуры (Т - х) и давления (Р - х) для Hg-Se сплава при вакуумной перегонке. Используемые методы и подходы. Расчет коэффициентов активности компонентов Hg-Se сплава выполнен с помощью упрощенной версии объемной модели молекулярного взаимодействия simple molecular interaction volume model (SMIVM). Для предварительного выбора температуры и давления системы, оценки эффективности разделения компонентов при вакуумной перегонке используют фазовые диаграммы температуры (Т - х) и давления (Р - х). Новизна: расчет коэффициентов активности с использованием упрощенной версии модели SMIVM. Основные результаты. В интервале температур 823-1073 К рассчитаны давления насыщенного пара для Hg (pHg* = 1,418•106-1,046•107 Па) и Se (pSe* = 1,42•104-3,66•105 Па). Высокие значения соотношения pHg*/pSe* = 100,2-28,6 и коэффициента разделения lgβHg = 2,73-1,01 создают теоретические предпосылки для селективного выделения этих металлов вакуумной дистилляцией, когда ртуть обогащается в газовой фазе (βHg > 1), а селен - в жидкой. Мольная доля селена в газовой фазе уSe = 0,553-1,43•10-12 уменьшается со снижением температуры 1073-823 К и мольной доли элемента в сплаве хSe = 0,99-0,01. Для границы раздела фаз «жидкость - газ» Hg-Se сплава определены значения изменения избыточных энергии Гиббса, энтальпии и энтропии -ΔGmE = 0,8-3,0 кДж/моль; -ΔHmE = 1,86-5,39 кДж/моль; -ΔSmE = 0,99-2,94 Дж/моль•К. Практическая значимость: сокращение количества трудоемких и дорогостоящих установочных опытов при переработке Hg-Se композиций для оптимизации значений температуры и давления процесса вакуумной дистилляции с целью получении Sе-содержащих продуктов заданного состава.
Бесплатно
