Реферат: Комплексная переработка некондиционных растворов сернокислотного производства комбината «Североникель» ОАО «Кольская гмк»

Комплексная переработка некондиционных растворов сернокислотного производства комбината «Североникель» ОАО «Кольская ГМК»

Касиков А.Г., Арешина Н.С.

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева, г. Апатиты, Мурманской обл.


Переработка сульфидного медно-никелевого сырья на комбинате «Североникель» сопровождается образованием значительного количества отходов, которые выводятся из технологической схемы, являясь не только источником загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами и сульфат-ионом, но и существенным каналом потерь ценных компонентов, содержащихся в исходном сырье. В частности, с пылегазовым потоком пирометаллургическох операций происходит унос меди, никеля, а также редких элементов – селена, осмия и рения. Система очистки газов перед их сбросом в атмосферу на комбинате «Североникель» включает предварительную сухую очистку в электрофильтрах, после чего газовая фаза поступает в сернокислотное отделение и направляется на мокрую очистку и получение товарной серной кислоты. При этом значительная часть ценных элементов, распределяясь по различным промпродуктам, безвозвратно теряется.

В реальных условиях действующего производства очень важно, чтобы схемы переработки техногенных отходов были наименее затратными, не требующими больших капитальных вложений. В связи с этим перспективными направлениями являются разработка технологий, основанных на совместной переработке отходов; обеспечение максимально возможного использования отходов или продуктов их переработки в действующей технологии; возможность реализации процессов на имеющихся производственных мощностях.

В данной работе проведено комплексное опробование некондиционных растворов сернокислотного отделения (СКО) и предложены различные варианты их утилизации, адаптированные к действующей на комбинате основной технологии.

В результате мокрой очистки газов в промывных башнях сернокислотного отделения образуются растворы промывной серной кислоты (ПК), а вследствие охлаждения пылегазового потока в различных точках системы приемки и подачи газов - сильнокислые конденсаты (СК). В настоящее время весь объем конденсатов сбрасывается на шлакоотвал для нейтрализации, куда также вывозятся и избыточные объемы промывной кислоты, невостребованные в основной технологии.

Растворы ПК, в зависимости от химического состава газового потока, несколько отличаются по составу (табл.1), в то время как конденсаты различаются содержанием твердофазной взвеси, химический и фазовый состав которой, однако, аналогичен и представляет собой смесь элементарного селена, частиц пыли, и закристаллизовавшихся возгонов цветных металлов.

Таблица 1.

Средние содержания cерной кислоты и элементов в промывной кислоте и жидкой фазе конденсатов сернокислотного отделения


Содержание,

г/л


Раствор

^ ПК

медного

производства

ПК

никелевого

производства

ПК

«смешанная»

СГ

медной

ветки

СГ

камеры смешивания

H2SO4

357,0

406,0

642,0

1312,7

1025,7

Cu

26,0

9,5

10,0

0,48

0,65

Ni

8,1

0,52

13,1

1,92

2,7

Fe

3,0

0,65

3,6

0,36

1,0

Se

<10∙10-3

<10∙10-3

<10∙10-3

12,0∙10-3

33∙10-3

Os

3,0∙10-3

1,3∙10-3

3,6∙10-3

4,0∙10-3

3,02∙10-3

Re

3,2∙10-3

3,7∙10-3

3,0∙10-3

4,0∙10-3

3,8∙10-3

Сl-

13,8

0,79

4,0

0,01

0,3


Возможность использования промывной серной кислоты для переработки других видов отходов медно-никелевого производства реализована в предложенной схеме переработки железистых кеков [1]. При выщелачивании железистых кеков обеспечивается исключение их вывоза на шлакоотвал и получение дополнительной железосодержащей продукции, а также платинометального концентрата. Хлорное железо может быть использовано в качестве коагулянта для очистки сточных вод комбината «Североникель» от взвешенных частиц.

С целью обеспечения комплексной переработки ПК разработана экстракционная технология, обеспечивающая регенерацию серной кислоты, которая далее используется в основной технологии взамен товарной (рис.1) [2]. Экстракция серной кислоты смесью, содержащей 30-40% третичного амина и октанол, позволяет при использовании экстрагента в цикле экстракция-водная реэкстракция H2SO4, извлечь и сконцентрировать до 50% содержащегося в ПК осмия и до 80% рения. После насыщения экстрагента до содержания 0,1-0,3 г/л суммы Os и Re предусмотрено его частичное отведение на переработку, обеспечивающую получение товарных соединений этих металлов (рис.2). Следует отметить, что в, отличие от рения, для получения осмата калия на комбинате существует оборудование, которое в последнее время не работает из-за отсутствия кондиционных осмийсодержащих концентратов.

Однако по экстракционной технологии может быть переработана только ПК «никелевой ветки», так как экстракция H2SO4 из промывных растворов, образующихся при очистке газов пирометаллургических процессов рафинирования медного концентрата, а также «смешанной» кислоты, отличающихся повышенным содержанием хлора (табл.1), сопровождается соэкстракцией примесных элементов, что не позволяет получить достаточно чистый сернокислый реэкстракт.




C2H5OH

ПК медного производства и «смешанная» могут быть направлены на экстракционную переработку после предварительного «обесхлоривания», например, осадительным способом (рис.3). Как показали лабораторные испытания, цементационная очистка путем введения мелкодисперсного медного порошка или цементной меди позволяет, в зависимости от условий, снизить концентрацию ионов хлора в растворе до 19 – 660 мг/л.

Следует отметить, что если не проводить регенерацию серной кислоты из ПК, после очистки от хлора растворы также могут быть использованы взамен товарной кислоты в медном производстве. В этом случае, для исключения рассеивания осмия и рения по промпродуктам технологии, желательно предусмотреть операцию предварительного извлечения этих элементов. Авторами разработан способ извлечения осмия и рения из ПК [3], включающий обработку раствора гипохлоритом натрия или кальция и извлечение осмия с использованием в качестве экстрагента разбавителя на основе предельных углеводородов, а рения – экстрагентом, содержащим 10-40% третичных аминов (рис.4).

Способ позволяет получить селективные осмиевый и рениевый концентраты, переработка которых рассмотрена выше.








Рис.4. Принципиальная схема извлечения осмия и рения из промывной кислоты



Состав сильнокислых конденсатов предполагает необходимость извлечения из них селенсодержащей твердой фазы, а также обеспечение использования или регенерации H2SO4, содержание которой в данном виде отходов составляет более 1000 г/л. Учитывая, что объемы конденсатов значительно меньше объемов образующейся ПК, а примесный состав жидкой фазы и ПК близок, растворы могут быть объединены и переработаны по схемам, описанным выше.

Предварительное отделение твердой фазы из пульпы конденсатов путем разбавления с введением восстановителя позволило получить первичный концентрат, содержащий более 40% элементарного селена.

Дополнительно изучено распределение селена в процессе экстракции серной кислоты смесями на основе третичных аминов и установлено, что до 20% от содержащегося в исходном растворе элемента способно переходить в сернокислый реэкстракт. В связи с тем, что селен является крайне нежелательной примесью в процессах электролиза, очевидна необходимость его глубокого извлечения как перед подачей растворов на экстракцию, так и при использовании их в действующем производстве. Установлено, что в процессе «обесхлоривания» с помощью медьсодержащего реагента (рис. 3) происходит соосаждение селена с медистым осадком, что также способствует очистке растворов от этого элемента.

Содержание осмия в жидкой фазе конденсатов составляет 3-4 мг/л, что в настоящее время соизмеримо с содержанием осмия в ПК. Однако, в результате проведения серии лабораторных экспериментов установлено, что степень извлечения осмия из растворов конденсатов смесями на основе третичных аминов существенно ниже, чем из растворов ПК и составляет порядка 10-12%. Это обусловлено тем, что при высокой кислотности и низких содержаниях Cl- - иона в растворе наиболее вероятно присутствие инертных сульфитокомплексов этого металла. Кроме того, осмий частично переходит в селенистый концентрат, полученный при отделении твердой фазы конденсатов (СOs = 0,13-1,0%), что также способствует его рассеиванию по промпродуктам. Таким образом, с точки зрения обеспечения извлечения осмия, наиболее предпочтительны схемы, включающие предварительное окисление и извлечение этого металла (рис.4). Тем не менее, совместная переработка растворов с экстракционным извлечением серной кислоты (рис. 1) является наименее затратным способом концентрирования осмия, который, при наличии оборудования для получения осмиевых солей на комбинате, в настоящее время безвозвратно теряется.

Таким образом, в результате проведенных исследований предложены различные варианты утилизации некондиционных растворов сернокислотного отделения комбината «Североникель», которые могут быть реализованы на производстве с минимальными капитальными затратами в зависимости от потребностей действующей технологии в том или ином реагенте. Внедрение схем позволит полностью исключить сброс данных видов растворов в окружающую среду, а также получить дополнительную осмиевую, рениевую и селеновую продукцию в виде концентратов или товарных солей.

По предварительным подсчетам, в случае реализации комплексных схем переработки, обеспечивающих селективное выделение редких металлов, на комбинате возможно получение дополнительной редкометальной продукции на сумму более 600 тыс. долларов в год.


Литература:

1. Касиков А.Г. Эколого – экономический подход к решению задачи утилизации металлургических отходов медно-никелевого производства // Инженерная экология. – 2002. - №4. – С. 52-60.

2. Касиков А.Г., Арешина Н.С., Кудряков М.В., Хомченко О.А. Комплексная переработка промывной серной кислоты медно-никелевого производства экстракционным способом // Химическая технология. – 2005. - № 6. - С. 25-31.

3. Патент на изобретение № 2291840. Касиков А.Г. Арешина Н.С., Петрова А.М. Способ извлечения Os и Re из промывной серной кислоты, приоритет от 28.03.2005. Патентообладатель: ИХТРЭМС КНЦ РАН