Лекція No 12

IV. Збагачення з використанням вибіркового характеру фазових переходів компонентів корисної копалини
(комбіновані методи збагачення і переробки корисних копалин)

У традиційних методах збагачення компоненти, що розділяються, перебувають у твердому стані.

Обов'язковою умовою комбінованих методів є:

1. Переведення одного з компонентів в інший, більш рухливий фазовий стан (розчин, розплав, газ).

2. Виділення різнорідних фаз у різнорідні продукти.

Можливі наступні поєднання фаз:

2.1 рідкої і твердої;

2.2 твердої і газоподібної;

2.3 рідкої і газоподібної.

У практиці широко застосовуються процеси з використанням рідкої і твердої фаз, оскільки при цьому потрібні менші витрати енергії і легше їх розділяти. Загальна схема комбінованих методів збагачення корисних копалин включає наступні операції:

1. Підготовку корисної копалини до переведення компонентів (компонента) в інший фазовий стан.

2. Селективне переведення компонента в інший фазовий стан за допомогою робочих аґентів.

3. Розділення компонентів.

4. Переведення речовини, що містить цінний компонент, у форму, зручну для подальшого використання.

5. Реґенерація робочих аґентів і повернення їх у процес.

Сьогодні комбіновані методи збагачення використовуються при переробці окиснених руд, промпродуктів, які мають важку збагачуваність, руд у старих відвалах, при доведенні концентратів, переробці легкорозчинних руд.

Широке застосування цих методів стримується низькими швидкостями фазових переходів.

Основною операцією комбінованих методів збагачення є переведення компонентів у рухливий фазовий стан: рідкий (розчин, розплав), газоподібний, пульпоподібний.

Переведення твердої фази у розчин є найбільш характерним методом забезпечення рухливості компонента.

Розрізнюють фізичне і хімічне розчинення. У першому випадку компонент не змінює складу (KCl, NaCl), у другому - змінює. При цьому розчинниками можуть бути кислоти, луги.

Хімічне розчинення відбувається внаслідок обмінних реакцій, окиснювально-відновних і реакцій комплексоутворення.

Переведення твердої фази у розплав здійснюється за рахунок термічного впливу на корисну копалину шляхом підведення до неї теплоносіїв (гаряча вода, пара, газ) або ж її окиснення з виділенням тепла (горіння).

Переведення твердого компонента у газ. У газоподібній формі відділення корисного компонента значно полегшується. Однак переведення компонента в газоподібний стан вимагає додаткових витрат. Процес застосовується при підземному спалюванні сірки, газифікації вугілля і сланців.

При підземному спалюванні сірки утворюється сірчистий ангідрид (SO₂), необхідний для виробництва сірчаної кислоти. Технологія газифікації сірки полягає в розігріванні частини пласта до температури плавлення і випаровування. Пара змішується з окисником і прогрівається до температури запалення сірки (465 ^оС). Температуру регулюють швидкістю підведення окисника, так щоб вона не перевищувала 700 ^оС (температура розкладання вмісних вапнякових порід).

Підземна газифікація вугілля служить для перетворення вугілля в горючі гази, що використовуються для енергетичних цілей. Підземна газифікація проводиться в частині пласта, який називають підземним газоґенератором. Основний елемент газоґенератора - канал газифікації, що включає наступні зони: розігрівання, горіння, коксування, сушки. Розрізнюють 3 основних фази газифікації вугілля:

1. Реаґування вуглецю (вугілля) з киснем (оксиґеном) і водяною парою.

2. Взаємодія компонентів газу між собою.

3. Термічна переробка вугілля з виділенням летких речовин.

Бактеріальна інтенсифікація процесів переведення твердої фази в розчин
(вилучення міді із забалансових руд і відвалів)

Сучасні гідрометалургійні методи, зокрема хімічне, бактерійно-хімічне, купчасте, підземне і чанове вилуговування, дозволяють переробляти з високим економічним ефектом бідні забалансові руди, а в ряді випадків і хвости мідних збагачувальних фабрик. До бідних забалансових відносять руди, що містять 0.3-0.5 %, а іноді 0.1-0.15 % міді. Суть гідрометалургійного методу полягає в наступному:

1. Вилуговування міді сірчаною кислотою, тобто переведення нерозчинних у воді сполук (сульфідів) в розчинні сполуки (сульфати).

2. Цементація (осадження) міді.

3. Екстракція міді.

Застосування мікроорганізмів - тіонових бактерій "тіобацілус феррооксіданс" (Thiobacillus ferrooxidans) і "тіобацiлус тіооксіданс" (Thiobacillus thiooxidans) збільшує швидкість окиснення сульфідів за певних умов у десятки, сотні і навіть тисячі разів.

Бактерії, адсорбуючись на поверхні сульфіду, сприяють утворенню оксиду сірчанокислого заліза Fe₂(SO₄)₃ - найсильнішого окисника сульфідів. Протікання процесу вилуговування ілюструється такими хімічними рівняннями:

FeS₂ + 3.5O₂ + H₂O FeSO₄ + H₂SO₄

Окиснення 2-валентного заліза у 3-валентне за допомогою бактерій:

Th. fer.
4 FeSO₄ + 2 H₂SO₄ + O₂ 2 Fe₂(SO4)_{3 +} 2H₂O
3. Fe₂(SO₄)₃ + MeS MeSO₄ + 2 FeSO₄ + S^o

^{4. Сірку, що утворюється, мікроорганізми окиснюють до сірчаної кислоти}

^Th.thio
S^o +H₂O +3/2 O₂ H₂SO₄

^{Мідні сульфідні руди під дією Fe}₂^(SO₄⁾₃ ^{розчиняються з отриманням в розчині CuSO}₄ ^{за наступною реакцією:}

^{2CuS + 2 Fe}₂^(SO₄⁾₃ ^{+ 2 H}₂^{O +3O}₂ ^2CuSO₄ ^{+ 4FeSO}₄ ^{+ H}₂^SO₄

Розчини, що містять мідь, спрямовують на цементацію залізом з отриманням цементної міді:

^CuSO₄ ^{+ Fe Cu + FeSO}₄

Цементні розчини після реґенерації за допомогою бактерій знову подають на вилуговування.

^FeSO₄ ^{+ бактерії (Thiobacillus ferrooxidans) Fe}₂^(SO₄⁾₃

^{Схематично процес вилуговування представлений на рис. 12.1.}

^{Рис. 12.1. Схема вилуговування мідних руд}

^{Купчасте вилуговування}

^{Купчастому вилуговуванню звичайно піддають бідні забалансові руди або старі відвали, що утворилися внаслідок складування забалансової руди. Бажано, щоб основа відвалу або купи (терикону) була щільною. На підготовлений майданчик в перші шари укладають великі грудки руди (200-300 мм) для кращої аерації купи. Вся купа закладається дрібнішим дробленим матеріалом.}

^{На поверхні відвалу бульдозером роблять канави глибиною до 0.5-1.2 м, через які купа зрошується бактерійними розчинами, що містять 105 - 106 клітин бактерій в одному мл. Туди ж додають сірчанокисле оксидне залізо і сірчану кислоту для підтримки рН 1.9 - 2.5.}

^{Навколо купи роблять канави, куди стікає розчин, що містить мідь (який пройшов через відвал). З канави розчин насосом подається в басейн з відстійником для осадження глини і шламів, після чого він надходить на цементаційну установку для вилучення міді. Цементна мідь прямує на міделиварний завод.}

^{Купи зрошують з інтервалом 7-15 днів. Для кращої аерації і окиснення сульфідів у відвалах пробурюють отвори, куди вставляють перфоровані труби діаметром 100 мм.}

^{Відпрацювання купи при бактерійно-хімічному методі вилуговування триває 4 - 5 років. Цементна мідь містить 70 - 80 % міді. Витягання міді з розчину становить 95 - 99 %.}

^{Собівартість міді в 2 - 5 раз нижча в порівнянні з міддю, що отримується за традиційною технологією. Схема купчастого вилуговування наведена на рис. 12.2.}

^{Головний ставок глибиною до 2 метрів, об'ємом 5 тис. м3 має запас розчину на 2 доби. Розчин після вилуговування направляють у ставок-відстійник, а після відстоювання – на цементацію. Витрата залізного скрапу становить 1.3 - 1.5 кг на 1 кг цементної міді. Тривалість контакту розчину зі скрапом 5 - 6 хвилин. Вилучення міді з розчину при цементації становить 95 % і більше. Розчин після вилуговування містить близько 1.5 г/л міді, а після цементації - 0.02 г/л міді, 3 - 4 г/л двовалентного заліза.}

Вода
H₂SO₄


^{Рис. 12.2. Схема купчастого вилуговування:
1 - відвал; 2 - дренажна канава; 3 - ставок-відстійник; 4 - відстійник головних розчинів; 5 - барабанний цементатор;
6 - згущувач; 7 - сховище головних розчинів; 8 - випарний
майданчик; 9 - цементна мідь.}

^{Вилучення міді з розчинів після вилуговування}

^{Розчини, отримані після купчастого або підземного вилуговування забалансових руд і відвалів, містять незначну кількість міді (0.3 - 3 г/л). Вилучення міді з розчинів можливе: цементацією, сорбцією, електролітичним осадженням.}

^{З перерахованих методів економічно виправдане вилучення міді з розчинів цементацією залізом. Для цементації використовують залізний брухт, консервну жерсть, обрізки жерсті.}

^{Цементація може здійснюватися в:}

1. цементаційних жолобах;

2. барабанних цементаторах;

3. цементаційних ваннах;

4. цементаційних чанах;

5. конусних цементаторах.

вгору