Эксперименты по извлечению осмия из свинцовых пылей проведены на автоклавной установке [1], показанной на рис. 1.
Рис. 1. Автоклавная установка
1 – патрубок для подачи кислорода (газа); 2 – футеровка; 3 – патрубок системы охлаждения;
4 – сливной патрубок; 5 – электродвигатель; 6 – манометр; 7 – охлаждающая емкость (конденсатор);
8 – патрубок пара (газа); 9 – чехол термопары; 10 – пропеллерная мешалка;
11 – нихромовый нагреватель; 12 – вал мешалки; 13 – клиноременная передача; 14 – станина
Оборудование для проведения исследований:
- автоклавная установка;
- вытяжная вентиляция с местным отсосом (зонт);
- фильтрующая вакуумная установка;
- сгуститель;
- кислородный баллон с редуктором;
- сливные емкости;
- приборы КИПиА;
- масляный вариатор напряжения РНО – 250 – 10.
Реагенты: вода, пероксид водорода, сжатый воздух (кислород), каустическая сода, охлаждающие агенты (лед, KCl, NH4Cl, KNO3, NaNO3).
Методика проведения исследований [2-4]: Навеска мелкодисперсной свинцовой пыли в количестве 100–200 граммов смешивается с водой в соотношении Ж:Т = (3? 5):1 и заливается в автоклав, туда же подается пероксид водорода. Автоклав герметизируется, после чего включаются нагреватели через масляный вариатор РНО-250-10. Одновременно включается механическое перемешивание пульпы и подается кислород. Рабочая температура автоклавного выщелачивания 110-130 0С, общее давление в автоклаве до 1,0-1,2 МПа, в том числе давление подаваемого кислорода до 0,2-0,5 МПа. Продолжительность выщелачивания от 0,5 до 3 часов. По завершении процесса выщелачивания повышается температура в автоклаве до 140-150 0С, открывается сильфонный вентиль на патрубке пара (8) и начинается дистилляция осмия с последующей ее конденсацией в охлаждаемом конденсаторе с щелочным раствором при температуре менее <10 0С. Конденсатор желательно выполнить из прозрачного материала, чтобы следить за объемом конденсируемого дистиллята и ее цветом. При конденсации паров осмия цвет щелочного раствора меняется от красно-малинового до буро-желтого. Продолжительность дистилляции определяется экспериментальным путем, т.к. происходит значительное разубоживание щелочного раствора парами растворителя (необходимо поддерживать концентрацию NaОН не ниже 30%). По завершении дистилляции сильфонный вентиль на патрубке (8) закрывается и подается холодная вода на охлаждение водяной рубашки автоклава. При охлаждении пульпы до температуры менее 70 0С, останавливают механическую мешалку и начинают слив пульпы через донный патрубок в емкость. Полученную пульпу фильтруют на вакуум – фильтровальной установке. Отфильтрованный осадок подвергается промывке и повторной фильтрации. Нерастворившийся осадок (кек) подвергают сушке в сушильном шкафу и взвешивают, а также замеряют объем фильтрата и промывной воды. Из фильтрата и промывной воды отбирается аликвота и усредненная проба сухого кека, направляются на анализ с целью определения содержания основных компонентов в них (Pb, Zn, Cu, Cd, Re, Os и др.)
В таблице 1 приведен количественный состав основных компонентов свинцовой пыли ЖМЗ, отобранный в марте месяце 2010 года.
Таблица 1. Химический состав свинцовой пыли
|
Наиме- нование элементов |
Cu |
Pb |
Ca |
Mg |
S |
Fe |
Si |
Al |
Zn |
Cd |
Bi |
As |
Au |
Ag |
Re |
Os |
|
Содер- жание, % |
10,7 |
38,0 |
4,36 |
0,105 |
8,50 |
2,44 |
0,97 |
0,24 |
3,67 |
1,37 |
0,08 |
0,68 |
0,03 |
247 г/т |
200 г/т |
6,8 г/т |
Количественный состав свинцовой пыли не постоянен и меняется в значительных интервалах в зависимости от состава перерабатываемой шихты при плавке на штейн в руднотермических печах.
Результаты автоклавного выщелачивания
В табл. 2 приведены показатели процесса автоклавного выщелачивания свинцовых пылей ЖМЗ.
Таблица 2. Показатели процесса автоклавного выщелачивания осмия из свинцовых пылей Жезказганского медного завода
|
Отношение Н2О2 к массе пыли |
Темпера- тура процесса, 0С |
Продол- жительность процесса, час |
Давление в автоклаве, МПа |
Давление кислорода, МПа |
Извлечение Os в раствор, % |
|
|
1 |
0,001 |
120 |
1,0 |
0,25 |
0,3 |
61,5 |
|
2 |
0,002 |
100 |
0,5 |
0,11 |
0,3 |
61,8 |
|
3 |
0,004 |
110 |
0,5 |
0,15 |
0,3 |
62,9 |
|
4 |
0,002 |
120 |
0,5 |
0,25 |
0,3 |
63,1 |
|
5 |
0,006 |
120 |
0,5 |
0,25 |
0,3 |
65,5 |
|
6 |
0,002 |
130 |
0,5 |
0,35 |
0,3 |
67,2 |
|
7 |
0,004 |
100 |
1,0 |
0,11 |
0,3 |
68,5 |
|
8 |
0,004 |
120 |
1,0 |
0,25 |
0,3 |
69,8 |
Продолжение табл. 2
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
9 |
0,002 |
130 |
1,0 |
0,35 |
0,3 |
71,9 |
|
10 |
0,006 |
100 |
1,5 |
0,11 |
0,3 |
73,6 |
|
11 |
0,002 |
120 |
1,5 |
0,25 |
0,3 |
76,7 |
|
12 |
0,006 |
120 |
1,5 |
0,25 |
0,3 |
79,8 |
|
13 |
0,006 |
130 |
1,5 |
0,35 |
0,3 |
82,3 |
|
14 |
0,008 |
100 |
1,0 |
0,11 |
0,3 |
77,5 |
Экспериментальные исследования по автоклавному выщелачиванию свинцовых пылей медного производства показали извлечение осмия в раствор в пределах 61,5–82,5 %.
На извлечение осмия в раствор значительно влияют температура автоклавного выщелачивания, давление и количество подаваемого кислорода в автоклав, количество добавки окислителя – пероксида водорода, продолжительность выщелачивания, общее давление в аппарате. В таблице 3 приведены концентрации осмия и сопутствующих элементов в растворе автоклавного выщелачивания.
Таблица 3. Концентрации осмия и сопутствующих элементов в растворе автоклавного выщелачивания (навеска пыли – 150 гр; Ж:Т=4:1, =0,5 – 3,0 часа, температура 100 – 130 0C)
|
Элементы |
Re |
Cu |
Zn |
Os |
Pb |
Cd |
|
Содержание, г/дм3 |
0,43- 0,49 |
16,88-22,79 |
4,19-8,06 |
0,001-0,0014 |
0,095-0,57 |
2,23-3,03 |
Результаты перегонки осмия из пульпы автоклавного выщелачивания
После завершения автоклавного выщелачивания и перевода основной массы рения, осмия, меди, цинка, кадмия в раствор и концентрирования свинца в кеке автоклавного выщелачивания, начинается разделение осмия от основных компонентов ренийсодержащего раствора. Для чего температуру в автоклаве повышают до 140–160 0C и начинают перегонку (дистилляция) высококипящих компонентов, в первую очередь тетраоксида осмия (Ткип ~131 0C), в паровую фазу из пульпы автоклава с последующей конденсацией паров при пониженных температурах (<10 0C) в охлаждаемых конденсаторах с щелочным раствором (концентрация NaOH >30 %). Дистилляция высоко-кипящих компонентов осуществляется при механическом перемешивании пульпы для создания турбулентного движения с целью снижения сопротивления диффузии высококипящих компонентов из ядра пульпы к ее поверхности. После завершения процесса перегонки и получения осмий-содержащего дистиллята, пульпа автоклавного выщелачивания фильтруется. Осветленный раствор и неразложившийся кек анализируются на содержание элементов, ренийсодержащий раствор направляется на экстракцию рения, а свинецсодержащий кек – на свинцовое производство.
Извлечение осмия в дистиллят в пределах 76,8–87,1 %, рения 2,5–5,7 %. В таблице 4 приведены технологические условия и содержание осмия и рения в дистилляте.
Проведенные эксперименты показали, что сквозное извлечение осмия из свинцовых пылей до осмийсодержащего дистиллята составляет 38,3–69,4 %. Наиболее оптимальными условиями проведения процессов для максимального извлечения осмия в раствор автоклавного выщелачивания являются: температура выщелачивания 120–130 0C; отношение пероксида водорода к массе свинцовой пыли 0,006–0,008; продолжительность 1,5 часа; давление в автоклаве 0,25–0,35 МПа; давление подаваемого кислорода – 0,3 МПа.
Оптимальными условиями перегонки (дистилляции) осмия из пульпы автоклавного выщелачивания являются: температура 145–155 0C, температура конденсации пара (газа) менее 7–
5 0C, продолжительность дистилляции 30–40 минут. Дальнейшее повышение температуры и продолжительности дистилляции увеличивает потери рения в дистиллят, что связано с повышением парциального давления высшего оксида рения (Re2O7).
Значительная часть осмия остаются в неразложившемся свинцовом кеке автоклавного выщелачивания. Проводятся научно-исследовательские работы по доизвлечению осмия из этих кеков способом перегонки осмия газотранспортными процессами.
Таблица 4. Показатели процесса дистилляции осмия (продолжительность дистилляции
=30 мин; объем начального щелочного раствора – 200 мл)
|
Температура процесса, 0C |
Объем дис- тиллята, мл |
Извлечение Os в дистиллят, % |
Содержание Os в дистил-ляте, г/дм3 |
Извлечение Re в дистиллят, % |
Содержание Re в дистилляте, г/дм3 |
|
140 |
28 |
76,8 |
0,0009 |
2,5 |
0,0011 |
|
145 |
35 |
83,3 |
0,00099 |
3,1 |
0,0014 |
|
150 |
39 |
86,9 |
0,001042 |
4,8 |
0,002 |
|
155 |
45 |
87,1 |
0,001045 |
5,7 |
0,0025 |
ЛИТЕРАТУРА
- Набойченко С.С. Автоклавная переработка медно-цинковых и цинковых концентратов. – М.: Металлургия, 1989. –112 с.
- Способ переработки рений-, осмийсодержащего шлама медеплавильного производства. Патент №55045 РК. Заявка 2006/04701 от 18.04.2006 г. Жарменов А.А., Тельбаев С.А., Еденбаев С.С., Жунусова Г.Ж., Устемиров Х.С.
- Способ переработки свинцовых пылей. Патент №53931 РК. Заявка 2006/0119.1 от 08.02.2006 г.
- Жарменов А.А., Терликбаева А.Ж., Айсаутов М.А., Тельбаев С.А., Еденбаев С.С., Сулейманова Г.А.
- Способ переработки ренийсодержащих свинцовых пылей. Патент №37722 РК. Заявка 2002/0473.1 от 12.04.2002 г. Жарменов А.А., Раджибаев М.Ю, Тельбаев С.А., Еденбаев С.С., Айсаутов М.А., Устемиров Х.С., Сулейманова Г.А.