Способ извлечения тяжелых металлов, железа, золота и серебра из сульфатного спека



 


Владельцы патента RU 2520902:

Воропанова Лидия Алексеевна (RU)

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано при переработке концентратов, промпродуктов и твердых отходов, содержащих металлы. Способ извлечения ионов тяжелых металлов железа, золота и серебра из сульфатного кека включает выщелачивание спека 3 н. раствором HCl при температуре 70°C и отношении Ж:Т=2. Причем выщелачивание ведут в присутствии поваренной соли при ее концентрации не менее 120-140 г/дм3. Технический результат заключается в интенсификации процесса выщелачивания и более полном извлечении в раствор металлов из материалов, их содержащих. 4 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к области гидрометаллургии металлов и может быть использовано при переработке концентратов, промпродуктов и твердых отходов, содержащих металлы.

Известны способы выщелачивания [Г.М.Вольдман, А.Н.Зеликман. Теория гидрометаллургических процессов. М.: Металлургия. 1993. С.139-157] увеличением удельной поверхности выщелачиваемого материала, повышением концентрации реагента, снижением концентрации продукта, уменьшением эффективной толщины диффузного слоя, уменьшением толщины твердой оболочки, увеличением константы скорости реакции в автоклавах за счет термического и механического активирования.

Недостатками способов является низкое извлечение и низкое качество полученных металлов.

Наиболее близким техническим решением является способ [Кокоева Н.Б., Свистунов Н.В., Алкацева В.М. Исследования по комплексной переработке цинковых кеков. Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. №1. 2008. С.15-16], в котором извлечение ионов меди, цинка и железа из сульфатного спека, полученного сульфатизацией цинкового кека - остатка от переработки цинковых концентратов, осуществляли выщелачиванием раствором серной кислоты.

Недостатком является то, что в рассматриваемом процессе не рассматривалось извлечение золота и серебра в кислый раствор.

Задачей изобретения является создание эффективного способа более полного извлечения в раствор тяжелых металлов железа, золота и серебра из материалов, их содержащих.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в интенсификации процесса выщелачивания и более полном извлечении в раствор тяжелых металлов, железа, золота и серебра из материалов, их содержащих.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения ионов тяжелых металлов из сульфатного кека, включающем его выщелачивание, выщелачивание осуществляют 3 н. раствором HCl при температуре 70°C и отношении жидкой Ж и твердой Т фаз Ж:Т=2 в присутствии поваренной соли при ее концентрации не менее 120-140 г/дм3.

Сущность способа поясняется табл.1-4.

Независимыми переменными выбран нелинейный план Бокса В3 с числом опытов 14. Независимыми переменными в безразмерном масштабе были: продолжительность гидрохлорирования (X1), отношение Ж:Т (Х2) и концентрация NaCl (Х3).

В качестве зависимых переменных были использованы масса сульфатного спека (50 г), концентрация раствора HCl (3 н.) и температура (70°C).

Примеры конкретного выполнения способа 1

Пример 1

Состав сульфатного спека, % масс.: 10,42 Zn; 11,82 Fe; 1,04 Cu; 1,03 Pb; 0,48 Ca; 0,80 Mn; 24,32 Sобщ; 0,67 Si; 0,21 Cl; а также г/т: 3,2 Au и 261,9 Ag.

Независимые переменные изменялись в пределах: X1=4-6 часов, X2=3-5, X3=60-180 г/дм3.

Матрица планирования и результаты эксперимента приведены в табл.1.

Ниже приведена связь между безразмерными и размерными масштабами независимых переменных:

χ 1 = τ 5 1 ; χ 2 = R 4 1 , χ 3 = C N a C l 120 60 ;

иначе τ=χ1+5, R=χ2+4, CNaCl=60χ3+120.

В результате обработки экспериментальных данных получены адекватные математические модели извлечений металлов (после отсева незначимых переменных) в кодовом масштабе:

- извлечение цинка в раствор:

ε Z n = 71,014 21,907 χ 1 + 13,874 χ 2 + 0,05 χ 3 + 2,008 χ 1 2 2,032 χ 2 2 + 0,969 χ 1 χ 2 0,012 χ 1 χ 3 , ( 1 )

( S а д 2 = 0,453 ; F = 17,064 ; F 0,05 ; 13 ; 6 = 3,976 ) ;

- извлечение железа в раствор:

ε F e = 61,511 6,113 χ 1 + 4,238 χ 2 + 0,09 χ 3 + 0,967 χ 1 2 0,37 χ 1 χ 2 0,013 χ 1 χ 3 6,25 10 3 χ 2 χ 3 ( 2 )

( S а д 2 = 0,177 ; F = 19,511 ; F 0,05 ; 13 ; 6 = 3,976 ) ;

- извлечение меди в раствор:

ε C u = 20,15 7,774 χ 1 + 7,279 χ 2 + 0,438 χ 3 + 1,352 χ 1 2 0,878 χ 2 2 1,10410 3 χ 3 2 0,044 χ 1 χ 3 + 0,01 χ 2 χ 3 ( 3 ) ( S а д 2 = 0,486 ; F = 22,136 ; F 0,05 ; 13 ; 5 = 4,655 ) ;

- извлечение свинца в раствор:

ε P b = 6,515 χ 1 11,355 χ 2 + 0,366 χ 3 + 0,287 χ 1 2 + 4,358 χ 2 2 1,651 10 3 χ 3 2 2,835 χ 1 χ 2 + 0,015 χ 1 χ 3 , ( 4 )

( S а д 2 = 5,287 ; F = 17,8 ; F 0,05 ; 13 ; 6 = 3,976 ) ;

- извлечение золота в раствор:

ε A u = 17,655 + 21,342 χ 1 5,283 χ 2 + 0,142 χ 3 2,088 χ 1 2 + 1,037 χ 2 2 5,63910 4 χ 3 2 , ( 5 )

( S а д 2 = 0,562 ; F = 18,277 ; F 0,05 ; 13 ; 7 = 3,55 ) ;

- извлечение серебра в раствор:

ε A g = 71,932 + 7,008 χ 1 + 2,613 χ 2 + 0,048 χ 3 0,479 χ 1 2 0,089 χ 2 2 4,861 10 5 χ 3 2 0,274 χ 1 χ 2 4,521 10 3 χ 1 χ 3 2,312 10 3 χ 2 χ 3 , ( 6 )

( S а д 2 = 0,031 ; F = 18,491 ; F 0,05 ; 13 ; 4 = 5,891 ) ;

где εME - извлечение металла в раствор, %; χ1 - продолжительность гидрохлорирования в безразмерном масштабе; χ2 - отношение Ж:Т в безразмерном масштабе; χ3 - концентрация NaCl в безразмерном масштабе; S а д 2 - дисперсия адекватности; F - экспериментальное значение F - статистики; F0,05; N-1; N-k - табличное значение критерия Фишера.

По силе влияния на извлечение металлов в раствор независимые переменные расположились в следующий ряд:

- на цинк: χ1 (продолжительность), χ2 (Ж:Т), χ3 (концентрация NaCl);

- на железо: χ1 (продолжительность), χ2 (Ж:Т), χ3 (концентрация NaCl);

- на медь: χ1 (продолжительность), χ2 (Ж:Т), χ3 (концентрация NaCl);

- на свинец: χ2 (Ж:Т), χ1 (продолжительность), χ3 (концентрация NaCl);

- на золото: χ1 (продолжительность), χ2 (Ж:Т), χ3 (концентрация NaCl);

- на серебро: χ1 (продолжительность), χ2 (Ж:Т), χ3 (концентрация NaCl).

Следовательно, самое сильное влияние на извлечение цинка, железа, меди, золота и серебра в раствор оказывает продолжительность гидрохлорирования, затем идет отношение Ж:Т и концентрация NaCl. Для свинца самое сильное влияние оказывает отношение Ж:Т, затем продолжительность гидрохлорирования и концентрация NaCl.

По полученным математическим моделям проведена оптимизация (табл.2) с определением значений независимых переменных в кодовом масштабе, соответствующих наибольшему извлечению цинка, железа, меди, свинца, золота и серебра.

Как видно, оптимальные условия гидрохлорирования совпадают только для функций оптимизации εZn, εFe, εCu, но функции εPb, εAu и εAg совпадают только по X3=1. Подстановка значений оптимальных условий свинца (X1=1 и X2=-1) в модели (εZn=34,28%, εFe=52,52%, εCu=6,83%) дала неудовлетворительные результаты; серебра (X1=1 и X2=1) в модели (εZn=63,56%, εFe=60,284%, εCu=21,41%) также дала неудовлетворительные результаты.

Таким образом, условному оптимуму соответствуют следующие значения независимых переменных в процессе гидрохлорирования сульфатного спека:

продолжительность X1=-1 (4 ч), отношение Ж:Т Х2=1 (5) и концентрация NaCl Х3=180 г/дм3.

Таблица 2
Результаты оптимизации по моделям (1-6)
Функция оптимизации Условия оптимумов Значения функций отклика
X1 X2 X3
εZn -1 1 1 105,84
εFe -1 1 1 73,30
εCu -1 1 1 37,05
εPb 1 -1 1 25,73
εAu 1 -1 1 43,37
εAg 1 1 1 80,75

Этим условиям соответствует опыт 7 (табл.1), в котором получены следующие значения зависимых переменных: εZn=54,45%, εFe=68,79%, εCu=45,25%, εPb=49,48%, εAu=76,25% и εAg=99,27%.

Пример 2

Состав сульфатного спека, % масс.: 10,21 Zn; 12,27 Fe; 0,98 Cu; 0,97 Pb; 0,64 Ca; 0,80 Mn; 73,86 Sобщ; 1,09 Si; 0,22 Cl; а также г/т: 3,2 Au и 261,9 Ag.

Независимые переменные изменялись в пределах: X1=1-6 часов, X2=2-8, X3=0-240 г/дм3.

Матрица планирования и результаты эксперимента приведены в табл.3.

Ниже приведена связь между безразмерными и размерными масштабами независимых переменных:

χ 1 = τ 3,5 2,5 ; χ 2 = R 5 3 , χ 3 = C N a C l 120 120 ;

иначе τ=2,5χ1+3,5, R=χ2+5, CNaCl=120%χ3+120.

В результате обработки экспериментальных данных получены адекватные математические модели извлечений металлов (после отсева незначимых переменных) в кодовом масштабе:

- извлечение цинка в раствор:

ε Z n = 49,209 + 5,061 χ 1 6,161 χ 2 + 0,07 χ 3 + 0,443 χ 1 2 + 0,688 χ 2 2 1,646 10 4 χ 3 2 0,135 χ 1 χ 2 , ( 7 )

( S а д 2 = 2,063 ; F = 14,692 ; F 0,05 ; 13 ; 6 = 3,976 ) ;

- извлечение железа в раствор:

ε F e = 59,586 0,811 χ 1 + 2,396 χ 2 0,029 χ 3 + 0,185 χ 1 2 0,207 χ 2 2 + 1,266 10 4 χ 3 2 1,612 10 3 χ 1 χ 3 + + 1,122 10 3 χ 2 χ L 3 , ( 8 )

( S а д 2 = 0,187 ; F = 19,489 ; F 0,05 ; 13 ; 5 = 4,655 ) ;

- извлечение меди в раствор:

ε C u = 49,209 + 5,06 χ 1 6,161 χ 2 + 0,07 χ 3 0,443 χ 1 2 + 0,688 χ 2 2 1,646 10 4 χ 3 2 0,135 χ 1 χ 2 , ( 9 )

( S а д 2 = 2,063 ; F = 14,692 ; F 0,05 ; 13 ; 6 = 3,976 ) ;

- извлечение свинца в раствор:

ε P b = 56,162 7,818 χ 1 3,372 χ 2 + 0,219 χ 3 + 1,26 χ 1 2 + 0,442 χ 2 2 6,088 10 4 χ 3 2 , ( 10 )

( S а д 2 = 5,741 ; F = 17,584 ; F 0,05 ; 13 ; 7 = 3,55 ) ;

- извлечение золота в раствор:

ε A u = 77,356 + 1,592 χ 1 4,066 χ 2 + 0,10 χ 3 + 0,438 χ 2 2 1,689 10 4 χ 3 2 1,689 10 4 χ 2 2 + 0,19 χ 1 χ 2 7,948 10 3 χ 2 χ 3 ( 11 )

( S а д 2 = 2,865 ; F = 18,239 ; F 0,05 ; 13 ; 6 = 3,976 ) ;

- извлечение серебра в раствор:

ε A g = 92,476 + 0,517 χ 1 + 0,293 χ 2 + 0,0043 χ 3 + 0,034 χ 2 2 1,387 10 4 χ 3 2 0,063 χ 1 χ 2 , ( 12 )

( S а д 2 = 0,146 ; F = 23,667 ; F 0,05 ; 13 ; 7 = 3,55 ) ;

В связи с тем что для уравнений 1-12 F>F0,05; N-1; N-k, они признаны адекватными экспериментальным данным с уровнем значимости 0,05.

По силе влияния на извлечение металлов в раствор независимые переменные расположились в следующий ряд:

- на цинк: χ1 (продолжительность), χ2 (Ж:Т), χ3 (концентрация NaCl);

- на железо: χ2 (Ж:Т), χ1 (продолжительность), χ3 (концентрация NaCl);

- на медь: χ2 (Ж:Т), χ1 (продолжительность), χ3 (концентрация NaCl);

- на свинец: χ1 (продолжительность), χ2 (Ж:Т), χ3 (концентрация NaCl);

- на золото: χ2 (Ж:Т), χ1 (продолжительность), χ3 (концентрация NaCl);

- на серебро: χ1 (продолжительность), χ2 (Ж:Т), χ3 (концентрация NaCl).

Следовательно, самое сильное влияние на извлечение цинка, свинца и серебра в раствор оказывает продолжительность гидрохлорирования, затем идет отношение Ж:Т и концентрация NaCl. Для железа, меди и золота самое сильное влияние оказывает Ж:Т, затем продолжительность и концентрация NaCl.

По полученным математическим моделям проведена оптимизация (табл.4) с определением значений независимых переменных в кодовом масштабе, соответствующих наибольшему извлечению цинка, железа, меди, свинца, золота и серебра.

Таблица 4
Результаты оптимизации по моделям (7-12)
Функция оптимизации Условия оптимумов Значения функций отклика
X1 X2 X3
εZn 1 -1 1 56,84
εFe -1 1 -1 62,80
εCu 1 -1 1 60,88
εPb -1 -1 1 69,27
εAu 1 -1 1 83,38
εAg 1 1 1 93,30

Как видно, оптимальные условия не совпадают. Подстановка значений оптимальных условий в модели извлечений металлов соответствует:

- железа (X1=-1, Х2=1, Х3=-1) в модели εZn=47,07%, εAg=92,31%, εPb=62,09%;

- цинка (X1=1, Х2=-1, Х3=1) в модели εFe=56,33%, εPb=53,64%, εAg=92,84%;

- свинца (X1=-1, Х2=-1, Х3=1) в модели εZn=51,94%, εAg=91,68%, eFe=57,95%.

Таким образом, условному оптимуму соответствуют следующие значения независимых переменных в процессе гидрохлорирования сульфатного спека: продолжительность X1=1 (6 ч), соотношение Ж:Т Х2=-1 (2) и концентрация NaCl Х3=240 г/дм3.

Этим условиям соответствует опыт 6 (см. табл.3), в котором получены следующие значения зависимых переменных: εZn=63,58%, εFe=64,55%, εCu=62,80%, εPb=69,04%, εAu=93,44% и εAg=98,03%.

Обе серии опытов изменяют показатели извлечений серебра (98-99% масс.) и железа (65-69% масс.).

По сравнению с первой серией во второй серии опытов получены более высокие показатели извлечений золота (93% масс.), цинка (64% масс.), меди (63% масс.) и свинца (69% масс.).

Для повышения извлечения золота, цинка, меди и свинца при выщелачивании сульфатного спека 3 н. раствором HCl при температуре 70°C и соотношении Ж:Т=2 следует увеличивать продолжительность гидрохлорирования и концентрацию поваренной соли.

Таблица 1
Матрица планирования и результаты эксперимента по гидрохлорированию сульфатного спека (m=50 г, CHCl=3 н., t=70°C)
№ п/п Кодовый масштаб Натуральный масштаб Масса остатка, г Выход, % от спека Объем маточного раствора, см3 Извлечено в маточный раствор, %
X1 X2 X3 τ, ч R CNaCl г/дм3 Zn Fe Cu Pb Au Ag
1 -1 -1 -1 4 3 60 2,45 4,9 160 50,66 62,34 38,31 19,11 69,37 97,01
2 +1 -1 -1 6 3 60 2,40 4,8 158 50,80 66,17 44,67 26,38 70,0 99,63
3 -1 +1 -1 4 5 60 1,97 3,94 260 53,82 67,09 39,50 43,41 75,37 98,70
4 +1 +1 -1 6 5 60 1,80 3,6 268 58,74 69,15 46,64 38,25 77,5 99,73
5 -1 -1 +1 4 3 180 2,40 4,8 158 50,40 65,83 41,17 22,55 70,0 99,63
6 +1 -1 +1 6 3 180 2,17 4,34 156 48,63 66,32 37,35 33,47 72,87 99,67
7 -1 +1 +1 4 5 180 1,90 3,8 260 54,45 68,79 45,25 49,48 76,25 99,27
8 +1 +1 +1 6 5 180 1,87 3,74 272 55,65 68,09 41,32 45,42 76,62 99,71
9 -1 0 0 4 4 120 1,98 3,96 196 54,42 66,74 46,93 40,05 75,25 99,0
10 +1 0 0 6 4 120 2,09 4,18 214 56,29 66,54 45,51 30,56 73,87 99,68
11 0 -1 0 5 3- 120 2,05 4,1 162 50,11 63,39 42,21 30,83 74,37 99,69
12 0 +1 0 5 5 120 1,52 3,04 263 52,52 67,31 45,77 50,05 81,0 99,77
13 0 0 -1 5 4 60 1,90 3,8 210 52,68 65,18 40,99 29,97 74,25 99,40
14 0 0 +1 5 4 180 2,05 4,1 214 53,15 66,54 49,50 40,72 76,37 99,69
Таблица 3
Матрица планирования и результаты эксперимента по гидрохлорированию сульфатного спека (m=50 г, CNaCl=3 н., t=70°C)
№ п/п Кодовый масштаб Натуральный масштаб Масса остатка, г Выход, % от спека Объем маточного раствора, см3 Извлечено в маточный раствор, %
X1 X2 X3 τ, ч R CNaCl г/дм3 Zn Fe Cu Pb Au Ag
1 -1 -1 -1 1 2 0 2,35 4,7 106 50,19 63,28 44,02 45,61 73,31 93,51
2 +1 -1 -1 6 2 0 2,47 4,94 101 51,04 65,03 51,22 46,02 84,56 95,40
3 -1 +1 -1 1 8 0 1,80 3,6 402 62,13 64,71 46,35 47,61 77,50 96,73
4 +1 +1 -1 6 8 0 1,40 2,8 380 65,24 67,36 52,73 57,59 91,25 97,47
5 -1 -1 +1 1 2 240 2,25 4,5 118 60,94 62,99 52,01 62,77 85,94 95,45
6 +1 -1 +1 6 2 240 2,10 4,2 88 63,58 64,55 62,80 69,04 93,44 98,03
7 -1 +1 +1 1 8 240 1,84 3,68 432 65,71 67,78 54,81 70,67 75,50 99,58
8 +1 +1 +1 6 8 240 1,30 2,6 420 63,88 66,75 58,29 72,47 91,87 99,50
9 -1 0 0 1 5 120 1,97 3,94 264,6 57,07 64,16 46,87 60,49 75,37 98,80
10 +1 0 0 6 5 120 1,60 3,2 265,5 56,01 66,54 51,04 67,04 90,00 98,66
11 0 -1 0 3,5 2 120 2,30 4,6 109 60,48 60,85 55,27 56,67 85,62 98,07
12 0 +1 0 3,5 8 120 1,40 2,8 412 64,69 63,80 60,57 63,06 87,50 99,57
13 0 0 -1 3,5 5 0 1,80 3,6 254,5 56,81 65,85 47,00 42,60 73,50 95,60
14 0 0 +1 3,5 5 240 1,85 3,7 280 59,76 66,18 51,71 51,65 86,87 97,43

Способ извлечения ионов тяжелых металлов, железа, золота и серебра из сульфатного спека, включающий его выщелачивание, отличающийся тем, что выщелачивание осуществляют 3 н. раствором HCl в течение 1-6 часов при температуре 70°C и соотношении жидкой (Ж) и твердой (Т) фаз Ж : Т = 2 в присутствии поваренной соли при ее концентрации не менее 120-140 г/дм3.



 

Похожие патенты:

Предложен обогащенный титаном остаток после выщелачивания ильменита соляной кислотой как сырье для получения титансодержащего пигмента при помощи сернокислотного способа.
Изобретение относится к области переработки алюмосиликатного сырья, в частности кианита, и может быть использовано при производстве глинозема, пригодного для получения корундовых огнеупоров, мелкодисперсного аморфного кремнезема, керамики, силумина и алюминия.
Изобретение относится к технологии получения соединений циркония из бадделеитового концентрата, в частности оксохлорида и диоксида циркония, и может найти применение в волоконной оптике при получении функциональной керамики, специальных стекол, монокристаллов фианита.

Настоящее изобретение относится к способам комплексной переработки отработанных катализаторов. Заявлен способ, в котором извлечение молибдена и церия проводят в две стадии, на первой стадии проводят извлечение соединения молибдена, после чего проводят стадию извлечения соединения церия.

Настоящее изобретение относится к способу извлечения церия из отработанных железокалиевых катализаторов дегидрирования олефиновых углеводородов. Способ заключается в том, что извлечение церия осуществляют после предварительной подготовки катализатора.

Изобретение относится к металлургии благородных металлов и может быть использовано при утилизации отработанных катализаторов, содержащих соединения палладия и других металлов.

Изобретение относится к области получения цветных металлов, в частности, никеля из сульфидных руд окислительным выщелачиванием с последующей очисткой раствора выщелачивания и электроэкстракцией.
Изобретение относится к технологии железо-титансодержащего минерального сырья и переработке аризонитовых и ильменитовых концентратов. .

Изобретение относится к области гидрометаллургии и горного дела, в частности к способу извлечения золота из упорных сульфидных руд. .

Изобретение относится к гидрометаллургии благородных металлов и может быть использовано при извлечении палладия из отработанных катализаторов, в том числе катализаторов низкотемпературного окисления оксида углерода(II) на основе -Аl2О3, содержащих хлорид палладия(II) и бромид меди(II).

Изобретение относится к способу экстракции цинка из водного раствора. Способ включает контактирование экстрагента и раствора, перемешивание смеси, отстаивание и разделение органической и водной фаз.

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при переработке цинковых кеков вельцеванием. Способ вельцевания цинковых кеков включает смешение и скатывание цинковых кеков совместно с твердым углеродсодержащим материалом и вельцевание окатанного материала.

Изобретение относится к утилизации отработанных химических источников тока (ХИТ). .

Изобретение относится к области гидрометаллургии тяжелых цветных металлов. .

Изобретение относится к способу извлечения металлов из металлсодержащего сульфидного минерального сырья. .

Изобретение относится к получению брикетов с использованием исходных материалов в виде железной руды или пыли, содержащих оксиды железа, и может быть применено в способе получения восстановленного металла и способе отделения и извлечения летучих металлов, таких как цинк и свинец.

Изобретение относится к способу переработки свинцово-цинковых руд с использованием флотации и гидрометаллургии. .

Изобретение относится к способу переработки бедных цинковых окисленных руд и концентратов с извлечением цинка, марганца, железа, свинца, серебра, кальция и двуокиси кремния.

Изобретение относится к способу выщелачивания ценного металла из руды, содержащей указанный ценный металл. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам гидрометаллургической переработки минерального сырья, содержащего соединения железа, цинка, кальция и кремния.
Изобретение относится к металлургии благородных металлов, в частности к аффинажу золота. Способ переработки сплава лигатурного золота, содержащего не более 13% серебра и не менее 85% золота, включает электролиз с растворимыми анодами из исходного сплава с использованием в качестве электролита солянокислого раствора золотохлористоводородной кислоты (HAuCl4) с избыточной кислотностью по НСl 70-150 г/л.
Наверх