3.7.3. Комплексное использование сырья

Проблема комплексного использования сырья имеет большое значение как с экологической, так и с экономической точек зрения. Во многих отраслях промышленности до 60 —70 % себестоимости продукции приходится на долю сырья.

При разработке месторождений полезных ископаемых большие объемы вскрышных пород направляют в отвалы, которые занимают значительные площади. Вместе с тем, отвалы горных производств представляют собой дешевое и ценное сырье, которое может найти применение в строительстве, землепользовании и других отраслях промышленности.

Актуальной проблемой является комплексное использование сырья с переводом всех компонентов в промышленные продукты. Рассмотрим некоторые способы решения этой проблемы.

В России разработана безотходная технология переработки нефелинового сырья, схема которой представлена на рис. 3.6.

Нефелиновый концентрат совместно с известняком подвергают спеканию при температуре 1 250— 1 300 °С. После спекания помучают продукт, состоящий из Na20 ¦ А1203 и К20 • А1203, двух- кальциевого силиката 2СаО Si02 и феррита натрия Na20 • Fe203.

При водном выщелачивании спека алюминаты щелочных ме- шллов переходят в раствор. Феррит натрия гидролизуется с обра- юванием едкого натра и гидроксида железа. Двухкальциевый си- зикат взаимодействует е алюминатным раствором, в результате получаются алюминаты щелочных металлов и трехкальциевый гидроалюминат. Протекает реакция:

Рис.

Образуется нефелиновый (белитовый) шлам, который отделяют от раствора, промывают и направляют на производство цемента.

Алюмосиликатный раствор подвергают обескремниванию, при котором образуются малорастворимые алюмосиликаты. Их отделяют фильтрованием и прокаливают. Получают готовый продукт — глинозем.

Очищенный раствор алюминатов натрия и калия обрабатывают газами, содержащими С02. Получают раствор, в состав которого входят Na2C03 и К2С03 Раствор упаривают, а затем проводят дробную кристаллизацию. Первоначально выкристаллизовывают соду Na2C03, а затем поташ К2С03.

Технологическая схема комплексной переработки нефелинового сырья обеспечивает полное использование всех компонентов сырья и переработку их в товарные продукты и является безотходной.

На получение 1 т глинозема расходуется 3,9 —4,3 т нефелиноного концентрата; 11,0 — 13,8 т известняка; 3 —3,5 т топлива; 4,1 — •1,6 Гкал пара; 1050—1 190 кВт ч электроэнергии.

При этом производят 0,62 — 0,78 т кальцинированной соды; 0,18 — 0,28 т поташа; 9—10 т портландцемента. Эксплуатационные затраты на производство промышленных продуктов на 10 — 15 % ниже затрат при получении этих веществ другими промышленными способами.

Рассмотрим теперь процессы комплексной переработки минеральной руды. При переработке некоторых руд до 30 — 40 % полезных компонентов уходит в хвосты.

В настоящее время в переработку поступают все более бедные минералы с низким содержанием ценного компонента. Например, содержание меди в сульфидных рудах снизилось за последние 20 лет с 4 до 0,5 %. В большинстве случаев для получения 1 т металла надо переработать 100 — 200 т руды.

Другая особенность минерального сырья — содержание в них в небольших количествах высокотоксичных веществ, которые затем переходят в отходы. Это относится к соединениям серы, мышьяка, сурьмы, селена, теллура и других цветных металлов.

Особенно остро проблема стоит в металлургической промышленности.

Рассмотрим в качестве примера технологию переработки сульфидных руд, содержащих медь и другие цветные металлы. В России медь получают из медно-цинковых, медно-никелевых, медно-молибденовых и медно-кобальтовых руд.

Более 80 % меди из медно-цинкового сырья производят по пинометаллургическому методу. Он состоит из следующих основных операций: флотационная обработка руд с получением медного концен- Iрата; окислительный обжиг; плавка, после которой получают штейн — сплав сульфидов меди и железа, и шлаки — расплав оксидов металлов.

Применяемый метод не может решить проблему комплексного использования сырья. Степень извлечения меди из сырья не превышает 75 — 78 %. Кроме того, в медный концентрат переходит до •10 — 50 % цинка, дополнительно в отвальных и пиритных хвостах геряется до 20 % цинка. Долгое время на обогатительных фабриках из руды извлекали только медь, а остальные компоненты уходили и отвалы.

В настоящее время разработана и промышленно освоена технология коллективно-селективной флотации медно-цинковых руд,

Рис. 3.7. Схема коллективно-селективной флотации медно-цинковых

РУД

которая позволяет извлекать из руды медный и цинковый концентраты (рис. 3.7). Согласно этой схеме первоначально руду измельчают и направляют на сульфидную флотацию. Получают сульфиды металлов, а пустая порода уходит в отвал. Далее сульфидный концентрат после измельчения направляют на медно-цинковую флотацию, в результате проведения которой получают медный, цинковый и пиритный концентраты. Медный концентрат подвергают пирометаллургической переработке. В качестве конечного продукта получают рафинированную медь.

Имеется несколько способов переработки цинковых концентратов, которые применяются на отечественных и зарубежных заводах.

За рубежом наиболее распространен фьюминг-процесс. Он основан на продувке расплавленного шлака воздухом в смеси с восстановителем. При этом соединения цинка и сопутствующих ему элементов — кадмия, свинца, олова — возгоняются. Далее они улавливаются системой фильтров. Этим способом выделяют до 90 % цинка, 99% свинца, 80 — 85% олова.

Другой метод комплексной переработки цинковых концентратов — вальцевание — применяют на Каменогорском комбинате. Технология процесса состоит в плавке в трубчатых печах совместно измельченного концентрата и кокса. В возгоняемые газы переходят соединения цинка, свинца, кадмия. В клинкере остаются медь, железо, благородные металлы, кремнезем и глинозем. В пиритный концентрат переходят многие элементы, содержащиеся в руде (табл. 3.2).

Таблица 3.2. Степень извлечения отдельных элементов из медно-цинковой руды в пиритный концентрат при коллективно-селективной флотации

Другой пример комплексного использования сырья — технология переработки медно-никелевых руд. Эти руды — ценнейшее полиметаллическое сырье, которое помимо никеля и меди содержит кобальт, благородные металлы, редкие и рассеянные элементы. Они добываются на Норильском, Талнахском месторождениях и на Кольском полуострове. При обогащении сырья большая часть примесей переходит в пиритные концентраты. До последнего времени пиритные концентраты направляли на химические предприятия, где их использовали для извлечения серы и получения серной кислоты. Остальные элементы оставались в огарке, который уходил в отвалы или на производство цемента.

На Норильском ГОК создана технология по комплексной переработке медно-никелевого сырья. Первоначально руду подвергают селективной флотации с выделением медного и никелевого концентратов. Никелевый концентрат (содержание никеля 4—5 96) расплавляют в электрических или шахтных отражательных печах для отделения пустой породы и получения никеля в виде сульфидного сплава (штейна). В нем содержание никеля достигает 10—15%. Наряду с никелем в штейн частично переходит железо, кобальт, медь и практически полностью благородные металлы. Для отделения железа жидкий штейн окисляют продувкой воздухом. Следующей операцией является флотация, при проведении которой разделяют соединения меди и никеля. Никелевый концентрат обжигают в печах кипящего слоя до полного удаления серы и получения NiO. Металлический черновой никель получают восстановлением его оксида в электрических дуговых печах, а затем подвергают рафинированию.

Для выделения кобальта используют его способность образовывать комплексные соединения. С этой целью раствор никеля и кобальта обрабатывают хлором, гипохлоритом натрия или другими окислителями. Конечным продуктом является оксид кобальта С 03О4, из которого получают металлический кобальт.

На комбинате «Южуралникель» и на Норильском ГОК для извлечения сопутствующих элементов из медно-никелевых руд применены сорбционная и экстракционная технологии.

Впервые академик Б. Н.Ласкорин использовал карбоксильные смолы для сорбционного извлечения урана из рудных пульп.

В настоящее время ионообменная сорбция находит промышленное применение для извлечения цветных и благородных металлов из руд или отходов их переработки.

Приведем несколько примеров: для извлечения золота из руд используют ионит АНК-5-2; аниониты хорошо сорбируют анионные формы молибдена; перспективно применение сорбции для извлечения вольфрама; разработана технология промышленного извлечения ванадия с помощью ионоактивных сорбентов.

Во всех случаях применения метода сорбции существенно повышается коэффициент извлечения металлов из рудного сырья, снижаются капитальные и эксплуатационные затраты, уменьшаются или полностью прекращаются сбросы вредных веществ в окружающую среду.

Экстрагирование также широко используется для комплексного извлечения металлов из природного сырья. Метод основан на обработке жидких смесей растворителями, избирательными по отношению к отдельным компонентам.

Экстракционные процессы широко применяют для извлечения редких металлов: разделяют и извлекают тантал и ниобий, цирконий и гафний, скандий, иттрий, таллий и индий, вольфрам, молибден, рений и другие редкоземельные металлы.

На Норильском ГКО реализовано промышленное производство иридия методом высокотемпературной экстракции этого металла из сульфатных растворов кобальтового производства.