СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО ШЛАКА
POLYMETALLIC SLAG PROCESSING METHOD

Изобретение относится к металлургии редких металлов, а именно к способам переработки полиметаллического шлака, и может быть использовано для получения обескремненного полиметаллического шлака - сырья для производства железа, свинца, цинка и соединений на их основе, а также диоксида кремния в виде товарного продукта.
Мировые тенденция добычи полезных ископаемых заключаются в переработке наиболее богатых по целевым компонентам руд и концентратов. Первичные технологии использовали очень богатое, по сегодняшним меркам, сырье. При этом использовали простейшие технологии, характеризующиеся, на сегодняшний день, невысокой степенью извлечения целевых компонентов. С учетом первичной тенденции по низкому извлечению, а также иной тенденции, связанной с выработкой богатых месторождений цветных металлов и уменьшением средней концентрации элемента в перерабатываемых рудах, становится актуальным вовлечение в переработку техногенных отходов, в которых содержание целевых компонентов становится экономически рентабельно с учетом достигнутого уровня развития современных технологий.
Так полиметаллические шлаки Дучарского отвала Нерчинских заводов, действовавших с начала 18 по начало 20 веков в Забайкалье, характеризуются высоким содержанием цинка и свинца (более 5% каждого). Однако, существующие в настоящее время предприятия вовлекают в переработку полиметаллические руды с содержанием цинка и свинца менее 1%. Основной причиной, сдерживающей переработку полиметаллических шлаков Дучарского отвала, является высокое содержание диоксида кремния, не позволяющего проводить эффективное обогащение по цинку, свинцу, железу и другим элементам.
Техническим результатом предложенного изобретения является создание способа переработки полиметаллического шлака, позволяющего провести его химическое обескремнивание.
Предложенный способ переработки полиметаллического шлака включает смешивание измельченного до фракции менее 0,1 мм шлака с раствором гидродифторида аммония при массовом соотношении концентрата к раствору гидродифторида аммония как 1:(5-20) при температуре от 25°С до 90°С.Отфильтрованный от полученной пульпы твердый осадок сушат при температуре 60-80°С в течение 2-6 часов, затем обжигают его при 600-900°С в течение 1-4 часов, получая обескремненный полиметаллический шлак. Осадок, полученный после фильтрации суспензии гидратированного диоксида кремния, прокаливают при температуре 500-800°С в течение 2-6 часов. При этом улавливают водой газы при обжиге и прокаливании указанных осадков. Полученные растворы фторидов аммония объединяют с раствором фторида аммония, полученным в результате фильтрации суспензии гидратированного диоксида кремния, а затем упаривают при температуре 130-170°С, получая кристаллический гидродифторид аммония.
Режимы проведения способа обусловлены кинетикой процесса, в частности, увеличением скорости протекания реакций при нагревании. Увеличение температуры, при которой перемешивают измельченный полиметаллический шлак с раствором гидродифторида аммония, свыше 90°С и увеличение концентрации гидродифторида аммония выше указанной, ведет к снижению скорости диффузии компонентов, что в свою очередь снижает скорость протекания всего процесса. Использование более низких температур и концентраций является нерациональным решением ввиду необходимости организации дополнительного охлаждения системы, что также влечет за собой низкую эффективность процесса.
Сушка и последующий обжиг твердого осадка при 700-900°С в течение 1-4 часов позволяет получить обескремненный полиметаллический шлак, пригодный для дальнейшего обогащения классическими способами (например, магнитная сепарация). Все газы после обжига направляют на улавливание водой и последующее упаривание раствора фторида аммония.
Прокаливание осадка, полученного после фильтрации суспензии гидратированного диоксида кремния, при температуре 500-800°С в течение 2-6 часов, позволяет получить диоксид кремния в виде продукта, который может быть использован в металлургии, например, для получения ферросилиция. Все газы после прокаливания направляют на улавливание водой и последующее упаривание раствора фторидов аммония.
Раствор фторида аммония, полученный в результате смешения растворов после фильтрации суспензии гидратированного диоксида кремния и уловленных водой газов после обжига, упаривают при температуре 130-170°С.
Регенерация фторидов аммония позволяет организовать безотходное производство, что согласуется с современными тенденциями развития технологии переработки минерального и техногенного сырья.
2
3
Обескремненный полиметаллический шлак, полученный предложенным способом, содержит: 50,13-55,05% FeO; 7,93-8,88% ZnO; 9,68-10,24% PbO, а доля диоксида кремния в сырье снижена с 22,18% до 0,01-3,42%. Железо в полученном полиметаллическом шлаке находится в форме маггемита - магнитной форме триоксида железа, который может быть отделен магнитной сепарацией от остальных компонентов с получением полиметаллического концентрата.
Пример 1.
2
3
2
4
2
Исходный полиметаллический шлак Дучарского отвала Нерчинских заводов измельчали в шаровой мельнице с последующей классификацией на сите 0,1 мм. Измельченный полиметаллический шлак, содержащий: 43,75% FeO; 22,18% SiO; 8,15% ZnO; 9,59% PbO; прочие попутные примеси - 16,33%, смешали в тефлоновом стакане с 30% раствором гидродифторида аммония (NHHF). Массовое соотношение исходного концентрата к раствору гидродифторида аммония составляло 1 к 5. Перемешивание пульпы осуществляли электромагнитной мешалкой с подогревом. Процесс вели в течение 3 часов при температуре смеси 90°С в ходе чего протекала реакция:
2
4
2
4
2
6
3
2
SiO+3NHHF → (NH)SiF+NH+2HO.
2
3
2
По окончании времени процесса, посредством фильтрации отделили осадок от раствора и сушили его в муфельной печи при температуре 80°С в течение 4 часов. Осадок содержал: 45,88% FeO; 0,94% SiO; 8,01% ZnO; 10,02% PbO; прочие попутные примеси - 35,15%.
Пары воды и аммиака улавливали с получением аммиачной воды.
2
3
2
Последующий обжиг осадка в муфельной печи при 700°С в течение 3 часов позволил получить обескремненный полиметаллический шлак со следующим составом в пересчете на оксиды: 55,05% FeO; 0,01% SiO; 8,88% ZnO; 10,24% PbO; прочие попутные примеси - 25,82%. Отходящие при этом газы направляли на смешение с водой для доулавливания остаточных фторидов аммония.
Полученный после фильтрации пульпы раствор обрабатывали водным раствором аммиака с концентрацией, равной 25%. Образовавшуюся суспензию гидратированного диоксида кремния фильтровали и получили осадок гидратированного диоксида кремния, который направили в муфельную печь на прокаливание при температуре 600°С в течение 6 часов с получением диоксида кремния в качестве продукта.
Раствор фторида аммония, полученный после фильтрации суспензии гидратированного диоксида кремния, смешивали с раствором фторида аммония, полученным после доулавливания остаточных фторидов аммония, а затем упаривали в тефлоновом стакане в муфельной печи при температуре 150°С, получив кристаллический гидродифторид аммония, который может быть использован для переработки новой партии сырья.
Пример 2.
Измельченный полиметаллический шлак такого же состава, как в примере 1, смешали с 40% раствором гидродифторида аммония при массовом соотношении твердого к жидкому, как 1 к 10. Выщелачивание проводили в течение 4 часов при температуре 60°С. Выделяющийся аммиак улавливали водой с получением водного раствора аммиака.
2
3
2
Полученный после фильтрации пульпы осадок сушили при 70°С в течение 2 часов. Осадок содержал: 43,25% FeO; 2,53% SiO; 7,94% ZnO; 9,82% PbO; прочие попутные примеси - 36,46%.
Дальнейший обжиг проводили при 900°С в течение 4 часов.
2
3
2
Состав полученного обескремненного полиметаллического шлака: 53,89% FeO; 0,64% SiO; 8,43% ZnO; 9,95% PbO; прочие попутные примеси - 27,09%.
Все газы после обжига направляли на улавливание водой и последующее упаривание раствора фторида аммония.
Получение диоксида кремния осуществляли прокаливанием осадка, полученного при фильтрации суспензии гидратированного диоксида кремния при 800°С в течение 2 часов. Все газы после прокаливания осадка направляли на улавливание водой и последующее упаривание раствора фторида аммония.
Регенерацию гидродифторида аммония осуществляли упариванием раствора фторида аммония при температуре 170°С в муфельной печи.
Пример 3.
Отличается от предыдущих примеров тем, что измельченный полиметаллический шлак смешивали с 10% раствором гидродифторида аммония при массовом соотношении твердого к жидкому как 1 к 20. Выщелачивание проводили в течение 1 часа при температуре 25°С.
2
3
2
Последующий осадок сушили при 60°С в течение 6 часов. Осадок содержал: 40,23% FeO; 5,47% SiO; 7,51% ZnO; 9,22% PbO; прочие попутные примеси - 37,57%. Дальнейший обжиг проводили при 600°С в течение 1 часа.
2
3
2
Состав полученного обескремненного полиметаллического шлака: 50,13% FeO; 3,42% SiO; 7,93% ZnO; 9,68% PbO; прочие попутные примеси - 28,84%.
Получение диоксида кремния осуществляли прокаливанием при 500°С в течение 3 часов.
Регенерацию гидродифторида аммония осуществляли при температуре 130°С.