СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ, ЖЕЛЕЗА, ЗОЛОТА И СЕРЕБРА ИЗ СУЛЬФАТНОГО СПЕКА

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 S_общ; 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:

; , ;

иначе τ=χ₁+5, R=χ₂+4, C^NaCl=60χ₃+120.

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

- извлечение цинка в раствор:

;

- извлечение железа в раствор:

;

- извлечение меди в раствор:

;

- извлечение свинца в раствор:

;

- извлечение золота в раствор:

;

- извлечение серебра в раствор:

;

где ε^ME - извлечение металла в раствор, %; χ₁ - продолжительность гидрохлорирования в безразмерном масштабе; χ₂ - отношение Ж:Т в безразмерном масштабе; χ₃ - концентрация NaCl в безразмерном масштабе; - дисперсия адекватности; F - экспериментальное значение F - статистики; F_0,05; 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 ε^Zn, ε^Fe, ε^Cu, но функции ε^Pb, ε^Au и ε^Ag совпадают только по X₃=1. Подстановка значений оптимальных условий свинца (X₁=1 и X₂=-1) в модели (ε^Zn=34,28%, ε^Fe=52,52%, ε^Cu=6,83%) дала неудовлетворительные результаты; серебра (X₁=1 и X₂=1) в модели (ε^Zn=63,56%, ε^Fe=60,284%, ε^Cu=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.

Этим условиям соответствует опыт 7 (табл.1), в котором получены следующие значения зависимых переменных: ε^Zn=54,45%, ε^Fe=68,79%, ε^Cu=45,25%, ε^Pb=49,48%, ε^Au=76,25% и ε^Ag=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 S_общ; 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:

; , ;

иначе τ=2,5χ₁+3,5, R=χ₂+5, C^NaCl=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:

;

- извлечение железа в раствор:

;

- извлечение меди в раствор:

;

- извлечение свинца в раствор:

;

- извлечение золота в раствор:

;

- извлечение серебра в раствор:

;

В связи с тем что для уравнений 1-12 F>F_{0,05; 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.

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

- железа (X₁=-1, Х₂=1, Х₃=-1) в модели ε^Zn=47,07%, ε^Ag=92,31%, ε^Pb=62,09%;

- цинка (X₁=1, Х₂=-1, Х₃=1) в модели ε^Fe=56,33%, ε^Pb=53,64%, ε^Ag=92,84%;

- свинца (X₁=-1, Х₂=-1, Х₃=1) в модели ε^Zn=51,94%, ε^Ag=91,68%, e^Fe=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: ε^Zn=63,58%, ε^Fe=64,55%, ε^Cu=62,80%, ε^Pb=69,04%, ε^Au=93,44% и ε^Ag=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.