Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для выщелачивания концентратов цветных, редких и редкоземельных металлов

Изобретение относится к области переработки концентратов цветных и редких металлов, содержащих тонкую вкрапленность ценных минералов, а именно к конструкциям устройств для выщелачивания концентратов цветных и редких металлов.

Известно устройство для извлечения золота из руд и концентратов. Изобретение относится к гидрометаллургии благородных металлов, в частности, для извлечения золота из руд и концентратов выщелачиванием в цианидных растворах содержит устройство, которое позволяет повысить степень диспергирования воздуха, сократить время выщелачивания и увеличить извлечение золота, содержит емкость с патрубками загрузки и выгрузки обрабатываемого материала, патрубком ввода раствора цианида и циркуляционный насос. При этом устройство снабжено, по меньшей мере, одним двухлучевым гидроакустическим излучателем с фиксированной направленностью акустического поля, установленным в емкости на ее вертикальной оси и соединенным с входным отверстием циркуляционного насоса, и трубопроводом подачи воздуха, объединенным с патрубком подачи раствора цианида в общий коллектор, выходные отверстия которого расположены в зоне разрежения двухлучевого гидроакустического излучателя [Патент RU №2522873 М. Кл. С22В 3/02 от 14.03.2013 г.].

Недостатком устройства является низкая степень извлечения золота при цианировании и невозможность работы установки в кислотах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для выщелачивания золота и платиновых металлов из шламов и концентратов, относящееся к металлургии благородных металлов, в частности, к конструкциям устройств для выщелачивания золота и платиновых металлов из шламов и концентратов электрохлоринацией, оно снабжено переливными патрубками, расположенными в анодной и катодной камерах, катодная камера выполнена с каркасом, диафрагма выполнена из ткани с протекаемостью 4-8 дм³/м²⋅ч, натянутой на каркас, при этом переливной патрубок катодной камеры расположен выше переливного патрубка анодной камеры на расстояние, равное 0,1-0,2 от высоты анодной камеры. [Патент RU №2187567 М. Кл. С22В 11/00; 3/02; 7/00; С25С 7/00 (прототип)].

Недостатками данного устройства являются: сложность конструкции из-за наличия диафрагмы и необходимости герметизации катодной и анодной камер, повышенный расход электроэнергии при электролизе в сравнении с бездиафрагменной электрохимической обработкой, возможность образования газообразного хлора в анодной камере, невозможностью работы с кислотами и кремнийсодержащим минеральным сырьем, при выщелачивании которого образуется гель, которые разрушают и забивают диафрагму, соответственно.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности выщелачивания концентратов цветных и редких металлов, содержащих тонкую вкрапленность ценных минералов.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве за счет одновременного использования электрохимических, ультразвуковых и тепловых воздействий в процессе выщелачивания обеспечивается высокая концентрация кислорода в растворах (пульпах), быстрое отведение с поверхности минеральных частиц продуктов реакции, интенсивное перемешивание и диспергирование минеральной суспензии, высокие скорости реакций окисления.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана принципиальная схема устройства выщелачивания концентратов цветных и редких металлов на фиг. 2 представлены фотографии устройства.

Устройство для выщелачивания концентратов цветных и редких металлов включает: реактор - 1, ультразвуковой диспергатор - 2, сердечник ультразвукового диспергатора - 3, трубчатый термонагреватель с встроенной термопарой - 4, сетчатый анод - 5, выполненный из просечно-вытяжного листа с шагом просечки не более 26 мм, и раскрытием не более 14 мм, катод - 6, источник постоянного тока - 7, перемешивающее устройство - 8 (мешалка), вал мешалки - 9, штуцер подачи материала (пульпы) - 10, штуцер подачи раствора реагента - 11, штуцер подачи воздуха - 12, штуцер выхода воздуха - 13 (золотник), напорный бак реагента (кислоты или раствор хлорида натрия) - 14, компрессор - 15, расходомер - 16, ротаметр - 17, штуцер выхода пульпы (перелив) - 18, дренажный штуцер - 19. При этом анод выполнен из титана, с покрытием «ОРТА-И1» (активное покрытие на основе тройной системы смешанных оксидов иридия, рутения и титана), а катод выполнен из титана без покрытия.

Устройство для выщелачивания концентратов цветных, редких и редкоземельных металлов работает следующим образом.

В реактор - 1, выполненный из кислотостойкого и термостойкого материала, из напорного бака раствора реагента (кислоты или раствор хлорида натрия) - 14, через расходомер - 16 и штуцер подачи раствора реагента - 11 заливается раствор кислоты или хлорида натрия до штуцера выхода пульпы - 18 (перелив), уровень которого выполнен на 1-2 см выше верхнего уровня электродов. Затем включается перемешивающее устройство - 8 (мешалка) и через штуцер подачи материала (пульпы) - 10 производится загрузка исходного материала.

Для отведения газообразных продуктов растворения минерального сырья, а также образующихся электролизных газов включается компрессор - 15 и осуществляется подача воздуха в реактор через ротаметр - 17 и патрубок - 12, отвод воздуха производят через штуцер выхода воздуха - 13 (золотник).

Далее подается напряжение на анод - 5 и катод - 6 от источника постоянного тока - 7, и устанавливается заданная величина анодной плотности тока. При этом на аноде - 5 происходит генерация атомарного кислорода, интенсифицирующего процесс выщелачивания концентратов цветных и редких металлов. На катоде - 6 идет процесс восстановления ионов водорода с образованием газообразного водорода, который, также как остатки кислорода и газообразных продуктов выщелачивания удаляется из реактора - 1 через штуцер выхода воздуха - 13 (золотник).

Для обеспечения акустических воздействий включается ультразвуковой диспергатор - 2, обеспечивающий интенсификацию процесса выщелачивания концентратов цветных и редких металлов за счет возбуждения во всем объеме частот, создаваемых с помощью сердечника ультразвукового диспергатора - 3 и возникающих в обрабатываемой среде вторичных эффектов (кавитация, пульсации, микро- и макропотоки).

Заданная температура процесса выщелачивания поддерживается с помощью трубчатого термонагревателя с встроенной термопарой - 4.

Пульпа после выщелачивания сливается через штуцер выхода пульпы (перелив) - 18 с последующей фильтрацией.

По окончании процесса выщелачивания остатки пульпы реактора - 1 через дренажный штуцер - 19 сливаются для последующей фильтрации.

Высокая эффективность процесса выщелачивания достигается благодаря одновременного наложения электрохимического и акустического воздействий.

Ниже приведены примеры работы установки. Для проведения опытов по выщелачиванию золота и редкоземельных элементов из концентратов использовали конструкцию установки, приведенной на фиг. 2.

1. Процесс выщелачивания упорного сульфидного золотосодержащего концентрата (60-65% арсенопирита) с содержанием золота 52,5 г/т, в котором более 80% составляют частицы менее 74 мкм, проводят следующим образом. Приготовленное исходное сырье в виде пульпы, жидкой фазой которой является раствор NaCl (250 г/дм³), при соотношении Т:Ж=1:10, загружается в реактор - 1 выше на 1-2 см верхней границы электродов. Далее подается напряжение постоянного тока на электроды, обеспечивающее анодную плотность тока на электродах 150 А/м², включается ультразвуковой диспергатор - 2. Температура пульпы составляет 25°С. Время выщелачивания составляет 20 часов. Электрохимическая обработка пульпы обеспечивает постоянную концентрацию активного хлора в пульпе 1,5-2 г/дм³. Извлечение золота в раствор составляет 92-94%. При этом извлечение золота за 20 часов из указанного концентрата в растворе NaCl с аналогичной концентрацией активного хлора, полученной химическим способом составило 38%; извлечение золота методом цианирования (по стандартной методике) составило 50%.

2. Процесс выщелачивания эвдиалитового концентрата с содержанием оксида циркония 9-12%, 0,2-0,24% гафния, с содержанием частиц крупностью -315 +63 мкм 97,7%, проводят следующим образом. Приготовленное исходное сырье в виде пульпы, жидкой фазой которой является раствор азотной кислоты (450 г/дм³), при соотношении Т:Ж=1:10, загружается в реактор - 1 выше на 1-2 см верхней границы электродов. Далее подается напряжение постоянного тока на электроды, обеспечивающее анодную плотность тока на электродах 200 А/м², включается ультразвуковой диспергатор - 2. Температура пульпы составляет 95°С. Время выщелачивания составляет 3 часа. Извлечение циркония и гафния в раствор составляет 90-95%. При этом извлечение циркония и гафния за 3 часа из указанного концентрата в растворе азотной кислоты без электрохимической и акустической обработки составляет 80-86%).