Марченко Н.В. Металлургия тяжелых цветных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

4. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА СВИНЦА И ЦИНКА

4.2. Очистка сточных вод



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

191

– различные реагенты, находящие широкое применение в отдельных

гидрометаллургических производствах.

Предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ в

сточной воде характеризуется следующими данными, мг/л: 1,0 Zn; 0,01 Cd;

0,05 Co; 0,05 As; 0,01 Sb; 0,1 Pb; 0,001 Se; 0,5 Fe

; 100 SO

; 350 Cl

; 20 Na.

Наилучшим варинтом предотвращения вредного влияния сточных вод

на окружающую среду следует считать организацию частичного или полного

водооборота и повторное использование сточных вод в производственном

цикле. При введении водооборота хранилища сточных вод должны использо-

ваться в качестве очистных сооружений. В случае сброса сточных вод в во-

доемы их очистка должна обеспечивать содержание каждой из загрязняющих

примесей ниже предельно допустимых концентраций вредных веществ в во-

де водоемов санитарно-бытового использования.

Выбор той или иной схемы очистки сточных вод зависит от многих

факторов. Важнейшими из них являются: объем образующихся сточных вод,

вид и концентрация загрязняющих веществ, физико-химические свойства

примесей или их химических соединений, которые могут быть положены в

основу метода очистки. При выборе схемы очистки должны учитываться

возможности использования таких эффектных мероприятий; которые приво-

дят к сокращению объема сбрасываемых вод, экономии технологической во-

ды, устранению переливов и аварийных сбросов и так далее.

В основе наиболее часто применяемых методов очистки сточных вод

на предприятиях цветной металлургии лежат следующие процессы:

1) механическое отстаивание грубодисперсной взвеси, иногда с добав-

лением коагулянтов и флокулянтов;

2) осаждение примесей в виде труднорастворимых солей;

3) окисление примесей до безвредных соединений.

Возможны два варианта организации схем очистки сточных вод: по-

следовательным выделением отдельных примесей с помощью соответст-

вующих наиболее эффективных реагентов и комплексным выделением сразу

большинства или всех загрязнений. Первый вариант обеспечивает более глу-

бокую очистку сточных вод, но приводит к применению сложных многосту-

пенчатых схем. Второй вариант более прост и дешев в технологическом от-

ношении, но для каких-то отдельных примесей он может оказаться далеко не

лучшим.

Наиболее доступными, дешевыми и распространенными реагентами

при очистке сточных вод являются известь, используемая в качестве коагу-

лянта, осадителя и химического реагента, а также хлорная известь, гипохло-

риты кальция и натрия, жидкий хлор, являющиеся хорошими окислителями.

Кроме того, возможно применение таких методов очистки, как озонирование,

ионный обмен, адсорбция, электрохимия и др.

Простое отстаивание сточных вод является наиболее дешевым методом

выделения из них механических примесей в виде взвеси твердых частиц. Од-

нако оно эффективно лишь при осветлении воды до требуемых кондиций при

продолжительности не более 8 ч. Необходимая степень осветления воды при

4. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА СВИНЦА И ЦИНКА

4.2. Очистка сточных вод



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

192

отстаивании зависит от дальнейшего ее использования или требований того

водоема, в который сбрасываются воды.

При медленном отстаивании грубодисперсных примесей обычно при-

меняют их коагулирование. Коагулянтами могут служить гашеная известь,

сульфаты и хлориды железа, сульфат алюминия или их смеси. Для ускорения

отстаивания часто применяют полиакриламид, который способствует объе-

динению отдельных хлопьев в более крупные агрегаты, которые осаждаются

с большей скоростью.

Очистка сточных вод от кислот (чаще всего серной и соляной) и щело-

чей заключается в их нейтрализации. Нейтрализации подвергают сточ-

ные воды с рН менее 6,5 и более 8,5. Применяют следующие способы ней-

трализации:

– взаимная нейтрализация кислых и щелочных сточных вод;

– нейтрализации реагентами (растворы кислот, негашеная и гашенная

известь, кальцинированная и каустическая сода, аммиак);

– фильтрование через нейтрализующие материалы (известь, известняк,

доломит, магнезит, мел).

Наиболее дешевым реагентом для нейтрализации кислот, например

в цинковом производстве, является гашеная известь. При нейтрализации из-

вестью серной кислоты в осадок выпадает малорастворимый сульфат каль-

ция – гипс.

Методы очистки сточных вод от катионов металлов основаны на обра-

зовании и осаждении труднорастворимых соединений (гидроксидов или ос-

новных карбонатов) или цементных осадков. Сточные воды предприятий по

производству тяжелых цветных металлов чаще всего очищают от меди, ни-

келя и свинца.

Наиболее простым способом очистки кислых медьсодержащих сточ-

ных вод от меди является метод ее цементации железным скрапом. Однако в

этом случае вода загрязняется ионом железа. Поэтому цементация железом

применима только для предварительной очистки достаточно концентриро-

ванных по меди сточных вод с целью ее извлечения. Оставшуюся медь выде-

ляют гидролизом при последующей нейтрализации сточных вод. Применим

также способ осаждения меди в форме основного карбоната с помощью из-

вести и других углекислых реагентов. Основной карбонат меди практически

нерастворим в воде. Очистку сточных вод от меди при малом ее содержании

весьма эффективно можно осуществлять с помощью ионообменных смол

пропусканием (фильтрованием) воды через слой катионита.

Медь, выделенную из сточных вод любым способом, необходимо воз-

вращать в металлургическое производство.

Очистку сточных вод от никеля и свинца производят реагентным спо-

собом с переводом их в осадок в форме основного или обычного карбонатов.

Наиболее эффективным способом очистки от никеля, как и от меди, яв-

ляется обработка сточных вод растворами, содержащими СаСО

. Помимо

реагентного метода, очистку сточных вод от никеля можно проводить элек-

трохимическим и ионообменным способами. При очистке сточных вод от

4. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА СВИНЦА И ЦИНКА

4.2. Очистка сточных вод



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

193

свинца наиболее дешевым способом является метод его осаждения в форме

карбонатов.

Для очистки сточных вод большинства предприятий цветной металлур-

гии применимы почти стандартные схемы обработки известью и «активным»

хлором. Такие схемы во многих случаях обеспечивают достаточную очистку

сразу от большинства примесей, однако они не гарантируют глубокой очист-

ки сточных вод от всех загрязнений, т.е. не обеспечивают должной чистоты

природных водных объектов.

Единственно правильным направлением в рациональном использова-

нии водных ресурсов и предотвращении их от загрязнения следует считать

организацию замкнутых схем водопотребления с переводом предприятий на

бессточный режим работы.

Отработанные технологические воды в этом случае не сбрасывают в

поверхностные или подземные водоемы, а подвергают очистке только от тех

примесей, которые могут отрицательно влиять на технологию или обслужи-

вающий персонал. Достигнутая этими целями степень очистки позволяет ис-

пользовать очищенные стоки в водообороте.

Выбор схемы водооборота зависит от масштабов производства, по-

требности в воде отдельных переделов и предприятия в целом, особенностей

технологии и вида применяемого оборудования.

Значение организации оборотного водоснабжения для современного

производства исключительно велико, т.к. оно является единственно правиль-

ным направлением, обеспечивающим нормальную работу предприятия с со-

блюдением всех экологических норм, предусматривающих надежную охрану

окружающей среды.

В существующем производстве имеют заметные резервы улучшения

экологической безопасности за счет повышения культуры производства.

экономического стимулирования комплексности использования сырья, бо-

лее строгих санкций по фактам неорганизованных сбросов отходов произ-

водства.



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

194

Цветные металлы по физико-химическим свойствам классифицируют

условно на 5 групп – основные тяжелые металлы, малые тяжелые металлы,

благородные, редкие и легкие металлы.

Медь и никель относятся к группе основных тяжелых металлов.

В рудных месторождениях металлы присутствуют в виде комплексного

сырья.

Мировое производство первичной меди в 1900 г. (рис. 5.1

) составляло

всего 495 тыс. т, а в 1997 г. – 1 1526 тыс. т. В период с 1900 по 1960 гг. про-

изводство меди в мире росло на 3,2 % ежегодно, с 1960 по 1970 гг. –

3,4 % в год, в 1970-х гг. – на 2,6 %, в 1980-х гг. – на 2,2 % и в 1990-х гг. –

на 3,1 % в год.

Рис. 5.1. Производство первичной меди в мире

Исследовательская компания International Nickel Study Group (INSG)

оценила объем производства никеля в мире в 2006 г. в 1,36 млн т. Согласно

данным компании, в 2005 г. мировое производство никеля выросло на 2,4 %,

до 1,29 млн т. Крупнейшим производителем никеля в мире является ГМК

«Норильский никель». На долю этой российской компании приходится око-

ло 20 % мирового производства данного металла. В 2006 г. компания увели-

чила производство никеля до 248,0 тыс. т. Далее по объему производства

следуют канадская компания – Inco Ltd. и англо-австралийская BHP Billiton,

5. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТАЛЛУРГИИ МЕДИ И НИКЕЛЯ



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

195

объем производства у которых – 240,0 тыс. т/год и 136,5 тыс. т/год соответ-

ственно.

На рынке никеля принято различать первичных и конечных потребите-

лей. Первичные потребители – это те отрасли, в которых потребляется непо-

средственно никель. Конечные потребители – это отрасли, в которых произ-

водят конечные никельсодержащие товары. Главными первичными потреби-

телями никеля являются производители нержавеющей стали. На их долю

приходится почти 70 % всего потребления в мире. Никель используется так-

же в производстве специальных сталей и сплавов, в гальванотехнике (нике-

лирование), катализаторах, батареях и т.д.

Основные конечные потребители никеля – транспорт, машиностроение,

строительство, химическая промышленность, производство посуды и прочих

изделий быта.

Рис. 5.2. Ведущие страны-потребители никеля

Основные страны-потребители никеля – Европейский союз, Япония,

США, Китай, Тайвань, Южная Корея (рис. 5.2

). Спрос на никель постоянно

повышается.

Рудами считают горные породы, которые при современном уровне тех-

ники выгодно перерабатывать для получения металлов. Главным для такой

оценки служит содержание в породах ценных составляющих, стоимость до-

бычи, перевозки и переработки. Чтобы избежать лишних затрат на топливо,

энергию, вспомогательные материалы и рабочую силу, часть пустой породы

из руд предварительно удаляют сравнительно дешевыми обогатительными

способами, не требующими изменения химического состава или агрегатно-

го состояния материала. Это значительно расширяет ресурсы минерального

сырья.

5. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТАЛЛУРГИИ МЕДИ И НИКЕЛЯ

5.1. Классификация рудного сырья



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

196

Сырьем для получения меди служат руды, продукты их обогащения –

концентраты, а также амортизационный лом и отходы (вторичное сырье), на

долю которого в настоящее время приходится около 40 % общего объема

производства меди.

Медные руды всегда полиметаллические. Ценными спутниками меди

являются около 30 элементов. Важнейшие из них – цинк, свинец, никель, ко-

бальт, золото, серебро, металлы платиновой группы, сера, селен, теллур,

кадмий, германий, рений, индий, таллий, молибден, железо.

Если медные руды содержат соизмеримые количества других метал-

лов-спутников, их, соответственно, называют медно-никелевыми, медно-

цинко-

выми и т.д.

В медном производстве используют все типы руд – сульфидные, окис-

ленные, смешанные. Наибольшие запасы меди сосредоточены в сульфидных

вкрапленных рудах, поэтому они являются основным сырьем, из них вы-

плавляют 85–90 % всей первичной меди.

Содержание меди в земной коре (кларк меди) составляет 0,01 %. В про-

мышленную переработку вовлекают руды, содержащие более 0,4–0,6 % меди.

Известно более 250 минералов меди, однако, практическое значение

имеет небольшая группа сульфидных и окисленных минералов:

ковеллин – CuS;

халькозин – Cu

халькопирит – CuFeS

;

борнит – Cu

FeS

;

кубанит – Cu

FeS

;

талнахит – Cu

FeS

(1,8-2)

;

куприт – Cu

тенорит – CuO;

хальконтит – СuSО

5Н

О;

хризоколла – CuSiO

2Н

О.

Наряду с медными минералами, в рудах и концентратах находятся

сульфиды других тяжелых цветных металлов (ZnS, PbS, Ni

) и железа. Ос-

новными сульфидами железа являются пирит (FeS

), пирротин (Fe

). Кроме

этого, железо присутствует в форме комплексных сульфидов типа халькопи-

рита и борнита.

Вследствие низкого содержания меди и комплексного характера руд

непосредственная металлургическая переработка такого сырья экономически

нецелесообразна, поэтому их подвергают селективному флотационному обо-

гащению с получением медных, цинковых, молибденовых, пиритных кон-

центратов. Флотационные концентраты имеют крупность частиц 74 мкм и

влажность 8–12 %.

Состав некоторых медных концентратов приведен в табл. 5.1

5. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТАЛЛУРГИИ МЕДИ И НИКЕЛЯ

5.1. Классификация рудного сырья



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

197

Таблица 5.1

Примерный состав различных медных концентратов, %

Тип концентрата Cu Pb Zn Fe S SiO

CaO

Медный

18,5

17,8

36,5

–

0,05

–

1,1

31,6

26,1

7,1

35,5

34,7

16,6

5,5

14,3

24,8

2,1

2,9

7,2

0,1

0,7

2,4

Медно-цинковый

13,6

16,1

15,7

–

0,8

8,3

5,4

6,8

28,7

31,7

31,6

39,0

41,7

40,4

1,1

0,7

3,4

0,7

–

0,1

Медный, никель-

содержащий

24,7 1,8 Ni – 34,9 32,6 1,7 1,5 0,7

В состав медных концентратов входят минералы пустой породы и не-

значительные примеси других минералов, содержащие As, Sb, Bi, Cd, Se, Te,

Ag, Au.

Минералогический и химический состав концентратов представлен в

табл. 5.2

, табл. 5.3.

В качестве флюсов в медеплавильное производство поступает широкий

ассортимент кварцев и золотосодержащих материалов. Химический состав

некоторых из них представлен в табл. 5.3

Таблица 5.2

Минералогический состав концентратов, %

Концентраты

Халько-

пирит

Ковел-

лин

Халько-

зин

Бор-

нит

Пирит

Сфале-

рит

Неруд-

ные

Гайский

Среднеуральский

Учалинский

Дегтярский

Эрдэнэт

52,9

65,45

38,4

56,0

20,0

1,4

0,44

–

3,0

22,5

–

1,75

–

1,0

–

5,0

31,3

18,77

43,9

28,0

20,0

11,3

1,99

12,3

13,0

1,43

1,35

13,35

–

1,0

11,07

5. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТАЛЛУРГИИ МЕДИ И НИКЕЛЯ

5.1. Классификация рудного сырья



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

198

Таблица 5.3

Химический состав медьсодержащего сырья, кварцев

и золотосодержащих концентратов

Наименование Cu Zn S Fe Sb As Pb Bi Cd SiO

CaO

Гайский к-т

Учалинский к-т

Башкирский к-т

Урупский к-т

Эрдэнэт

Бурибаевский к-т

Маднеульский к-т

Алтайзолото

Запсибзолото

Армзолото

Енисейзолото

Берёзовский кварц

Невьянский кварц

Крылатовский кварц

Казахзолото

Узбекзолото

15,5

15,2

16,8

15,6

30,4

15,1

15,2

0,03

20,92

0,56

1,1

0,56

0,04

0,4

0,28

4,8

7,2

5,3

6,6

0,32

3,5

0,75

0,06

0,13

0,5

1,23

0,09

0,02

0,013

0,02

0,13

39,7

39,5

38,3

39,4

32,6

34,6

39,2

0,92

6,79

11,31

20,68

28,23

0,74

0,28

0,9

10,7

32,27

31,55

31,37

31,01

22,36

30,58

33,84

4,86

6,01

14,88

21,46

26,45

4,54

3,87

4,24

14,15

0,04

0,09

0,004

0,01

0,033

0,002

0,001

0,03

0,002

0,02

0,074

0,023

0,01

0,001

0,003

0,076

0,36

0,4

0,08

0,38

0,34

0,05

0,04

0,18

0,014

0,23

0,71

0,12

0,01

0,001

0,02

1,27

0,4

1,58

0,77

0,422

0,033

0,2

0,01

0,16

0,033

0,2

0,7

0,67

0,002

0,004

0,25

0,0016

–

0,0077

0,0025

0,0019

0,001

0,03

0,001

0,016

0,0023

0,014

0,022

0,0011

0,006

0,0013

0,006

0,025

0,03

0,021

0,029

0,002

0,018

0,002

0,008

0,001

0,004

2,67

0,72

1,46

0,81

6,78

6,9

72,6

30,3

43,53

33,35

21,9

54,66

62,1

70,16

53,05

1,08

0,7

0,94

0,87

2,28

1,69

0,72

2,07

3,59

2,76

4,24

3,7

5,4

5,95

2,46

3,31

–

0,17

0,142

0,21

0,27

0,11

–

1,76

3,32

2,49

2,68

1,3

6,3

4,44

3,31

0,95

5. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТАЛЛУРГИИ МЕДИ И НИКЕЛЯ

5.1. Классификация рудного сырья



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

199

На начало 2002 г. общие запасы никеля в рудах были оценены в коли-

честве 135 млн т. В том числе достоверные запасы – в 49 млн т, кроме того, в

железо-марганцевых конкрециях на дне Мирового океана ресурсы никеля

оцениваются в 1 млрд т при среднем содержании в рудах никеля 1,3 %. Ре-

сурсы кобальта составляют 250 млн т. По разным данным, от 40 до 60 % ни-

келя находится в окисленных рудах, 33 % – в сульфидных, 0,7 % – в прочих.

Обеспеченность разведанными до промышленных категорий запасами

никелевых руд при современном уровне добычи и переработки составляет

50 лет, однако прогнозные ресурсы создают предпосылки для открытия но-

вых месторождений и наращивания запасов. Никель из конкреций может

обеспечить любой рост потребления никеля.

Никелевые заводы перерабатывают два типа руд: окисленные никеле-

вые и сульфидные медно-никелевые. Эти руды образуют самостоятельные

месторождения, технологии извлечения из них никеля различны.

Окисленные никелевые руды имеют вторичное происхождение и состоят

из гидратированных магнезиальных силикатов, алюмосиликатов и оксида желе-

за. Никель представлен минералами ревденскитом 3(Ni, Mg)O·2SiO

·2H

О и

гарниеритом NiSiO

· mMgSiO

· H

O. В рудах содержится кобальт в количе-

ствах в 15–25 раз меньше никеля и в небольших количествах медь (0,01–0,02 %).

Руды отличаются непостоянством состава даже в пределах одного месторож-

дения, залегают близко к поверхности земли, поэтому их разрабатывают

карьерным способом.

Рациональных методов обогащения окисленных никелевых руд до сих

пор не найдено, и они непосредственно поступают в металлургическую пере-

работку. Состав окисленных никелевых руд следующий, %: 0,7–1,1 Ni;

0,04–0,1 Co; 15–75 SiO

; 5–65 Fe

; 2–25 А1

; l–4 Сr

; 2–25 MgO;

0,5–2,0 СаО; до 35 H

К числу стран, обладающих наиболее крупными запасами окисленных

руд, относятся (в порядке убывания): Куба, Новая Каледония, Индонезия,

Греция, Сербия, Новая Гвинея, Албания, Гватемала, Бразилия, Венесуэла, До-

миниканская республика, Колумбия. В общей сложности достоверные запасы

никеля этих стран составляют 20,3 млн т или 41,3 % достоверных запасов.

Наиболее богатые руды находятся в Новой Каледонии (в железистых

разновидностях – 0,9–3,0 % Ni; 0,1–0,5 % Со; в магнезиальных – 3,3 % Ni;

0,05 % Со), на Кубе (1,4 % Ni; 0,1 % Со), в Колумбии и на Филиппинах –

в среднем 2,1 % Ni. В каждом месторождении есть блоки более богатых и

более бедных руд.

В настоящее время перерабатываются руды, содержащие более 1,4 % Ni,

но имеется тенденция к переработке все более бедных руд.

По данным зарубежных экспертов, в России запасы окисленных нике-

левых руд и в особенности сульфидных медно-никелевых руд велики; досто-

верные запасы оцениваются в 6 600 тыс. т никеля.

5. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕТАЛЛУРГИИ МЕДИ И НИКЕЛЯ

5.1. Классификация рудного сырья



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

200

Из 30 предприятий мира, производивших в 1997 г. никель, 17 заводов

перерабатывали окисленные никелевые руды и выдавали около 300 тыс. т.

никеля, т.е. 40 % мирового производства. Из этого числа 11 заводов вели

плавку в основном на ферроникель, используя преимущественно магнези-

альные руды, 6 заводов перерабатывают железистые руды гидрометаллурги-

ческими методами.

В окисленных рудах почти полностью отсутствуют индивидуализиро-

ванные рудные компоненты и никелевые минералы, вследствие чего рудой

является вся масса породы, если она отвечает среднему кондиционному

составу.

В окисленных никелевых рудах присутствует кобальт в среднем от 4 до

10 % от содержания никеля. Наличие меди незначительно и составляет менее

1 % от содержания никеля. Также незначительно содержание серы. В не-

больших количествах присутствуют драгоценные металлы, которые могут

быть сконцентрированы в промпродуктах.

Содержание никеля в рудах составляет 0,8–3,0 %. Никель распределен

неравномерно и по внешнему виду рудная часть трудноотличима от вме-

щающих пустых пород. Окисленные никелевые руды не поддаются извест-

ным методам механического обогащения, и это вызывает необходимость во-

влечения в металлургическую переработку больших количеств руды и созда-

ния крупномасштабных производств.

В табл. 5.4

. показано среднее содержание никеля, кобальта и шлакооб-

разующих компонентов ряда месторождений России и Украины. Содержание

СаО во всех типах руд колеблется от 0,5 до 2,0 %, серы – порядка 0,01 %,

мышьяка – 0–0,3 %, меди – 0,05 %, цинка – 0,02 %.

Таблица 5.4

Состав окисленных никелевых руд России и Украины

Месторождение

и тип руды

Прикрепление

к заводу

Содержание в сухой руде, %

SiO

MgO

Кимперсайское

Южуралникель

1,15

0,04

1,3

Буруктальское

Южуралникель

0,84

0,08

1,3

Сахаринское

Южуралникель

1,1

0,05

1,5

Черемшанское

Уфалейникель

1,26

0,04

0,7

Рогожское

Уфалейникель

0,82

0,07

–

Синарское

Уфалейникель

1,07

0,05

–

Серовское

Уфалейникель

1,09

0,06

1,2

Липовское

Режский завод

1,2

0,05

0,5

Деренюха

Побужский ферро-

никелевий завод

0,9

0,05

В табл. 5.5

приведен состав руд, перерабатываемых на зарубежных за-

водах. Сравнение показывает, что за рубежом перерабатываются руды с со-

держанием выше 1,2 % Ni, преимущественно с 1,9–2,5 % Ni. Российские ру-