Производство меди гидрометаллургическим способом.

Введение

Металлургией называют науку и область техники, занимающиеся получением металлов из руд и других видов Металлсодержащего сырья. Она является звеном в общем цикле горно-металлургического производства, включающего геологию, горное дело, обогащение руд, собственно металлургию и металлообработку.
Металлургическое производство — одно из древнейших; оно возникло на ранних ступенях развития человеческого общества.
Человек начал использовать металлы около 6000 лет тому назад. Первыми металлами, во-шедшими в обиход человека, были самородные медь и золото и метеоритное железо, встречающиеся в природе в свободном состоянии. О значении металлов в жизни первобыт-ного человека гово¬рят названия целых исторических эпох: бронзовый, медный и железный века.
Металлургия, как отрасль промышленности, относится к категории сложных производств. При осуществлении металлургических процессов перерабатываемые материалы претерпе-вают многочисленные физико-химические превращения (разложение неустойчивых соеди-нений, химические взаимодействия, плавление, растворение, возгонка и др.). Без знания ос-новных законов физики и химии невозможно грамотно управлять металлургическим процес-сом и совершенствовать металлургическое производство. По этой причине металлургия, как отрасль промышленности и как наука, тесно связана с физикой, химией н особенно с физиче-ской химией. Последняя является научной основой теоретической и практической металлур-гии.
Рассмотрим получение меди гидрометаллургическим методом.


1. Сущность гидрометаллургии

Гидрометаллургические способы получения меди в принципе пригодны для переработки любых видов рудного сырья. Однако их обычно используют для извлечения меди из окис-ленных руд или предварительно обожженных сульфидных руд 1.
Ограниченное применение гидрометаллургических способов в медной промышленности является следствием в основном малых запасов окисленных руд и сложностью попутного из-влечения золота и серебра. По этой причине гидрометаллургию используют главным обра-зом для переработки бедных руд с нерентабельным содержанием благородных металлов, пустая порода которых не вступает в химическое взаимодействие с растворителем. Для прак-тической выгодности гидрометаллургии необходимо также, чтобы медь находилась в форме легкорастворимого соединения или переводилась в растворимую форму без значительных затрат.
Любой гидрометаллургический способ, не считая подготовительных и вспомогательных опе-раций, состоит из двухосновных стадий: обработки рудного сырья растворителем (выщелачи-вание) и осаждения металла из раствора.
При выборе растворителя учитывается ряд требований.
Основными из них являются дешевизна и доступность растворителя, эффективность его воз-действия на компоненты руды, незначительное воздействие на минералы пустой породы и возможность его регенерации. Применительно к медному сырью этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют вода и растворы серной кислоты и сульфата трехвалент-ного железа
Вода — наиболее дешевый и доступный растворитель— пригодна, как правило, для обработ-ки сырья и полупродуктов, содержащих медь в форме сульфатов или хлоридов. В условиях естественного (природного) выщелачивания сульфидных минералов при совместном дей-ствии воды и кислорода воздуха происходит окисление сульфидов с образованием серной кислоты и сульфата трехвалентного же¬леза, которые и растворяют в конечном итоге суль-фиды.
Раствор серной кислоты — наиболее распространенный растворитель в гидрометаллургии меди. Он обладает достаточно высокой растворяющей способностью, дешев и легко регене-рируется. Однако его невыгодно применять для сырья с повышенным содержанием основ-ных породо¬образующих минералов (известняка, кальцита, доломита и т. д.) из-за резкого увеличения расхода растворителя на их растворение и невозможности регенерации H2S04 из этих соединений.
Сульфат трехвалентного железа является хорошим растворителем для многих природных сульфидов меди. Однако этот растворитель самостоятельного значения в гидрометаллургии меди не имеет. Причиной этому является гидролиз Fe2(S04)3 в водных растворах. Для прида-ния устойчивости сульфату растворы нужно подкислять серной кислотой.
При совместном воздействии указанных двух реагентов на сульфидные минералы Fe2(S04)3 работает как окислитель сульфидов, а серная кислота является их фактическим растворите-лем. Сульфат трехвалентного железа при этом восстанавливается до FeS04. Регенерацию рас-творителя осуществляют путем окисления FeS04 до Fe2(S04)3 аэрацией (продувкой) возду-хом, часто в присутствии оп-ределенного вида бактерий (бактериальное выщелачивание) и реже хлором.
Для выщелачивания медных руд и концентратов применяют несколько методов:
1) выщелачивание в кучах;
2) подземное выщелачивание;
3) выщелачивание путем просачивания раствора через слой рудного материала (перко-ляция);
4) выщелачивание в чанах с механическим перемеши¬ванием (агитация);
5) автоклавное выщелачивание (под давлением).
Наибольшее распространение получили первые два метода.


2. Выщелачивание руды в отвалах и кучах

Выщелачивание отвалов и кучное выщелачивание имеют не только много общего в органи-зации процесса 2, но и ряд принципиальных раз¬личий, основные из которых систематизи-рованы ниже:
В отвалах В кучах
Объем руды, тыс. т . . . 5 103—5 106 100—600
Содержание Сu в сырье, % 0,1—0,3 0.3—2,0
Крупность породы, ВЫВОДИМОЙ в отвал, не регулируется, при кучном выщелачивании руду предварительно дробят. Количество отра-батываемого материала в отвалах гораздо больше, чем руды в кучах.
До последнего времени место для сооружения отвала выбирали в основном с учетом удоб-ства транспорта и хранения вскрышных пород, что осложняло их дальнейшую гидрометал-лургическую обработку. В настоящее время отвалы транспортируют или на площадку из по-род с высокой механической прочностью и водонепроницаемостью (скальные породы типа базальта), или на специально подготовленные площадки.

Рисунок 1 - Типичные формы сечения отвалов руды

Типичные формы сечений отвалов показаны на рис. 1. Отвалы складируют таким образом, чтобы обеспечить одну или две точки для сбора раствора, при рациональном использовании рельефа местности.
Еще более тщательно готовят площадку и основание куч: необходимы не только прочная опора и эффективный дренаж раствора, но и доступ воздуха в слой руды.
В процессе эксплуатации рудные отвалы и кучи склонны к оседанию, что объясняется уплот-нением материала за счет увеличения веса при подаче раствора, выноса мелких фракций, выветривания, разрушения и измельчения породы. Оседание крайне нежелательно, по-скольку ухудшаются условия перколяции раствора.
Показатели выщелачивания существенно зависят от условий кон-такта растворителя с мед-ными минералами, что во многом определяется способом и режимом орошения, скоростью и равномерностью перколяции раствора.
Способ подачи раствора выбирают с учетом размеров поверхности орошения, минералоги-ческой и гранулометрической характеристики породы, высоты кучи (отвала), климатических условий. В современной практике используют орошение с помощью разбрызгивателей, прудков и дренажных вертикальных труб.
При разбрызгивании обеспечивается наиболее равномерное орошение и создаются условия для лучшего насыщения раствора кислоро¬дом воздуха. Разбрызгивающие устройства долж-ны обеспечивать перекрытие орошаемых участков (рис. 2). Разбрызгивание раствора осу-ществляется или через специальные приспособления, расположенные через 15—18 м, или через перфорированные трубы (диаметр отверстий 51—102 мм). Поверхность, орошаемая одним разбрызгивателем, зависит от расхода воды и напора в подводящей магистрали и со-ставляет 4,8—5,6 м2. При орошении разбрызгиванием имеют место большие