Переработка продуктивных растворов выщелачивания

ПEPEPAБOTKA ПРОДУКТОВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ

К продуктам физико-химических методов геотехнологии (ПФХМГ) относятся:

· водные пульпы, получаемые при скважинной гидравлической разработке рыхлых песчано-глинистых отложений;

· извлекаемые компоненты - янтарь, алмазы, золото, минералы черных, цветных и редких металлов, уголь, фосфориты, стройматериалы и другие полезные ископаемые;

· рассолы скважинного подземного растворения NaCl, KCI, MgCl₂, LiCl, Nа₂СО₃ и других водорастворимых солей;

· продуктивные растворы подземного и кучного выщелачивания урана, меди, золота и других металлов;

· расплавы, получаемые при подземной выплавке серы, озокерита;

· газы от подземной газификации угля, серы, подземной возгонки ртути, сурьмы и др. легко-летучих компонентов.

Пульпы скважинной гидродобычи

Пульпы скважинной гидродобычи представляют собой водно-минеральные или водно-угольные смеси с соотношением жидкости и твердого,чаще всего от 3 до 10 и более, которые получают в результате гидравлического размыва сравнительно рыхлых малопрочных пород (глин, песков,слабо сцементированных желваков и обломочных пород, углей). Для такихпульп не установился определенный стандарт их переработки, посколькудействуют пока только опытно-промышленные установки.

Так, на установках по переработке янтароносных глинистых отложений на Янтарномкомбинате (Калининградская обл.), а также костного детриса (окаменелые останки организмов, содержащие соответствующие компоненты) урансодержащих фосфоритов, желваков фосфорита и никель-марганцевых конкреций придонных отложений других месторождений использовались схемы, представленные на рис. 4.1.

В отличие от стационарных установок,на которых для более полной дезинтеграции кусков руды, не размытыхпри гидравлической или другой разработке применяются корытные илимечевые мойки, барабанные дезинтеграторы и даже молотковые дробилки, мельницы, переработка продуктов СГД на опытных участках производится на простейших гидровашгердах(Гидровашгерд — наклонный короб, оборудованный решётками с отверстиями различных диаметров.Подъём песков на гидровашгерде производится струёй гидромонитора, устанавливаемого на расстоянии 5-10 м от гидровашгерда) и гидроклассификаторах.

Приобогащении янтарь-содержащих глин используются подобные устройствас ручным отбором крупных кусков янтаря на грохотах и обогащением вглинистых суспензиях. Частицы янтаря в таких суспензиях всплывают, апесок и галька оседают.

Для песков погребенных отложений тяжелых минералов применяются обычные схемы переработки для россыпей с использованием модульных установок, в которых, (наряду с оборудованием для дезинтеграциипесков и отмывки от глин), используются стандартные аппараты для гравитационного обогащения, а также сравнительно новые схемы c применением короткоконусных гидроциклонов и центробежных концентраторовдля извлечения шлихов, содержащих тяжелые минералы (золото, циркон,рутил, ильменит и др.).

Наряду с упомянутым выше имеется также опыт эксплуатации скважинной гидродобычи железных руд на Михайловском ГОКе КМА.Богатые железные руды представляют собой продукты обогащения железистых кварцитов в результате их латеритного выветривания (ВЫВЕТРИВАНИЕ ЛАТЕРИТНОЕ (ЛАТЕРИТИЗАЦИЯ) — процесс выветривания г. п. в тропической или субтропической климатической зоне со сменой дождливых и сухих сезонов. Его химизм сводится к разложению алюмосиликатов и силикатов исходных п., выносу щелочей, щелочных земель и кремнекислоты и к накоплению в верхней зоне коры выветривания окислов и гидроокислов Al, Fe, Ti и др. элементов-гидролизатов. В результате этого процесса образуется зонально построенная латеритная кора выветривания). Руда СГД характеризуется высоким содержанием железа (67-68 %), низким содержанием кремнезема (0,75-1,6 %), глинозема (0,6-0,7 %), Р₂0₅ (0,02-0,03%), серы (0,01-0,03 %). Предложены для ее переработки Механобрчерметом и ВИМСом магнитно-гравитационные схемы обогащения, что позволит снизить содержание кремнезема до 0,35-0‚4 %, серы и фосфора до тысячных долей процента.

Проведенные работы по скважинной гидродобыче песков титано-циркониевого месторождения показали, что при содержании в руде циркона,рутина и ильменита, соответственно, 0,47; 0,98 и 2,95 %  - в пробах картынамыва было 0,93, 2,24 и 5,11 % этих минералов.

Для нефте-битуминозных песков Казахстана предложен вариант СГДгорячей водой (70-90 °С) с добавками ПАВ и силиката натрия при напоре1 Мпа. При этом 60-70 % битума отмывается от песков и сосредотачивается в водном растворе. Затем битум извлекается из раствора флотацией.

Предложена схема добычи СГД бедной свинцовой руды коры выветривания Жана-Аркалыкского месторождения с содержанием свинца 0,5% с её обычными гравитационными методами (отмывка, отсадка, концентрация на шлюзах и доводка на столах и шлюзах). Получен концентрат ссодержанием свинца 21,5 %, при этом степень его извлечении 56,8 %. Изболее богатых руд, содержащих 1,8 % Pb, получены концентраты, содержащие 47-50 % РЬ.

Рассолы

Рассолы представляют собой крепкие растворы водорастворимых солей (NaCl, KC], MgClz, LiCl, Na₂CO₄, Na₂CO₃ ит. д.).Для их переработкиприменяются галургические и флотационные методы.

Поскольку скважинное подземное растворение NaCl является широко применяемым способом разработки, переработка рассолов производитсяна химико-технологических предприятиях с использованием упомянутыхгалургических методов (упаривание, кристаллизация) и флотационнойперечистки кристаллических осадков в насыщенных растворах солей сцелью разделения NaCl, KCl, MgCl₂.

Несколько меньше масштабы подземного растворения KCI. Заводскиеэнергоемкие процессы галургической химической переработки хлоркалиевых рассолов заменяются для аридных зон способом раздельной кристаллизации в системе испарительных бассейнов для получения товарного хлористого калия

Переработка продуктивных растворов выщелачивания

Продуктивные растворы получают в результате подземного или кучного выщелачивания, выщелачивания отвалов металлсодержащих руд или пород водными растворами кислот, щелочей или их солей. Подбор растворителей ведется таким образом, чтобы по преимуществу выщелачивались целевые металлы, причем в необходимых анионных (анион —отрицательно заряженный ион.)или катионных(Катио́н — положительно заряженный ион.) формах, пригодных для последующей переработки растворов.

Наиболеешироко подземное и кучное выщелачивание применяется для получениямеди, урана и золота (попутно извлекается серебро). Вместе с тем проведено достаточно много успешных исследований по кучному выщелачиваниюникеля, цинка, других цветных металлов, по подземному выщелачиваниюжелезных и марганцевых руд.

Медьсодержащие растворы. Подземное и кучное выщелачиваниемеди осуществляется растворами серной кислоты, Fe₂(SO₄)₃, углекислого аммония или NH₄OH и редко цианидными растворами. Поэтому медьна извлечение поступает в виде соответствующих соединений: CuSO₄,Cu(NH₃)₄CO₃ и редко в виде NaCu(CN)₂^-. В растворе медь находится в формекатионов Сu²⁺, [Cu(NH₃)₄]²⁺ или аниона Cu(CN)₂. B виде соответствующихкатионов присутствуют в сернокислотных растворах балластные металлы(Fe, Ca, Mg, Аl).Типичный состав растворов, получаемых при сернокислотном выщелачивании забалансового сырья (г*л^-1) 0,3-3 Cu, 2-8 Fe, Са, Аl,Mg, 0,2-1 шламистых твердых частиц, рН раствора 1,4-3,2. В меньшейстепени присутствие балластных металлов в форме катионов характернодля аммиачных и цианидных растворов. В цианидных растворах эти металлы образуют растворимые комплексные соединения, рассмотренные вразделе цианирование.

Золотосодержащие растворы. Поскольку кучное выщелачиваниезолота производится в основном цианидами и редко тиосульфатнымирастворами, то в растворах обычно присутствуют анионы Au(CN)^2- либо[Аu(C₂0₃)₂]^3-‚ а также цианидные комплексы [Аg(СN)₂]^-‚ [Cu(CN)₂]^3-,[Fе(СN)₆]^4-‚ [Zn(CN)₄]^2- и др. Большое значение имеют катионные тиомочевинные комплексы золота Au[CS(NH₂)]²⁺, а также AuCl₄^-, AuI₂^-, AuBr₄^-, образующиеся в процессах десорбции и элюирования нагруженных золотомсорбентов и экстрагентов.

Урансодержащие растворы. Кучное и подземное выщелачиваниеурановых руд производится сернокислотными и содовыми растворами Na₂CO₃ плюс NaHCO₃. NaHCO₃ вводится для предотвращения образования NaOH вследствие гидролиза карбоната натрия. В присутствиеNaOH могут образоваться нерастворимыеуранатыNa₂UО₄, диуранатыNa₂U₂О₇. При характерных для подземного и кучного выщелачиванияконцентрациях кислоты шестивалентный уран образует водорастворимые анионные комплексы дисульфат и трисульфатуранила UO₂(SO₄)₂^2- иUO₂(SO₄)₃^4-. Только для слабокислотных растворов характерно преобладание ионов уранила UO₂²⁺ и молекул уранилсульфатаUO₂SO₄. Общуюформулу с учетом гидратированности для них можно представить в видеUO₂[(H₂O)_n(SO₄)_m]^2-2m, где n = 0-4, m = 1-3. Наблюдается также полимеризация комплексных сульфатных ионов при рН свыше 2,5. При выщелачивании урансодержащих фосфатов характерно образование фосфатов четырехвалентного урана U(HPO₄)₂. B содовых растворах также образуютсякомплексные анионы дикарбонат и трикарбонатуранила UO₂(CO₃)₂^2- иUО₂(СO₃)₃^4-.Разнообразие форм урана позволяет использовать катионообменные и анионообменные реакции для его извлечения из растворасорбционными методами и жидкостной экстракцией.

В настоящее времяработает Приаргунский комбинат (АООТ ППГХО), перерабатывающийурановые руды и растворы подземного и кучного выщелачивания (рис.4.2). Содержание урана в блоках взорванной руды для подземного выщелачивания составляет 0,127 %, а на кучное выщелачивание поступает руда срадиометрической сортировки на РКС с содержанием 0,130%. И соответственно содержание уранав растворах составляет 100-150 мг*л^-1, а на стадиидоработки 25-30 мг*л^-1. Вместе с тем, содержание Fe составляет 6-8 т*л^-1.Плановое извлечение урана– 75%.

Для Хиагдинского месторождения, разрабатываемого методом скважинного выщелачивания, состав основных металлов в продуктивныхрастворах - U - 75-90 мг*л^-1, Fе‚Са, Mg - по 150-300 мг*л^-1 каждого,а Zn - 1,2-1,4, Ni - 13-14, Cr - 35-39 мг*л^-1. Для разрабатываемыхместорождений Навоийского комбината (Узбекистан), где весь уран добывается методом скважинного подземного выщелачивания, содержаниеурана в рудах составляет 0,026-0,18%‚ в растворах – 100-150 мг*л^-1именее, Fе, Mg - 1-3 мг*л^-1.

Переработка продуктивных растворов. Существующие основныенаиболее широко применяемые методы извлечения металлов из водныхпродуктивных и др. растворов можно подразделить на следующие основные группы (группы расположены в порядке исторической развитости и широтыприменения для условий ФХМГ.):

1) химическое осаждение гидроксидов и других нерастворимых илимало растворимых соединений металлов, основанное на осаждении растворенных веществ и последующей флотацию осадков;

2) электрохимическое осаждение (цементация) более электроотрицательными металлами (Fе, Аl, Zn) ионов других более ценных металлов (Сu, Au, Ag) и электролитическое осаждение за счет наложения внешнего электрического потенциала и гальванохимическое - за счет внутреннего электролиза гальванопар, образующих катодные и анодные участки (Fе-С, Сu-Аl);

3) сорбционные технологии, с применением в качестве сорбентов синтетических смол, активированного угля, минералов (цеолит, глины и др.),биосорбентов (бактерий, грибов, водорослей и др.) и родственные технологии (ионообменные мембраны, молекулярные сита);

4) жидкостная экстракция с применением органических жидких экстрагентов, при осуществлении которой металлы и др. элементы переходятиз водной фазы в органическую;

5) флотационное извлечение ионов из растворов;

6) сочетание нескольких из упомянутых видов извлечения металловиз раствора - сорбционное выщелачивание, экстракционное выщелачивание, экстракционное элюирование сорбентов, флотация сорбентов иэкстрагентов);

7) биохимическая трансформация растворенных ионов (в газообразную форму, из сульфатов в карбонаты; из сульфидов в сульфаты и т.п.).

Химическое осаждение металлов. Это - простой и давно известныйметод извлечения меди, урана, цветных металлов из продуктивных растворов подземного и кучного выщелачивания руд и металлосодержащихзабалансовых продуктов. Металлы извлекаются в форме гидроксидов изпродуктивных растворов сернокислотного выщелачивания, имеющих pH1,5-2, и содержащих, как правило, преобладающее количество балластных металлов (Fe, Al и др. - до 6-7 г*л^-1).

Содержание меди в растворах выщелачивания не превышает 1 г*л^-1, урана - менее 0,2 г*л^-1, а количество золота в растворах измеряется миллиграммами. На первой стадии осаждаются гидроксиды балластных металлов путем нейтрализации растворов дешевыми реагентами - известью, аммиачной водой до pH 2,5-3,5 по реакциям:

Fe₂(SO₄)₃ + ЗСаО + 3H₂O=> 2Fe(OH)₃+ 3СаS0₄;(4.1)

Al₂(SO₄)₃ + 6NH₄OH => 2Al(OH)₃+ 3(NH₄)₂S0₄ (4.2)

Затем, дальнейшим повышением pH свыше 6, осаждают гидроксид меди или диуранаты (таблица 4.1):

CuSO₄ + 2NH₄OH=>Cu(OH)₂+ (NH₄)₂SO₄, при рН свыше 6; (4.3)

2H₂[UO₂(SO₄)₃]+ 14NH₄OH =>(NH₄)₂U₂O₇ +

+6(NH₄)₂SO₄ + 9H₂0 + 0₂, прирН 9-11. (4.4)

Кроме диуранатов осаждаются гидроксиды уранилаUO2(OH)2 при pH4-5, полиуранаты (как (NH4)2U7O22 и др.) при рН 6-9 и уранаты (NH4)2UO4при рН 12. Остаточная концентрация металлов при рН свыше 7 составляет около 2 мг*л-1. Применение аммонийных соединений для осажденияурана интересно на последних стадиях переработки растворов, т.к. при ихпрокаливании удается получить закись-окись урана U₃O₈:

3(NH₄)₂U₂O₇=> 2U₃0₈ + 3NH₃+ 5H₂O+ 2,5H₂. (4.5)

Промышленное значение сохраняется за селективным химическимосаждением фосфатов четырехвалентного урана и осаждением уранатовиз карбонатных продуктивных растворов:

U(SO₄)₂ + 2H₃P0₄ + 4NH₄OH =>U(HPO₄)₂+ 2(NH₄)₂S0₄ + 4H₂O. (4.6)

pH осаждения - 1,8-2. Фосфаты примесей осаждаются при более высоких рН. При рН свыше 11 происходит гидролиз трикарбонатауранила и выпадает осадок диуранатов:

2Nа₄[U0₂(С0₃)₃] + 6NaOH=>Na₂U₂0₇+ 6Na₂CO₃ + 3H₂O. (4.7)

Таким же универсальным методом является осаждение сульфидов металлов путем обработки растворов сернистым натрием, сероводородомили другими растворимыми сульфидами:

Me²⁺ + S^2- => МeS. (4.8)

Варьируя рН, селективно осаждают такие металлы, как медь, никель,кобальт, железо и др. Медь и олово осаждаются в сильнокислых растворах, а другие металлы - в слабокислых.

Много работ имеется по осаждению металлов (меди, урана и др.) водородом с получением гидратированной двуокиси урана:

Na₄[UO₂(CO₃)₃] + H₂ + nH₂0 =>UO₂*nН₂О + Na₂СО₃ + 2NaHCO₃. (4.9)

Реакция идет при давлении водорода 1,5 мПа и температуре 150 °С вприсутствии катализаторов - гранул никеля или диоксида урана.

Одним из успешно применяемых методов осаждения урана из сернокислотных и карбонатных растворов десорбции или элюирования экстрагентов является вытягивание - осаждение менее растворимыхуранилкарбонатов и уранилсульфатов путем насыщения раствора хорошо растворимыми солями карбонатов или сульфатов, например, избытками Na₂CO₃ или (NН₄)₂SO₄‚ соответственно.

Рассмотренные методы осаждения металлов химическими способами, а также некоторые другие аналогичные способы наряду с простотой их осуществления и контроля процесса страдают некоторыми недостатками. Более успешно их применение при сравнительно высоких концентрациях целевых металлов и малых концентрациях примесей. Требуется применять дешевые реагенты-осадители, т.к. их расход пропорционален количеству осаждаемых металлов. При осаждении балластных примесей уносится осадком некоторая часть целевых металлов - меди, урана и др.

Поэтому, применительно к урану и золоту эти методы вытесняются в рядеслучаев сорбционными методами и жидкостной экстракцией. Значительное распространение получает также жидкостная экстракция меди непосредственно из растворов кучного выщелачивания с последующим электролитическим осаждением меди.

Химическое осаждение производят вобычных реакторах с механическим или пневматическим перемешиванием (см. рис. 4.3, 4.4)с последующим обезвоживанием осадков всгустителях и на фильтрах. В связи с этим необходимо отметить желательность получения крупнокристаллическихосадков, что достигается различными способами смешения продуктивных и осаждающих растворов (капельным, струйным, сливанием объемных растворов и т.п.), регулированием их концентраций и температурыосаждения.

Большие успехи в интенсификации последующих процессов обезвоживания осадков получены в результате применения реагентов-флокулянтов (полиакриламида, полиоксиэтилена, поливинилпиридина и др.), которые ускоряют процессы осаждения частиц в сгустителях в сотни и тысячираз, положительно влияют на фильтрацию сгущенных осадков, транспортировку сгущенных осадков по трубопроводам и заключительную сушкукеков фильтрования (Кек — [cake;filtercake] твердыйостатокпослефильтрованияпульпы, содержащий12-18 % жидкойфазы (влаги)).Обычная влажность осадков сгустителей 50-60кеков фильтрования осадков - 2-20 %, а высушенных продуктов – 3%.

Для урановых химических концентратов сушку ведут до влажности 0,3% с последующим затариванием в герметически запаянные емкости.

Сгущение и фильтрование. Процессы направлены на разделение твердой ижидкой фаз растворов и пульп. Следуетотметить важность этих процессов дляотделения готовых продуктов - химических осадков и ценных продуктовфлотационных и флотационно-сорбционных процессов, для подготовки растворов к другим операциям их переработки. При осуществлении менеедорогого сгущения (осветления, отстаивания) возможно получить осветленные сливы и осадок плотностью 50-60 % твердого (рис. 4.5). Более дорогое фильтрование применяют для получения из осадков сгущения болееплотного осадка - кека, содержащего до 20 % влаги, и прозрачного фильтрата. Сливы сгущения и фильтраты являются продуктами разделениятвердой и жидкой фаз, пригодными для процессов цементации, сорбциии жидкостной экстракции.

Производительность сгустителей прямо пропорциональна площадиего свободной поверхности (зеркало сгустителя) и скорости свободногоосаждения частиц. В наибольшей степени на скорость осаждения частицвлияет их размер (эквивалентный диаметр). Поэтому укрупнение частицза счет их коагуляции и флокуляции является наиболее важным способоминтенсификация процессов осветления (сгущения). Фильтрование такжеможет интенсифицироваться за счет флокулянтов и реагентов-гидрофобизаторов (керосин, скипидар).

Коагуляция и флокуляция. Это процессы образования агрегатов отдельных частиц минералов или химических осадков под влиянием неорганических электролитов и водорастворимых полимеров анионного,катионного или неионогенного характера. Иногда заряд активных группводорастворимых полимеров может быть катионно-анионным. Твердыечастицы в пульпах и растворах обычно обладают электрокинетическимпотенциаломζ(зарядом), что является причиной устойчивости суспензий.

Устойчивые суспензии, подобно коллоидам, плохо отстаиваются ифильтруются. Если снизить этот заряд, то частицы способны коагулировать, размеры частиц (вернее, агрегатов частиц) увеличиваются и скоростьих осаждения возрастает. Ионы электролитов, противоположные по знаку заряда частицам способны снижатьζпотенциал, вызывая коагуляцию частиц иускоряя их осаждение в сгустителях, отстойниках и прудках осветления.Для отрицательно заряженных частиц коагулирующими ионами являются такие катионы как Fe, Ca, Mg и т.п. Обычно используют наиболее дешевые коагулянты - известь, квасцы, отходы титанового производства,содержащие FеСl₃. Коагулирующая сила ионов возрастает в большей степени, чем их валентность. Например, в ряду: Th⁴⁺, Аl³⁺, Са²⁺, Nа⁺ требуемыеконцентрации для коагуляции относятся примерно как 1, 10, 100 и 1000(правило Шульце-Тарди).

Соответственно, полимерные электролиты несравненно более эффективны, чем простые электролиты, поскольку числозарядов на полиионе(Ион (др.-греч. ἰόν — идущее) — одноатомная или многоатомная электрически заряженная частица, образующаяся в результате потери или присоединения атомом или молекулой одного или нескольких электронов.) намного превышает число зарядов любого простогоиона. Поэтому, несмотря на существенно большую стоимость полимерныхвеществ, их применять выгоднее, вследствие микроколичеств, требуемыхдля коагуляции (первые граммы на тонну твердого вещества вместо килограммовдля простых электролитов - извести, квасцов, хлорного железа).

Однако,механизм действия водорастворимых полимерных веществ не ограничивается снижением заряда частиц. Ассоциаты полимерных флокулянтовсвязывают частицы между собой и за счет этого флокулы обладают большей прочностью, чем агрегаты частиц, образующиеся при коагуляции.Флокулянты оказались наиболее мощным средством интенсификациипроцессов сгущения и фильтрования. Главное заключается в том, что, резко улучшается качество сливов сгустителей и отстойников, фильтратов.Улучшаются процессы цементации, сорбции и жидкостной экстракции.К числу наиболее эффективных флокулянтов относятся такие вещества,как полиакриламид, с молекулярной массой свыше 10⁶ и степенью полимеризации n> 30 тыс. В этом флокулянтекатионно-анионного типа диссоциация карбоксильной группы –СОО^- в кислой среде подавляется, и онапревращается в группу -СООН‚ а аминогруппа -CONH₂в этих условияхпреобразуется в катионную форму -CONH₃⁺. B щелочной среде сохраняется без изменений аминогруппа, и проявляются анионные свойства карбоксильной группы. Поэтому полиакриламид используется для флокуляции отрицательно заряженных частиц в кислой среде и положительнозаряженных - в щелочной.

Селективнаяфлокуляция минеральных частиц. Флокуляцияполиакриламидом связана с адсорбцией полимера на частицах, при этом происходит снижение положительного электрокинетического потенциалачастиц при малых дозировках реагентов (до 100 мг/л) и образование мостиков при более высоких дозировках без изменения ζ-потенциала.

Установлены причины неэффективного либо малоэффективного действия флокулянтов:

1) высокий отрицательный заряд минеральных частиц, например,природного кварца и полевого шпата в умягченной воде этих же минералов, также корунда в умеренно щелочной среде, (при рН 8,5-9 в случаеиспользования анионных флокулянтов), то же при положительном зарядечастиц для катионных флокулянтов;

2) покрытие минеральных частиц отрицательно заряженными коллоидно-дисперсными частицами кремниевой кислоты (содовое выщелачивание цинкового концентрата, пропарка шеелитовых концентратов сжидким стеклом);

3) малые размеры минеральных частиц, близкие к коллоидным (первые микроны) и низкая концентрация этих частиц.

В первом случае не происходит адсорбции одноименно заряженныхс поверхностью флокулянтов. Во втором - адсорбции флокулянтов препятствует гидрофильная пленка коллоидно-дисперсной кремневой кислоты. В третьем адсорбция наблюдается, но происходит скачком перезарядка частиц. Общий электростатический заряд ассоциатовмакроионовполимера соизмерим с общим зарядом частиц.

На суспензиях силикатов - кварца, полевого шпата и глин показано, что их высокая устойчивость связана с высоким электрокинетическимпотенциалом (свыше минус 40-60 мВ). Как при использовании простыхэлектролитов происходит изменение ζпотенциала после адсорбции полимеров карбоксиметилцеллюлозы, поливинилового спирта, других синтетических флокулянтов. Обнаружена различная селективность действиятаких реагентов, как сода, жидкое стекло и едкий натр, препятствующихдействию анионных полимеров. Нужны различные рН среды.

Наряду с изменениями ζпотенциала к флокуляции приводит сорбция за счет образования водородных связей, например, в кислотной среде.Важную роль играет изменение конфигурации молекул полимеров в зависимости от кислотности сред, от концентрации полимеров. В разбавленных водных растворах (менее 100 мг/л) полиакриламид находится в молекулярной и ионной формах, для более концентрированных характернамицеллярная форма.

Установлено депрессирующее и активирующее действие флокулянтов при флотации. В частности, при ионной флотации получаются болееплотные пены. При дозировках от 0 до 120 г/т происходит коагуляция засчет снижения электрокинетического потенциала кварца (максимум при 25-50 г/т). Второй участок - от 120 до 800 г/т характеризует полимернуюфлокуляцию за счет образования мостиков с максимумом при 350 г/т.Большинство этих закономерностей характерны и для селективной флокуляции. Процесс происходит, в основном, в водных или водно-солевых средах. Избирательно агрегируются минеральные частицы и их затемотделяют от оставшихся в среде диспергированных частиц.

Основной способ разделения - гравитационный. Флокулы осаждаются и отделяютсяв сгустителях, центробежных аппаратах или на фильтрах. Есть примеры флотационного либо магнитного разделения, фильтрационного на полупроницаемых мембранах, адгезионное разделение.

Наиболее широкое применение при флокуляции с целью интенсификации процессов обезвоживания получили водорастворимые полимеры типа полиакриламида и полиоксиэтилена. Эти же флокулянты применяются наиболее широко при селективнойфлокуляции. Практическое применение в промышленных масштабах селективная флокуляция получилана железных рудах (США, Канада, Бразилия) и в России - при обогащении золотосодержащих россыпей Дальнего Востока.

Селективнаяфлокуляция россыпного золота. Полимерные флокулянты и коагулянты, а также сочетания этих двух типов реагентов применяются для осветления оборотных вод на дражных и гидравлическихразработках россыпных месторождений.

Наряду с уменьшением сброса загрязненных вод во внешние водоемы, что очень важно для охраны окружающей среды, улучшается работа гравитационного оборудования (шлюзов, концентрационных столов) за счетуменьшения вязкости среды. При этом лучше извлекается тонкое золото и другие минералы, обычно увлекаемые глинистыми шламами в хвосты.

При диспергировании минералов за счет очистки поверхности золотин (золотых чешуек) отглин силы сцепления и флокуляциязолотин проявляются в большей степени.Преобладающими глинистыми минералами Au россыпей являютсягидрослюды, каолиниты, монтмориллониты. Водорастворимые солипреимущественно гидрокарбонатно-кальциевые. Между глинистостьюв забое, мутностью потока разделяющих сред и потерями золота существует прямолинейная зависимость. При оборотном водоснабжении накопление твердого в оборотной воде увеличивается по экспоненциальнойзависимости достигая 100 г/л при 30-50 кратном обороте. Наибольшееотрицательное влияние на реологические свойства оказывают частицыкрупностью 30-40 мкм и это усугубляется при снижении температуры иповышении степени дисперсности частиц.

Применительно к сравнительно бедным растворам подземного выщелачивания близко к флокуляции примыкает метод комплексообразования анионных комплексов металла с водорастворимыми катионнымиполимерами и последующей микрофильтрацией на молекулярных ситах (сокращенно КОУФ). Степень концентрации металла достигает 10⁵.

Концентрирование металлов способом комплексообразования и ультрафильтрования. Процессы КОУФ основаны на свойствах полупроницаемых мембран разделять компоненты раствора. Мембранные процессы по обессоливанию морской воды, по очистке сточных вод с попутнымвыделением ценных компонент, но разделению растворов высокомолекулярных соединений в целлюлозно-бумажной и пищевой промышленностии для получения сверхчистой воды в электронной промышленности гораздоэффективнее и намного экономичнее традиционных методов разделения.Схема процесса представлена на рис. 4.6. Исходный раствор поступает в реактор 2, сюда же подается кислота или щелочь для регулировки pHсреды, а также водорастворимый полимер, образующий комплексные соединения с ионами металлов, подлежащих извлечению.

Раствор с металл-полимерными комплексами, подается в первый ультрафильтрационный аппарат (5)в котором мембрана пропускает воду инизкомолекулярные соединения, образующие пермеат (Потоквещества, проходящийчерезполупроницаемуюмембранувпроцессемембранногоразделения), но задерживаетметалл в составе полимерных комплексов. Раствор обогащается металлом, образуя концентрат, который поступает в регенератор (7), в которомметалл-полимерные комплексы разрушаются, например, путем изменениярН. Затем концентрат поступает во второй ультрафильтрационный аппарат (10), где мембрана пропускает с пермеатом целевой продукт, задерживаяполимер, который возвращается в емкость (2) для повторногокомплексообразования.

Металл-полимерные комплексы можно разрушать и другимпутем, например, электролизом. При этом металл осаждается на катоде,а полимер остается в растворе и без дополнительной ультрафильтрациивозвращается на стадию комплексообразования. Наиболее эффективноультрафильтрация используется для концентрирования макромолекулярных комплексов, размер которых превышает 10-60 нм.Полимерное связывание целевых компонент - основная стадияКОУФ, она обеспечивает успешное проведение последующих стадий. На этой стадии осуществляется взаимодействие ионов металлов или их ассоциатов в растворах с полимерными ионами (лигандами (Лиганды — (адденды) – ионы, радикалы или нейтральные молекулы, которые располагаются вокруг центрального иона (атома) в результате образования координационной связи)).

Механизм взаимодействия может быть различным:

а) физическое или межмолекулярное взаимодействие электростатической природы с образованием ионных пар;

б) химическое взаимодействие с образованием ковалентных связей икомплексов металл-лиганд. Эти два вида взаимодействий могут взаимноперекрываться, образуя промежуточную область. Состав раствора влияетна характер взаимодействия, на структуру и устойчивость комплексов наповедение на стадии регенерации.

Синтетические водорастворимые полимеры - поликислоты, полиоснования, амифолиты (Амфолиты (от греч. amphoteros — и тот и другой, lytos — растворимый) — это амфотерные электролиты, т. е. вещества, молекулы которых содержат одновременно и кислотные, и основные группы, и поэтому в водных растворах диссоциируют и как кислоты с отщеплением водородных ионов Н +, и как основания с отщеплением гидроксильных ионов ОН-) и неионогонные полимеры обладают способностьюсвязывать ионы или частицы металлов в зависимости от типа ионогенных или др. активных группировок полиэлектролита. Например, сильныеоснования с группами четвертичного аммония хорошо связывают металлы, находящиеся в анионной форме, как UO₂(SO₄)₂^2-, или Au(CN)₂^-.

Поликислоты взаимодействуют с катионами металлов. Природныевысокомолекулярные водорастворимые вещества, например, гумусовыекислоты, лигнин, белки обладают полифункциональными свойствами.Мембраны для ультрафильтрации задерживают все компоненты раствора с молекулярной массой больше определенной величины, называемой «порогом задержания», который зависит от величины пор мембранв пределах 5-50 нм. В России выпускаются в промышленных масштабахультрафильтры из эфиров целлюлозы, лавсана (полиэтилентерефталата),полиамида, полисульфонамида, фторопласта (полиперфторэтилена).

Перспективны композитные мембраны, состоящие из нескольких слоев различных полимеров. Существуют также мембраны с жесткой структурой - пористые металлические, пористые стеклянные, керамические,графитовые, Они высоко термостойки, химически стабильны и прочны.

Электрофлотационное извлечение урана успешно осуществленометодом ионной флотации на месторождении Кёнигштайн в Германии поизвлечению урана из хвостовых растворов сорбции при кучном выщелачивании забалансовых руд.

На флотацию поступало 1,8 м³/час раствора с содержанием 20 мг/лурана и получена пена с содержанием 800 мг/л, т.е. коэффициент обогащения составил 40, при извлечении 95 %. Расход электроэнергии составил0,1 квт/ч на м³.

Флотация осадков. В связи с определенными затруднениями в осуществлении процессов разделения твердой и жидкой фаз отстаиванием ифильтрованием (сложность фильтровального оборудования, сложность отделения тонких и коллоилдальныхшламов) не полностью решаемые применением флокулянтов и гидрофобизаторов, получили развитие флотационные методы отделения осадков - флотация осадков, флотация коллоидов. Первый включает концентрирование ионных частиц с образованием различного типа осадкови удаление их из разбавленной водной дисперсии пузырьками воздуха.

Металлы отделяют флотацией в форме их гидроксидов, сульфидов и комплексных соединений. Сорбционно-коллоидная флотация предназначенадля флотационного отделения от раствора коллоидных частиц. Часто этотпроцесс совмещают с соосаждением коллоидов с продуктами гидролизатрехвалентных металлов (Вале́нтность (от лат. valēns «имеющий силу») — способность атомов химических элементов образовывать определённое число химических связей) (обычно FеСl₃ или Аl₂(SО₄)₃) и производят последующую флотацию с применением соответствующих флотационных реагентов.

Было найдено, что Ni²⁺ флотировался только при рН образованияего гидроокиси. В этих условиях можно отделить никель от ионов железафлотацией. Кобальт извлекали из водных растворов флотацией в кислойсреде после предварительного осаждения его сернистым натрием в видеCoS. B щелочной среде извлечение кобальта было высоким, так как в этомслучае также извлекался кобальт в виде Со(ОН)₂. В качестве собирателярекомендован додециламин (ДОДЕЦИЛАМИН (1-додеканамин, лауриламин) C₁₂H₂₅NH₂, мол.м. 185,34; бесцв. жидкость с аммиачным запахом). Осадительная флотация кобальта более эффективна, чем ионная флотация Со в кислотной среде додецилсульфатомнатрия. Проведена работа по флотации осадков свинца в виде Pb(OH)₂додециламином и отделению осадков CuSотZnS (сульфиды меди и цинка соответственно).

---

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 1074; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!