Iii экологические проблемы основных производств

(на газоочистку)

шлак (на переработку)

Рафинирование (огневое)

Медь

Электролиз

Катодная медь

Переплавка

Рис. 14.4. Плавка в отражательной печи:

8 – штейн.

катодная основа (-) – электролит ( CuSO₄, H₂SO_4, Н₂О, примеси, добавки) – анодная медь (+).

Катоды наращивают на тонких медных листах, также получаемых электролизом в специальных матричных ваннах. Для получения плотных осадков в электролит вводят поверхностно-активные добавки (столярный клей, тиомочевину и др.). Получающаяся катодная медь после промывки направляется на переплавку.

Благородные металлы, селен, теллур и другие ценные спутники меди концентрируются в анодном шламе и направляются на специальную переработку. Никель накапливается в электролите и может быть получен в виде никелевого купороса (NiSO₄) путём выведения части электролита на упаривание и кристаллизацию.

Рис. 14.5. Электроплавильная печь

К комплексному сырью, служащему источником для получения меди, относятся также сульфидные медно-никелевые руды, на которых в основном базируется производство никеля в России. Эти руды, наряду с медью и никелем, содержат кобальт, селен, теллур и значительное количество металлов платиновой группы. Это разнообразие ценных элементов требует организации комплексного их использования. К этим рудам относятся прежде всего руды Норильского, Талнахского месторождений и месторождений Кольского полуострова.

Средний коэффициент использования сырья, поступающего на медеплавильные заводы, рассчитанный по извлекаемым компонентам, составил в 1980 г. 63,5%, а с учётом меди и серы в цинковых концентратах – 64,4%. При обогащении руд он составляет 58,8%, а в металлургическом производстве 82,8%. При обогащении наибольший резерв повышения коэффициента использования сырья скрыт в пиритных концентратах, с которыми в настоящее время теряется большая часть благородных металлов, а также цветных, редких и рассеянных элементов. В них переходит 75-80% серы, 10-20% меди, 15-20% цинка, до 70% золота, до 60% серебра, 60-80% редких и рассеянных элементов. Из всего этого богатства на химических предприятиях, куда направляется далеко не вся масса пиритных концентратов, извлекают только серу в виде серной кислоты. Остальные компоненты остаются главным образом в огарке, который предприятия обычно направляют на получение цемента. Организация комплексной переработки пиритных концентратов с использованием всех ценных компонентов, в том числе оксидов железа, на предприятиях химической промышленности является актуальнейшей задачей.

Сложную задачу представляет переработка шлаков цветной металлургии, в которых также содержится много ценных компонентов, что не позволяет считать их отвальными. К сожалению, в массовом масштабе переработка шлаков медной плавки ещё не внедрена, хотя подробно исследован ряд способов, например двухстадийный электролитический, цементационный, газоэлектротермический с использованием природного газа, восстановительный процесс в конверторе и др. Эти способы обеспечивают комплексную переработку шлаков с получением меднистого чугуна и стали, цинковых возгонов, минеральных удобрений, а из силикатной части – строительных материалов.

Отметим, что получение шлаковых удобрений, в частности шлакофосфата, сравнимого с суперфосфатом, очень важно.

В медеплавильном производстве образуется много пыли, степень улавливания которой зависит от совершенства применяемой аппаратуры пылеочистки. Состав пылей медеплавильного производства представлен в табл. 14.1.

Состав пылей и возгонов медеплавильного производства, %.

Источник пыли	Состав
	Цинк	Свинец	Медь	Кадмий	Сера общ.	Мышьяк	Сурьма	Селен	Теллур
Обжиговые печи кипящего слоя	4-5	-	10-12	-	18	-	-	-	-
Многоподовые обжиговые печи	4,8	0,7	16	-	12	-	-	-	-
Печи кислородно-факельной плавки	3,4	0,6	-	-	-	0,17	0,12	0,007	0,006
Отражательные печи	10-30	4-10	1-5	0,04	3,6	1,04	0,07	-	-
Конвертерные печи	9-13	41-45	1,4-2,1	-	8,2	0,8	0,1	-	-
Шахтные печи	8-20	6-10	3-15	-	-	2-15	-	-	-

Как видно из табл. 14.1, состав пылей довольно разнообразен, но во всех случаях в них содержится много ценных и токсичных компонентов (цинк, свинец, медь, кадмий и др.). Переработка пылей в общем аналогична таковой для пылей свинцово-цинкового производства. Наиболее целесообразно выщелачивание слабой серной кислотой соединений цинка и кадмия и использования нерастворимого остатка, содержащего свинец и медь в качестве добавки в шихту свинцовой или медной плавки.

Технологическая схема получения свинца и цинка на Усть-Каменогорском свинцово- цинковом комбинате приведена на рис. 14.6. На этом комбинате из полиметаллического сырья извлекали 18 элементов и выпускали около 40 видов товарной продукции. Полное извлечение свинца составляет 97,4%, цинка 96,5%.

Рис. 14.6. Технологическая схема металлургического производства Усть-Каменогорского свинцово-цинкового комбината

На схеме показано, что технология переработки свинцовых и цинковых (селективных) концентратов сопровождается образованием большого количества побочных технологических ветвей, характеризующих получение ценных веществ в виде самых разнообразных продуктов. Основная часть серы выделяется в виде сернистых газов при обжиге цинкового концентрата в печах КС (рис.14.7) и при агломерации свинцового сырья. Подавляющая часть газов перерабатывается на серную кислоту в специальном цехе, входящем в систему комбината.

Рис. 14.7. Схема печи для обжига в кипящем слое:

Рис. 12.8. Шахтная печь:

• 
  черновой свинец, содержащий медь, золото, серебро, висмут и другие примеси;
  
• 
  штейн – сплав сульфидов металлов, содержащий цинк.
  

При выщелачивании обожженного концентрата (огарка), как правило, получается нерастворимый в разбавленной серной кислоте остаток (так называемый цинковый кек), состоящий из образующихся при обжиге ферритов цинка (ZnOFe₂O₃). В цинковый кек уходит 20-25% всего цинка (из сырья), почти нацело свинец, железо, золото и серебро, а также 50-60% меди и 30% кадмия, некоторое количество индия и породообразующие минералы (SiO₂, Al₂O₃). Цинковые кеки являются большим дополнительным источником получения цинка и ряда других ценных компонентов.

В мировой практике распространены 3 основных метода переработки цинковых кеков с целью извлечения находящихся в них ценных компонентов. Это вельц-процесс или вельцевание – разрушение ферритов цинка углеродистыми восстановителями С и СО, разложение ферритов сернистым ангидритом или концентрированной серной кислотой (сульфатизация) и непосредственное растворение кеков в серной кислоте при повышенной температуре и кислотности (методы автоклавный: ярозит-процесс и гетит-процесс).

В России наиболее распространено вельцевание, которое применяют все отечественные заводы, перерабатывающие цинковые кеки (кроме Лениногорского цинкового завода, где используется разложение ферритов цинка раствором серной кислоты при повышенных давлениях и кислотности).

Альтернативой вельц-процессу является схема сульфатизации кеков серной кислотой в печах кипящего слоя. Получаемый после сульфатизации продукт легко растворяется в воде, причём в раствор количественно переходят цинк, кадмий, медь, а в осадке концентрируется свинец, железо, золото, серебро, кремнезём. В раствор также переходит до 91% индия, который можно извлечь экстракцией.

Следует отметить прогрессивную технологию переработки цинковых кеков, основанную на реакциях разложения ферритов цинка серной кислотой при атмосферном давлении и температурах, близких к кипению (или даже выше, в автоклавах при повышенном давлении и температуре 140-160⁰С). По этой схеме растворяется не только весь цинк, кадмий, медь и индий из цинкового кека, но и железо ферритов. Нерастворимый остаток концентрирует свинец, золото, серебро и может быть эффективно переработан обычной свинцовой восстановительной плавкой. Особенностью этого процесса является решение очистки сильно железистых растворов от железа с использованием осаждения его в виде гетита (FeOOH) или ярозита (K, Na, NH₄, Fe₂(SO₄)₂(OH)₆), отличающихся от гидрооксидов железа превосходной фильтруемостью. Технология выщелачивания цинковых кеков при повышенных температурах и кислотности и ярозит-процесс разработаны и внедрены на Лениногорском цинковом заводе.

Данная схема весьма перспективна, так как, будучи основана на технологии сернокислых растворов, легко сочетается с существующей гидроэлектрометаллургической технологией переработки цинкового сырья. Она сравнительно малооперационна, проста и отличается высокой степенью комплексности. Полезно утилизируется даже осадок ярозита, который используется при приготовлении красок.

В стандартной схеме цинкового производства очистка растворов от меди, кадмия, кобальта производится с помощью цинковой пыли. Получаемый таким образом медно-цинковый кек служит источником получения практически всего производимого в стране кадмия. Утилизируются также медь и кобальт. Пирометаллургические процессы плавки свинцового производства (это относится в равной мере к медной и оловянной плавкам) сопровождаются образованием значительного количества шлаков, в состав которых входят цинк (до 17%), свинец (до 3%), медь (до 0,9%), оксиды железа, кремния, алюминия, кальция, магния и др.

Для переработки шлаков цветной металлургии, содержащих цинк (а это в первую очередь шлаки свинцово-цинковых предприятий и медной металлургии Алтая и Урала, перерабатывающих комплексное медно-цинковое сырьё), практическое применение нашли три способа, использующих пирометаллургические процессы разделения летучих и нелетучих компонентов шлака. В странах запада наиболее распространён так называемый фъюминг-процесс, основанный на продувке расплавленного шлака воздухом в смеси с восстановителем. При этом соединения цинка, кадмия, свинца и олова восстанавливаются и возгоняются. Они могут быть уловлены системой фильтров в виде пыли. Таким образом, можно выделить до 99% свинца, более 90% цинка и кадмия, 80-85% олова. Другим продуктом фъюмингования является штейн (сплав сульфидов железа и меди), в котором концентрируется медь и благородные металлы. Отвальный шлак, обеднённый по ценным компонентам, направляют в отвал, хотя он представляет ценность как сырьё для получения строительных материалов.

Существует и другой способ комплексной переработки шлаков – вельцевание. Например, на Каменогорском свинцово-цинковом комбинате применяется технология комплексной переработки твёрдых шлаков свинцовой плавки в трубчатых печах, куда подаётся смесь измельченных шлака и кокса. Процесс ведут при температуре 1000-1100^оС. В возгоны, улавливаемые системой фильтров, переходят цинк, свинец, кадмий в виде оксидов и отчасти сульфатов. В клинкере вельц-печей остаются медь, железо, благородные металлы, кремнезём и глинозём.

Вельц-оксиды выщелачивают раствором слабой серной кислоты или отработанным электролитом. Раствор используется в цинковом производстве, а свинцовый кек в свинцовом. Клинкер обычно подвергают магнитной сепарации, что позволяет выделить находящиеся в нём медь, драгоценные металлы, железо, а также силикатный остаток (для строительных материалов).

В табл. 14.2 приведён состав металлургических пылей и возгонов свинцово-цинкового производства, в которых концентрируется значительное количество редких и рассеянных элементов, а в табл. 14.3 показана степень концентрирования кадмия, индия, селена и теллура в пыли по отношению к содержанию их в исходной полиметаллической руде.
Таблица 14.2

Состав пылей и возгонов свинцово-цинкового производства, %

Продукт	Цинк	Свинец	Медь	Кадмий	Сера общ.	Мышьяк	Сурьма	Селен	Теллур	Хлор	Фтор
Пыли, возгоны
Агломерационные	1,3	57	-	1,2	10,3	0,47	-	1,3	-
Шахтных печей	12-20	55-65	-	1-3	6-8	0,4	0,1-0,2	-	-
Конвертерные	9,5-12,4	44-56	1,2-1,6	0,2-0,6	3-5	7,5-15	-	0,4-0,7	0,1
Обжиговых печей кипящего слоя	40-45	1-4	1-2	0,3-0,7	10	-	-	-	-
Шлаковозгоны	53-61	9-19	0,3-0,4	0,005	1,4-1,8	0,3-0,9	0,06	0,1-0,2	0,01	0,11-0,25	0,05-0,07
Вельц-оксиды	60-70	5-15	0,2-0,4	0,5-1	-	-	-

Таблица 14.3

Степень концентрирования некоторых редких элементов по отношению к их содержанию в исходной руде.

Продукт	Кадмий	Индий	Селен	Теллур
Руда	1	1	1	1
Свинцовый концентрат	3-4	2	4-10	4-6
Пыль	150-200	20	10-150	100-150

Состав пылей металлургического производства чрезвычайно разнообразен. Как правило, преобладают летучие соединения цинка и свинца. Обычно присутствуют кадмий, индий, селен, теллур, мышьяк, хлор, фтор. Последние три компонента в значительной степени осложняют дальнейшие технологические операции по утилизации пыли. Кадмий, индий, мышьяк как и цинк, концентрируются главным образом в пылях свинцовой шахтной плавки; селен – в пылях от агломерации, шахтной плавки и конвертирования полиметаллических штейнов. Таллий находится преимущественно в пылях агломерации, однако его находят и во многих других продуктах свинцового производства.

Было много попыток использовать получаемые пыли в качестве добавки в основной процесс, но, как правило, такие приёмы приводят к ухудшению показателей последнего. Состав пылей и возгонов специфичен и требует организации отдельного цикла, действующего по специально разработанной технологии для каждого данного материала, что, впрочем, не исключает в некоторых случаях объединения пылей и возгонов в единое сырьё, если их состав близок. Основным критерием при разработке технологии переработки пылей и возгонов является обеспечение большей полноты и комплексности извлечения из них полезных составляющих.

Чаще всего для переработки пылей и особенно возгонов применяют гидрометаллургические методы, позволяющие отделять цинк, кадмий и некоторые другие компоненты от свинца, находящегося в форме нерастворимого сульфата свинца. Такую переработку организуют на цинковых заводах, где возможно рационально утилизировать большинство извлекаемых ценных компонентов при работе основного производства. Свинцовый кек передают в отделение агломерации и на плавку в шахтных печах свинцового производства.

Эффективным методом получения сульфатов ряда элементов, содержащихся в пылях, служит сульфатизация с помощью концентрированной серной кислоты при повышенных температурах. Полученный сухой сульфатный продукт легко выщелачивается водой или слабым раствором серной кислоты.


14.4 Получение никеля и кобальта
Наибольшие запасы никеля в нашей стране сосредоточены в сульфидных медно-никелевых рудах – ценнейшем полиметаллическом сырье, содержащем медь, кобальт, благородные металлы, редкие и рассеянные элементы.

Извлечение никеля из руд – сложный многостадийный процесс (рис.14.9). Прежде всего, руда подвергается селективной флотации с выделением медного и никелевого концентратов (4-5% Ni). Никелевый концентрат в смеси с флюсами плавится в электрических, шахтных или отражательных печах с целью отделения основной массы пустой породы и извлечения никеля в сульфидный сплав (штейн), содержащий 10-15% Ni. В России в основном применяется плавка в электропечах. Электроплавке предшествует частичный окислительный обжиг и окускование концентрата методом агломерации или окатывания. Наряду с никелем в штейн переходит часть железа, кобальт и практически полностью медь и благородные металлы. Для отделения железа его окисляют продувкой воздухом жидкого штейна в конвертерах. В результате получают сплав сульфидов меди и никеля – файнштейн, который после медленного охлаждения тонко измельчают и направляют на флотацию для разделения меди и никеля. Полученный никелевый концентрат обжигают в кипящем слое до практически полного удаления серы и получения NiO. Металлический никель получают восстановлением NiO в электрических дуговых печах. Черновой никель разливают в аноды и подвергают электролитическому рафинированию.

Селективная флотация

Cu - концентрат (на переработку)

Ni - концентрат (4-5%Ni)

Флюс (кварц)







Шлак

Штейн (10-15% Ni)

Шлак

Файнштейн

Агломерация

Конвертирование

Плавка

SO₂ (на газоочистку)

Воздух

SO₂ (на газоочистку)

пыль, возгоны

SO₂ (на газоочистку)

пыль

Охлаждение

Измельчение

Флотация

SO₂ (на газоочистку)

Воздух

На переработку

Оксид никеля

Обжиг

Электролитическое рафинирование

Черновой никель

Восстановление

Восстановитель

Рис. 14.9. Технологическая схема получения никеля
14.5. Новые процессы комплексной переработки полиметаллических сульфидных руд в цветной металлургии
Автогенные процессы. Основной задачей переработки полиметалли­ческих сульфидных руд в цветной металлургии является повышение комп­лексности использования всех ценных компонентов и в первую очередь серы. Полезное использование серы в цветной метал­лургии составляет около 40 %.

Усилия исследователей направлены на создание принципиально новых технологических процессов получения важнейших цветных металлов, в которых бы подавляющая часть серы вы­делялась в виде концентрированных газов, которые затем могли бы быть эффективно переработаны на серную кислоту стандартными методами. Наиболее ярким примером таких разработок, частично внедренных в про­изводство, являются различные варианты так называемых автогенных процессов, к которым относятся плавка во взвешенном состоянии, цик­лонная плавка, плавка в кислородно-взвешенном циклонно-электротермическом агрегате (КИВЦЭТ-процесс), плавка в жидкой ванне и др.

Общими достоинствами всех вариантов автогенных процессов плавки сульфидных, медных, медно-цинковых, свинцово-медно-цинковых, медно-никелевых и ряда других полиметаллических концентратов являются:

• 
  резкое снижение объёма отходящих газов и полное исключение их выбросов в окружающую среду путем использования для сернокислотного производ­ства;
  
• 
  значительное уменьшение и полное исключение применения углеродосодержащего топлива за счёт теплотворной способности сульфидов сырья;
  
• 
  возможность резкой интенсификации процесса плавки, регулиро­вания состава получаемых продуктов;
  
• 
  значительное повышение степени комплексного использования сырья.
  

Процесс КИВЦЭТ осуществляется в едином агрегате, где совмещены обжиг, плавка шихты в распыленном состоянии с применением кислорода, электроплавка и конденсация цинка в жидком состоянии в виде металла.

Высокая эффективность процесса КИВЦЭТ с применением кислорода обеспечивает высокую производительность установки при плавке медных кон­центратов, ее компактность, получение достаточно богатого медного штейна, небольшого количества отвальных шлаков и, что особенно важно, концентрированных по SO₂ отходящих газов, представляющих отличный продукт для получения серной кислоты.

Аналогичные результаты получены при плавке свинцово-цинковых, медно-цинковых и свинцово-медно-цинковых концентратов и, что очень су­щественно, коллективных полиметаллических концентратов и даже промпродуктов.

Другим примером малоотходного автогенного процесса применитель­но к металлургии меди является крупный промышленный комплекс кислородно-факельной плавки (КФП) для переработки медно-сульфидных кон­центратов, осуществленный на Алмалыкском горнометаллургическом комби­нате (АГМК). Сущность процесса состоит в том, что перерабатываемый концентрат (в составе шихты) вносится в пламенное пространство печи струёй кислородного дутья и там распыляется. Это приводит к образованию пылегазового факела, в котором окисляется концентрат, плавится шихта и частично офлюсовываются шлакообразующие оксиды. Заканчивается процесс в ванне печи, где полученный расплав расслаива­ется на шлак и штейн. Применение кислорода исключает необходимость внешнего подвода тепла, а процесс идет автогенно, без расхода топлива.

Концентрированные сернистые газы КФП резко упрощают работу сернокислотного производства, обеспечивая высокую экономичность. Ин­тересной особенностью установки КФП в Алмалыке является использование тепла автогенной плавки в котле-утилизаторе, установленном за печью. Это единственный в мире агрегат котельного типа, работающий на газах автогенной плавки с содержанием в них диоксида серы до 80%. Такая конструкция может быть рекомендована для более широкого внед­рения в цветной металлургии и для других вариантов автогенных про­цессов.

Очень важен социальный эффект работы КФП для всего района, при­мыкающего к городу Алмалыку, так как значительно сократился выброс сер­нистых газов в атмосферу. Только за первое десятилетие работы КФП получено более 3 млн. т серной кислоты.

Отработаны также условия и режим плавки медно-цынковых концент­ратов Урала с переводом большей части цинка в шлак для последующего фъюмингования; проведены работы по созданию технологии КФП медных и медно-никелевых концентратов Норильского ГОК. В последнем случае по­лучены штейны с содержанием меди (или меди и никеля) до 80%.

Внимание специалистов цветной металлургии все более и более привлекают автогенные процессы, осуществляемые путем плавки концентратов в жидкой ванне (ПЖВ). Плавка в жидкой ванне, в качестве которой используется хорошо перемешиваемый шлаковый расп­лав, наиболее перспективна среди автогенных процессов, так как она сво­бодна от ряда недостатков, присущих последним и обладает существен­ными преимуществами. Так, при плавке медных концентратов в жидкой ванне в шлаковом расплаве создаются благоприятные термодинамические и кинетические условия для снижения содержания в шлаке растворимой меди. Это очень важно, так как повышенное содержание меди в шлаке является характерным недостатком процесса КИВЦЭТ, что в свою очередь определяется кратковременностью контактов компонентов в условиях взвешенного состояния.

Отличительными особенностями автогенного процесса плавки в жид­кой ванне являются: сжигание сульфидов в шлаковом расплаве при энер­гичном барботаже ванны газами и вертикальное движение расплава в печи сверху вниз. Использование этих двух факторов позволяет с наибольшей полнотой оптимизировать условия протекания всех физико-химических про­цессов при плавке. В отличие от способов, основанных на плавке во взвешенном состоянии, в жидкой ванне могут быть созданы более эффек­тивные условия для ускорения наиболее медленной стадии процесса и, следовательно, для увеличения производительности металлургического агрегата. Процесс в жидкой ванне совершенствуется и ос­ваивается на Норильском горнометаллургическом комбинате.

Автоклавная технология. Одним из ярких примеров использования автоклавной технологии в цветной металлургии (если не считать более чем 50-летнего опыта применения автоклавного выщелачивания бокситов в производстве глинозёма для алюминиевой промышленности) является применение гидрометаллургического способа комплексной переработки никель-пирротиновых концентратов Заполярья. В основу технологии по­ложено автоклавное окисление пирротина (пирротин – FeS_x, где х = 1 1,14) в водной пульпе с получением элементарной серы и гидрооксида железа, отделяемых от сернокислого раствора цветных и редких металлов, содержащихся в исходном сырье. Значение автоклавной технологии состоит и в том, что обычные пирометаллургические методы к данному сырью не применимы. Особое значения разработанного способа состоит в практически полном исключении вредного влияния на окружающую среду выделений SO₂.

Ионообменная сорбция. Экстракционно-сорбционная технология в гидрометаллургии приобретает особое значение в первую очередь для процессов разделения, концентрирования и очистки металлов. Наиболее широко сорбционные процессы приме­няются в урановой промышленности, которую в технологическом отношении можно считать близкой к металлургии цветных металлов. Как известно, уран – это единственный металл, который извлекается из природного сырья исключительно гидрометаллургическим способом. Ионообменные мето­ды извлечения урана из растворов и пульп начали применяться у нас в большом промышленном масштабе более 50 лет тому назад. Еще в 1948 г. Б.Н. Ласкориным было предложено использовать карбоксильные смолы на основе акриловой и метакриловой кислот и другие иониты для избира­тельного извлечения урана из растворов и пульп. Затем были найдены иониты различной основности для сорбции урана из сернокислых и кар­бонатных растворов. В 1954 г. впервые в мировой практике был внедрен процесс ионообменной сорбции урана из рудных пульп, освоена принципиально новая прогрессивная технология непрерывного бесфильтрационного метода сорбции из плотных пульп в аппаратах специальной кон­струкции с пневматическим перемешиванием. Сорбционная технология, на­пример, в применении к сложным комплексным урановым рудам позволяет достичь высокого извлечения в товарную продукцию не только урана, но и ряда сопутствующих ценных элементов, как, например, молибдена, тория, ванадия, редкоземельных элементов и т.п.

Другим достаточно ярким примером успешного применения сорбционной технологии к сырью, трудно перерабатываемому традиционными методами, является зо­лотодобывающая промышленность, связанная с гидрометаллургическим методом цианирования руд, характеризуемых, как правило, чрезвычайно низким (3-5 г/т) содержанием золота и сложностью компонентного состава. Ионообменная сорбция с использованием ионита АНК-5-2 успешно применяется для извлечения золота из руд Куранахского, Наталкинского месторождений и месторождения Мурун-тау.

Никель-кобальтовая промышленность – одна из наиболее подготов­ленных для широкого использования сорбционно-экстракционных процессов, так как в ней имеется соответствующий опыт, а гидрометаллургия занимает ведущее место в технологических схемах, в особенности на заключитель­ных стадиях. Для решения зада­чи селективного извлечения примесей из никелевого электролита исследователями разработан сорбционный метод, основанный на при­менении комплексообразующих ионитов, селективных по извлекаемому ме­таллу-примеси (цинк, железо, медь и др.) и обладающих высокими сорбционными свойствами и достаточной механической прочностью. Внедрены в крупном масштабе технологические схемы непрерывной сорбционной очистки никелевого электролита от примесей на комбинате «Южуралникель» и на Норильском горнометаллургическом комбинате.

Разработана сорбционная технология извлечения меди и некоторых других сопутствующих элементов при переработке окисленных и смешанных руд, растворов кучного, подземного и бактериального выщелачивания, извлечения ценных металлов при переработке медьсодержащих продуктов, других цветных металлов и лома, различных производственных растворов сложного состава, например отходов гальванотехники.

Аниониты весьма активно сорбируют анионные формы молибдена, наи­более характерные для этого элемента, из его растворов. В полупромыш­ленном масштабе проверена сорбционно-бесфильтрационная технология пере­работки бедных окисленных молибденовых руд Сорского месторождения со сложным минералогическим составом. На ряде других предприятий в промышленном масштабе освоена технология получения чистых соедине­ний молибдена с использованием сорбционных процессов при комплексной переработке бедных молибденсодержащих полиметаллических руд.

Исключительно важно и перспективно применение сорбции в тех­нологии вольфрама. В полупромышленном масштабе успешно проверены на примере различных производственных растворов Нальчикского гидрометаллургического завода две технологические схемы сорбции вольфрама, впи­сывающиеся в существующую технологию и позволяющие ее существенно уп­ростить, с одновременным увеличением извлечения вольфрама в готовую продукцию.

Разработана и проверена в полупромышленном масштабе сорбционная технология получения соединений ванадия высокой чистоты при комплекс­ной переработке производственных растворов от выщелачивания ванадийсодержащих конвертерных шлаков Чусовского металлурги­ческого завода.

Следует подчеркнуть, что во всех случаях по сравнению с дейст­вующими схемами достигается существенное повышение комплексности извлечения металлов, снижение капитальных и эксплуатационных затрат, повышение извлечения металлов в конечные продукты, увеличение производительности труда, резкое сокращение, а в ряде случаев и полное прекращение сброса вредных веществ в окружающую среду.

Экстракционные процессы. Не меньшее значение в решении проблем комплексного извлечения металлов из природного сырья имеет широко внедряемая экстракционная технология. В металлургии меди экстракционная технология начала использоваться вначале как зна­чительно более совершенная замена старинному цементационному методу осаждения меди, обладающему существенными недостатками. В нашей стране для извлечения меди из растворов кучного, подземного и бактериального выщелачивания разработан экстрагент ОМГ (группа алканофеноксимов).

Экстракционные процессы внедрены в никель-кобальтовой промышлен­ности. На Норильском горнометаллургическом комбинате работает промыш­ленная экстракционная установка по получению кобальта высокой чистоты с применением карбоновых кислот. На комбинате «Североникель» в полу­промышленном масштабе применяются экстракционные схемы очистки ко­бальтовых и никелевых растворов от примесей и для разделения никеля и кобальта. В промышленном масштабе испытана комплексная схема про­изводства кобальта и меди из раствора Уфалейского никелевого комбина­та, включающая процесс твердофазной реэкстракции путем кристаллизации соли из экстракта. На одном из предприятий внедрен процесс экстрак­ционного извлечения кадмия из сульфатных растворов после выщелачивания пылей свинцового производства. Кадмий экстрагируется в виде иодидного комплекса трибутилфосфатом.

Наибольшее применение экстракционные процессы нашли в технологии редких металлов, где они стали основными технологическими операциями. Экстракция в промышленных условиях применяется для извлечения и разделения тантала и ниобия, циркония и гафния, скандия, иттрия, таллия, теллура и индия, вольфрама, молибдена, рения и других редкоземельных металлов. В нашей стране разработан и применен в промышленности экс­тракционный способ получения золота высокой степени чистоты.

В Норильске действует промышленное производство иридия методом высокотемпературной экстракции этого металла из сульфатных растворов кобальтового производства.

Очень существенно, что в ряде разработанных и внедренных в про­изводство технологических схем экстракционно-сорбционные процессы весьма удачно сочетаются с флотационным обогащением, автоклавным выщелачиванием, электрохимической технологией, а в некоторых случаях и с пирометаллургией.

Таким образом, при решении сложных проблем пе­реработки многокомпонентного сырья речь идет не о противопоставлении какой-либо одной технологии другим, а о максимальном использовании заложенных в них возможностей в зависимости от конкретных условий с целью комплексного использования сырья и защиты окружающей среды от промышленных загрязнений.

14.6. Алюминий
По распространенности в природе алюминий занимает 3-е место после кислорода и кремния. Его содержание в земной коре составляет 8,8%. Известно несколько сотен минералов алюминия, преимущественно алюмосиликатов. Основными промышленными минералами являются боксит (AlOOH) и нефелин ( (Na,K)₂OAl₂O₃2SiO₂ )_.

Существующий промышленный способ получения металлического алюминия включает две основные стадии производства:

• 
  химико-технологическую, задачей, которой является получение чистого оксида алюминия – глинозёма из природного сырья (бокситы, нефелин, глины);
  
• 
  электрометаллургическую, ставящую цель электролитического восстановления глинозёма до металла в расплаве криолита (3NaFAlF₃)_.
  

В случае использования наиболее распространённого бокситового сырья главным отходом глинозёмного производства является так называемый красный шлам, являющийся нерастворимым остатком при вещелачивании бокситов под давлением по методу Байера (рис.14.10).

В зависимости от количественного и качественного состава бокситов выход красного шлама изменяется в пределах 1-2,5т на 1т получаемого глинозёма. Общий выход красного шлама в масштабах нашей страны составляет около 1,4 млн.т в год. Большинство глинозёмных заводов вынуждено отводить под отвальное хранение отходов красного шлама значительные площади вблизи заводов, что приводит к отчуждению больших земельных участков под шламонакопители. Последние, в свою очередь, сопровождаются вредным воздействием на окружающую среду, не говоря уже о существенном увеличении расходов на производство основной продукции. Особенно острый характер проблема отвальных бокситовых шламов имеет, естественно, для предприятий по производству глинозёма, расположенных в зонах активного земледелия.

Помимо метода Байера, пригодного для получения глинозёма из высококачественных (богатых по Al₂O₃ и относительно бедных по SiO₂) бокситов, в нашей стране применяют и метод спекания, которому подвергают менее качественное бокситовое сырьё. Шлам, полученный при переработке низкосортного бокситового сырья, характеризуется значительно большим содержанием кремнекислоты и меньшим содержанием железа. Выход такого шлама много больше, чем выход шлама из высокосортных бокситов.

Рис. 14.10. Схема переработки бокситов мокрым способом:

1 – весы; 2 – шаровая мельница; 3 – смеситель; 4 – автоклав; 5 – подогреватель; 6 – испаритель; 7,13 – сгустители; 8 – промыватель; 9 – фильтр-пресс; 10,11,18 – холодильники; 12 – декомпозеры (аппараты для выкручивания); 14 – испаритель; 15 – промыватель-сгуститель; 16 – барабанный вакуум-фильтр; 17 – трубчатые печи для кальцинирования.
Широкое использование красного шлама в производстве строительных материалов несомненно позволит значительно сократить, а затем и полностью ликвидировать отходы глинозёмных заводов, значение чего для предотвращения вредного их воздействия на окружающую среду трудно переоценить.

Металлический алюминий получают электролизом раствора глинозёма (Al