Способ переработки рений-осмийсодержащего шлама медеплавильного производства

(51) 22 61/00 (2006.01) 22 11/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ осмия до 99,9 из газовой фазы обжига шлама,упрощение процесса, исключение применения реагентов на операции улавливания рения и осмия из газов, повышение экологичности процесса. Технический результат обеспечивается в способе переработки рений-осмийсодержащих шламов медеплавильного производства, включающем смешивание шлама с твердым пероксидом водорода в количестве 2 от массы шлама, окислительный обжиг полученной смеси при температуре 750800 С в течение 2-2,5 часов в присутствии воздуха,подаваемого со скоростью 15 дм 3/мин, подачу отходящих газов вначале в воздушный конденсатор с двумя температурными зонами конденсации 500600 С ( зона - близкая к реактору), 120-300 С ( зона, дальняя от реактора), а затем в водоохлаждаемый конденсатор с температурой конденсации 10-20 С. При этом температура зон конденсации воздушного конденсатора ниже температуры кипения оксидов рения и осмия и выше точки росы паров воды и сернистого ангидрида,а температура конденсации водоохлаждаемого конденсатора ниже точки росы паров воды и сернистого ангидрида.(72) Жарменов Абдурасул Алдашевич Тельбаев Сали Адильевич Еденбаев Серик Султанович Жунусова Гулшат Жарасбаевна Устемиров Хаджахмет Сыйхымджанович(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан(57) Изобретение относится к области металлургии цветных и редких металлов, в частности, к пирометаллургическим способам переработки свинцовых рений-осмийсодержащих шламов медного производства с получением целевых продуктов, обогащенных рением и осмием. Техническим результатом изобретения является повышение степени улавливания рения до 99,8 и 19590 Изобретение относится к области металлургии цветных и редких металлов, в частности, к пирометаллургическим способам переработки свинцовых рений-осмийсодержащих шламов медного производства с получением целевых продуктов, обогащенных рением и осмием. Рений и осмий содержатся, в основном, в медноникелевых и медных рудах. В медном производстве основным источником получения этих металлов(или целевых, обогащенных рением и осмием,продуктов) являются промывные растворы,дополнительными источниками - свинцовые пыли,шламы и кеки, получаемые при утилизации сернистых газов процессов электроплавки медных концентратов и конвертирования медного штейна(Цветные металлы, 1997,9, с. 47-50). Из этих промпродуктов наиболее сложными по вещественному составу являются свинцовые шламы, которые наряду с высоким содержанием свинца (56-64) характеризуются наличием большого количества органических веществ (до 1020), создающих некоторые трудности при их гидрометаллургической переработке (например, при выщелачивании шламов образуется пена, которая не подвергается выщелачиванию,следовательно,происходят большие потери рения и осмия с пеной). Поэтому наиболее предпочтительным способом переработки шламов является пирометаллургический способ, так как при его применении органические вещества легко удаляются из шламов. Из пирометаллургических способов известны способы сульфатизирующего и окислительного обжига шлама. Способы сульфатизирующего обжига шлама с концентрированной серной кислотой направлены на перевод соединений рения в шламе в водорастворимую сульфатную форму и ее отделение от осмия. Главным недостатком этих способов является коррозия стенок используемых обжиговых аппаратов (быстрый износ) из-за высокой разъедающей активности концентрированной серной кислоты. Способы окислительного обжига ренийосмийсодержащего шлама при различных температурах, осуществляемые в присутствии кислорода воздуха, направлены на окисление низкокипящих сульфидных и оксидных соединений рения и осмия в шламе до наиболее высококипящих форм (27 и 4), легко отделяемых от других металлов в газовую фазу. Главной проблемой этих процессов является улавливание высококипящих соединений рения и осмия из газовой фазы. Например, в промышленных условиях(агломерирующий обжиг и конвертирование свинцового ренийсодержащего промпродукта со свинцовым агломератом и медным штейном, соответственно) наблюдается низкое извлечение рения (осмий не извлекается), которое связано с проскоком, выбросом и огромными потерями этих металлов с отходящими газами в атмосферу. 2 Из способов окислительного обжига шлама,предусматривающих улавливание рения и осмия из газовой фазы обжига, известны следующие способы. Известен способ извлечения осмия и рения из парогазовой смеси, включающий охлаждение парогазовой смеси, пропускание ее через слой твердого реагента - углеродсодержащего материала(металлургического и нефтяного кокса) с восстановлением летучих оксидов рения и осмия в нелетучие соединения и одновременным улавливанием рения на 100 и осмия на 85 при 250-550 С, последующий перевод их в раствор и дальнейшее выделение 250-550 С, последующий перевод их в раствор и дальнейшее выделение целевых продуктов из растворов (2165471, кл. С 22 В 11/02, 2001). Недостатками способа являются невысокая степень улавливания осмия (85), уменьшение активной поверхности углеродсодержащего материала из-за забивания пор пылевидными частицами газовой фазы и частичного выгорания углеродсодержащего материала при температурах 250-500 С под воздействием оксидов, содержащихся в отходящих газах, что приводит к потере восстановителя. Наиболее близким к заявляемому объекту является способ переработки ренийосмийсодержащего шлама медеплавильного производства,включающий гранулирование,окислительный обжиг шлама при температуре 800850 С в присутствии воздуха, подаваемого в реактор со скоростью 0,2-0,6 м/с, контактирование отходящих газов вначале с двумя растворами серной кислоты в присутствии окислителей (пероксида водорода с концентрацией 30 и азотной кислоты с концентрацией 60), затем с двумя растворами гидроксида натрия с концентрацией 100 г/л (13043,С 22 В 61/00, С 22 В 7/00, 2003). При этом рений в виде 27 улавливается преимущественно кислым раствором, а осмий в виде 4 - щелочным раствором. Несмотря на селективность улавливания рения и осмия из газовой фазы этот способ сложный, так как включает дополнительные переделы - грануляцию шлама, сушку гранул, барботирование газов через барботеры с 4-мя поглотителями. Также способ характеризуется повышенным расходом реагентов,используемых на операциях улавливания в качестве поглотителей, а также невысокой степенью улавливания летучих соединений рения (81,6388,44) и осмия (60,23-82,15) в поглотители. Техническим результатом изобретения является повышение степени улавливания рения до 99,8 и осмия до 99,9 из газовой фазы обжига шлама,упрощение процесса, исключение применения реагентов на операции улавливания рения и осмия из газов, повышение экологичности процесса. Достигаемый технический результат обеспечивается в способе переработки ренийосмийсодержащих шламов медеплавильного производства, включающем смешивание шлама с твердым пероксидом водорода в количестве 2 от 19590 массы шлама, окислительный обжиг полученной смеси при температуре 750-800 С в течение 2-2,5 часов в присутствии воздуха, подаваемого со скоростью 15 дм 3/мин, подачу отходящих газов вначале в воздушный конденсатор с двумя температурными зонами конденсации 500-600 С ( зона - близкая к реактору), 120-300 С ( зона,дальняя от реактора), а затем в водоохлаждаемый конденсатор с температурой конденсации 10-20 С. При этом температура зон конденсации воздушного конденсатора ниже температуры кипения оксидов рения и осмия и выше точки росы паров воды и сернистого ангидрида, а температура конденсации водоохлаждаемого конденсатора ниже точки росы паров воды и сернистого ангидрида. Сущность способа заключается в следующем. Рений и осмий находятся в шламе как в виде низкокипящих сульфидных (2, 27, 2,23), так и в виде низкокипящих оксидных соединений (еО 3, 2, 2), которые при обжиге в присутствии воздуха недостаточно полно окисляются до высококипящих форм 27(температура кипения - 359 С) и 4 (температура кипения - 131 С) и переходят из шлама в газовую фазу при исследуемой температуре процесса. В связи с этим, для перевода низкокипящих оксидных и сульфидных соединений рения и осмия в газовую фазу в виде 27 и ОО 4 к шламу добавляем пероксид водорода в качестве окислителя и осуществляем процесс по реакциям 2 22222722 2 322272 22226,5227422 27229,5227722 2222422 222324222 2322422 О 4322. Пероксид водорода служит как окислителем(указано выше), так и восстановителем, в частности,образующийся в процессе вышеуказанных реакций водород в газовой фазе при температурах процесса 750-800 С восстанавливает высококипящий 27 в низкокипящий оксид еО 3 с температурой кипения 625 С, высококипящий 4 - в низкокипящий 2 с температурой кипения 650 С по реакциям 42 Н 222 Н 2 О,2272 Н 2432 Н 2 О. Частичное восстановление высших оксидов рения и осмия в газовой фазе до низших необходимо для того, чтобы получить оксиды с более высокими температурами кипения, чем 27 и 4, что позволит минимизировать проскок соединений рения и осмия в газовый тракт и повысить степень их улавливания из газовой фазы. При осуществлении обжига подача воздуха со скоростью менее 15 дм 3 /мин недостаточна для перевода низкокипящих оксидных и сульфидных соединений рения и осмия в их высококипящие оксидные соединения,вследствие этого уменьшается их концентрация в газовой фазе, что снижает степень их улавливания из газовой фазы. При проведении обжига с подачей воздуха более 15 дм 3 /мин происходит унос рения и осмия из воздушного конденсатора в газовый тракт, что также снижает степень их улавливания из газовой фазы. Добавка количества пероксида водорода к шламу менее 2 от массы шлама оказывается недостаточной для образования восстановителя водорода, так как снижается степень улавливания соединений рения и осмия из газовой фазы. Добавка количества пероксида водорода к шламу более 2 от массы шлама не оказывает существенного влияния на повышение степени улавливания соединений рения и осмия из газовой фазы. Температура конденсации взоне конденсации воздушного конденсатора, близкой к реактору,равна 500-600 С и по абсолютной величине ниже температуры кипения низкокипящих оксидов (еО 3 и 2), поэтому эти оксиды легко конденсируются в этой зоне. Температура конденсации во зоне конденсации воздушного конденсатора, дальней от реактора, равна 120-300 С и по абсолютной величине ниже температуры кипения высококипящих оксидов (27, 4), поэтому эти оксиды легко конденсируются в этой зоне. Температура зон конденсации воздушного конденсатора ( зона 500-600 С,зона 120-300 С) по абсолютной величине значительно выше точки росы паров Н 2 О и 2 (менее 100 С), что обеспечивает проскок паров Н 2 О и 2 через воздушный конденсатор в газовый тракт и получение сухого конденсата (концентрата рения и осмия). Получение сухого конденсата облегчает осуществление операции выгрузки конденсата. Также для упрощения операции выгрузки и отдельного съема конденсата от огарка предусмотрено присоединение воздушного конденсатора к реактору через фланцевое соединение. Температура конденсации(10-20 С) водоохлаждаемого конденсатора ниже точки росы паров Н 2 О и 2 (менее 100 С) на 80-90 С, что приводит к конденсации паров Н 2 О и 2 и образованию серной кислоты. То есть применение водоохлаждаемого конденсатора позволяет утилизировать сернистый ангидрид - 2 и исключить его выбросы в окружающую среду,повышая экологичность процесса. В результате практически полного улавливания рения и осмия из газовой фазы обжига шлама в воздушном конденсаторе в предлагаемом способе исключается применение реагентов в качестве поглотителей для улавливания рения и осмия из газовой фазы. Пример. 200 г рений-осмийсодержащего шлама медеплавильного производства, содержащего,по массе -63, -0,144, -0,005, смешивали с 4 г твердого пероксида водорода (2 от массы шлама). Полученную смесь подвергали окислительному обжигу при температуре 750 С в течение 2,5 часов в атмосфере воздуха, подаваемого в реактор горизонтальной трубчатой вращающейся печи со скоростью 15 дм 3 /мин. 3 19590 Образовавшиеся отходящие рений-осмийсодержащие газы обжиговой печи подавали с помощью вакуумного насоса вначале в воздушный конденсатор с двумя температурными зонами конденсации 500-600 С ( зона -близкая к реактору),120-300 С ( зона - дальняя от реактора), затем в водоохлаждаемый конденсатор с температурой конденсации 10-20 С. Из газовой фазы оксиды рения и осмия конденсировались в конденсате, образуемом на стенках воздушного конденсатора. Основу конденсата составляла выбрасываемая из печи пыль,которая высокодисперсна, в связи с этим пыль являлась центром и активной поверхностью конденсации твердых оксидов рения и осмия. В водоохлаждаемом конденсаторе образовывался раствор серной кислоты. По окончании опыта полученные ренийосмийсодержащие продукты 1) сухой конденсат выгружали раздельно из двух температурных зон воздушного конденсатора, 2) огарок - из печи, 3) раствор выливали из водоохлаждаемого конденсатора и направляли их на анализ. Наличие высших и низших оксидов рения и осмия визонах конденсации воздушного конденсатора установлено рентгенофазовым и атомно-эмиссионным спектральным анализами,содержание рения и осмия в конденсате, огарке и растворе (из водоохлаждаемого конденсатора) определено химическим и атомно-эмиссионным спектральным анализами. Содержание рения и осмия в огарке составило 0,048 и 0,00025, в конденсате - 2,6 и 0,0736,растворе - 0,00005 и 0,0002 соответственно. Извлечение рения и осмия из шлама в газовую фазу составило 77,1 и 94,4, степень их улавливания из газовой фазы - 99,5 и 99,9 соответственно. Результаты улавливания рения и осмия из газовой фазы обжига смеси ренийосмийсодержащего шлама с пероксидом водорода,проведенного при других технологических параметрах температурах 750-800 С,продолжительности опыта-2 и 2,5 часа и скорости подачи воздуха 10-20 дм 3 /мин, расходе Н 2 О 2 -1 и 3 от массы шлама приведены в таблицах 1 и 2. Таким образом,предлагаемый способ переработки рений-осмийсодержащего шлама по сравнению с прототипом позволяет повысить степень улавливания из газовой фазы рения до 99,8 и осмия до 99,9 за счет смешивания шлама с пероксидом водорода в количестве 2 от массы шлама и применения воздушного конденсатора с двумя температурными зонами конденсации 500600 С ( зона - близкая к реактору), 120-300 С ( зона, дальняя от реактора) упростить процесс за счет исключения операций гранулирования шлама,сушки гранул, барботажа отходящих газов через четыре барботера с поглотителями (два барботера с сернокислыми растворами с пероксидом водорода или азотной кислотой и два барботера с растворами гидроксида натрия), исключения применения реагентов на операциях улавливания соединений рения и осмия из газов повысить экологичность процесса за счет использования водоохлаждаемого конденсатора с температурой конденсации 10-20 С,что позволило утилизировать сернистый газ в виде серной кислоты. 19590 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ переработки рений-осмийсодержащего шлама медеплавильного производства,включающий обжиг при температуре 750-800 С в присутствии воздуха, отличающийся тем, что шлам перед обжигом смешивают с пероксидом водорода в количестве 2 от массы шлама, обжиг полученной смеси проводят в течение 2-2,5 часов в атмосфере воздуха, подаваемом со скоростью 15 дм 3/мин, отходящие газы подают вначале в воздушный конденсатор с двумя температурными зонами, а затем в водоохлажаемый конденсатор, при этом температура зон конденсации воздушного конденсатора ниже температуры кипения оксидов рения и осмия и выше точки росы паров воды и сернистого ангидрида, а температура конденсации водоохлаждаемого конденсатора ниже точки росы паров воды и сернистого ангидрида.