Автоклавное выщелачивание вольфрама из отходов оловянного производства с помощью карбоната натрия

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Химия


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 546. 78
АВТОКЛАВНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ВОЛЬФРАМА ИЗ ОТХОДОВ ОЛОВЯННОГО ПРОИЗВОДСТВА
С ПОМОЩЬЮ КАРБОНАТА НАТРИЯ
А. Н. Дьяченко, А.П. Дугельный*, Р. И. Крайденко, С.Н. Чегринцев
Томский политехнический университет *ОАО «Новосибирский оловянный комбинат»
E-mail: chesen@tpu. ru
Исследованы процессы выщелачивания вольфрама из промышленных отвалов Новосибирского оловянного комбината. Выщелачивающим реагентом являлся карбонат натрия (Na2CO3). Максимальная степень выщелачивания достигалась в автоклаве при 225 °C, при перемешивании 60 об/мин и отношении Т: Ж = 1:5 за 6 часов. Предлагается общая схема получения оксида вольфрама из вольфрамсодержащих отвалов.
Ключевые слова:
Вольфрам, автоклавное выщелачивание, вольфрамат натрия, промышленные отходы.
Key words:
Tungsten, pressure leaching, sodium tungstate, industrial waste.
Введение
Техногенные месторождения являются альтернативным источником минерального сырья. Они часто обладают необычным минеральным составом и могут служить крупным потенциальным источником разнообразных полезных компонентов [1].
На территории ОАО «Новосибирский оловянный комбинат» (НОК) скопилось 600 тыс. тонн промышленных отходов, накопившихся с 1953 года, содержание вольфрама в которых колеблется от 0,5 до 3,0% (табл. 1). Переработка вольфрамсодержащих отвалов НОКа позволит комбинату, во-первых, освободить до 15 Га своей территории, во-вторых, решить экологическую проблему, т. к. отходы содержат мышьяк [2].
Таблица 1. Усредненный химический состав отходов оловянного производства ОАО «Новосибирский оловянный комбинат»
Вещество Содержание, %
Fe CaO SiO2 Al S WO3
Шлак оловянного производства 23,4 13,7 43,4 5,6 0,7 1,8
Рентгенофазовый анализ сырья показал, что образец рентгеноаморфный, поэтому фазовый состав определить не удалось. Вольфрам может находиться главным образом в виде окисленных сложных соединений, образованных оксидом вольфрама ^03) и оксидами железа и марганца (вольфрамит) или оксидом кальция (шеелит) [3]. Так как в составе промышленных отвалов НОКа нет марганца, предполагаем, что вольфрам находится в виде шеелита (CaW04).
На химико-металлургическую переработку предприятий, выпускающих вольфрам, поступают концентраты с 45… 65% W03, получаемые в результате обогащения руд. Промышленные отвалы НОКа невозможно обогатить физическими методами до концентратов, т. к. сырьё представляет собой спёк фаялита с вкраплениями вольфрама.
Цель работы: разработать способ автоклавного содового выщелачивания вольфрама из отвалов оловянного производства.
Анализ проб на содержание вольфрама осуществляли методами атомно-абсорбционной спектроскопии (iCE 3000 Series) и масс-спектральным анализом с индуктивно связанной плазмой (ELAN DRC-e).
Экспериментальная часть
Взаимодействие вольфрамата кальция с карбонатом натрия описывается реакцией:
CaWO4+Na2CO3=Na2WO4+CaCO3. (1)
Также карбонат натрия реагирует с диоксидом кремния:
SiO2+Na2CO3^Na2SiO3+CO2.
Из литературных источников [4] известно, что для автоклавного выщелачивания вольфрама раствором карбоната натрия требуются значительные избытки вскрывающего реагента (в четыре и более раз) относительно стехиометрического необходимого по реакции 1.
Процесс выщелачивания вольфрама проводили раствором карбоната натрия в лабораторном автоклаве объемом 1700 мл, реторта выполнена из стали 12Х18Н10Т, перемешивание обеспечивала лопастная мешалка.
Варьируемые параметры экспериментов:
• количество выщелачивающего реагента (карбоната натрия) —
• время проведения реакции-
• скорость перемешивания.
• соотношение твердое сырье: раствор карбоната
натрия.
Результаты и их обсуждение
Влияние количества соды на степень извлечения вольфрама в раствор определяли серией экспериментов в автоклаве при 225 °C, скорости перемешивания 60 об/мин, массе исходного сырья 300 г и
воды 1500 г, времени ведения процесса от 6 до 12 часов. Выщелачивание проводили 75, 125, 200, 250 г № 2С03. Установлено, что наибольшая степень извлечения достигается за 6 часов при обработке сырья раствором, содержащим 250 г соды.
Таблица 2. Зависимость степени извлечения вольфрама в раствор в зависимости от количества карбоната натрия и времени выщелачивания при перемешивании со скоростью 60 об/мин, 225 °C, массе исходного сырья 300 г и 1500 мл воды
№ Щвд, г t, ч aw, %
1 75 12 40
2 125 12 55
3 200 9 76
4 250 6 84
Увеличение скорости перемешивания реакционной массы приводит к уменьшению степени извлечения вольфрама в раствор. В результате проведения процесса при 225 °C, массе исходного сырья 300 г, 90 г карбоната натрия, 1500 мл воды в течение 6 часов при перемешивании 60, 120 и 1500 об/мин степень извлечения вольфрама в раствор составила 59, 51 и 42% от теоретически возможного соответственно.
Предположено, что образовавшийся вольфрамат натрия начинает взаимодействовать с оксидом кремния. Для подтверждения протекания реакции разложения вольфрамата натрия по реакции №^04+8Ю2=Ма28Ю03 проведена серия экспериментов по взаимодействию водного раствора вольфрамата натрия (общий объем 1500 мл, содержание №^04 20 г) с кварцем (300 г). Условия проведения эксперимента: 6 часов, перемешивание 120 об/мин, температура 225 °C. Содержание вольфрамата натрия в растворе снизилось с 20,00 до 8,24 г.
Таблица 3. Экспериментальные данные содового автоклавного извлечения вольфрама в раствор при 225 °С
mсырьe, г гпц1, со1, г м О, t, час аи, %
Скорость перемешивания 60 об/мин
300 250 1500 6 87
300 250 1000 6 76
300 200 1000 6 58
300 200 1000 4 57
300 200 600 4 47
300 150 1000 6 56
Скорость перемешивания 120 об/мин
300 250 1500 6 73
300 250 1000 6 49
300 250 1000 4 38
300 200 1000 6 56
300 200 1000 4 55
300 200 600 6 50
300 200 600 4 31
300 150 1000 6 41
300 150 1000 4 37
300 150 600 6 38
Провели серию экспериментов по наработке статистических данных по извлечению вольфрама в раствор (табл. 3), которые показали, что 87% извлечения можно достигнуть при температуре протекания процесса 225 °C, соотношение сырье: раствор 1: 5, содержание соды в растворе 250 г на 300 г сырья, время нахождения руды в реакционной зоне 360 мин, скорость вращения мешалки 60 об/мин. Снижение соотношения твердое: жидкость как 1:3 и 1:2 привело к снижению извлечения вольфрама в раствор.
МшСОз /
Автоклавное выщелачивание 225 °С
/
Твердое Раствор
алюмосиликатная МаАУО*
основа
^ * г
Утилизация Ионный обмен
Смола Раствор
NaNOз
Смола
Раствор
(КЧЬ)Л?(),
I N1Ъ-
Кристаллизация ------" ^ ^
1
Прокалка
I
1? Оз
Рисунок. Принципиальная схема получения оксида вольфрама из отходов оловянного производства
В раствор кроме вольфрамата натрия переходят бор, кремний, кальций, олово (табл. 4).
Математическая обработка кинетических данных по взаимодействию вольфрамсодержащего сырья с карбонатом натрия была проведена по трем уравнениям: Гистлинга, сокращающейся сферы и Яндера [5]. Экспериментальные данные процессов описывали уравнением сокращающейся сферы (коэффициенты корреляции составляют 0,95… 0,98). Зависимость степени превращения (а) от времени (т) и температуры (Т) для взаимодействия вольфрамсодержащего сырья с карбонатом натрия при автоклавном режиме выглядит следующим образом:
—. 610
а = 1 — (1 -3068,44 • е-кт т)3.
Таблица 4. Состав растворов после автоклавного выщелачивания вольфрамсодержащего сырья- указаны элементы с содержанием более 1 мг/л
Элемент Раствор № 1 | Раствор № 2
Содержание, мг/л
и 1,03 0,39
В 267,00 244,00
А1 17,50 23,00
Б1 1374,00 1230,00
Р 11,69 4,45
К 613,00 482,00
Са 56,40 80,00
V 4,13 2,65
Сг 1,68 1,04
Бе 3,57 0,27
Rb 1,72 1,19
Мо 4,76 5,22
Бп 159,00 167,00
W 4973,00 4828,00
Энергия активации процесса составила
610Дж/моль. Лимитирующей стадией процесса
перевода вольфрама в раствор является диффузия
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Чёрный С. А. Эколого-экономическая эффективность переработки металлургических отходов: автореф. дис. … канд. экон. наук. — М., 2009. — 53 с.
2. Оловокомбинат запустил уникальное производство — обогатительную фабрику // Официальный сайт города Новосибирска. иЯЬ: http: //www. novo-sibirsk. ru/media/news/25 139. html (дата обращения: 17. 01. 2013).
3. Киндяков П. С., Коршунов В. Г., Фёдоров П. И., Кисляков И. П. Химия и технология редких и рассеянных элементов. Ч. 3 / под ред. К. А. Большакова. — М.: Высшая школа, 1976. — 367 с.
4. Плющев В. Е., Степина С. Б., Федоров П. И. Химия и технология редких и рассеянных элементов. Ч. I / под ред. К. А. Большакова — М.: Высшая школа, 1976. — 367 с.
5. Дельмон Б. Кинетика гетерогенных реакций. — М.: Мир, 1972.- 554 с.
выщелачивающего реагента к вольфрамату кальция.
Дальнейшее извлечение вольфрама из растворов, полученных при автоклавном карбонатном выщелачивании, можно производить с помощью ионного обмена [6−8] с последующей прокалкой продукта до W03 (рисунок).
Выводы
1. Установлено, что для 84. 87%-го извлечения W на 100 г сырья необходимо 83,3 г № 2С03, температура процесса 225 °C, время процесса 6 часов, скорость перемешивания 60 об/мин.
2. Показано, что при увеличении скорости перемешивания увеличивается реакционная способность реагента, что приводит к увеличению образования №^Ю3.
3. На основе математической обработки кинетических данных установлено, что способом ускорения процесса является измельчение сырья.
4. Разработана схема получения оксида вольфрама из отходов оловянного производства.
6. Зеликман А. Н., Никитина Л. С. Вольфрам. — М.: Металлургия, 1978. — 272 с.
7. Гагиева З. А. Интенсификация процессов сорбционного извлечения ионов молибдена и вольфрама из водных растворов сложного состава: автореф. дис. … канд. техн. наук. — Владикавказ, 2010 — 25 с.
8. Громов О. Б., Дьяченко А. Н., Петров Д. А., Середенко В. А. Извлечение вольфрама и молибдена из урансодержащих растворов системы регенерации отходов сублиматного производства // Известия Томского политехнического университета. -2011. — Т. 318. — № 3. — С. 37−40.
Поступила 17. 01. 2013 г.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой