авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Разработка метода извлечения ионов цветных металлов И СЕРЕБРА из медьсодержащего техногенного сырья на основе использования химически модифицированных природных

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КУНИЛОВА ИРИНА ВАЛЕРЬЕВНА

Разработка метода извлечения ионов цветных металлов И СЕРЕБРА из медьсодержащего техногенного сырья на основе использования химически модифицированных природных цеолитов

Специальность 25.00.13 - Обогащение полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2007

Работа выполнена в Институте проблем комплексного освоения недр РАН

Научный руководитель: доктор технических наук

Вигдергауз Владимир Евелевич

Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук

Морозов Валерий Валентинович

кандидат технических наук

Ануфриева Светлана Ивановна

Ведущее предприятие: ФГУП «Государственный научно-

исследовательский институт цветных металлов» (ГИНЦВЕТМЕТ)

Защита состоится «_15_»___мая____ 2007 г. в _14_ часов на заседании диссертационного совета Д.002.074.01 в Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (ИПКОН РАН) по адресу: 111020, г. Москва, Е-20, Крюковский туп., 4. Факс (495) 360-89-60.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПКОН РАН.

Автореферат разослан «_05_»__апреля__ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук Шрадер Э.А.

общая характеристика работы

Актуальность работы. Количество твердых отходов переработки руд на горно-обогатительных предприятиях России постоянно увеличивается. Вместе с тем, накоплены значительные объемы жидких отходов переработки, представленных шахтными и подотвальными водами, дренажами хвостохранилищ. Длительное складирование хвостов обогащения цветных металлов вследствие естественного окисления и выщелачивания твердой фазы приводит к образованию вредных и токсичных растворов, потере ценных составляющих и загрязнению окружающей среды.

Почти половина жидких отходов поступает в окружающую среду без соответствующей очистки и с концентрациями химических веществ, на несколько порядков превышающих установленные нормативы ПДК.

Недоизвлеченные из хвостов обогащения цветные металлы снижают экономические и экологические показатели переработки руд. Это особенно касается медно-цинковых руд, для которых степень комплексного использования сырья ниже, чем для медно-никелевых и полиметаллических руд. В уральском регионе уже накоплено порядка 1,7 млрд. т отходов обогащения, в том числе свыше 200 млн. т в медно-цинковой подотрасли, в которых содержится около 500 тыс. т меди и более 650 тыс. т цинка.

Объемы техногенных отходов и количество содержащихся в них ценных компонентов определяют требования к методам их переработки. Эти методы должны быть в первую очередь простыми по технологическому и аппаратурному оформлению, обеспечивать повышение степени комплексности извлечения. Вместе с тем, реагенты, используемые в процессе селективного извлечения металлов, должны быть достаточно эффективными, распространенными и иметь невысокую стоимость.

Цель диссертационной работы – разработка метода селективного извлечения ионов цветных металлов и серебра из медьсодержащего техногенного сырья на основе использования химически модифицированных природных цеолитов.

Идея работы  –  химическое модифицирование природных цеолитов комплексообразующими веществами для повышения селективности цеолитов к ионам цветных металлов и серебра.

Задачи исследований:

  • Исследование состава, структуры и физико-химических свойств природных цеолитов;
  • Анализ термодинамических констант устойчивости комплексов металлов с модификаторами для определения последовательности извлечения цветных металлов и серебра из техногенных растворов природными цеолитами, а также выбора модификаторов;
  • Исследование условий модифицирования природных цеолитов комплексо-образующими веществами в целях создания методики модифицирования для эффективной сорбции;
  • Исследование физико-химических закономерностей процессов сорбции и десорбции ионов цветных металлов и серебра модифицированными цеолитами для определения условий и параметров сорбции, механизма сорбции, рядов сорбируемости и создания технологической схемы;
  • Построение технологической схемы извлечения цветных металлов и серебра из техногенных отходов. Разработка рекомендаций по использованию метода извлечения цветных металлов и серебра модифицированными природными цеолитами из техногенного сырья.

Для решения поставленных задач были использованы природные цеолиты одного из крупнейших месторождений России – Холинского, а также вновь разрабатываемого Сибайского месторождения.

Методы исследований.

В работе были использованы следующие методы: рентгенофазовый, термический и химический анализ цеолитов; термодинамический, спектрофотометрический и титриметрический методы анализа сорбции металлов; электронная микроскопия, ИК-спектроскопия; статистические методы обработки результатов экспериментов.

Научные положения, которые выносятся на защиту:

  1. Механизм селективной сорбции ионов цветных металлов, серебра(I) и железа(III) модифицированными природными цеолитами, результатом которого является образование поверхностных комплексов металлов с модификаторами.
  2. Ряды сорбируемости ионов серебра(I), меди(II), цинка(II), никеля(II) и железа(III) цеолитами Сибайского и Холинского месторождений, модифицированными тиокарбамидом, моноэтаноламином и триэтаноламином.
  3. Метод селективного извлечения ионов цветных металлов и серебра из медьсодержащего техногенного сырья на основе использования химически модифицированных цеолитов.

Научная новизна работы состоит в:

  • разработке метода селективного извлечения ионов цветных металлов и серебра(I) из техногенных растворов сорбцией природными цеолитами, модифицированными тиокарбамидом и моноэтаноламином, а также извлечения ионов железа(III) природными цеолитами, модифицированными триэтаноламином.
  • установлении механизма сорбции цветных металлов, серебра(I), а также железа(III) модифицированными природными цеолитами (сорбция модифицированными цеолитами протекает посредством образования поверхностных комплексов модификатора с ионом металла).
  • определении рядов сорбируемости цеолитов Сибайского и Холинского месторождений, модифицированных тиокарбамидом, моноэтаноламином и триэтаноламином, для ионов серебра(I), цветных металлов, а также железа(III) соответственно;
  • установлении физико-химических закономерностей процесса сорбции природными цеолитами, модифицированными этаноламинами и тиокарбамидом, ионов цветных металлов и серебра(I), а также железа(III).

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и лабораторных исследований, применением современных методов исследований и обработкой данных методами математической статистики при доверительной вероятности 0,95.

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей селективного сорбционного извлечения цветных металлов и серебра(I) химически модифицированными природными цеолитами. Установленные в работе закономерности позволяют создать научно обоснованный метод переработки медьсодержащих хвостов обогащения, а также распространить метод на переработку разбавленных растворов, полученных из различных видов техногенного сырья, и вместе с тем осуществить дополнительно поиск новых видов модификаторов для сорбционного извлечения заданных видов и сочетаний ионов металлов.

Практическое значение работы состоит в возможности использования разработанного метода для извлечения металлов из отходов, накопленных горно-обогатительными предприятиями, и доведения остаточных концентраций металлов в жидких отходах до ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения. Это позволит повысить эффективность работы горно-обогатительных предприятий, уменьшить количество накопленных и вновь образующихся отходов, а также снизить отрицательное воздействие на окружающую среду.

Реализация результатов исследования. Технология сорбционного извлечения ионов цветных металлов с использованием химически модифицированных природных цеолитов принята за основу при разработке технологического регламента и проекта промышленной установки по очистке хвостовых вод старогоднего хвостохранилища ЗАО «Бурибаевский ГОК». Ожидаемый экономический эффект от дополнительного извлечения меди и цинка из подотвальных и хвостовых вод за счет снижения концентрации ионов цветных металлов в сливе до ПДК рыбохозяйственного назначения составляет 600 тыс.руб.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (1999, 2000, 2004, 2006, 2007 гг., Москва, МГГУ), международном совещании «Плаксинские чтения» (2005г., Санкт-Петербург, Механобр), 2-ой и 3-ей Международных научных школах молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке – глазами молодых» (2005, 2006, г.Москва, ИПКОН РАН), III Межвузовской конференции молодых ученых и студентов «Молодые – наукам о Земле» (2006, г.Москва, РГГРУ).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 10 работ, в т.ч. 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК России.

Объем и структура работы. Диссертация содержит 146 страниц, 27 рисунков и 35 таблиц; состоит из введения, 4 глав, общих выводов, заключения, списка использованной литературы из 115 наименований, 8 приложений.

Автор выражает глубокую признательность сотрудникам лаборатории методов комплексной переработки минерального сырья техногенных месторождений ИПКОН РАН, Т.Г.Марченковой, Т.Н.Матвеевой и И.В.Звереву за помощь в решении научных и технологических вопросов.

Во введении диссертационной работы обоснованы актуальность темы и цель диссертации, дана ее структура и краткое содержание, представлены основные положения, выносимые на защиту, сформулированы научная новизна, научное и практическое значение работы.

В главе 1 представлен обзор литературы по практическому использованию различных методов извлечения металлов из жидкого и твердого техногенного сырья. Дана характеристика объектов исследований – медьсодержащих растворов (жидкое техногенное сырье) и медьсодержащих хвостов обогащения (твердое техногенное сырье).

В главе 2 дан анализ методов извлечения цветных металлов и серебра из растворов, обоснован выбор процесса сорбции химически модифицированными природными цеолитами как метода селективного извлечения цветных и благородных металлов из техногенных растворов. Представлен анализ термодинамических констант устойчивости металлов с модификаторами, обосновывающий выбор тиокарбамида, моноэтаноламина и триэтаноламина в качестве селективных модификаторов цеолитов. Представлены результаты исследования процесса выщелачивания хвостов обогащения медьсодержащих руд для получения исходных растворов процесса сорбции.

В главе 3 представлены результаты проведенных исследований: состава, структуры и физико-химических свойств природных цеолитов, условий модифицирования цеолитов для создания методики модифицирования. Приведены результаты определения сорбционных свойств природного цеолита путем расчета термодинамических характеристик исходного и гидратированного природных цеолитов на примере цеолита Сибайского месторождения. Приведен расчет мольных потенциалов в зависимости от числа сорбированных молекул в полости цеолита с помощью термодинамического метода ансамблей Гиббса. Приведены результаты исследования механизма сорбции металлов модифицированными природными цеолитами, изменения структуры и свойств природных цеолитов после модифицирования моноэтаноламином и тиокарбамидом. Представлены результаты исследования физико-химических закономерностей процесса сорбции ионов меди(II), цинка(II), кадмия(II), никеля(II) и серебра(I), а также железа(III) на модифицированных этаноламинами и тиокарбамидом природных цеолитах. Приведены ряды сорбируемости для цеолитов Сибайского и Холинского месторождений. Представлены результаты исследования динамики процесса сорбции и расчета технологических показателей процесса сорбции на примере меди.

В главе 4 приведены результаты разработки технологической схемы извлечения ценных металлов из растворов, полученных при переработке техногенного сырья. Приведена ориентировочная оценка эффективности переработки лежалых хвостов обогащения медьсодержащих руд на примере Урупской обогатительной фабрики. Приведены рекомендации по использованию метода селективного извлечения цветных металлов и серебра химически модифицированными природными цеолитами из техногенного сырья при разработке комплексных схем извлечения ценных металлов.

Основные выводы характеризует теоретическую и практическую значимость работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В настоящее время переработка низкоконцентрированных медьсодержащих растворов, получаемых при выщелачивании руд, осуществляется методами цементации и экстракции с последующим электролизом. Извлечение цветных металлов сорбционным выщелачиванием впервые предложено Б.Н.Ласкориным (на ионообменных смолах). Ионообменные свойства сорбентов и их зависимость от структуры, ионной силы раствора, ионных форм растворенных веществ, механизм и термодинамика процесса сорбции исследованы в работах И.Н.Плаксина, М.М.Сенявина, А.Н.Зеликмана, Г.М.Вольдмана, F.Gelferich, R.Barrer, R.Taunsend, T.Bock, М.М.Дубинина, В.П.Неберы, И.А.Белицкого, Ю.А.Кокотова, В.С.Солдатова, Г.Н.Альтшулера, Г.К.Салдадзе, Т.С.Юсупова и др. Используемые в настоящее время для селективного извлечения цветных металлов ионообменные смолы, например, аминосульфатный амфолит КУ-2А и иминодиацетатный АМК-1, чувствительны к увеличению кислотности и понижению температуры, имеют низкие кинетические характеристики и высокую стоимость по сравнению с неорганическими сорбентами, что влияет на экономическую эффективность при переработке больших объемов растворов.

Анализ опыта использования цеолитов показывает, что природные цеолиты перспективны для использования в качестве сорбентов цветных и благородных металлов из разбавленных техногенных растворов, т.к. отвечают требованиям достаточной сорбционной емкости, простоты использования, широкой распространенности и низкой стоимости. Закономерности сорбции ионов цветных металлов из растворов на природных цеолитах изучены в основном применительно к водоподготовке и очистке сточных вод (Ю.И.Тарасевич, Н.Ф.Челищев, Г.В.Цицишвили, В.А.Никашина, А.Ю.Чикин, С.Б.Леонов, Г.И.Овчаренко, А.С.Михайлов, В.П.Мязин, А.Н.Хатькова и другие). В настоящее время цеолиты модифицируют растворами минеральных кислот и гидроксидов, что увеличивает обменную емкость, но не повышает селективность к цветным и благородным металлам. Разработанные в ГЕОХИ (В.А.Никашина и др.) ферритизированный ионообменник и клиноптилолит с водорастворимым полиамином «клиноцид» избирательны к ионам с большим радиусом (радионуклидов Sr, Cs). Клиноптилолит, модифицированный хитозаном, повышает селективность как к ионам металлов, в том числе железа, так и к органическим соединениям. Природный цеолит, модифицированный 4(2-пиридилазо)резорцином, вследствие высокой стоимости реагента используется только для аналитических целей. Для извлечения серебра из сточных вод и отработанных технологических растворов различными исследователями предлагаются композиционные природные сорбенты, содержащие слой сульфида свинца. Модифицированный сульфидом цинка цеолит марки ЦВМ-53 был предложен Н.Н.Умаровой для извлечения ионов свинца, кадмия, меди, серебра и палладия. Из анализа литературных источников можно сделать вывод, что существующие в настоящее время модифицированные цеолиты не обеспечивают необходимого селективного извлечения различных сочетаний ионов цветных металлов и серебра.

Комплексообразующая способность вещества-модификатора, определяющая селективность к ионам металлов, зависит от наличия в молекуле вещества определенных функциональных групп атомов, избирательно реагирующих с ионами данного металла. Выбор веществ-модификаторов, образующих более прочные комплексы с ионами серебра(I) и цветных металлов по сравнению с ионами щелочных, щелочноземельных металлов и железа(III), осуществлялся автором на основании различия величин констант устойчивости комплексов с этими ионами.

Из обзора литературы видно, что тиокарбамид уже использовался как модификатор сорбентов для извлечения меди. Кроме того, известно, что тиокарбамид образует достаточно прочные комплексы с ионами серебра. Он может применяться в слабокислой среде и малотоксичен. Этаноламины также могут быть использованы как малотоксичные модификаторы. Они образуют достаточно прочные комплексы с ионами меди, цинка, никеля и железа, в то же время позволяющие провести десорбцию.

Анализ констант устойчивости комплексов тиокарбамида, моноэтаноламина и триэтаноламина с ионами серебра, цветных металлов и железа, проведенный в работе, показал возможность селективного извлечения этих металлов из техногенных растворов модифицированными тиокарбамидом, моноэтаноламином и триэтаноламином сорбентами. Таким образом, для модифицирования природных цеолитов можно использовать тиокарбамид (Thio), моноэтаноламин (МЭА) и триэтаноламин (ТЭА). Эти выводы согласуются с принципом жестких и мягких кислот и оснований.

Таким образом, для создания метода сорбционного извлечения цветных металлов и серебра из техногенных растворов необходимо провести исследования по следующим направлениям: исследование физико-химических свойств цеолитов как носителей модификаторов, свойств модификаторов, исследование способов и особенностей процесса модификации, создание методики модифицирования, исследование полученных сорбентов для селективного извлечения заданных металлов из техногенных растворов и исследование их свойств и механизма сорбции.

описание объектов исследования техногенных растворов и хвостов ОБОГАЩЕНИЯ

Техногенные растворы – сливы хвостохранилищ, рудничные, шахтные, карьерные воды – имеют многокомпонентный состав. Содержание ионов меди, цинка, никеля, кадмия, железа составляет от единиц до нескольких сотен мг/л (таблица 1).

Таблица 1

Содержание металлов в жидких отходах (по литературным данным)



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.