Автоклавная переработка низкосортных цинковых концентратов

Цинк занимает особое место среди металлов, применяемых в промышленности. Как конструктивный материал нелегированный цинк не нашел широкого применения вследствие относительно низких показателей удельной прочности. Дополнительное легирование цинка существенно повышает его механические, физические и технологические свойства.

В связи с тенденцией к рационализации потребления цинка и замене его различными материалами (алюминием и пластмассой) в цинковой промышленности активизировалась деятельность по расширению сферы применения материала, улучшению потребительских свойств цинксодержащих материалов, конструкций и изделий.

Спрос на цинк постоянно увеличивается на протяжении последних лет. Основной сферой его потребления является нанесение защитных покрытий в первую очередь на стальную продукцию. Рост использования цинковых покрытий связан также с совершенствованием технологий их нанесения и созданием новых сплавов на основе цинка, в частности цинк-алюминиевых сплавов.

Второй по величине и старейшей сферой использования цинка является производство латуни и бронзы. На долю этой отрасли приходится в настоящее время 16,6—18,0% общего потребления цинка.

Потребление цинка в производстве цинковых сплавов (в первую очередь для изготовления отливок под давлением), обострение конкуренции со стороны заменителей — алюминия и пластмасс — побудило к совершенствованию технологии изготовления цинковых отливок в направлении снижения расхода цинка, поиска новых сплавов.

На производство оксида цинка и других химических соединений на его основе в последние годы расходуется примерно 8% от общего его использования.

Потребление цинковых полуфабрикатов (к этому виду продукции в основном относится листовой цинковый прокат в виде тонкого листа и ленты) составляет 6% от общего потребления цинка.

Мировые тенденции развития металлургии цинка свидетельствуют о непрерывном увеличении его потребления, расширении сфер использованияповышаются цены на цинк и цинксо-держащую продукцию. Одновременно проводятся обширные изыскательские работы, осваиваются новые месторождения цинка, увеличивается доля вторичного сырья в общем объеме перерабатываемого сырья. Однако в течение последних лет сохраняется нарастающий дефицит цинка, поскольку темпы роста его потребления опережают мощности существующих предприятий.

Аналогичные тенденции сохраняются и в Республике Казахстан: мощности горно-добывающих предприятий превышают мощности заводов по производству цинка. С учетом этого, а также принимая во внимание сохраняющуюся благоприятную конъюнктуру производства цинка на мировом рынке, компания «Ка-захмыс» приняла решение о строительстве химико-металлургического цинкового завода на Балхаше с использованием уникальной технологии — автоклавного выщелачивания цинковых концентратов. Подобная технология реализована в мире на четырех заводахопыта разработки и освоения автоклавного выщелачивания не было ни на территории СНГ, ни в Казахстане.

Предлагаемая читателю монография посвящена трем направлениям: анализу современного состояния мировой металлургии цинка и места в ней автоклавной гидрометаллургииисследованию возможностей использования автоклавного выщелачивания для вскрытия низкосортных концентратов и последующей переработки получаемых растворов с извлечением металлического цинка, последующему проектированию, строительству и освоению нового предприятия с проектной мощностью 100 тыс. т цинка в год. На всех этапах этой работы автор монографии был не только ее организатором, но и принимал творческое участие в исследованиях, обсуждении получаемых результатов, выработке дальнейших направлений работыпоиску оригинальных решений проблем, выявленных в процессе освоения нового завода (снижение перехода железа при автоклавном выщелачивании, подбор более устойчивых ПАВ и выяснение механизма их функционирования, поиск новых режимов цементации, подбор более эффективного сплава для анодов и др.).

Вся эта огромная работа, по сути создание уникального завода на ровном месте, не была бы реализована без поддержки Правительства Казахстана, администрации г. Балхаша. Основная организующая роль и финансовое обеспечение проекта принадлежит ТОО «Корпорация Казахмыс» (председатель правления Р.Б. Юн).

Автор выражает благодарность коллективу ДГП «ВНИИ-цветмет» (г. Усть-Каменогорск), особенно H.H. Ушакову, А. Ф. Сапрыгину, В. М. Пискунову, В. Д. Григорьеву, А. И. Панченко, Л. Б. Кушаковой, оказавшим неоценимую помощь на стадии исследовательских и опытно-промышленных работ, а также «Казгипроцветмету» (Т.Ж. Чайжунусов).

Большой объем исследований и системную помощь при пус-коналадочных работах осуществили сотрудники фирмы «Дина-тек» (Канада), в частности G.L. Bolton, В. Vardill, Е. McConaghy, R. Kalanchey, К. Buban, I. Stiksma, I. Oltsie.

И, конечно, самые теплые слова благодарности автор адресует инженерно-техническим работникам Балхашского химико-металлургического завода (особенно Е. В. Сивуну, В.И. Захарья-ну, A.B. Епифанову), трудолюбием, талантом которых построен и освоен уникальный завод, получивший высокую оценку Президента Казахстана H.A. Назарбаева: «Балхашский цинковый завод является пионером новой индустриальной политики Казахстана» (из речи на открытии завода, 27.10.03).

Уверен, что временные трудности, переживаемые заводом, будут успешно преодолены и он заработает на полную мощность.

Автор объективно оценивает свою работу: несмотря на оригинальность достигнутых результатов, бесценные сведения о стадиях проектирования и пусконаладочного периода, внимательный читатель, наверняка, найдет ошибки, неточности, спорные доводы. Мы будем благодарны за все доброжелательные и конкретные замечания, что будет полезным для последующих этапов промышленного освоения автоклавной технологии в металлургии цинка.

Часть I.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛУРГИИ ЦИНКА.

1. Набойченко С. С. Автоклавная переработка медно-цинковых и цинковых концентратов. М.: Металлургия, 1989.

2. Набойченко С. С., НиЛ.П., Шнеерсон ЯМ., ЧугаевЛ.В. Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов. Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2002.

3. Нелень М. М., Соболь С. И. Изучение кинетики окисления сфалерита в условиях аммиачного выщелачивания сульфидных концетратов // Обогащение и металлургия цветных металлов. М.: Металлургия, 1959. N 15. С. 447—475.

4. Evans D.J.I., Romanchuk S., Mackiw «V.N. Treatment of copper-zinc concentrates by pressure hydrometallurgy // Canad. Ming. Metallurg. Bull., 1964. Y. 57, N 628. P. 857—866.

5. Куперман. Г. М., Гогоршивили П. В., Гонглиашвили А. Н. и др. Получение автоклавным способом раствора сернокислого цинка из концеграта сульфидной руды // Труды Ин-та химии АН ГрузССР. Тбилиси, 1962. N 16. С. 9—13.

6. Forward F.A., Veltman Н. A process for direct leaching zinc sulphide concentrates with sulphuric acid and oxygen under pressure //J. Metals, 1959. N 12. P. 836— 840.

7. Evans D.J.I., Romanchuk S., Mackiw V.N. Treatment of copper-zinc concentrates by pressure hydrometallurgy // 2nd Conf. Metallurgists, C.I.M.M., Quebec City, Sept. 3—6, 1963. Can. Inst. Min. Metall. Bull., 1964. V. 57, N 628. P. 857—866.

8. Kunda W., Veltman H.H., Evans D.J.I., Mackiw V.N. Recovery of zinc and elemental sulphur from sulphide concentrates by aqueous oxidation under pressure // 4th Annu. Conf. Metallurgists, Aug. 30-Sept., 1965. Carleton Univ., Ottawa, Ontario, 1965.

9. Tozawa K., Piao S. Effect of iron content in zinc sulphide concentrates on zinc extration in oxygen pressure leaching with elemental sulphur // Metallurgical Review of MMIJ, 1987. Vol. 4, No. 2. P. 89—105.

10. Collins M.J. et al. The Sherritt Two-Stage Zine Pressure Leach Process with Hematite Precipitation, World Zinc '93 / Ed. I. Matthew. Parkville. Victoria, Australia: AIMM, 1993. P. 315—323.

11. Chalkley ME., Collins M.J., Ozberk E. The Behaviour of Sulfur in the Sherritt Zinc Pressure Leach Process, World Zinc '93 // Ibid. P. 325—331.

12. Berezowsky R.M.G.S., Collins M.J., Kerfoot D.G.E., Torres N. The commercial status of pressure leaching technology// JOM, 1991. V. 43, N 2. P. 9—15.

13. Makwana M., Collins M.J. Advantages of the Sherritt Zinc Pressure Leach Process, Lead and Zinc in the 1990: World and Latin America. L.: Chamelion Press, 1991. P. 89—112.

14. Collins M.J. et al. The Zinc Pressure Leaching Process: Applications, Lead-Zinc'90 / Ed. T.S. Mackey and R.D. Prengaman. Warrendale, PA: TMS, 1990. P. 293—331.

15. Peters E. A Macro-model for the Zinc Pressure Leach, Hydrometallurgy: Fundamentals, Technology and Innovations / Ed. J.B. Hiskey and G.W. Warren. Littleton, CO: SME, 1993. P. 3—20.

16. Demopoulos G.P., Baldwin S.A. Assesment of alternative iron sources in the pressure leaching of zinc concentrates using a reactor model // Hydrometallurgy, 1995. V. 39. P. 147—162.

17. Parker E.G., Romanchuk S. Pilot plant demonstration of zinc sulphide pressure leaching / Ed. J.M. Cigan, T.S. Mackey and T.J. O’Keefe // Lead-Zinc-Tin'80 Symp. AIME. N.Y., 1980. P. 407—425.

18. Parker E.G., McKay D.R., Salomon-de-Friedberg H. Zinc pressure leaching at Cominco’s Trail Operation// Proc. 3'd Int. Symp. Hydrometallurgy— 112th AIME Annu. Meet. Atlanta, Georgia, March, 1983. P. 927—940.

19. Ashman D.W., Jankola W.A. Recent experience with zinc pressure leaching at com-inco / Ed. T.S. Mackey and R.D. Prengaman, Lead-Zinc'90. Warrendale, Pa., TMS, 1990. P. 253—275.

20. Ashman D.W., Delong OJ., Jankola W.A. Silica control during zinc calcine leaching at cominco’s trail Operations: Proc. Int. Symp. World Zinc'93. Hobart, Tasm., P. 217—225.

21. Martin M.T., Jankola WA. Cominco’s Trail Zinc Pressure Leaching Operation I I CIM Bull., 1985. V. 78, No. 876. P. 77—81.

22. Jankola W.A. Zinc pressure leaching at cominco// Hydrometallurgy, 1995. V. 39. P. 63—70.

23. D’Odorico C.A. Experience with zinc pressure leaching of 100% Red Dog zinc concentrate at Teck Cominco’s Trail Operations // Pressure Hydrometallurgy-2004, 34 Annual Hydrometallurgy Meeting. Banff. Alberta, Canada, 2004. P. 913—927.

24. Johnston B.H. The application of Sherritt zinc pressure leach technology at the Kidd Creek zinc plant // 13th Annu. Hydrometall. Meet. CIM, Metall. Soc. (Aug.) Edmonton, 1983.

25. Johnston B.H., Doyle B.N. Start up and operation of the Kidd Creek zinc sulphide pressure leaching plant // SME-AIME Annu. Meet., March 1986. New Orleans, La., P. 486—501.

26. Johnston B.H., Doyle B.N. Start up and operation of the Kidd Creek zinc sulfide pressure leaching plant //Minerals and Metall. Processing, 1986. V. 3, N 1. P. 1—7.

27. Vecchiarelli M., Johnston B.H. The expansion of the Kidd Creek mines electrolytic zinc plant // 89th Annu. General Meet. CIM, May, 1987. Toronto, Ontario. P. 95— 112.

28. Mollison A.C., Moore G.W. Zinc sulphide pressure leaching at Kidd Creek // Proc. Inter. Symp. Lead-Zinc'90 AIME-TMS VII, Feb. 1990. Anaheim, Calif., 1990 P. 277—291.

29. Chalkley M.E., Collins M.J., Masters I.M., Ozberk E. Deportment of elements in the sherritt zinc pressure leach process. «Zinc-Lead-95». Sendai, Japan. MMPJ JapanMetal. Soc. CIM. 1994. P. 290—305.

30. Boissoneault M., Gaguon S., Henning R. et al. Improvements in pressure leaching at Kidd Creek // Hydrometallurgy, 1995. V. 30, N 1. P. 79—90.

31. Collins M.J., Ozberk E" Makwana M. et al. Integration of the sherritt zinc pressure leach process at the Ruhr-Zink Refinery //Hidrometallurgy'94, IMM. L.: Chapman and Hall, 1994. P. 869—885.

32. Ozberk E., Collins MJ., Makwana M.G. Zinc pressure leaching at Ruhr-Zink Refinery //Hydrometallurgy, 1995. V. 39, N 1. P. 53—61.

33. Collins MJ., Mc ConaghyEJ., StaufferR.E. etal. Starting up the Sherritt zinc pressure leach process at Hadson Bay // JOM, 1994. N 4. P. 51—58.

34. KrysaB.D. Zinc pressure leaching at HBMS //Hydrometallurgy, 1995. V. 39, N 1. P. 71—77.

35. Barth T.R., Hair A.T.C., Meier T.P. The Operation of the HBM a.S. Zinc Pressure Leach Plant. Zinc a Lead Processing // The Met Soc. of CIM / Ed. J.E. Dutrizac, J.A. Gonzalez, G.L. Bolton, P. Hancock. Montreal, Canada, 1998. P. 811—823.

36. Yamada T" Kumarochi S., Sato S" Shibachi Y. The Recent Operation of the Hematite Process at the Iijima Zinc Refinery, Zinc and Lead Processing / Ed. J.E. Dutrizac, J.A. Gonzalez, G.L. Bolton and P. Hancock. CIM, Montreal, Canada, 1998. P. 627—638.

37. Masuda H" Sato S" Kudo Y., Shibachi Y. Installation of Arsenic Removal in the Hematite Process, Yazawa International Simposium / Ed. F. Kongoli, K. Itagaki, C. Yamauchi, H.Y. Shon // TMS, 2003. P. 99—109.

38. Tsunoda S., Maeshiro I., Emi M. Construction and Operation of the Iijima Electrolytic Zinc Plant//AIME Annual Meeting. Chicago, USA, Feb, 1973.

39. Cheng T.C., Demopoulos G.P., Shibachi Y" Masuda H. The Precipitation Chemistry and Performance of the Akita Hematite Process — An Integral Laboratory and Industrial Scale Study, Hydro 2003. Vancouver, British Columbia, Canada, Aug. 24—27, 2003.

40. Onozaki A., Sato S" Kumarochi S. Effect of Some Impurities on Iron Precipitation at the Iijima Zinc Refinery. Iron Control in Hydrometallurgy / Ed. J.E. Dutrizac, A.J. Monhemius. CIM, Toronto, Canada, 1986. P. 742—751.