Wissenschaftliche Entwicklung
Gewinnung von Bunt- und Seltenmetallen aus Waschwasser-Schwefelsäure
Die Entwicklung einer wissenschaftlich fundierten Technologie zur selektiven Gewinnung dieser Metalle ist eine aktuelle Aufgabe, die den modernen Anforderungen an Umweltsicherheit und techno-ökonomische Effizienz entspricht.
Aktualität des Problems
Moderne Hochtemperaturtechnologien zur Verarbeitung von Kupfer- und Kupfer-Nickel-Rohstoffen führen zu einem erhöhten Übergang wertvoller Metalle (Cu, Zn, Fe, Mo, Re, Se) in die Gasphase. Dies verändert ihre Verteilung zwischen Kupferelektrolytschlämmen und Produkten der Schwefelsäureherstellung.
Rhenium und Selen, die keine eigenen Lagerstätten haben, begleiten andere Mineralien. Die Hauptquellen ihrer Gewinnung sind Molybdän- und Kupferkonzentrate sowie Abfälle aus der Verarbeitung von Kupferschiefer und Waschwasser-Schwefelsäure. Der geringe Gehalt dieser Elemente im Rohstoff macht ihre Gewinnung zu einem komplexen und begleitenden Prozess.
Übergang in die Gasphase
Erhöhter Übergang von Cu, Zn, Fe, Mo, Re, Se in die Gasphase.
Keine eigenen Lagerstätten
Rhenium und Selen haben keine eigenen Mineralien oder Lagerstätten.
Begleitende Gewinnung
Rhenium und Selen werden zusammen mit den Hauptelementen als Nebenprodukte gewonnen.
Sorptionstechnologie
In der Hydrometallurgie wird die Sorptionstechnologie häufig eingesetzt, um die Qualität der Rohstoffe zu verbessern und Lösungen gründlich zu reinigen. Ionenaustauschverfahren in Kombination mit elektrochemischen und Membranmethoden gewährleisten die Einhaltung von Umweltanforderungen und die Rückgewinnung wertvoller Komponenten aus niedrigen Konzentrationen.
Diese Technologie zeichnet sich durch eine hohe Selektivität für das Zielmetall, kurze Zykluszeiten und niedrige Reagenzienkosten aus. Dadurch ist es möglich, minderwertige Rohstoffe zu verarbeiten, aus denen die Metallgewinnung zuvor unrentabel war.
Hohe Selektivität
Die Sorption ist selektiv für das Zielmetall.
Kurzer Zyklus
Der Prozess ist durch eine kurze Dauer des technologischen Zyklus gekennzeichnet.
Kosteneffizienz
Vergleichsweise geringe Kosten und Verbrauch von chemischen Reagenzien.
Ziel der Forschung
Ziel der wissenschaftlichen und pilotindustriellen Versuche ist die umfassende Aufbereitung der Spüllösung aus Schwefelsäure von SKTs MPZ. Dies umfasst die Gewinnung wertvoller Komponenten (Cu, Zn, Fe, Mo, Re, Se) und die Herstellung eines hochwertigen Düngemittels mit Rückführung des Wassers in den Kreislauf.
Die Forschung zielt darauf ab, optimale Bedingungen für die Metallgewinnung durch kombinierte Fällungs- und Sorptionsmethoden zu finden. Dadurch wird sowohl eine gemeinsame als auch eine selektive Extraktion von Metallen aus komplex zusammengesetzten Lösungen ermöglicht.
Umfassende Verarbeitung
Gewinnung wertvoller Komponenten aus Schwefelsäure-Spüllösungen.
Hochwertiger Dünger
Herstellung von Dünger aus Restlösungen.
Wasserrückführung
Rückführung des gereinigten Wassers in den Kreislauf.
Versuchsmethodik
Für die Pilot-Industrieversuche zur Sorption von Kupfer, Zink, Molybdän und Rhenium aus der Spüllösung wurden Behälter und Sorptionssäulen verwendet. Für die Extraktion von Mo, Re und Se wurden verschiedene schwach basische Ionenaustauscherharze eigener Produktion aus modernisierter Herstellung eingesetzt.
Zahlreiche Experimente zur Sorption und Desorption von Mo, Re und Se aus Schwefelsäurespüllösungen wurden durchgeführt. Die zu untersuchende Lösung wurde mit einer Geschwindigkeit von einem Volumen pro Stunde durch Sorptionssäulen geleitet. Nach der Sorption erfolgten die Spülung des Sorbens und die Desorption von Molybdän mit einer wässrigen Ammoniaklösung.
Lösungsvorbereitung
Einleiten der Spüllösung in die Sorptionssäulen.
Sorption
Durchleiten der Lösung durch die Ionenaustauschharz-Schicht.
Spülung
Spülen des Sorbens mit Leitungs- und demineralisiertem Wasser.
Desorption
Metallrückgewinnung aus dem Harz mit Ammoniaklösung.
Analyse
Analyse der erhaltenen Eluate im Labor.
Ergebnisse der Gewinnung seltener Metalle
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Elementanalyse der ursprünglichen Spüllösung aus der SCU und den Gehalt verschiedener Metalle. Tabelle 2 enthält experimentelle Daten zur Gewinnung seltener Metalle (Se, Re, Mo) mit verschiedenen Ionenaustauscherharzen.
Die durchschnittliche Jahresmenge an zurückgewonnenen seltenen Metallen aus der Spülschwefelsäure (60 m³/h) der SCU MPZ beträgt: Se – 1,07 t, Re – 2,1 t, Mo – 2,1 t. Mit steigendem Durchsatz ändert sich der Gehalt an adsorbierten Metallen im Harz, was auf eine Veränderung der Selektivität des Harzes hinweist.
| Cu | 161.0 |
| Zn | 988.0 |
| Se | 7.0 |
| Re | 8.3 |
| Mo | 8.2 |
| Fe | 24.0 |
Gewinnung von Buntmetallen
Nach der Sorption von Mo, Re und Se wurden Experimente zur Gewinnung von Cu, Zn und Fe aus der Mutterlauge durchgeführt. Kupfer wurde sorbiert, desorbiert und als Hydroxid gefällt, anschließend zu Kupferoxid (CuO) getrocknet. Eisen wurde vor der Kupfersorption gefällt, Zink danach.
Auf Basis der Ergebnisse wurde die Menge der gewonnenen Metalle pro Tag, Monat und Jahr berechnet. Die durchschnittliche Jahresmenge der aus Schwefelsäure (60 m³/h) zurückgewonnenen Metalle beträgt: Cu – 321 t, Zn – 528 t, Fe – 385 t.
0
Tonnen Kupfer
Pro Jahr extrahiert.
0
Tonnen Zink
Pro Jahr extrahiert.
0
Tonnen Eisen
Pro Jahr extrahiert.
Schlussfolgerungen und Perspektiven
Experimentell wurde die Möglichkeit der Gewinnung von Bunt- und Edelmetallen aus der Waschschwefelsäure des SKZ MPZ bestätigt. Modernisierte schwachbasische Harze eigener Produktion wurden untersucht und getestet, die ihre Wirksamkeit gezeigt haben. Die Möglichkeit der selektiven Gewinnung und Trennung von Metallen in reiner Form wurde festgestellt.
Die vorläufigen Jahresmengen der gewonnenen Bunt- und Edelmetalle wurden bestimmt. Außerdem wurde die Möglichkeit aufgezeigt, aus den Mutterlaugen nach der Metallsorption Ammoniumsulfat – einen hochwirksamen Dünger – zu gewinnen.
Bestätigung der Gewinnung
Möglichkeit der Gewinnung von Bunt- und Edelmetallen.
Harzwirksamkeit
Verwendung von schwachbasischen Ionenaustauscherharzen.
Selektive Trennung
Selektive Gewinnung und Trennung von Metallen.
Düngerproduktion
Herstellung von Ammoniumsulfat aus Mutterlaugen.