Установка для концентрирования металлов из шламов

 

Полезная модель относится к устройствам для химического и электролитического концентрирования и доизвлечения металлов из рудных шламов и позволяет с высокой степенью оптимизировать указанный процесс. Установка для концентрирования металлов из шламов, включающая вертикальную колонну из прозрачного органического стекла, заполненную шламом, на поверхности которой выполнено 30 технологических отверстий, расположенных на четырех уровнях, предназначенных для подачи химического раствора с первого уровня снизу вверх в объем шлама, а также для размещения: четырех (на каждом уровне по одному) солевых ключа Ag/AgCl-электрода сравнения для уровневых измерений потенциалов; двух угольных анодов на первом уровне для генерации кислорода; шести технологических заглушек - одной на первом, двух на третьем и трех на четвертом уровнях; трех платиновых Eh-электродов, по одному на первом, третьем и четвертом уровнях; двух уровневых пробоотборников, двух угольных анодов нагруженных пар, двух угольных анодов цементационных пар, двух угольных катодов нагруженных пар, двух алюминиевых катодов цементационных пар, на втором и третьем уровнях, каждый из указанных электродов помещен в перфорированный пластиковый стаканчик, обернутый капроновой тканью; катода нагруженной пары, электрода для измерения рН, анода нагруженной пары на третьем уровне; основного пробоотборника фильтрата на четвертом уровне, связанного с алюминиевым катодом, помещенным в пластиковый контейнер, заполненный фильтратом, на крышке установки выполнены два вывода: один для отвода выделяющихся газов, второй для резиновой трубки, заполненной фильтрантом, соединенной с емкостью, в которой находится алюминиевый катод для электрохимического концентрирования и выделения металлов фильтрата, при этом угольные аноды для генерации кислорода являются парами алюминиевым катодам и нагружены потенциалом величиной 3 В. 2 ил.

Полезная модель относится к устройствам для химической и электрохимической обработки растворов и может быть использована для химического концентрирования рудных металлов из шламов и электролитического доизвлечения их из растворов.

Известен автономный электрохимический модуль для обработки растворов, включающий вертикальный цилиндрический проточный электролизер с узлом прокачки раствора, выполненный на основе объемно-пористого электродного материала, катод, внутренний и внешний аноды и электрод сравнения, соединенные с потенциостатом, сборную камеру, размещенную в нижней части электролизера, и индикатор предельного заполнения катода металлом (RU 2172796 С1, 27.08.2002).

Известен автономный электрохимический комплекс для обработки растворов, включающий вертикальный цилиндрический проточный электролизер с узлом прокачки раствора, выполненный на основе объемно-пористого электродного материала, катод, внутренний и внешний аноды и электрод сравнения, соединенные с потенциостатом, сборную камеру, размещенную в нижней части электролизера, и индикатор предельного заполнения катода металлом, при этом электрохимический комплекс дополнительно снабжен термодатчиком и индикаторным микроэлектродом, расположенными в межэлектродном пространстве у электрода сравнения и соединенными с блоком питания и контроля, а индикаторный микроэлектрод выполнен в виде графитового круглого стержня, изолированного по бокам эпоксидной смолой (RU 2225901 С1, 20.03.2004).

Известное изобретение позволяет повысить эффективность работы электрохимического комплекса при извлечении серебра из фиксажно-отбеливающего раствора.

Ни одно из указанных изобретений, несмотря на некоторые общие признаки с предлагаемой установкой: наличие анода, катода и электрода сравнения, не может быть выбрано в качестве прототипа, т.к. известные устройства в принципе не могут быть использованы для одновременного локального концентрирования рудных элементов в шламах и доизвлечения их из фильтрата из-за специфики процесса на подвижном геохимическом барьере.

Заявляемая установка является оригинальной и моделирует процессы, происходящие в шламонакопителях и хвостохранилищах с использованием химических и электрохимических процессов.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание экспериментальной электрохимической установки, позволяющей с высокой степенью оптимизировать процесс концентрирования, доизвлечения и, при необходимости, извлечения металлов из шламов.

На фиг.1 представлено сечение установки в горизонтальной плоскости с обозначением номеров вводов.

На фиг.2 показан общий вид заявляемой установки с герметичной крышкой, прозрачным корпусом, на поверхности которого просматривается часть технологических отверстий (вводов), выполненных на четырех уровнях.

Установка (фиг.1) представляет собой вертикальную колонну, корпус 1 которой выполнен из прозрачного органического стекла. Объем внутреннего пространства колонны составляет 6 л размерами 10×10×60 см и на 2/3 заполнен рудным шламом (например, Садонской группы месторождений). На поверхности колонны выполнены 30 технологических отверстий по шесть на первом, втором, четвертом и 12 на третьем, сверху установка герметизирована крышкой с двумя выводами.

В нижней части колонны, на первом уровне расположено отверстие 2 для подачи химического раствора, например разбавленной серной кислоты с первого уровня снизу вверх в объем шлама. Через отверстия в установке размещены: четыре (на каждом уровне по одному) солевых ключа Ag/AgCl-электрода

сравнения 3 для уровневых измерений потенциалов; два угольных анода 4 на первом уровне для генерации кислорода (d=10 мм, l=70 мм); шесть технологических заглушек 5 (из них одна на первом уровне, две на третьем уровне и три на четвертом уровне); три платиновых Eh-электрода 6, по одному на первом, третьем и четвертом уровнях; на втором и третьем уровнях установлены два угольных анода 7 нагруженных пар С анод - С катод (d=3.5 мм, l=30 мм), два угольных анода 8 цементационных пар С анод - А1 катод (d=3.5 мм, l=30 мм, два угольных катода 9 нагруженных пар С анод - С катод (d=3.5 мм, 1=30 мм), два алюминиевых катода 10 цементационных пар С анод - Аl катод (d=2 мм, l=280 мм) и два уровневых пробоотборника 11, каждый из указанных электродов помещен в перфорированный пластиковый стаканчик, обернутый капроновой тканью; на третьем уровне размещены: катод 12 нагруженной пары С анод - Аl катод (d=2 мм, l=280 мм), помещенный в перфорированный пластиковый стаканчик, обернутый капроновой тканью; твердоконтактный рН-электрод (рН-электрод) 13 для измерения рН in situ, a также анод 14 нагруженной пары С анод - Аl катод (d=3.5 мм, l=30 мм); на четвертом уровне размещен основной пробоотборник фильтрата 15, связанный с алюминиевым катодом 16 (d=2 мм, l=700 мм), помещенным в пластиковый контейнер с крышкой, заполненный фильтратом. На герметичной крышке 17 выполнены два вывода, один - газовый отвод 18 для вывода выделяющихся газов: углекислоты при взаимодействии карбонатов шлама с сернокислыми растворами, кислорода и водорода на анодах и катодах, соответственно, образующихся на нагруженных угольных электродах. Газовый отвод соединен с барботером - водяным затвором, компенсирующим избыточное давление (на схеме не показано); резиновая трубка 19, заполненная фильтрантом, соединена с емкостью, в которой находится алюминиевый катод 16 (d=2 мм, l=700) мм для электрохимического концентрирования и выделения тяжелых металлов фильтрата.

Угольные аноды 4 для генерации кислорода являются парами алюминиевым катодам 16. Катоды 16 служат для доизвлечения тяжелых

металлов из профильтровавшегося раствора. Пары нагружены потенциалом величиной 3 В. Остальные цепи замкнуты поуровнево, на нагруженные пары подано напряжение 2.48 В.

Измерение рН, Eh, а также потенциалов электродов цементационных пар производится против электрода сравнения, имеющегося на каждом уровне. Контакт электрода сравнения с поровым раствором шлама осуществляется через солевой желатиновый мостик.

Вся система герметична. Вывод газов осуществляется через барботер, столб жидкости в котором равен разнице уровней фильтрата в колонне и подаваемого раствора - фильтранта из бутыли (на схеме не показано).

Установка работает следующим образом.

Внутренний объем колонны установки заполняют на 2/3 рудным шламом хвостов обогащения полиметаллических (Zn, Pb, Сu) месторождений (например, Садонской группы, Сев. Осетия). Через вход 2 подают снизу вверх в колонну со шламом разбавленный раствор серной кислоты или раствор 0.15М H2SO4+0.15M Fе 2(SO4)3) со скоростью 40-50 см3/сутки, что соответствует малой линейной скорости 1 см/сутки, сверху установку герметизируют крышкой 17 с двумя выводами 18 и 19. Через отверстия на уровнях в установку вводят платиновые редокс-электроды (3 шт.) 6, стеклянный электрод рН-метрии 13, пробоотборники 11, газоотводы, солевые ключи 3 (4 шт.) для уровневых измерений потенциалов, 10 шт.угольных и алюминиевых электродов нагруженных и цементационных пар. Шесть вводов 5 закрыты заглушками и при рабочей необходимости используются для установки дополнительных электродов. Фильтрация организована снизу вверх для того, чтобы упростить схему перемещения выделяющихся газов: углекислоты при взаимодействии карбонатов с сернокислыми растворами, выделяющихся кислорода и водорода на анодах и катодах, соответственно образующихся на нагруженных угольных электродах.

Прообразом дренажного колодца шламонакопителей является пластиковый контейнер 16, выведенный за пределы колонны шламов и соединенный с ней через трубку пробоотборника профильтровавшегося раствора. В этот контейнер помещен алюминиевый катод (на фиг. не показан) для перехвата и концентрирования тяжелых металлов фильтрата, замкнутый в цепь с генерирующим кислород анодом 4. Частичный перехват и концентрирование металлов производится цементационными и нагруженными парами, введенными в середину колонны непосредственно в шлам. При этом дополнительным фактором осаждения металлов является подщелачивание католита при электролизе водного раствора с выделением водорода. Анолиты, соответственно, подкисляются по основной электрохимической реакции: 2ОН-2О+О 2- с выделением активного кислорода.

Реагентное окисление сульфидов шлама проводят раствором серной кислоты и сульфата трехвалентного железа и описывается следующими реакциями:

(1) 2FeS2+4Н2SO 4=5S+Fe2(SO4 )3+4H2O

(2) FeS2+Fe2(SO 4)3+4H2O=3Fe(OH) 2+2S+3H2SO4 ,

и, в том числе, для всех сульфидов:

(3) MeS+2O 2=MeSO4. Вторая реакция менее вероятна при условиях постоянной генерации кислорода, но реальность ее локального протекания в прикатодном растворе не исключена, что контролируется изменениями редокс-потенциалов угольными электродами. При взаимодействии серной кислоты с карбонатами и сульфидами шлама фильтрат нейтрализуется (от рН=1-2 до рН=5-6). При этом раствор сульфата трехвалентного железа начинает гидролизоваться с образованием гидроокиси железа (III) и новых порций серной кислоты: Fе2(SO4) 3+6Н2О=2Fе(ОН)3 +3H2SO4.

Таким образом, четверть всей серной кислоты подается в чистом виде, а 75% генерируется при гидролизе Fe2(SO 4)3.

Подача фильтранта производится снизу вверх для подавления ряда нежелательных явлений: 1) сохранения защемленных в порах воздуха и газов; 2) перемешивания поровых растворов химических реагентов при всплывании выделяющихся на электродах газов при противоположной направленности фильтрации; 3) сильного взмучивания частиц шлама у электродов. Направление фильтрации не противоречит природным условиям, где всегда реализуется латеральная фильтрация по направлению к дренажной системе и техническим условиям закачки реагентов в основание толщи шламов.

Опытные данные показали, что при фильтрации химического реагента через шлам происходит интенсивное извлечение рудных элементов в раствор, но по пути продвижения раствора концентрации резко снижаются из-за вторичного образования сульфидов металлов. В колонне эти фазы образуют подвижный геохимический барьер, который медленно передвигается по направлению фильтрации раствора, причем в начале процесса фильтрации содержание элементов на выходе колонны низкое из-за процесса переотложения рудных фаз и полной нейтрализации серной кислоты шламом. Когда подвижный барьер вторичного отложения рудных минералов достигает последних сечений колонны шламов, не только рудные фазы интенсивно накапливаются в этой локальной зоне, но и в фильтрате резко возрастают концентрации рудных элементов, доизвлекаемые на катодах. Коэффициент накопления рудных элементов в этой локальной части шламов изменяется от 10 до 100 в зависимости от их природы. Эксперименты показали, что доизвлечение металлов из шламов составляет от 40 до 95% в зависимости от природы металла и времени воздействия.

Использование установки позволяет проводить оптимизацию сложного процесса внутришламового концентрирования рудных минералов для создания техногенных месторождений полезных ископаемых.

Установка для концентрирования металлов из шламов, включающая вертикальную колонну из прозрачного органического стекла, заполненную шламом, на поверхности которой выполнено 30 технологических отверстий, расположенных на четырех уровнях, предназначенных для подачи химического раствора с первого уровня снизу вверх в объем шлама, а также для размещения четырех (на каждом уровне по одному) солевых ключа Ag/AgCl-электрода сравнения для уровневых измерений потенциалов; двух угольных анодов на первом уровне для генерации кислорода; шести технологических заглушек - одна на первом, две на третьем и три на четвертом уровнях; трех платиновых Eh-электродов по одному на первом, третьем и четвертом уровнях; двух уровневых пробоотборника, двух угольных анодов нагруженных пар С анод - С катод, двух угольных анодов цементационных пар С анод - Al катод, двух угольных катодов нагруженных пар С анод - С катод, двух алюминиевых катодов цементационных пар С анод - Al катод на втором и третьем уровнях, каждый из указанных электродов помещен в перфорированный пластиковый стаканчик, обернутый капроновой тканью; катода нагруженной пары С анод - Al катод, рН - электрода и анода нагруженной пары С анод - Al катод на третьем уровне; основного пробоотборника фильтрата на четвертом уровне, связанного с алюминиевым катодом, помещенным в пластиковый контейнер, заполненный фильтратом, на крышке установки выполнены два вывода: один для отвода выделяющихся газов, второй для резиновой трубки, заполненной фильтрантом, соединенной с емкостью, в которой находится алюминиевый катод для электрохимического концентрирования и выделения тяжелых металлов фильтрата, при этом угольные аноды для генерации кислорода являются парами алюминиевым катодам и нагружены потенциалом величиной 3 В.



 

Похожие патенты:

Рн-зонд // 65745
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для определения кислотности в верхних отделах желудочно-кишечного тракта человека

Изотермический контейнер-термос относится к транспортному оборудованию, в частности, контейнерам, предназначенным для перевозки еды и других скоропортящихся продуктов и грузов. Техническим результатом является уменьшение коэффициента теплопередачи корпуса контейнера, снижение веса конструкции вагона термобокса.

Полезная модель относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к анодному устройству алюминиевых электролизеров.

Полезная модель относится к цветной металлургии, а именно к средствам сбора отходящих газов алюминиевого электролизера в пусковой период

Источник агрессивного пара кислоты либо щелочи относится к технике газового контроля и к измерительной технике. Может быть использован для получения определенного агрессивного газового потока в целях калибровки автоматических стационарных или портативных переносных газоанализаторов газовых смесей, предназначенных для количественного измерения определенного газа в воздухе в рабочей зоне агрегатов травления с использованием кислоты либо щелочи.
Наверх