Способ и установка для выделения и утилизации хлора при выщелачивании металлов

 

Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к оксихлоридной технологии извлечения благородных металлов, и может быть использовано в геотехнологии при кучном и подземном выщелачивании металлов из руд, а также для очистки производственных растворов от хлора. Способ заключается в том, что осуществляют откачку и подъем продукционных растворов, последовательную обработку откачиваемых продукционных растворов воздухом в нижней точке подъема и в процессе подъема раствора, затем их диспергируют, отделяя хлорсодержащую газовую фазу от жидкой, после чего жидкую фазу последовательно подают в коллектор, отстойник и направляют на дополнительную обработку воздухом в пленочный десорбер или вакуумируют, или нагревают, или обрабатывают наложением ультразвуковых колебаний, а хлорсодержащие газовые фазы из наклонного коллектора, отстойника и пленочного десорбера объединяют и направляют на поглощение маточными растворами переработки, при этом удаление хлора из продуктивного раствора ведут при значениях рН меньше или равных 3. Изобретение позволяет снизить удельный расход хлора на выщелачивание металлов, а также ликвидировать экологические последствия в случае разгерметизации контейнеров или оборудования со сжиженным хлором. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области гидрометаллургии, в частности к оксихлоридной технологии извлечения благородных металлов, и может быть использовано в геотехнологии при кучном и подземном выщелачивании металлов из руд, а также для очистки производственных растворов от хлора.

Известные способы и устройства удаления газов из производственных растворов и сточных вод, характеризуемые своими особенностями, пригодны для решения частных, конкретных задач и не решают возникающие комплексные проблемы выделения газов из производственных растворов и их утилизации.

Известна система аэрации воды, отбираемой из скважины, для удаления летучих компонентов из воды, подаваемой в водопроводную систему. Система включает патрубок с дырчатыми насадками, размещенными внутри водопроводной трубы выше среднего уровня стояния воды в скважине, через который прокачиваемая вода аэрируется подаваемым воздухом с возвратом ее части в скважину (патент 4582610, МКИ C 02 F 1/74, США). Система характеризуется повышенной энергоемкостью и выделением в окружающую среду отдуваемых компонентов.

Известны способ и устройство для введения газа в жидкость, согласно которым вращающиеся внутренние лопасти в резервуаре выталкивают жидкость вверх по направлению вращения с последующим ее разбрызгиванием и вовлечением газа в жидкость (международная заявка 87/07886; МКИ С 02 F 3/18; В 01 D 19/00, РСТ). Устройство недостаточно эффективно и характеризуется дополнительным энергопотреблением.

Известно а.с. 1675221 СССР, МКИ⁵ С 02 F 3/16 "Эрлифтный аэратор", согласно которому предложен эрлифтный аэратор, содержащий вертикально установленную в резервуаре с жидкостью трубу, размещенный в ней завихритель в форме винтовой насадки и воздухоподводящую трубу. При своей простоте устройство имеет низкую производительность. Согласно заявке 3033236, МКИ В 01 F 3/04; В 01 F 13/06, ФРГ "Способ и устройство для насыщения жидкости газом" для улучшения растворения газов в жидкости ее предварительно деаэрируют в вакуумном деаэраторе, откуда насосом подают в абсорбционную колонну пленочно-барботажного типа с насадкой. Способ характеризуется повышенными материалоемкостью и энергозатратами.

Также известен ряд устройств для аэрации жидкости, основанных на эжектировании воздуха из атмосферы и отличающихся внутренним устройством различной сложности и достаточно низким энергопотреблением (а.с. ЧССР 229230, МКИ В 01 F 5/00; а.с. СССР 1165443, МКИ В 01 F 5/16; С 02 F 3/16).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существующих признаков является "Способ и устройство для газирования и дегазации жидкости" (заявка 0117463, МКИ С 02 F 3/20, 1/20, 3/12, ЕПВ (ЕП)), согласно которому жидкость поднимается с исходного уровня и вблизи высшей точки подъема контактирует со свежим газом. При изменении направления движения жидкости освобождается энергия потока, которая используется для отделения газовых пузырьков. Вследствие снижения давления в высшей точке подъема происходит дегазация жидкости, так что при последующем повышении давления наряду с отходящим газом, ранее выделившимся из жидкости, в ней растворяется также свежий газ и происходит газообмен со сброженным раствором свежего газа. Недостатком способа является невысокая степень отдувки сброженного газа и его утилизации.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение удельного расхода хлора на выщелачивание металлов, а также ликвидация экологических последствий в случае разгерметизации контейнеров или оборудования со сжиженным хлором.

Для достижения поставленной цели в способе выделения и утилизации хлора при выщелачивании металлов осуществляют откачку и подъем продукционных растворов, последовательную обработку откачиваемых продукционных растворов воздухом в нижней точке подъема и в процессе подъема раствора, их диспергирование и отделение хлорсодержащей газовой фазы от жидкой, после чего жидкую фазу последовательно подают в наклонный коллектор, отстойник и направляют на дополнительную обработку воздухом в пленочный десорбер или вакууммируют, или нагревают, или обрабатывают наложением ультразвуковых колебаний, а хлорсодержащие газовые фазы из наклонного коллектора, отстойника и пленочного десорбера объединяют и направляют на поглощение маточными растворами переработки, при этом удаление хлора из продукционного раствора ведут при значениях его РН меньше или равных 3. Кроме того, для интенсификации выделения хлора из продукционных растворов в них вводят пенообразователи, диспергирование растворовоздушной смеси ведут под разрежением, а движение жидкой и хлорсодержащей газовой фаз осуществляют в противоточном режиме. Поставленную задачу реализуют, используя установку для выделения и утилизации хлора при выщелачивании металлов, включающую узлы раствороподъема, обработки продукционных растворов воздухом, дегазации и утилизации выделяемого хлора, связанные между собой системой коллекторов и трубопроводов.

Установка включает в себя эрлифт, эжектор, устанавливаемый на линии подъема раствора, наклонный коллектор, нижний конец которого через гидрозатвор соединен с отстойником продукционных растворов, а верхний - с абсорбером через систему трубопроводов, и пленочный десорбер (десорбер).

Для интенсификации процесса установка дополнительно содержит: - пористую перегородку для подачи воздуха в эрлифт; - эжектор на линии подъема растворов, имеющий заслонку на газовой линии, сообщаемую с атмосферой; - массообменные насадки или водоподъемные устройства, устанавливаемые в наклонном коллекторе; - суживающее устройство на вертикальном участке коллектора, соединяющего гидрозатвор с отстойником продукционных растворов; суживающее устройство при этом сообщается через заслонку с атмосферой; - вращающиеся лопастные смесители, устанавливаемые после суживающего устройства.

Наклонный коллектор, отстойник продукционных растворов, десорбер и трубопроводы хлорсодержащей газовой фазы работают под разрежением, а сам наклонный коллектор и десорбер через заслонки сообщаются с атмосферой.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Как показывает практика оксихлоридного выщелачивания, для создания благоприятной окислительной обстановки, способствующей переводу в раствор благородных металлов, требуется избыточное, превышающее стехиометрическое количество хлора.

В то же время для успешной переработки продукционных растворов с использованием сорбентов (активированный уголь, иониты) и/или цементаторов (железо, активированный уголь и другие восстановители) содержание хлора в продукционных растворах должно быть минимальным, способным только удержать благородные металлы в растворенном состоянии, что упрощает дальнейшие технологические переделы и снижает удельные нормы расхода реагентов и материалов.

Это противоречие устраняют путем выделения хлора на стадиях откачки, подъема и транспортировки продукционных растворов.

Процесс дехлорирования осуществляют следующим образом.

Продукционные растворы, имеющие значения рН3,0, из откачных скважин поднимают на поверхность эрлифтом или погружным насосом.

Хлор как окислитель в зависимости от величины рН раствора может находиться в виде различных соединений, содержащих активный хлор: гипохлоритов, хлорноватистой кислоты или молекулярного хлора.

Так при рН8,5 свыше 90% всего активного хлора находится в виде гипохлорит-иона ОСl^-; снижение величины рН от 8,5 до значения 4,0 способствует генерированию хлорноватистой кислоты от 5 до 99,95%, а при величине рН3,0 активный хлор в продукционных растворах находится в молекулярном состоянии и с наименьшими затратами может быть выделен из раствора и утилизирован.

При использовании эрлифта во время подъема раствора происходит образование растворовоздушной смеси и частичная отдувка хлора из откачиваемого раствора. При использовании насосного раствороподъема частичное выделение хлора происходит в результате снижения давления на входе продукционного раствора в наклонный коллектор.

Выделение хлора на этом этапе интенсифицируют установкой на линии подъема растворов эжектора, имеющего сообщение с атмосферой через заслонку и способствующего дополнительному подсосу атмосферного воздуха в раствор и его дехлорированию.

Процесс дехлорирования дополнительно интенсифицируют путем подачи в поднимаемый раствор неионогенных пенообразователей, например ОП-7, ОП-10 и других, препятствующих коалесценции пузырьков воздуха, введенного при подъеме растворов, что увеличивает поверхность массообмена и ускоряет переход хлора в газовую фазу, в том числе и на последующих этапах переработки раствора.

Дальнейшее дехлорирование осуществляют на поверхности.

Поднятые на поверхность из откачных скважин и обладающие значительной кинетической энергией продукционные растворы распыляют с использованием известных устройств в коллекторе, имеющем уклон в сторону отстойника продукционных растворов. Наклонный коллектор заполнен раствором частично и перед отстойником через патрубок с заслонкой имеет сообщение с атмосферой или источником теплого неутилизируемого воздуха.

В своей верхней точке наклонный коллектор системой трубопроводов от мест выделения хлора связан с абсорбером с насадкой, орошаемой дехлорированными маточниками переработки с последующим их направлением на приготовление выщелачивающих растворов.

Наклонный коллектор, отстойник продуктивных растворов и трубопровод хлорсодержащей газовой фазы работают под разрежением, создаваемым вентилятором, установленным на входе ее в абсорбер. Создавая противоточное движение потоков растворов и подсасываемого воздуха в наклонном трубопроводе, интенсифицируют процесс дехлорирования продукционного раствора.

Дехлорированию способствует установка в наклонном коллекторе массообменных насадок и/или устройств динамического перемешивания, в качестве которых используют водяные колеса, лопастные или турбинные мешалки, приводимые в движение потоком раствора или за счет внешнего привода.

Эти устройства компонуют в виде блока одного или нескольких однотипных механизмов, устанавливаемых последовательно. Лопасти устройств динамического перемешивания перфорируют. Количество устанавливаемых блоков подбирают опытным путем.

Кроме того, противоточное движение потоков жидкости и газа увеличивает скорость вращения лопастей перемешивающих устройств, усиливая аэрацию продукционного раствора.

Для исключения прорыва выделяемого из продукционного раствора хлора и вводимого в наклонный коллектор воздуха в отстойник перед последним устанавливают гидрозатвор в виде изогнутого вниз колена и соединенного с располагаемым ниже отстойником продукционных растворов вертикальным участком трубопровода.

После гидрозатвора вертикальный участок трубопровода сужают и отводом с заслонкой сообщают с атмосферой или источником теплого неутилизируемого воздуха для интенсификации дехлорирования раствора.

Установка смесителей, например лопастных, на этом участке способствует перемешиванию воздуха и раствора, что улучшает дехлорирование раствора. Лопасти смесителей могут вращаться в противоположные стороны. Загрязненную хлором газовую фазу из отстойника направляют на очистку в абсорбер.

Предлагаемый способ удаления хлора из продукционных растворов несложен и в большинстве случаев не требует дополнительного подвода энергии извне. Суммарная степень дехлорирования при этом уже составляет 62,5-63,6%.

Дальнейшее дехлорирование продукционных растворов перед выделением из них золота осуществляют отдувкой в десорбере, вакуумированием, нагревом, наложением энергии ультразвуковых колебаний или комбинацией этих методов.

Выделяющийся при этом хлор направляют в абсорбер на поглощение и дальнейшую утилизацию, а дехлорированные растворы - на переработку.

Степень дехлорирования регулируют, изменяя количество подаваемого для аэрирования воздуха, степень разрежения или интенсивность контактирования, при этом хлор из продукционных растворов удаляют до минимальных значений, позволяющих удерживать благородные металлы в растворе. Установка дополнительных устройств дегазации позволяет увеличить суммарную степень дехлорирования продукционных растворов до 91%.

В случае возникновения аварийной ситуации, связанной с разгерметизацией оборудования или контейнера с жидким хлором, используемым для приготовления выщелачивающих растворов, в соответствии с правилами ПБ 09 322-98 "Правила безопасности при производстве, хранении, транспортировании и применении хлора" при превышении предельно допустимой концентрации (ПДК) хлора 1 мг/м³ включается аварийная вентиляция и загрязненный воздух подают на очистку в санитарную колонну, орошаемую растворами соды или тиосульфата натрия, а при достижении концентрации хлора в воздухе 20-40 ПДК дополнительно по периметру узла приготовления выщелачивающих растворов включается водяная завеса, предотвращающая дальнейшее распространение хлора за его пределы. Дезактивирующими растворами газообразный хлор переводится в балластные хлор-ионы, которые уже непригодны для приготовления выщелачивающих растворов.

Для ускорения ликвидации возникшей аварии и уменьшения ее последствий прекращают откачку продуктивных растворов, перекрывают дополнительный подсос воздуха в технологические трубопроводы и аппараты и сообщают аварийное помещение с абсорбером, что локализует возникшую аварию, снижает вероятность поражения обслуживающего персонала и позволяет утилизировать выделившийся при аварии хлор.

Принципиальная схема выделения и утилизации хлора из продукционных растворов подземного выщелачивания с использованием пленочного десорбера с насадкой приведена на чертеже.

Схемы с применением вакуумного деаэратора и ультразвукового модуля интенсивного контактирования аналогичны приведенной.

На принципиальной схеме выделения и утилизации хлора из продукционных растворов указаны: 1 - откачная скважина; 2 - эрлифт; 3 - эжектор; 4 - патрубок с заслонкой;
5 - пористая перегородка на линии подачи сжатого воздуха в эрлифт 2;
6 - наклонный коллектор;
7 - распылитель, установленный внутри коллектора 6;
8 - трубопровод хлорсодержащей газовой фазы;
9 - массообменные насадки или водоподъемные колеса;
10 - патрубок с заслонкой;
11 - гидрозатвор;
12 - суживающее устройство;
13 - патрубок с заслонкой;
14 - вращающиеся лопастные смесители;
15 - отстойник продукционных растворов;
16 - пленочный десорбер;
17 - патрубок с заслонкой;
18 - вентилятор;
19 - абсорбер;
20 - насос;
21 - эжектор;
22 - контейнер с жидким хлором;
23 - склад узла приготовления выщелачивающих растворов;
24 - закачной трубопровод;
25 - закачная скважина;
26 - заслонка.

Установка отдувки хлора из продукционных растворов и его утилизации работает следующим образом.

Продукционные растворы из откачной скважины 1 эрлифтом 2 (насосный раствороподъем, не изображен) через эжектор 3, сообщающийся с атмосферой через патрубок с заслонкой 4, подают в коллектор 6, установленный с уклоном в сторону отстойника 15, через распылитель 7. Сжатый воздух в эрлифт для раствороподъема поступает через пористую перегородку 5. Разделение жидкой и газовой фаз в процессе раствороподъема осуществляется в наклонном коллекторе 6.

В коллекторе 6 установлены батареи массообменных насадок и/или водоподъемных лопастных колес 9, поднимающих раствор на некоторую высоту и разбрызгивающих его в потоке проходящего воздуха. Вращение колес обеспечивают потоком раствора и воздуха, движущихся в противоположных направлениях, и/или подводом энергии извне. Для улучшения массообмена лопасти перфорированы.

В нижней части коллектора 6 устанавливают гидрозатвор 11, перед которым через патрубок с заслонкой 10 засасывают атмосферный или неутилизируемый теплый воздух.

Пройдя колено 11, продуктивные растворы попадают в суживающее устройство 12, в которое через патрубок с заслонкой 13 засасывается атмосферный или неутилизируемый теплый воздух. Для интенсификации дехлорирования ниже суживающего устройства устанавливают вращающиеся лопастные смесители 14, приводимые в движение потоком раствора.

Прошедшие частичное дехлорирование продукционные растворы направляют в отстойник 15, а затем в пленочный десорбер 16 на заключительную отдувку хлора, используя атмосферный или неутилизируемый теплый воздух, засасываемый через патрубок с заслонкой 17. Дехлорированные растворы далее направляют на переработку, а хлорсодержащие газовые фазы из наклонного коллектора 6, отстойника 15 и пленочного десорбера 16 объединяют и по трубопроводу 8 вентилятором 18 подают на поглощение хлора маточными растворами переработки в абсорбер 19, заполненный полиэтиленовой стружкой. Очищенный воздух выбрасывают в атмосферу, а хлорсодержащие растворы насосом 20 направляют на приготовление выщелачивающих растворов, осуществляемое в эжекторе 21 путем подачи в него газообразного хлора, поступающего из контейнера 22, расположенного на складе узла приготовления выщелачивающих растворов 23, и далее по трубопроводу 24 в закачную скважину 25.

В случае возникновения аварийной ситуации на складе узла приготовления выщелачивающих растворов 23 вследствие разгерметизации контейнера 22 или хлорных трубопроводов, что связано с выделением значительного количество газообразного хлора в помещение, блокируют работу откачной скважины путем прекращения подачи воздуха в эрлифт 2, перекрывают заслонками 4 и 13 подсос воздуха в эжектор 3 и суживающее устройство 12, а заслонками 10 и 17 - подсос воздуха в наклонный коллектор 6 и пленочный десорбер 16 и открывают заслонку 26, сообщая помещение склада узла приготовления выщелачивающих растворов 23 с вентилятором 18 и далее - абсорбером 19, ликвидируя таким образом, распространение хлорного облака за пределы помещения 23. Система блокировки может работать как в ручном, так и в автоматическом режимах.

Таким образом, предложена эффектная экологическая щадящая система переработки продуктивных растворов, содержащих активный хлор, которая может являться составной частью технических решений по отработке золоторудных месторождений по оксихлоридной технологии.

Возможность ведения процесса по предлагаемому способу иллюстрируют следующими примерами.

Выбор необходимой величины РН для удаления хлора из продуктивного раствора иллюстрируют примером 1.

Пример 1
К пробам продуктивного раствора состава, мг/л:
Активный хлор - 72,0
Золото - 0,5
рН= 2,8; Еh=1117 мв, добавляют гидроксид натрия до значений величины рН 3,0; 4,0; 5,0; 8,0 соответственно и через них барботируют воздух. По истечении одного часа отбирают пробы раствора и анализируют их содержание активного хлора. Результаты определений представлены в табл.1.

Как видно из данных таблицы 1, при снижении величины рН продукционного раствора степень отдувки хлора увеличивается и при значениях рН3,0 достигает наибольшего значения.

Пример 2
Для проверки эффективности предложенного способа и системы выделения и утилизации хлора из продукционных растворов подземного выщелачивания с величиной рН=2,5 на одном из золоторудных месторождений были проведены ее натурные испытания с использованием пленочного десорбера, вакуумирования, нагрева и наложения ультразвуковых колебаний. Для проведения испытаний использовали продукционные растворы из отстойника, направляемые на
- дополнительную обработку воздухом в пленочном десорбере;
- вакуумирование с использованием вакуумного десорбера;
- нагрев с последующим разделением на жидкую и хлорсодержащую газовую фазы в известных устройствах разделения фаз;
- установку наложения ультразвуковых колебаний.

Обобщенные результаты испытаний сведены в табл.2.

Как видно из данных таблицы 2, степень выделения активного хлора из продукционного раствора на всех стадиях технологического процесса по предлагаемому способу значительно выше, чем до внедрения предлагаемой установки, и достигает 90,9 против 36,3% по способу-прототипу, что позволяет снизить удельный расход хлора с 1,52 до 1,06 кг/г золота.

Таким образом, предложенный способ и установка для выделения и утилизации хлора при выщелачивании металлов позволяет решить поставленную задачу снижения удельного расхода хлора и ликвидации экологических последствий разгерметизации контейнеров или оборудования со сниженным хлором.

Формула изобретения

1. Способ выделения и утилизации хлора при выщелачивании металлов, заключающийся в том, что осуществляют откачку и подъем продукционных растворов, последовательную обработку откачиваемых продукционных растворов воздухом в нижней точке подъема и в процессе подъема раствора, затем их диспергируют, отделяя хлорсодержащую газовую фазу от жидкой, после чего жидкую фазу последовательно подают в коллектор, отстойник и направляют на дополнительную обработку воздухом в пленочный десорбер или вакуумируют, или нагревают, или обрабатывают наложением ультразвуковых колебаний, а хлорсодержащие газовые фазы из наклонного коллектора, отстойника и пленочного десорбера объединяют и направляют на поглощение маточными растворами переработки, при этом удаление хлора из продуктивного раствора ведут при значениях его рН меньше или равных 3.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделение хлора из продукционных растворов интенсифицируют подачей в них пенообразователей.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диспергирование растворовоздушной смеси осуществляют под разряжением.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что движение жидкой и газовой фаз после их разделения осуществляют в противоточном режиме.

5. Установка для выделения и утилизации хлора при выщелачивании металлов, характеризующаяся тем, что содержит эрлифт для подъема раствора, узлы обработки продукционных растворов воздухом, дегазации и утилизации выделяемого газа, связанные межу собой системой коллекторов и трубопроводов, а также эжектор, установленный на линии подъема раствора, наклонный коллектор, нижний конец которого через гидрозатвор соединен с отстойником продукционных растворов, а верхний системой трубопроводов от мест выделения хлора связан с абсорбером, и десорбер.

6. Установка по п.5, отличающаяся тем, что для подачи воздуха в эрлифт используют пористую перегородку.

7. Установка по п.5, отличающаяся тем, что эжектор, устанавливаемый на линии подъема растворов, сообщен с атмосферой и имеет заслонку на газовой линии.

8. Установка по п.5, отличающаяся тем, что наклонный коллектор, отстойник продукционных растворов, десорбер и трубопроводы хлорсодержащего воздуха работают под разряжением, при этом наклонный коллектор и десорбер через заслонки сообщены с атмосферой.

9. Установка по п.5, отличающаяся тем, что в наклонном коллекторе установлены массообменные насадки или водоподъемные устройства.

10. Установка по п.5, отличающаяся тем, что после гидрозатвора на вертикальном участке трубопровода установлено суживающее устройство, сообщаемое через заслонку с атмосферой, а отстойник продукционных растворов расположен ниже суживающего устройства.

11. Установка по п.5, отличающаяся тем, что после суживающего устройства установлены вращающиеся смесители, причем направление их вращения может быть противоположным.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3