научная статья по теме ПОВЕДЕНИЕ МЫШЬЯКА ПРИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ РАСТВОРОВ ПОСЛЕ АВТОКЛАВНОГО ОКИСЛЕНИЯ ПИРИТ-АРСЕНОПИРИТНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «ПОВЕДЕНИЕ МЫШЬЯКА ПРИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ РАСТВОРОВ ПОСЛЕ АВТОКЛАВНОГО ОКИСЛЕНИЯ ПИРИТ-АРСЕНОПИРИТНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ»

Фокина С.Б., аспирант Сизяков В.М., доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой (Санкт-Петербургский государственный горный университет) Маркелов А.В., аспирант ООО «Институт «Гипроникель» Иваник С.А., аспирант Санкт-Петербургского государственного горного университета

ПОВЕДЕНИЕ МЫШЬЯКА ПРИ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ РАСТВОРОВ ПОСЛЕ АВТОКЛАВНОГО ОКИСЛЕНИЯ ПИРИТ-АРСЕНОПИРИТНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Одним из компонентов сточных вод гидрометаллургической технологии переработки упорного золотосодержащего сырья является мышьяк. Высокая токсичность мышьяка определяет жесткие требования к сточным водам золотоперерабатывающих предприятий. Целью настоящих исследований являлось изучение влияния состава мышьяксодержащего раствора на показатели осаждения мышьяка.

Ключевые слова: сточные воды, мышьяк, нейтрализация.

BEHAVIOR OF ARSENIC DURING NEUTRALIZATION OF SOLUTIONS AFTER AUTOCLAVE OXIDATIONS OF PYRITE-ARSENOPIRIT CONCENTRATES

One component of the wastewater hydrometallurgical technology for processing refractory gold resources is arsenic. High toxicity of arsenic determines the stringent requirements for wastewater gold processing plants. The purpose of this research was to study the effect of arsenic-containing solution on the deposition of arsenic

Keywords: sewage, arsenic, neutralization.

Введение

Одной из проблем, стоящих перед металлургическими предприятиями, перерабатывающими мышьяксодержащие руды, является обезвреживание мышьяксодержащих отходов.

Внедрение интенсивных методов переработки пирит-арсенопиритных золотосодержащих концентратов (в частности, автоклавные технологии) позволило вовлекать в переработку упорные руды с низким содержанием золота.

Автоклавные методы основаны на окислении сульфидов, содержащихся в руде и концентратах обогащения, кислородом при повышенных температуре и давлении. В ходе окисления содержащаяся в исходном сырье сера практически полностью окисляется, что приводит к разрушению сульфидных минералов и обеспечивает высокое извлечение золота при последующем сорбционном цианировании автоклавного остатка.

Однако в результате автоклавного окисления сульфидного материала образуются растворы, содержащие высокие концентрации железа, мышьяка и серной кислоты. Концентрация мышьяка в таких растворах может достигать 4-7 г/л [1]. Эти растворы подлежат обезвреживанию перед сбросом в хвостохранилище. Поскольку мышьяк характеризуется высокой токсичностью, то в сбросных растворах концентрация мышьяка не должна превышать 0,05 мг/л (в соответствии с Российским Законодательством [2]). Низкое значение ПДК определяет необходимость глубокой очистки растворов автоклавного выщелачивания.

Как правило, известные способы очистки основаны на соосаждении мышьяка и железа при нейтрализации растворов кальциевыми реагентами. Основным способом вывода мышья-

ка из растворов является ферригидритный метод, также основанный на нейтрализации растворов кальциевыми нейтрализаторами.

Основными факторами, определяющими состав мышьяксодержащей фазы и глубину осаждения мышьяка, являются: тип нейтрализатора, рН осаждения, исходная концентрация мышьяка и отношение железо: мышьяк в растворе.

Указанный метод позволяет добиться низких остаточных концентраций железа и мышьяка в нейтрализованном растворе. В работах [3, 4] показано, что соосаждение мышьяка с железом при температуре 85-90 °С протекает достаточно полно до остаточной его концентрации менее 0,1 мг/л. При этом отношение железа и мышьяка в исходной водной фазе должно составлять не менее 5-6.

Требования к концентрации мышьяка в сточных водах для предприятий западных стран (менее 0,1 мг/л) отличаются от требований Российского законодательства (0,05 мг/л) и являются более мягкими.

Соответственно, область исследований в указанных выше работах является более узкой, нежели требуется для определения условий очистки растворов до необходимой остаточной концентрации (0,05 мг/л).

Упомянутые работы ориентированы на вывод мышьяка из сточных вод предприятий и охватывают относительно узкий диапазон составов растворов. Кроме того, эти работы не дают полного представления о термодинамических и кинетических характеристиках осаждения мышьяковистых соединений.

Таким образом, изучение влияния состава мышьяксодержащих растворов (кислотность, концентрации железа и мышьяка) на осаждение мышьяка при нейтрализации, а также определение термодинамических и кинетических характеристик осаждения мышьяковистых соединений является актуальной проблемой.

В настоящей статье приведены данные по изучению влияния состава раствора после автоклавного окисления концентратов обогащения пирит-арсенопиритных руд различных месторождений на показатели осаждения мышьяка.

Методика

Исходными растворами для исследований служила водная фаза окисленных пульп концентратов пирит-арсенопиритных руд различных месторождений. В зависимости от состава исходных концентратов и параметров автоклавного окисления концентрации мышьяка, железа и серной кислоты в растворах изменялись в широком диапазоне: Лб - 1,1-5,5 г/л, Бе -13-23 г/л и Н2Б04 - 20-40 г/л. Исходное отношение Бе: Лб в растворах изменялось от 3 до 20.

Нейтрализацию растворов вели известковым молоком реактивной квалификации (Ж:Т=3:1) при температуре 85-91 °С, механическом перемешивании и постоянной аэрации пульпы для окисления двухвалентного железа.

Нейтрализатор подавали небольшими порциями, фиксируя значения рН, и при заданных величинах рН пульпу выдерживали при перемешивании в течение 25-40 мин, отбирали пробу, после чего снова продолжали нейтрализацию.

Пробы пульпы фильтровали, определяли количество фаз в пульпе и концентрации в них мышьяка, железа и серы, в ряде проб определяли фазовый состав методами РФА.

Конечное значение рН нейтрализованной пульпы изменяли от 4,5 до 11.

Результаты и их обсуждение

Результаты опытов приведены на рисунках 1, 2 и в таблице 1.

Как показано на рисунке 1, состав исходного раствора (таблица 1) на начальной стадии нейтрализации (рН 0,5-2,2) практически не влияет на поведение железа (1-а) и мышьяка (1-б).

18 16

ъ

14

я

г 12

4 ^

* 10 к

5

я 8

а

н

5 6

г

Л 4

2 0

15

Е

л

а

5

г

я £2

^^опыт 1

Д— КЗ ЕШ <Н(2—0—0—В—Э>—О-0

рН

Рис. 1. Концентрации железа и мышьяка при различных значениях рН нейтрализации водной фазы окисленной пульпы

Таблица 1

Влияние состава исходного раствора на состав водной фазы пульпы после первой стадии нейтрализации

6

я

0

№ опыта Содержание компонентов, г/дм3 Бе^

А§ общ Ре общ Н2804

1 В исходном растворе 5,4 16,90 21,6 3,1

При рН=2,0 0,060 1,19 19,8

2 В исходном растворе 3,60 14,50 20,4 4,0

При рН=2,0 0,093 2,77 29,8

3 В исходном растворе 1,68 13,70 37,1 8,15

При рН=1,6 0,0069 0,91 130,2

4 В исходном растворе 1,13 22,50 36,4 19,9

При рН=1,8 0,0049 0,70 142,3

В интервале рН 0,2-1,3 протекают процессы нейтрализации кислоты с образованием гипса, при этом концентрации в растворе мышьяка и железа практически не изменяются.

При достижении значения рН раствора 1,3-1,5 начинается интенсивное осаждение железа, сопровождающееся соосаждением мышьяка. В интервале рН 1,3-2,5 в осадок переходит основная часть железа и мышьяка, содержащихся в растворе.

Рентгенофазовый анализ осадков показал, что в кеках, полученных при рН < 1,3, основной фазой является гипс, при этом, по данным химического анализа, содержание в них мышьяка не превышает 0,05-0,5% и зависит от количества соосажденного с гипсом железа.

В пробах твердой фазы, полученной в интервале рН 1,3-2,0, железо представлено в виде основных сульфатов железа. Мышьяк методом РФА в этих осадках не диагностируется, однако его содержание составляет 1,5-3,0%, что свидетельствует о его соосаждении с тонкодисперсной рентгеноаморфной железосодержащей фазой. Из данных, представленных в таблице 1, видно, что исходный состав раствора (концентрация железа и мышьяка) определяет только отношение этих компонентов после первой стадии осаждения. При этом концентрация кислоты в исходном растворе практически не оказывает влияния на ход первой стадии нейтрализации и последующих стадий очистки раствора.

При рН > 2,0-3,0 характер осаждения железа и, соответственно, мышьяка, изменяется. Очевидно, это связано с изменением механизма осаждения железа. Известно, что в условиях высокой кислотности растворов (рН < 1,8) осаждение железа проходит с образованием основных сульфатов (кристаллических ярозитов и аморфных сульфатов). С повышением рН раствора до 2,5 и более осаждение железа проходит с образованием оксидов и оксигид-роксидов железа (гематит, гетит).

Именно при этих значениях рН изменяется и характер осаждения мышьяка относительно осаждающегося железа: если при рН до 2,0 соотношение железа и мышьяка в осадке составляет от 3,0-3,5 (отношение железа к мышьяку в исходном растворе менее 5, таблица 1) до 8-20 г/г (отношение железа к мышьяку в исходном растворе более 8), то при рН в интервале 2,0-3,0 их соотношения в осаждающейся фазе возрастает до 10-135 соответственно, т. е. для глубокого осаждения мышьяка необходимо высокое содержание железа в исходном растворе.

Из приведенных в таблице 1 данных видно, что при достижении значения рН раствора, равного 1,6-2,0, концентрация железа, независимо от исходного значения, снижается до 0,7-2,8 г/л. Концентрация мышьяка при этом зависит от отношения концентраций железа и мышьяка в исходном растворе и составляет 4,9-6,9 мг/л при значении этого отношения > 8 и 60-90 мг/л при значениях менее 5.

Соответственно, отношение этих компонентов в водной фазе пульпы при рН 1,6-2,0 составило 130-140 и 20-30.

Как видно из рисунка 2, изменение отношения концентраций железа и мышьяка в исходном растворе не изменяет закономерностей перехода мышьяка в осадок, но определяет глубину осаждения мышьяка в интервале рН 3,0-5,0.

По мере увеличения рН от 3,0 до 5,0 концентрация железа в растворе снижалась до 0,1 мг/л и не изменялась при дальнейшем росте рН.

1) концентрация в исходном растворе, г/дм3 2) концентрация в исходном растворе, г/дм3

Ее 16,9 Ее 14,5

Л8 5,4 Л8 3,6

Н2Б04 21,6 Н2Б04 20,4

отношение Ее:Л8 3,1 отно

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком