М.Т. КОЗЛОВСКИЙ, П.И. ЗАБОТИН, В.М. ИЛЮЩЕНКО, С.П. БУХМАН, М.В. НОСЕК, В.Я. СЕРГИЕНКО, Я.3. МАЛКИН Институт химических наук АН КазССР,Чимкентский свинцовый завод ПРИМЕНЕНИЕ АМАЛЬГАМНОГО МЕТОДА К ИЗВЛЕЧЕНИЮ ТАЛЛИЯ ИЗ ПЫЛЕЙ ЧИМКЕНТСКОГО СВИНЦОВОГО ЗАВОДА

(В порядке обсуждения)

Основанием для проведения описываемой работы послужили результаты ряда исследований теоретического и прикладного характера в области амальгамных методов разделения и получения металлов, проведенных в Институте химических наук АН КазССР и Казахском государственном университете им. С.М. Кирова под руководством М.Т. Козловского [1-8].

Работа включает изучение отдельных стадий процесса (для обоснования принятой нами технологической схемы) и проверку его в полупромышленных условиях. Полупромышленные испытания амальгамного метода извлечения таллия из пылей агломерационного цеха Чимкентского свинцового завода проведены в тесном содружестве с Казахским государственным университетом и заводом. В работе принимали участие сотрудники кафедры аналитической химии Казахского государственного университета канд. хим. наук А. Зебрева, студ. В. Гладышев и работники Чимкентского свинцового завода М. Леванов, В. Прачев, Е. Рубанова, М. Шалагинова, Г. Носов, Ю. Столяров. Большую помощь в организации полузаводских опытов оказали б. директор Чимкентского завода К. Симаков и главный инженер Л. Ушков.

Анализы на таллий проводили сотрудники спектральной лаборатории завода под руководством И. Юделевича и Н. Карпенко. Химические и полярографические анализы проведены сотрудницей научно-исследовательского отдела завода Н. Поповой и лаборанткой Института химических наук АН КазССР О. Орса.

Лабораторные исследования

Характеристика сырья. Химический состав пыли рукавных фильтров агломерационног? цеха зависит от состава сырья, перерабатываемого заводом. В таблице 1 приведен состав агломерационной пыли, определенный в разное время.

Таблица 1

Анализ агломерационной пыли

О6жиг агломерационной пыли. Обжиг проводился в стальном противне в подовой электрической печи сопротивления с ручным перегребанием. Количество загружаемой пыли составляло 20-25 кг. Температура обжига поддерживалась в пределах 400-400-500о Характеристика огарка, полученного в процессе обжига, приведена в таблице 2 и на рисунке 1

Таблица 2

Изменение концентрации сульфидной серы и таллия в пыли в процессе обжига при 4000

Из анализов огарка видно, что уже за первый час обжига при 400о удаляется значительная часть сульфидной серы и таллия. Таким образом, если ставить цель сохранить в огарке весь таллий и выжечь только сульфидную серу, то использовать окислительный обжиг как предварительную операцию перед выщелачиванием нецелесообразно.

Выщелачивание пыли. Поскольку почти все соединения одновалентного таллия, которые могут содержаться в пылях агломерационного цеха, удовлетворительно растворимы в воде [9], нами для извлечения таллия было применено водное выщелачивание, проводившееся в фарфоровых смесителях при отношении ж: т = 4: 1. Во всех случаях пульпа перемешивалась механической мешалкой.

Рисунок 1. Изменение концен- трации сульфидной серы и таллия в пыли в процессе обжига при 400°

В таблице 3 приведены результаты выщелачивания водой двух образцов пыли (по 250 г) путем последовательной четырехкратной обработки одной и той же навески пыли при 80-90о и ж: т = 4: 1.

Как видно из табл. 3, четырехкратное водное выщелачивание обеспечивает извлечение таллия из пыли в раствор до 80 – 90 %. Были также проведены опыты по выщелачиванию при различных температурах, которые показали, что с по- вышением температуры извлечение таллия увеличивается. Последнее находится в соответствии с температурной зави- симостью растворимости его соединений.

Таблица 3

Результаты последовательного четырехкратного выщелачивания пыли

Продолжение таблицы 3

Проверкой скорости отстаивания пульпы (рисунок 2) 6ыло выяснено, что осаждение твердой фазы практически заканчивается через 30-40 мин.

Рисунок 2. Изменение высоты нижнего слоя пульпы со временем

Цементация таллия амальгамой цинка. Извлечение таллия из раствора в амальгаму проводилось цементацией амальгамой цинка. Раствор, полученный после водного выщелачивания, перед цементацией подкислялся серной кислотой до 5 г/л для уменьшения шламообразования ртути при цементации и для частичной очистки раствора от свинца. Для цементации использовался раствор, содержащий 0,36- 0,4 г/л2п, 0,127 г/лС6и 108 мг/л Т1.

Цементация проводилась при непрерывном прохождении раствора последовательно через две цементационные ячейки. Схема установки представлена на рис. 3. Раствор подавался на цементацию из напорного чана через фильтр в цементатор I, откуда он самотеком поступал в цементатор II, а затем направлялся в сборный чан через ванну для улавливания шлама. Скорость протекания раствора регулировалась и составляла примерно 1 л/мин. Скорость вращения мешалок в обоих цементаторах была ~1450 о6/мин. Объем ртути в цементаторе I составлял 1л, в цементаторе II – 1,5 л. В цементатор I загружался цинк в количестве, заведомо недостаточном для полной цементации таллия из всего объема раствора. В цементаторе II количество цинка было взято с некоторым избытком.

Рисунок 3. Схема цементационной установки: 1 – амальгама; 2 – раствор; 3 – шлам

Вцементаторе I для контроля содержания цинка во время цементации измерялся потенциал амальгамы. Он определялся обычным компенсационным методом. Во время цементации периодически отбирались пробы раствора после цементаторов I и II для определения содержания в нем цинка, таллия и, в некоторых случаях, кадмия. Результаты опыта представлены в таблице 4.

Таблица 4

Результаты цементации таллия амальгамой цинка в проточном растворе

Всего таким образом 6ыло переработано 195 л раствора. Продолжительность процесса составляла 185 мин.

После цементации в цементаторе I осталось 895 мл амальгамы, в цементаторе II – 1450 мл. Остальные 205 мл Нg были механически унесены с отработанным раствором в сборные чаны.

Как видно по результатам опытов, при цементации таллия в проточном растворе достигается значительное извлечение ег? из раствора (около 98-990/о). При этом удалось трижды проследить полное удаление цинка из амальгамы цементатора I (см. значения потенциалов).

Разложение амальгамы анодным окислением. Амальгама, полученная при цементации, кроме таллия, содержала кадмий, свинец и остаток цинка. Для разделения металлов, содержащихся в амальгаме, применялись специальные электролиты: сульфатно-аммиачный (2-н. (NH4)2SO4 – 1-н. (NH4OH) для выявления цинка и кадмия, щелочной (1-н.NaOH) – для выделения свинца и сернокислый (1-н. H2SО4) – для выделения таллия.

Электролиз проводился с контролем анодного потенциала при анодной плотности тока от 100 до 50А/м2 при последующем постепенном снижении ее по мере извлечения выделяемого металла из амальгамы. В качестве катодов использовались алюминиевые пластины в первом и третьем электролитах и железные – во втором (щелочном).

Данные по распределению таллия в продуктах, получаемых при анодном разложении амальгамы, приведены в таблице 5.

Таблица 5

Распределение таллия по продуктам, получаемым при анодном разложении амальгамы

Полупромышленные испытания

Проведенные исследования позволили наметшъ технологическую схему извлечения таллия из пылей агломерационного цеха (рисунок 4), которая была осуществлена на полупромышленной установке Чимкентского завода. Аппа- ратурная схема представлена на рисунке 5.

Рисунок 4. Схема амальгамного способа производства таллия из пылей агломерационного цеха Чимкентского свинцового завода

1- смеситель емкостью 5 м3; 2 – промежуточный бак емкостью 5 м3; 3, 8, 9 – насосы; 4 – сборник промывных вод емкостью 25 м3; 5 – сборник готовых растворов емкостью 25 м3; 6, 7 – фильтр-прессы по 24 рамы; 10 – напорный чан емкостью 1,5 м3; 11- фильтр; 12 – цементатор I емкостью 35 л; 13-цементатор II емкостью 35 л; 14 – ванна для улавливания шлама емкостью 1 м3; 15 – электролизер емкостью 15 л; 16 – бачок для приготовления амальгамы цинка емкостью 5 л.

Примечание. Аппаратура позиций 1, 2, 5 изготовлена из железа и внутри покрыта кузбасс-лаком, 4 – из железа, 10 – из винипласта или дерева, 12-16 – из винипласт

Рисунок 5. Схема укрупненной установки для амальгамного извлечения таллия из пылей агломерационного цеха Чимкентского свинцового завода

Эта установка, хотя и не отвечала всем необходимым требованиям технологической схемы, так как для установки приспосабливалось, большей частью, уже имевшееся оборудование, все же обеспечила с апреля по октябрь 1956 г. переработку нескольких тонн пыли, а в октябре – проведение балансовых опытов.

Выщелачивание пыли. Аппаратура для выщелачивания состояла из двух железных баков емкостью по 5 м³, один из которых, оборудованный механической мешалкой, змеевиками для обогрева глухим паром и барботажными трубками для острого пара, использовался в качестве реактора, другой – для хранения промежуточных растворов; двух железных баков емкостью по 25 м3, используемых для хранения растворов, и двух 24-рамных фильтр-прессов. Контроль температуры осуществляется термометром сопротивления. Для уменьшения контакта растворов с железом внутренние стенки основных баков покрывались кузбасс-лаком.

Выщелачивание (трехкратное) проводилось при 80-90° в течение часа при ж: т = 5:1. Отделение жидкого от твердого в промежуточных операциях проводилось декантацией отстоявшейся пульпы. Конечные растворы и отвальный кек отделялись фильтрованием на фильтр-прессе. Анализ пылей, загруженных в смеситель, и выгруженных кеков по- казан в таблице 6.

Таблица 6

Содержание таллия в пылях и кеках и извлечение таллия в раствор при выщелачивании

В процессе выщелачивания 6ыли получены растворы с концентрацией таллия:

1) готовые растворы (растворы I выщелачивания) – 170- 200 мг/л;

2) промежуточные растворы (растворы II выщелачивания) – 80-100 мг/л;