Способ выщелачивания вольфрама из шлаков плавки оловянного сырья и аппарат для его осуществления Российский патент 2021 года по МПК C22B3/02 C22B3/12 C22B34/36 C22B7/04 

Изобретение относится к цветной металлургии и предназначается для использования в процессах водного выщелачивания, например, шлаков плавки оловянных концентратов.

Известен способ извлечения вольфрама из шлака в автоклаве при температуре 225°С содовым раствором с расходом соды 80% от шлака [1. Известия Томского политехнического университета, 2013, т. 322, № 3, с. 62-64].

Недостаток способа в том, что извлечение вольфрама в раствор низкое и составляет 41-52%.

Известен способ интенсификации переработки материалов выщелачиванием, принятый за прототип, заключающийся в том, что перед выщелачиванием материал подвергается воздействию электромагнитного импульса [2. Патент № 2139142 Мкл. В03В 7/00].

Недостаток способа в его периодичности воздействия.

В качестве прототипа оборудования осуществления способа принят аппарат [3. Авт. св. № 367736; Мкл. С 22b 3/02] для выщелачивания концентратов и шлаков, например оловянных, включающий лоток с вибратором, загрузочный бункер и устройства для подачи и отвода раствора, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса выщелачивания, днище лотка выполнено с отверстиями, в которые вмонтированы на одном уровне с внутренней поверхностью днища магнитострикционные преобразователи.

Аппарат, принятый в качестве прототипа, применительно к оловянным шлакам имеет недостаточную эффективность.

Это объясняется тем, что аппарат предназначен интенсификации выщелачивания примеси, растворимой в кислоте и поэтому его перемешивающий эффект способствует растворению. Для извлечения нерастворимого вольфрама из шлака необходима его ионизация или повышенная температура выше 180°С.

Техническая задача – выщелачивание вольфрама из шлака плавки оловянного сырья в содо-щелочном растворе в непрерывном режиме.

Сущность способа заключается в том, что процесс выщелачивания вольфрама из шлаков ведут в нагретом до 70-90°С водном растворе, содержащем, г/л: соду – 10-20, натрий гидроксид – 5-10, хлористый натрий – 10-20, которым воздействуют на шлак в виде гранул размером зерна 0,5-4 мм. На суспензию воздействуют вибрационными колебаниями частотой 30-50 Гц и амплитудой 0,5-4 мм, направленными под углом 30-40 град с образованием движущего виброкипящего слоя суспензии. На кипящий слой суспензии воздействуют искровым разрядом потенциалом 10-30 кв с подачей воздуха через трубчатый электрод в зону разряда тока для повышения ионизации суспензии с образованием раствора вольфрамата натрия.

Способ осуществляют в аппарате, содержащий лоток с вибратором, загрузочный бункер и устройство для подачи и отвода водного раствора, характеризующийся тем, что лоток снабжен вибратором направленных колебаний лотка под углом 30-40 град к горизонту, обеспечивающий перемещение суспензии шлака в водном растворе. В средней части крышки лотка установлен по меньшей мере один электрод в виде стальной трубки во фторопластовой изоляции, подключенный через конденсатор к сети высокого напряжения. В зону разряда через трубку электрода подается воздуха.

Положительный эффект достигается взаимодействием указанных признаков. Под действием заданной частоты колебаний зернистый материал (шлак) в растворе представляет кипящую суспензию, движущуюся по лотку вверх под действием заданной амплитуды наклонных колебаний под острым углом. Навстречу движущему слою зернистого шлака стекает содо-щелочной раствор. Одновременно на кипящую суспензию зерен шлака в электролите воздействуют искровым разрядом под заданным потенциалом высокого напряжения от игольчатого трубчатого электрода к основанию лотка, с подачей воздуха через электрод. При коротком импульсе разряда протекающего тока от иголок электрода к подине происходит выделение энергии узким каналом с местным перегревом материала, что способствует растворению вольфрама. Это приводит к резкому повышению давления и разрушению поверхности зерен шлака. Кроме того, искровой разряд ионизирует кислород подаваемого воздуха с образованием озона, который окисляет железо, связывающего вольфрам. Виброколебания не только перемещают материал, но и создают виброкипящий слой, повышающий воздействие искрового разряда. Электропроводящая водная среда снижает потенциал пробоя из-за повышения напряженности электрического поля в местах неоднородности кипящих частиц, в отличие от воздействия на лежащий неподвижный слой. С помощью регулировки зазора между электродами и конденсатора в сети удается обеспечить напряженность поля с частотой повторения. Количество импульсов варьируют в зависимости от условий опытов. Кроме того, под действием разряда тока в электролите образуются дополнительные ионы ОН^- и перекисные соединения О^-3, которые окисляют Fe⁺² железо в соединении FeWO₄ до Fe⁺³, повышая активность ионов (WO₄)^-2.

Раствор в виде вольфрамата натрия стекает через порог из лотка. Состав водного раствора, содержащего NaCl, обеспечивают связывание окислившиеся ионы Fe⁺³ в FeCl₃, которое гидратирует, превращаясь в шлам Fe(OH)₂Cl. В исходном шлаке вольфрам связан не только в соединении FeWO₄, но частично вольфрам связан и с кальцием, который разрушается и ионы кальция связываются в шлам карбоната кальция за счет соды. Цикл многократно повторяется под электродами до приемлемой степени выщелачивания вольфрама в раствор и образования шлама Fe(OH)₂Cl.

Способ может осуществляться в аппарате, схема которого поясняется на фиг. 1 и в плане по сечению А-А фиг 2.

Аппарат включает наклонный лоток 1 (из нержавеющей стали) с регулируемым наклоном, вибропривод 2 (типа ТО-1000), упругие элементы 3, загрузочный бункер 4, бункер 5 разгрузки, патрубок 6 для подвода раствора, порог 7 слива раствора, для слива суспензии с лотка при остановке процесса предусмотрен затвор 8. В аппарате установлено не менее одного электрода 9 разряда тока, подключенные через конденсатор к сети высокого напряжения. Электрод 9 в виде стальной трубки во фторопластовой изоляции 10 закреплен в окно лотка 1 в изолирующей муфте 11 на съемной крышке 12. В верхней части электрод, подключаемый контактом к источнику тока, снабжен штуцером 13 подачи воздуха. В лоток 1 с регулятором наклона 14 заливается электролит по уровень с 15, задающий порогом 7. Для защиты готового раствора от загружаемого шлака над порогом установлена с зазором поворотная заслонка 16 с образованием сифона слива 17.

Аппарат работает следующим образом. Вибропривод 2 приводит наклонный лоток 1, установленный на упругих элементах 3 (наклонных рессорах) в колебательное движение, обеспечивающее направленное колебание лотка под острым углом 30-40° к горизонту. Зернистый гранулированный шлак размером зерна 0,5-4 мм подается на лоток 1 из загрузочного бункера 4 с регулирующей заслонкой 16. Под действием виброколебаний зернистый материал перемещается по лотку 1 снизу вверх до бункера 5 разгрузки. Навстречу движущемуся материалу из регулируемого патрубка 6 подается подогретый до 70-90°С в теплообменнике водный раствор состава в г/л: соды – 10-20; натрий гидроксида – 5-10; хлористого натрия – 10-30.

Под действием направленных колебаний шлак в растворе движется в виде виброкипящего слоя-суспензии, а в конце лотка обезвоживается.

На кипящий слой суспензии в периодическом цикле воздействует искровой разряд тока от игольчатого электрода 9 ко дну лотка 1. Через электрод 9 подается воздух в зону разряда, где ионизируется и способствует окислению железа, связывающего вольфрам.

Пример: Испытание способа проводилось в ячейке фиг 3. Цилиндрическая ячейка 1 из оргстекла закреплена на электромагнитном виброприводе 2 марки NTB-10, с наклонными рессорами 3, обеспечивающими направленные колебания для вращения кипящего слоя. В ячейку 1 погружены (с возможностью регулировки глубины погружения в муфтах 7) электроды 4 тока высокого напряжения с фторопластовой изоляцией 6 от трансформатора DE-26 через диод с конденсатором. Электрод 4 в виде трубки из нержавеющей стали, через которую подается воздух от кислородной подушки.

Навеску 50 г гранулированного шлака размером зерна 1-2 мм, содержащего 1,8% вольфрама; 23,4% железа; 43,4% двуокиси кремния, 13,7% окиси кальция загружают в ячейку. В ячейку заливают 100 мл нагретого раствора, состава в г\л: соды-15; натрий гидроксида-7; хлористого натрия-10. Включают электромагнитный вибратор с регулируемым напряжением с частотой колебаний 50 Гц. Зернистый шлак образует движущуюся кипящую суспензию в растворе. Через электрод пропускался воздух. Включается трансформатор высокого напряжения. Через кипящую суспензию проходил искровой разряд между электродами при напряжении 10 кв. Из катодной ячейки периодически отбиралась проба на вольфрам. Через 1 час содержание вольфрама в растворе в г/л – 2,6; через 2 часа – 5,8; через 3 часа – 8,7. Извлечение вольфрама в раствор 96%. Опыт показывает осуществление процесса.

Технический результат изобретения выражается в воздействии на виброкипящий слой суспензии зерен шлака в содо-щелочном растворе с одновременным воздействием искрового разряда тока высокого напряжения с подачей воздуха в зону разряда.

Предложенный способ позволяет извлекать селективно вольфрам в раствор в непрерывном режиме с помощью виброаппарата для последующего выделения вольфрамовой кислоты известными способами.

Изобретение относится к цветной металлургии и предназначается для использования в процессах выщелачивания, например, оловянных концентратов и шлаков растворами. Выщелачивание вольфрама из шлаков плавки оловянного сырья ведут в водном растворе, содержащем, г/л: соду 10-20, натрий гидроксид 5-10, хлористый натрий 10-20, который нагревают до 70-90°С, подают на шлак в виде гранул размером зерна 0,5-4 мм и воздействуют вибрационными колебаниями частотой 30-50 Гц и амплитудой 0,5-4 мм, направленными под углом 30-40°. При этом образуют движущийся виброкипящий слой суспензии, на который воздействуют искровым разрядом потенциалом 10-30 кВ с подачей воздуха через электрод в зону разряда с образованием раствора вольфрамата натрия. Выщелачивание осуществляют в аппарате, содержащем лоток с вибратором, загрузочный бункер и устройство для подачи и отвода раствора. Лоток с вибратором выполнен с обеспечением направленного колебания лотка под углом 30-40° к горизонту. В средней части крышки лотка установлен по меньшей мере один электрод в виде стальной трубки во фторопластовой изоляции, подключенный через конденсатор к сети высокого напряжения, выполненный с возможностью подачи воздуха через электрод в зону разряда. Предлагаемый способ и устройство позволяют извлекать селективно вольфрам в раствор в непрерывном режиме с помощью виброаппарата для последующего выделения вольфрамовой кислоты. 2 н.п. ф-лы, 3 ил, 1 пр.

1. Способ выщелачивания вольфрама из шлаков плавки оловянного сырья в щелочном растворе, отличающийся тем, что выщелачивание ведут в водном растворе, содержащем, г/л: соду 10-20, натрий гидроксид 5-10, хлористый натрий 10-20, который нагревают до 70-90°С, подают на шлак в виде гранул размером зерна 0,5-4 мм и воздействуют вибрационными колебаниями частотой 30-50 Гц и амплитудой 0,5-4 мм, направленными под углом 30-40° с образованием движущего виброкипящего слоя суспензии, на который воздействуют искровым разрядом потенциалом 10-30 кВ с подачей воздуха через электрод в зону разряда с образованием раствора вольфрамата натрия.

2. Аппарат для выщелачивания вольфрама из шлаков плавки оловянного сырья, содержащий лоток с вибратором, загрузочный бункер и устройство для подачи и отвода раствора, отличающийся тем, что лоток с вибратором выполнен с обеспечением направленного колебания лотка под углом 30-40° к горизонту, при этом в средней части крышки лотка установлен по меньшей мере один электрод в виде стальной трубки во фторопластовой изоляции, подключенный через конденсатор к сети высокого напряжения, выполненный с возможностью подачи воздуха через электрод в зону разряда.