Влияние параметров обжига на удаление мышьяка из пыли медеплавильного производства

Цель – разработка способа обжига сульфидных медь-мышьяксодержащих материалов для удаления мышьяка. Объектом исследования явились образцы «тонкой» пыли медеплавильного производства следующего состава, масс. %: 34,89 Zn; 20,02 Cu; 17,74 Pb; 17,07 Fe; 7,12 As; 0,92 Sb; 0,69 Sn; 0,63 Ca; 0,42 Mo; 0,34 K.  Химический состав материалов анализировали с помощью энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного спектрометра SHIMADZU EDX-7000, дифрактометра Bruker D8 Advance. Процесс обжига осуществляли в лабораторной трубчатой печи при температуре 550–800°С, продолжительности 60–120 мин, добавке в шихту FeS₂ в количестве 25–50%.  В результате проведенных лабораторных экспериментов были определены условия процесса, при которых остаточное содержание токсичного мышьяка в огарках составило до 0,3 масс. %: температура – 750–800°С, продолжительность – 1,5–2,0 ч (в инертной атмосфере), содержание пиритного концентрата в шихте – 30 масс. % . При этом извлечение As в газовую фазу достигает 91–96%. Показано, что для снижения температуры обработки до 600°С необходимо добавить в смесь медеплавильной пыли с пиритом восстановитель (отсев кокса) либо повысить долю пирита в навеске до 50 масс. % и выдержать смесь в течение 1,5–2,0 ч (в инертной среде – атмосфере аргона и азота – или при недостатке кислорода в дутье). При этом извлечение As в газовую фазу составляет до 97%. Рентгеноспектральный анализ полученного осадка на охлаждаемых концах кварцевых трубок печи при выходе газов, образующихся в результате обжига, показал, что данный материал преимущественно (до 93%) состоит из мышьяка. Получаемый огарок на 94 масс. % представлен соединениями железа, цинка, меди и свинца. Таким образом, получаемый в результате обжига «тонких» пылей медеплавильного производства огарок пригоден для возврата в процесс производства меди.

1. Shoira М., Khojiev S., Rakhmataliev S., Ibrohim A., Mukhammadali M. Modern technologies of copper production // International Journal of Engineering and Information Systems. 2021. Vol. 5. Iss. 5. Р. 106–120.

2. Шайбакова Л.Ф. Мировые и российские тенденции инновационного развития производства меди // Региональная экономика и управление: электронный научный журнал. 2018. № 3. Режим доступа: https://eee-region.ru/article/5505/ (дата обращения: 29.09.2023).

3. Юсупходжаев А.А., Хожиев Ш.Т., Сайназаров А.М., Курбанов Б.Т. Современное состояние и перспективы развития автогенных процессов переработки сульфидных медных концентратов // Инновационное развитие науки и образования: сб. статей X Междунар. науч.-практ. конф. (г. Пенза, 10 марта 2020 г.). Пенза: Наука и Просвещение, 2020. С. 20–24. EDN: XPWZJH.

4. Мильке Э.Г., Кузгибеков Х.М., Исабаев С.М. Пирометаллургическая переработка медномышьяковистого шлама // Комплексное использование минерального сырья. 1990. № 1. С. 64–66.

5. Васильев А.А., Урлапкина Н.Н., Минеев Г.Г. Экстракционная очистка медного электролита от мышьяка // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 11. С. 160–168. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-10-160-168. EDN: ZSKHBN.

6. Набойченко С.С., Мамяченков С.В., Карелов С.В. Мышьяк в цветной металлургии: монография. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 240 с. EDN: QMZNIZ.

7. Селиванов Е.Н., Новиков Д.О., Беляев В.В., Скопов Г.В. Распределение мышьяка по продуктам пирометаллургической переработки медно-цинкового концентрата // Цветные металлы. 2020. № 1. С. 14–18. https://doi.org/10.17580/tsm.2020.01.02. EDN: MXVZTP.

8. Пономарева Е.И., Соловьева В.Д., Боброва В.В. Мышьяк в свинцово-цинковом и медном производствах // Комплексное использование минерального сырья. 1978. № 1. С. 66–71.

9. Федотова Е.И., Kupp Л.Д., Калинина Э.И. К вопросу распределения мышьяка по продуктам медеплавильного производства // Труды института Унипромедь. 1972. Вып. 15. С. 135–138.

10. Yang Jiejie, Guo Ziwen, Jiang Luhua, Sarkodie E.K., Li Kewei, Shi Jiaxin, et al. Cadmium, lead and arsenic contamination in an abandoned nonferrous metal smelting site in southern China: chemical speciation and mobility // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2022. Vol. 239. P. 113617. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.113617.

11. Пат. № 2483129, Российская Федерация, С22В 7/00. Способ обезвреживания мышьяксодержащих сульфидных кеков / О.Г. Передерий, С.Э. Кляйн, В.А. Потылицин, В.В. Воронов, А.В. Воронов, Е.Н. Селиванов; заявитель и патентообладатель Государственный научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт горного дела и металлургии цветных металлов ФГУП «Гипроцветмет». Заявл. 02.03.2012; опубл. 27.05.2013. Бюл. № 5.

12. Палфи П., Молнар Л., Вирчикова Э. Идентификация и удаление мышьяка из пиритных и цинк-сульфидных концентратов // Цветные металлы. 2005. № 5-6. C. 79–82. EDN: QAFIBT.

13. Li Lin, Wang Jingxiu, Wu Chengqian, Ghahreman A. An environmentally friendly method for efficient atmospheric oxidation of pyrrhotite in arsenopyrite/pyrite calcine // Chemical Engineering Journal Advances. 2021. Vol. 7. P. 100122. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2021.100122.

14. Исабаев С.М., Кузибекова Х.М., Жинова Е.В., Зиканова Т.А. Разработка технологии окислительного обжига золотомышьяковистых концентратов двойной упорности // Комплексное использование минерального сырья. 2015. Вып. 294. № 3. C. 27–31. EDN: ZAAZZB.

15. Антипов Н.И. Вывод мышьяка из технологического цикла в производстве цветных металлов // Цветные металлы. 1996. № 4. С. 56–59.

16. Ганимов М.Д. [и др.]. Поведение мышьяка и редких металлов при окислительном обжиге // Цветные металлы. 1961. № 12. С. 21.

17. Wang Hong-yang, Zhu Rong, Dong Kai, Zhang Si-qi, Wang Yun, Lan Xin-yi. Effect of injection of different gases on removal of arsenic in form of dust from molten copper smelting slag prior to recovery process // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2023. Vol. 33. Iss. 4. P. 1258–1270. https://doi.org/10.1016/S10036326(23)66180-1.

18. Paleev P.L., Gulyashinov P.A., Gulyashinov A.N. Thermodynamic modeling of dearsenation of rebellious gold–quartz–arsenic ore in water vapor // Journal of Mining Science. 2016. Vol. 52. P. 373–377. https://doi.org/10.1134/S1062739116020526.

19. Tang Xiao-wei, He Yue-hui. Arsenic extraction from copper concentrate using controlled oxidative roasting and filtration process // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2023. Vol. 33. Iss. 10. P. 3198–3209. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(23)66327-7.

20. Yao Wen-ming, Min Xiao-bo, Li Qing-zhu, Li Kai-zhong, Wang Yun-yan, Wang Qing-wei, et al. Formation of arsenic−copper-containing particles and their sulfation decomposition mechanism in copper smelting flue gas // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2021. Vol. 31. Iss. 7. P. 2153–2164. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(21)65645-5.