Способ и установка для обработки содержащего металл шлама

009472 Данное изобретение относится к способу обработки содержащего металлы шлама при удалении кобальта, который осуществляют в связи с процессом получения цинка, и к установке для обработки содержащего металлы шлама при удалении кобальта, которую осуществляют в связи с процессом получения цинка. Понятие шлама, как оно используется здесь, означает осадок, отложение, обогащенный твердым веществом раствор и т.д., содержание сухого вещества в котором может изменяться от суспензии, близкой по виду к раствору, до твердого вещества. Известно много различных процессов разделения металлов для отделения желаемого металла от других материалов, например, в связи с получением или утилизацией металлов. При разделении металлов металл может быть отделен или удален из смеси материалов. Металлы можно отделить растворением, осаждением, например, подходящим реагентом, образованием соединений, таких как сульфиды или оксиды, электролитическим способом, путем отстаивания, фильтрации, перегонки или экстракции, или иным соответствующим способом. Отделенный металл может находиться в виде раствора, шлама или в твердом состоянии. В некоторых процессах переработки металлов содержащий металл шлам образуется в результате разделения. По меньшей мере часть такого вида шлама можно утилизировать. Пока он существует в виде единой фракции, шлам невозможно утилизировать наилучшим образом, и не известно подходящих способов для утилизации некоторой части этой пульпы. В сфере производства металлов известны различные способы разделения и удаления металлов. Примерами способов разделения, которые осуществляют в фазе раствора, являются способы осаждения меди, кобальта и никеля в связи с получением цинка. Для того, чтобы улучшить эффективность осаждения желаемого металла, раствор должен содержать, в качестве активатора зародышей кристаллизации,по меньшей мере одно соединение металла, и часто в виде соединения также металл, осаждаемый в процессе; это соединение можно предпочтительно подавать рециклом в процессы получения металла. Соединения металла, о котором идет речь, активируют выделение металла и играют роль поверхности твердого вещества для металла, который должен быть осажден. Для увеличения скорости осаждения металла часто используют осажденный конечный продукт или его свойства в растворе для осаждения. Поверхности частиц соединения металла подаваемого рециклом, осажденного шлама следует очистить для того, чтобы они могли исполнять роль хороших активаторов в процессе. Однако имеется проблема, заключающаяся в том, что частицы шлама обычно циркулируют или задерживаются в процессах разделения металла так долго, что на их поверхности возникают отложения нежелательных частиц примесей,пассивирующие шлам, или же частицы слипаются, образуя большие по величине комплексы, что затрудняет перемешивание в реакторе. Существует проблема, заключающаяся в том, что подаваемый рециклом осажденный шлам находится в единой фракции, из-за чего количество так называемой активной части мало по отношению к общему количеству, и если количество активной части возрастает, то общее количество осадка также возрастает, и увеличившееся количество осадка замедляет и задерживает реакции осаждения металлов. Кроме того, проблема с известными процессами заключается в том, что шлам,осевший на поверхности реактора осаждения или концентратора, подают рециклом в виде нижнего слива, в результате чего обратно в процесс возвращаются, в первую очередь, крупные частицы, то есть более пассивный материал. Особенно при удалении кобальта шлам долго остается в реакторе осаждения, в результате чего на поверхности частиц шлама начинает осаждаться сульфат кальция, пассивируя таким образом частицы шлама и увеличивая их размер. Целью данного изобретения является ликвидировать упомянутые выше недостатки. Одной из конкретных задач данного изобретения является новый способ классификации и установка для разделения, с точки зрения реакции, шлама на лучшую фракцию для подачи ее рециклом и худшую фракцию для удаления из реактора. Другой задачей данного изобретения является новый способ и установка для усовершенствования и улучшения процесса разделения металлов. Способ и установка по данному изобретению отличаются тем, что представлено в формуле изобретения. Данное изобретение основано на способе обработки содержащего металлы шлама при удалении кобальта в связи с процессом получения цинка. Согласно данному изобретению содержащий кобальт шлам, полученный в процессе разделения металлов, классифицируют на основе поверхностной активности частиц содержащего кобальт шлама на преимущественно тонкодисперсную и грубую фракции, представляющие собой, соответственно, лучшую и худшую фракции, с точки зрения процесса разделения металлов, причем лучшую фракцию возвращают в этот процесс, а худшую фракцию удаляют при классификации. Данное изобретение основано на той основной идее, что из содержащего кобальт шлама, полученного в процессе разделения металлов, выделяют путем классификации лучшую и худшую фракции, с точки зрения процесса разделения металлов, предпочтительно используя установку, основанную на центробежной силе. Классификацию по данному изобретению проводят для уже отделенного содержащего кобальт шлама, предпочтительно осажденного. Количество и размер частиц твердого вещества, которое должно подаваться рециклом в процесс разделения металлов, контролируют и регулируют путем удаления крупной части худшей пассивной фракции из реактора и путем возвращения необходимого количе-1 009472 ства лучшей фракции обратно в процесс. В то же время имеется попытка поддержать и усилить поверхностно-активные свойства содержащего кобальт шлама, который подлежит подаче рециклом. Данное изобретение позволяет подавать рециклом лучшую активную фракцию содержащего кобальт шлама в процесс и удалять худшую, часто пассивную фракцию из процесса. Данное изобретение дает возможность корректировать содержание твердого вещества в реакторе, чтобы оно было приемлемым с точки зрения процесса. Кроме того, можно поддержать и даже улучшить желаемые свойства содержащего кобальт шлама. В одном из воплощений изобретения содержание твердого вещества в реакторе предпочтительно составляет 10-200 г/л, более предпочтительно 30-100 г/л. В этом случае достигается большая активная реакционная поверхность, что ускоряет осаждение и вносит вклад в снижение потребления цинкового порошка, который следует ввести. В одном из воплощений данного изобретения шлам осаждают в связи с разделением металлов перед классификацией. Шлам может представлять собой нижний слив из реактора разделения металлов или нижний слив из концентратора. В предпочтительном воплощении данного изобретения классификация основана на поверхностной активности частиц шлама. В одном из воплощений данного изобретения классификацию проводят на основании размера зерен частиц шлама, разделяя шлам на более грубую и более тонкодисперсную фракции. Как представлено выше, в одном из воплощений данного изобретения поверхностная активность предпочтительно зависит от размера частиц, что позволяет провести классификацию на основе размера частиц, хотя во фракции, которая должна подаваться рециклом, специфическим желательным свойством является хорошая поверхностная активность. В одном из воплощений данного изобретения классификацию проводят с использованием установки, основанной на центробежной силе, например гидроциклона или подобного ему устройства. В одном из воплощений можно использовать в качестве классификатора сепаратор, основанный на центробежной силе, такой как, например, сепаратор Lakos от Lakos-Laval. В этом случае можно получить нижний слив,в котором крупные частицы, введенные в классификатор, концентрируются почти полностью. В одном из воплощений данного изобретения нижний слив из установки для классификации представляет собой худшую, с точки зрения процесса, фракцию. Этот нижний слив удаляют из процесса или полностью, или же удаляют желаемую часть этого нижнего слива. В одном из воплощений верхний слив является лучшей фракцией с точки зрения процесса. Количества верхнего и нижнего сливов можно регулировать, используя изменения технических параметров переработки. При классификации заранее устанавливают предельный размер частиц, и он предпочтительно близок к основному стандартному размеру получаемых в процессе частиц. В альтернативном воплощении нижний слив представляет собой лучшую фракцию с точки зрения процесса, а верхний слив представляет собой худшую фракцию. В одном предпочтительном воплощении данного изобретения худшая фракция, с точки зрения данного изобретения, состоит, в основном, из грубой фракции, а лучшая фракция состоит, в основном, из тонкодисперсной фракции, которая может, однако, содержать небольшое количество грубых частиц. Воплощения данного изобретения позволяют достичь в процессе желаемого и правильного содержания твердого вещества. Данное изобретение имеет то преимущество, что, например, крупные частицы можно удалить из процесса, поскольку они обычно затрудняют смешение и являются пассивными в отношении разделения металлов. В альтернативном случае классификация может быть основана на осаждении, в основу чего положен размер и/или плотность, на рассеве и т.п. Классификацию можно осуществить в периодическом или непрерывном режиме; отчасти это зависит от того, удаляют ли шлам из реактора разделения металлов в периодическом или непрерывном режиме. Далее, изобретение относится к установке для обработки содержащего металл шлама в связи с процессом разделения металлов, включающей один или более чем один реактор разделения металлов, питающее устройство для введения сырья в этот реактор разделения металлов и линию для удаления из реактора шлама, полученного при разделении металлов. Согласно данному изобретению эта установка включает устройство классификации, соединенное через линию с реактором разделения металлов и предназначенное для классификации содержащего кобальт шлама на основе поверхностной активности частиц этого шлама на преимущественно тонкодисперсную и грубую фракции, представляющие собой,соответственно, лучшую и худшую фракции, с точки зрения процесса разделения металлов, средство возврата рециклом лучшей фракции из устройства классификации в реактор разделения металлов через линию и средство удаления худшей фракции из устройства классификации. Установка по данному изобретению является простой в отношении ее структуры и, таким образом,преимущественной по исполнению. Как известно, в гидрометаллургическом получении цинка содержащую цинк руду предпочтительно концентрируют, обжигают и растворяют в серной кислоте. Кроме цинка в раствор переходят также медь,кобальт, никель и кадмий, а также германий и сурьма. Эти металлы и металлоиды, то есть примеси, удаляют из раствора путем восстановления с использованием цинкового порошка в процессе очистки рас-2 009472 твора. Отделение этих металлов можно осуществить путем осаждения в одну или более стадий из содержащего цинк раствора. После того, как вышеупомянутые металлы отделены, в известном способе цинк электролитическим методом восстанавливают из раствора сульфата цинка. При получении цинка примеси должны быть удалены из содержащего цинк материала для достижения успешного и эффективного электролиза с целью восстановления цинка. Ионы металлов Со 2+ и Ni2+ из группы железа особенно способствуют повторному растворению цинка, что приводит к повторному электролизу и снижению эффективности по электрическому току. Способ обработки содержащего металлы шлама при удалении кобальта и установку для его осуществления по данному изобретению используют в процессе гидрометаллургического получения цинка. В предпочтительном воплощении данное изобретение относится к применению способа и установки по данному изобретению в процессе удаления кобальта в связи с получением цинка. В связи с процессом удаления кобальта можно осадить также, например, никель, германий и сурьму. В процессе удаления кобальта предпочтительно используют такой активатор, как, например, оксид мышьяка, для ускорения осаждения металлов из содержащего цинк раствора. Например, в присутствии мышьяка можно осадить кобальт и никель относительно быстро, примерно через 1,5 ч, с образованием арсенидов кобальта и никеля. Кроме мышьяка, раствор предпочтительно содержит остаточную медь и подаваемый рециклом полученный осадок кобальта, который улучшает и ускоряет осаждение кобальта. Осажденный осадок кобальта классифицируют, как представлено в данном изобретении, и лучшую фракцию, с точки зрения процесса разделения металлов, подают рециклом в процесс для улучшения осаждения кобальта. Процесс удаления кобальта может быть непрерывным процессом или процессом периодического типа. В процессе осаждения должно быть достаточно твердого вещества, на поверхности которого осаждаются примеси. Поверхность должна представлять собой очищенную металлическую медь или же арсенид меди, кобальта или никеля, чтобы улучшать и активировать осаждение. Загрязняющие примеси, которые осаждаются на поверхности частиц, такие как основные сульфаты цинка и сульфат кальция, пассивируют осадок и увеличивают размер частиц. В альтернативном случае способ и установку по данному изобретению можно использовать также для отделения и удаления других металлов при получении, вторичной переработке металлов и при других процессах разделения металлов. Перечень чертежей В следующем разделе данное изобретение будет описано с помощью подробных воплощений со ссылкой на сопровождающие чертежи, где фиг. 1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую известный процесс гидрометаллургического получения цинка, и фиг. 2 представляет собой блок-схему способа обработки содержащего металлы шлама при удалении кобальта, который осуществляют в связи с процессом получения цинка. Для пояснения приведенного на фиг. 2 способа обработки содержащего металлы шлама при удалении кобальта, который осуществляют в связи с процессом получения цинка, на фиг. 1 показан процесс гидрометаллургического получения цинка. В процессе гидрометаллургического получения цинка цинковую руду сначала концентрируют 1 и этот цинковый концентрат обжигают 2. Целью обжига 2 является перевести сульфидный цинк в растворимую оксидную форму. После обжига 2 обожженный содержащий цинк материал растворяют в серной кислоте в одну или более стадий 3, посредством чего оксиды цинка реагируют с образованием сульфата цинка. На стадии 3 растворения железо осаждается в виде основного сульфата, то есть в виде осадка ярозита. Растворенные примеси, например медь, кобальт, никель, германий, сурьма и кадмий, удаляются из раствора сульфата цинка при очистке 4 раствора, которую предпочтительно проводят в три стадии 6, 7, 8. На первой стадии 6 медь удаляют посредством цинкового порошка 9. На второй стадии 7 кобальт, никель, германий, сурьму и остаток меди удаляют из раствора посредством триоксида мышьяка 10 и цинковой пыли 9 в виде арсенидов металлов, при этом цинк играет роль восстановителя. На третьей стадии 8 удаляют кадмий посредством цинковой пыли 9. Очищенный раствор цинка подают через стадию охлаждения на электролиз 5, где его смешивают с циркулирующим электролитом. При электролизе 5 цинк восстанавливается на катодах. Обжиг, растворение и электролиз проводят способами, которые известны в данной области сами по себе, поэтому их здесь не описывают более полно. При удалении кобальта, показанном на фиг. 2, кобальт, никель, германий, сурьму и остаток меди осаждают из раствора 18 сульфата цинка в несколько стадий в реакторах 11, 12 разделения металлов,емкость которых составляет, например, 200-300 м 3. Осадок 13 кобальта, полученный в реакторе 11 и/или 12 разделения металлов, классифицируют с использованием устройства 14 классификации в соответствии с данным изобретением, и лучшую 15 фракцию, с точки зрения процесса разделения металлов, подают рециклом обратно в первый реактор 11 разделения металлов этого процесса. При осаждении кобальта используют цинковый порошок, ионы меди и предпочтительно триоксиды мышьяка. Альтернативно, вместо триоксида мышьяка можно использовать, например, триоксид сурьмы или двойной тартрат калия-сурьмы. Ионы меди образуются на стадии удаления меди, на которой в растворе сульфата цинка остается остаточная медь, чтобы действовать как реагент для удаления кобальта.-3 009472 Количество остаточной меди, которая должна быть оставлена в растворе, предпочтительно находится в пределах 50-300 мг/л. Эта остаточная медь образует осадок с мышьяком в виде арсенида меди при наличии восстановительного действия цинкового порошка. Арсенид меди реагирует в растворе с кобальтом и никелем в присутствии цинкового порошка с образованием арсенидов кобальта и никеля. Цинковый порошок и триоксид мышьяка вводят в первый реактор 11 разделения металлов посредством питающих устройств, известных в данной области сами по себе. Не является предпочтительным использование большого избытка цинкового порошка по сравнению со стехиометрическим количеством из-за возникновения нежелательной побочной реакции; таким образом, избыток цинка не увеличивает скорость осаждения. Кроме того, при удалении кобальта лучшую 15 фракцию осажденного осадка кобальта подают рециклом на стадию удаления кобальта, и эта лучшая фракция исполняет в реакторе роль вещества, активирующего реакцию (кроме цинкового порошка и триоксида мышьяка). При удалении кобальта на скорость осаждения влияют температура и поверхность осаждения. Поверхность осаждения на практике зависит от содержания осадка, хотя и не является линейной зависимостью от нее, по меньшей мере, частично из-за степени очистки поверхности частиц в осадке. Удельная поверхность осадка, как это было принято ранее, приближенно описывает свойства в отношении абсорбции или абсорбционной емкости,то есть поверхностной активности осадка. Скорость осаждения можно увеличить путем увеличения количества осадка в реакторе и/или качества осадка, а также путем повышения температуры в реакторе. В реакторе 11 и/или 12 разделения металлов полученный осадок арсенида кобальта осаждается на днище реактора, откуда его вводят в периодическом или непрерывном режиме в виде нижнего слива через линию 19 и насос 20 в устройство 14 классификации, которое в данном воплощении изобретения представляет собой сепаратор Lakos гидроциклонного типа. Осадок арсенида кобальта, который следует ввести в устройство классификации, содержит, например, 150-200 г/л твердого вещества. Посредством устройства 14 классификации осадок 13 арсенида кобальта разделяют порциями на лучшую 15 фракцию и худшую 17 фракцию, с точки зрения процесса, основываясь на поверхностной активности частиц осадка. Лучшую 15 фракцию получают как верхний слив из устройства 14 классификации, и она содержит, в основном, более тонкодисперсные частицы осадка и небольшое количество крупных частиц. Худшую 17 фракцию получают в виде нижнего слива, и она содержит, в основном, грубые частицы осадка. Размер частиц, их распределение и в верхнем, и в нижнем сливах можно регулировать по требованию. Лучшую 15 фракцию подают рециклом, в основном, полностью обратно в реактор 11 разделения металлов. Осадок кобальта подают рециклом так, чтобы содержание твердого вещества в реакторе (реакторах) разделения металлов составляло около 10-200 г/л, предпочтительно 30-100 г/л. Если это желательно или необходимо, часть 16 лучшей фракции можно вывести из процесса. Худшую 17 фракцию удаляют из устройства 14 классификации и обрабатывают в периодическом или непрерывном режиме. Плотность отводимого верхнего слива можно регулировать по требованию. В зависимости от количества металлов, подлежащих осаждению, время пребывания лучшей фракции осадка кобальта в реакторах удаления кобальта может составлять около 1-2 месяцев. В отсутствие классификации осадок арсенида кобальта можно направить в виде единой фракции 21 обратно в первый реактор 11 разделения металлов или же в виде верхнего слива 22 из реактора вывести из процесса, например, в случае неисправности в ходе процесса. Пример 1. В данном испытании осадок кобальта непрерывно вводили из реактора разделения металлов в устройство классификации с расходом 18-20 м 3/ч. Содержание твердого вещества в питании составляло около 150-200 г/л. В качестве верхнего слива из устройства классификации был получен шлам, имеющий содержание твердого вещества порядка 1400 г/л. Расход по верхнему сливу составлял 0,5-0,6 м 3/ч, а средний размер частиц d(0,5) составлял 93,7 мкм. Значение d(0,5) в верхнем сливе составляло 75,5 мкм. Нижний слив содержал только около 3,5% частиц менее 60 мкм, а верхний слив содержал около 33% частиц менее 60 мкм. Хотя средние размеры частиц в верхнем и нижнем сливах не слишком отличались друг от друга, отделение тонкодисперсного материала в верхний слив было почти полным. Пример 2. В данном испытании осадок кобальта непрерывно вводили из реактора разделения металлов примера 1 в устройство классификации с расходом 18-20 м 3/ч. Содержание твердого вещества в подаваемом материале составляло около 150-200 г/л. В качестве нижнего слива из устройства классификации был получен шлам, имеющий содержание твердого вещества 900 г/л. Расход по нижнему сливу составлял 0,5-0,6 м 3/ч, а средний размер частицd(0,5) составлял 88,5 мкм. Значение d(0,5) в верхнем сливе составляло 17,4 мкм. Нижний слив содержал около 18% частиц менее 60 мкм, а верхний, соответственно, около 93%. Однако расход по нижнему сливу был малым по сравнению с расходом по верхнему сливу, из-за чего основная часть тонкодисперсного материала отделялась в виде верхнего слива. Пример 3. В данном испытании осадок кобальта вводили непрерывно из реактора разделения металлов примеров 1 и 2 в устройство классификации с расходом 18-20 м 3/ч. Содержание твердого вещества в пода-4 009472 ваемом материале составляло около 150-200 г/л. В качестве нижнего слива из устройства классификации был получен шлам с содержанием твердого вещества 600-700 г/л. Расход по нижнему сливу составлял 0,5-0,6 м 3/ч, а средний размер частиц d(0,5) составлял 36,3 мкм. Значение d(0,5) в верхнем сливе составляло 13,7 мкм. Нижний слив содержал около 46% частиц менее 30 мкм, а верхний слив, соответственно, около 86%. В этом примере вводимый осадок кобальта был более тонкодисперсным, чем в примерах 1 и 2. Способ и установка по данному изобретению применимы, в различных воплощениях, для обработки содержащего металлы шлама при удалении кобальта, который осуществляют в связи с процессом получения цинка. Воплощения данного изобретения не ограничены вышеприведенными примерами; напротив, они могут изменяться в пределах сущности и объема приведенной формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки содержащего металлы шлама при удалении кобальта, который осуществляют в связи с процессом получения цинка, отличающийся тем, что содержащий кобальт шлам (13), полученный в процессе разделения металлов, классифицируют на основе поверхностной активности частиц содержащего кобальт шлама (13) на преимущественно тонкодисперсную и грубую фракции, представляющие собой соответственно лучшую (15) и худшую (17) фракции с точки зрения процесса разделения металлов, причем лучшую (15) фракцию возвращают в этот процесс, а худшую (17) фракцию удаляют при классификации. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержащий кобальт шлам (13) представляет собой продукт процесса осаждения. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что содержащий кобальт шлам (13) перед классификацией осаждают в реакторе (11, 12) разделения металлов. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что содержание твердого вещества в реакторе(11, 12) разделения металлов регулируют таким образом, что оно составляет от 10 до 200 г/л. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что классификацию шлама (13), в процессе которой он разделяется на более грубую (17) и более тонкодисперсную (15) фракции, проводят на основе размеров частиц шлама (13). 6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что классификацию проводят с использованием устройства (14) на основе центробежной силы. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что классификацию проводят, используя гидроциклон или подобное ему устройство. 8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что нижний слив из устройства (14) классификации представляет собой худшую (17) фракцию с точки зрения процесса разделения металлов. 9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что верхний слив из устройства (14) классификации представляет собой лучшую (15) фракцию с точки зрения процесса разделения металлов. 10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что классификацию проводят в периодическом или непрерывном режиме. 11. Установка для обработки содержащего металлы шлама при удалении кобальта, которую осуществляют в связи с процессом получения цинка, включающая один или более чем один реактор (11, 12) разделения металлов, питающее устройство (18) для введения шлама в реактор (11, 12) разделения металлов и линию (19) для удаления из реактора (11, 12) содержащего кобальт шлама (13), полученного в процессе разделения металлов, отличающаяся тем, что она включает устройство (14) классификации,соединенное через линию (19) с реактором (11, 12) разделения металлов и предназначенное для классификации содержащего кобальт шлама (13) на основе поверхностной активности частиц этого шлама (13) на преимущественно тонкодисперсную и грубую фракции, представляющие собой соответственно лучшую (15) и худшую (17) фракции с точки зрения процесса разделения металлов; средство возврата рециклом лучшей (15) фракции из устройства (14) классификации в реактор (11, 12) разделения металлов через линию (19); средство удаления худшей (17) фракции из устройства (14) классификации. 12. Установка по п.11, отличающаяся тем, что линия (19) соединена с реактором (11, 12) с возможностью удаления осевшего на дно реактора (11, 12) шлама (13). 13. Установка по п.11 или 12, отличающаяся тем, что устройство (14) классификации основано на центробежной силе. 14. Установка по п.13, отличающаяся тем, что устройство (14) классификации представляет собой гидроциклон или сходное с ним устройство. 15. Установка по любому из пп.11-14, отличающаяся тем, что устройство (14) классификации выполнено таким образом, что при его функционировании нижний слив из этого устройства представляет собой худшую (17) фракцию с точки зрения процесса разделения металлов. 16. Установка по любому из пп.11-15, отличающаяся тем, что устройство (14) классификации выполнено таким образом, что при его функционировании верхний слив из этого устройства представляет-5 009472 собой лучшую (15) фракцию с точки зрения процесса разделения металлов. 17. Установка по любому из пп.11-16, отличающаяся тем, что устройство (14) классификации выполнено с возможностью функционирования в периодическом или непрерывном режиме.