Оптимизация процесса выщелачивания золота из гравитационных концентратов в конусном реакторе.

Хомутов И.В., керівник проф. Червоный И.Ф.

Запорізька державна інженерна академія

 

Производство золота в мировой практике основано главным образом на извлечении его из руд, россыпных месторождений и отвальных продуктов действующих предприятий. В настоящее время в промышленности используются амальгамационный, гравитационный, флотационный, цианистый процессы или их комбинации в зависимости от характеристик золота, содержащегося в рудах.

Золото, которое содержится в золотосодержащем сырье, обладает следующими свойствами:

- золото в гравитационных концентратах (шлихах) содержится в свободном состоянии в виде частиц металла различной крупности и формы;

- повышение содержания золота в гравитационном концентрате при его получении из одного вида сырья, при прочих равных условиях, обусловлено увеличением доли содержания крупных частиц свободного металла и сопровождается потерями мелкого золота;

- ассоциированное с минералами золото в гравитационных концентратах имеет доступ и, при создании определенных условий, может быть переведено в раствор без дополнительного механического, химического или термического вскрытия.

Рассмотренные выше физические характеристики золота, которые затрудняют его выщелачивании из концентратов цианистыми или другими растворами, в традиционных аппаратах, при изменении технологических режимов могут быть использованы для интенсификации его растворения.

При проведении исследований по интенсификации процесса выщелачивания использовался способ “кипящего слоя” с изменяющейся скоростью восходящего потока выщелачивающих растворов в конусном реакторе с вершиной, направленной вниз. В таком реакторе конусного типа, изменяющийся по скорости, восходящий поток растворов обеспечивает разрыхление концентрата, сегрегацию частиц золота по крупности с размещением наиболее крупных частиц золота в вершине конуса, где наблюдаются самые высокие скорости потока растворов и, следовательно, наиболее интенсивное перемешивание.

Для извлечения золота в раствор на уровне 90…99 % определяли следующие оптимальные параметры процесса выщелачивания: массовое соотношение жидкой и твердой фаз, концентрация реагентов, время выщелачивания, разгрузка пульпы от выщелачивания с остатком материала в вершине конуса на повторный цикл переработки.

Применение реактора конусного типа при выщелачивании золота содержащего крупные частицы позволяет избежать потерь металла в виде не растворившихся частиц и сосредоточить наиболее медленно растворяющиеся частицы золота в зоне самого динамического потока выщелачивающего раствора расположенной в вершине конуса реактора. Выполненные исследования позволили установить оптимальные параметры процесса выщелачивания золота в раствор в реакторе конусного типа: массовое соотношение жидкой и твердой фаз должно соответствовать 2:1, концентрация цианида в выщелачиваемом растворе на уровне 1,5 г/л, время процесса выщелачивания около 12 часов, разгрузка пульпы от выщелачивания с остатком около 20 % материала в вершине конуса на повторный цикл переработки. Применение указанных параметров процесса выщелачивания позволят извлекать золото в раствор на уровне 97 %.

 

 

СТУПІНЬ ВИКОРИСТАННЯ ХЛОРИДУ АЛЮМІНІЮ

ПІД ЧАС УТВОРЕННЯ СУБХЛОРИДУ

Кістрінь К.С., керівник доц. Нестеренко Т.Н.

Запорізька державна інженерна академія

 

Протягом багатьох років за кордоном розробляють технологію одержання чистого алюмінію під час використання транспортної реакції:

. (1)

Найбільшу увагу приділяють вивченню утворення субхлориду, хоча умови його розкладання з одержанням компактного рідкого металу також є недостатньо ясними.

Ступінь максимального використання хлориду алюмінію a на утворення субхлориду визначають як відношення кількості хлориду алюмінію, що вступив у реакцію (1) (), до його загальної кількості (), поданої до реакційної зони протягом однієї хвилини.

Результати розрахунків коефіцієнта a наведено нижче.

Температура, °С
Коефіцієнт використання AlCl 3	0,135	0,213	0,249	0,347	0,434	0,529

З наведених значень видно, що ступінь максимального використання хлориду алюмінію змінюється від 13 до 53 %. Перша цифра відноситься до низьких температур (1200…1300 °С), друга – до високих (більше ніж 1560 °С). Рівень температури значно впливає на продуктивність процесу за двома причинами: по-перше, через залежність ступеня використання a від температури; по-друге, через кінетичні особливості процесу – із зростанням температури збільшується витрата хлориду алюмінію до значення, вище за якого система перестає бути рівноважною.

Одержані результати дозволяють визначити залежність константи рівноваги вищенаведеної реакції від температури:

Температура, К
Константа рівноваги Кр	0,048	0,164	0,247	0,594	1,435	3,58
lg Кр	-1,328	-0,642	-0,434	-0,031	-0,315	-0,572

Величина константи рівноваги К_р безпосередньо пов’язана із ступенем використання хлориду алюмінію a співвідношенням:

. (2)

Залежність логарифма константи рівноваги від температури має вигляд:

. (3)

Звідси можна визначити змінювання енергії Гіббса реакції (1) залежно від температури за формулою:

. (4)

 

ТЕРМОДИНАМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ РІДКИХ СПЛАВІВ СИСТЕМИ

«АЛЮМІНІЙ-ЦИНК»

Масюк І.С., керівник доц. Єгоров С.Г.

Запорізька державна інженерна академія

 

Нами проведено розрахунок термодинамічних властивостей сплавів системи «алюміній-цинк» на підставі дослідження термодинаміки рідких сплавів магнію з алюмінієм і цинком. Коефіцієнт активності цинку й алюмінію у бінарному сплаві визначали графічною інтерполяцією залежності lg (N_Mg) щодо квазібінарних розрізів Mg-AlZn на сторону «алюміній-цинк» (N_Mg = 0).

На підставі одержаних значень g _Zn і знання тиску насиченої пари чистого цинку розраховували парціальний тиск пари цинку над сплавами системи «алюміній-цинк», який задовільно описується рівнянням lg .

Як показують ізотерми активності компонентів у рідких сплавах системи, що досліджують, за температури 960…1080 К, помірні позитивні відхилення від закону Рауля знижуються під час підвищення температури, що вказує на наближення розплавів до стану ідеального розчину. Позитивне відхилення розплавів від законів ідеальних розчинів свідчить, що енергія взаємодії між компонентами алюмінієм і цинком менше ніж енергія взаємодії між однорідними атомами.

Аналіз ізотерм коефіцієнта активності цинку в рідких сплавах його з алюмінієм дозволяє одержати у співвідношенні lg значення параметра b, яке дорівнює 0,35. Постійність значень параметра b в інтервалі температури 960…1080 К виявляється настільки задовільною, що розплави системи «алюміній-цинк» відповідно до визначення Гільдебранта з великим ступенем наближення можна розглядати як правильні розчини.

Рідкі розчини алюмінію з цинком характеризуються незначними позитивними надмірними ентропіями змішування ( Дж/г-атом·град).

Симетричність інтегральних термодинамічних функцій щодо складу та значення надмірної ентропії змішування, що є близькими до нуля, вказують на близькість поведінки рідких складів системи «алюміній-цинк» до законів правильних розчинів.

Теплота змішування для таких розчинів може бути виражена формулою:

, (1)

де – енергія взаємодії між компонентами; N ₁, N ₂– вміст компонентів.

Розрахунки дозволили встановити, що величина не залежить від складу, що вказує на можливість опису сплавів цинку з алюмінієм нульовим наближенням теорії правильних розчинів. Підпорядкування рідких сплавів «алюміній-цинк» закономірностям правильних розчинів дозволяє припустити відсутність у них помітного впорядкування атомів.

Результати обчислень, проведених із застосуванням ускладнених формул квазіхімічної теорії, показали, що параметр ближнього порядку для першої координаційної сфери за температури 1020 К для сплавів системи «алюміній-цинк» у всьому інтервалі концентрацій є близьким до нуля. Це вказує на хаотичний розподіл атомів у рідких сплавах системи, що досліджують.

 

ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ РЕЖИМІВ ПІДГОТОВКИ

БРУСІВ АНОДІВ МАГНІЄВИХ ЕЛЕКТРОЛІЗЕРІВ

Сорокоус В.В., керівник проф. Червоний І.Ф.

Запорізька державна інженерна академія

 

Термін служби анодних блоків значно менше терміну служби інших елементів конструкції електролізера, що викликає необхідність періодичної заміни вийшли з ладу анодів. Заміна анодів призводить до ряду негативних наслідків:

• зниження техніко-економічних показників процесу, пов'язаних з неодночасним виходом анодів з ладу, як наслідок, до порушення рівномірності електричних і гідродинамічних характеристик електролізної ванни;
• підвищеному питомій витраті електроенергії внаслідок збільшення прохідного опору анодів до кінця терміну служби;
• зниження виходу хлору, обумовленого скиданням хлору в систему сантехнічного відсмоктування при заміні анодів.

В умовах титано-магнієвого виробництва зменшення негативного впливу цих наслідків дозволить підвищити ефективність виробництва електролітичного магнію і як наслідок виробництва титанової губки.

Вживаний в промисловості спосіб захисту від окислення анодів електролізерів з верхнім введенням полягає в просочуванні розплавом лужних метафосфатів частини анодного бруса, що знаходиться в газовій фазі.

Просочені зразки були розділені на дві групи. Першу групу (зразки № № 1, 4, 5) після охолодження поміщали в ексикатор. Ці зразки використовували в якості зразків порівняння. Зразки другої групи (№ № 2, 3, 6) були використані для проведення повторної просочення і термообробки. Протягом 3 годин в муфельній печі, після чого зразки повторно просочували в розплаві метафосфатів. Термообробка полягала в прогартовуванні зразків при температурі 350 °С протягом 24 годин. Другий етап просочення проводили при температурі 270 °С Таким чином, тривалість просочення зразків групи 1 склала 24 години, групи 2…48 годин.

З даних випливає, що ступінь просочення склав від 5,08 до 9,54 %. Ступінь просочення після прокалки і повторної просочення зразків групи 2 склав від 13,2 до 14,4 %. Сумарна ступінь просочення зразків другої групи склала від 19,16 до 21,7 %. Втрата маси зразків після проведення 2 етапу термообробки становила від 0,4 до 0,7 г або від 0,7 до 1,12 %.

Для визначення впливу тривалості просочення на ступінь просочення додатково було проведено експеримент в ході якого просочення зразків вели протягом 48 годин. Середній приріст (ступінь просочення) склав від 2,99 г (6,05 %) до 3,71 г (7,53 %). Отже, навіть після збільшення тривалості просочення зразків за технологією аналогічною промислової, отриманий приріст в 2,8 рази менше, ніж у зразків групи 2 (див. рисунок).

 

 

Рисунок – Сумарна ступінь просочення зразків

 

 

ПІДСЕКЦІЯ ЛИВАРНЕ ВИРОБНИЦТВО

Технологія зменшення залишкових ливарних напружень у чавунних прокатних валках

Маркелова Д.В., керівник проф. Хричиков В.Є.

Національна металургійна академія України

 

Внутрішні ливарні напруження можуть привести до викривлення виливків і навіть до появи тріщин. Гаряча тріщина формується при твердінні виливка в інтервалі температур tл-tс, її краї нерівні і мають кольори мінливості. Холодна тріщина (волосовидна) утворюється, в основному, при фазових перетвореннях сплаву, її краї рівні, прямі.

Утворення і тріщин у обумовлене ливарними напруженнями які рівні сумі внутрішніх напружень трьох видів . Механічні (усадкові) обумовлені гальмуванням усадки формою і стрижнем. Термічні виникають із-за різниці швидкостей охолоджування окремих частин виливка. Фазові виникаючих внаслідок неодночасного протікання фазових перетворень в сплаві.

Фазові напруження можуть підсилювати або ослабляти ливарні, оскільки перетворення (перестроювання кристалічної решітки) в сплаві можуть протікати із зменшенням або збільшенням об'єму в різних частинах виливка.

Напруження можуть бути тимчасовими і залишковими. Тимчасові напруження існують до тих пір, поки діють зовнішні сили. Залишкові напруження існують у відсутність зовнішніх сил і врівноважуються в об'ємі виливка.

Так, із-за наявності залишкових напружень чавунні прокатні валки перед експлуатацією повинні проходити природне старіння (вилежування) від 3 до 6 місяців залежно від розміру, або проходи термічну обробку - відпуск. Для зменшення залишкових напружень пропонується теплоізолювати кокіль прокатного валку від зовнішнього середовища після затвердіння робочого слою. Це забезпечить зменшення різниці температур між поверхнею та центром бочки. Тому термічні напруження, що складають найбільшу частину, будуть значно зменшені. Розроблений технологічний прийом дозволить виключити затрати на термічну обробку прокатних валків.