Способ выщелачивания халькопирита

 

Изобретение может быть использовано в металлургии для выщелачивания халькопирита с целью извлечения меди. Способ выщелачивания халькопирита включает его обработку выщелачивающим раствором сульфата железа (III) в присутствии разбавленной серной кислоты в отсутствие серебра в качестве катализатора при поддержании поверхностного потенциала халькопирита в диапазоне 350-450 мВ регулированием отношения ионов трехвалентного железа к ионам двухвалентного железа в выщелачивающем растворе, обеспечивается упрощение и удешевление способа. 6 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

Изобретение относится к выщелачиванию халькопирита с целью извлечения меди, содержащейся в руде, и, более конкретно, к способу, в котором ионы трехвалентного железа, которые предпочтительно, но необязательно, получены бактериальным путем, используются для окисления сульфидного материала в халькопирите.

Выщелачивание сульфидных материалов с использованием сульфата железа (III) для окисления сульфидного минерала обычно приводит к быстрому окислению и, следовательно, растворению целевого компонента. Поверхностный потенциал минерала в этом случае обычно находится в интервале от 550 до 660 мВ, а скорость выщелачивания, как обычно ожидается, растет с увеличением потенциала. Это относится к таким сульфидным материалам, как пирит (FeS₂); арсенопирит (FeAsS); халькозин (Cu₂S) и сфалерит (ZnS).

Однако в случае халькопирита выщелачивание с использованием сульфата железа (III) протекает чрезмерно долго, вероятно из-за пассивирования открытых поверхностей сульфидного материала. Точная природа механизма, посредством которого происходит это пассивирование, недостаточно ясна, но, как полагают, оно обусловлено образованием пассивирующей пленки на поверхности кристаллического халькопирита, которая в конечном итоге образует диффузионный барьер.

В качестве одной из попыток преодоления этой проблемы предложено использовать в выщелачивающей системе активаторы или катализаторы. Одним из эффективных катализаторов, как показано, является серебро (см., например, патент США 3856913). Однако, по мнению заявителя, промышленный способ с использованием такого катализатора не разработан, по-видимому, из-за высокой стоимости серебра и проблем, возникающих при его выделении с целью рециркуляции. Другие предложения состояли в использовании HgS, As₂S₃, SnS и CoS. Но, как смог установить Заявитель, эффективность ни одного из этих соединений не подтверждена в промышленных условиях.

Ahonen и Tuovinen (Hydrometallurgy, Vol. 24, N 2, March 1990, 219-236) обсуждают каталитическое влияние серебра при микробиологическом выщелачивании во встряхиваемых колбах тонко измельченных рудных материалов, содержащих халькопирит. Публикация US-A-4571387 относится к выщелачиванию меди из руды, содержащей сульфид меди, с использованием бактерий, окисляющих сульфид, и каталитического количества серебра.

Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в разработке эффективного способа выщелачивания халькопирита без использования каких-либо дорогих или вредных активаторов или катализаторов.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается способ выщелачивания халькопирита, в котором для окисления сульфидного материала используется сульфат железа (III), и этот способ отличается тем, что условия процесса контролируются, для поддержания поверхностного потенциала халькопирита в интервале 350-450 мВ, при измерении относительно стандартного каломельного электрода сравнения, в течение, по меньшей мере, значительного периода времени, в течение которого проводится выщелачивание.

Дополнительные признаки настоящего изобретения предусматривают контроль процесса путем регулирования, по меньшей мере, отношения ионов железа (Fe³⁺) к ионам железа (Fe²⁺), причем такое регулирование осуществляется путем регулирования подачи кислорода в процесс окисления ионов железа (II), причем окисление ионов железа (II) в ионы железа (III) осуществляется с использованием бактериального способа окисления, предпочтительно проводимого в отдельном реакционном сосуде, и в этом случае время пребывания циркулирующего выщелачивающего раствора в аппарате бактериального окисления можно контролировать.

Дополнительные признаки настоящего изобретения предусматривают тонкое измельчение халькопирита до проведения выщелачивания для увеличения доступной площади поверхности и обеспечения кристаллографической дислокации; предупреждение в процессе выщелачивания окисления продуктов элементарной серы и проведение выщелачивания при повышенной температуре.

Другие дополнительные признаки изобретения предусматривают циркуляцию выщелачивающего раствора со стадии выщелачивания на стадию выделения меди, такую как экстракция растворителем или электролитическое выделение, на которой растворенная медь извлекается до определенной степени перед циркуляцией выщелачивающего раствора на стадию бактериальной регенерации ионов железа (III) до возвращения выщелачивающего раствора в процесс выщелачивания по непрерывной схеме.

При осуществлении изобретения важно, чтобы поверхностный потенциал халькопирита поддерживался в узком интервале, в пределах которого он определен. В этой связи необходимо отметить, что равновесный потенциал, измеренный с использованием платинового электрода в контуре с каломельным электродом и окислительно-восстановительный потенциал суспензии, как можно установить, представляет собой смешанный потенциал на контактах между "коррозирующими" сульфидными частицами и платиновым электродом. Факторы, такие как присутствие более электрохимически активных минералов, например, халькозина, в халькопирите, или контакт менее электрохимически активных минералов, таких как пирит, с халькопиритом (гальванические эффекты), будут подчеркивать различие между поверхностным потенциалом и потенциалом суспензии, измеренным с использованием платинового электрода. В идеальном случае поверхностный потенциал халькопирита необходимо измерять напрямую с использованием электрода из кристаллического халькопирита или составного электрода, изготовленного из порошка или концентрата халькопирита. Кроме того, из-за медленной кинетики, связанной с выщелачиванием халькопирита, различие между окислительно-восстановительным потенциалом суспензии и поверхностным потенциалом халькопирита по всей вероятности будет незначительным (менее чем 20 мВ).

Примеси, присутствующие в халькопирите, как полагают, также играют каталитическую роль в промотировании нестабильности халькопирита и последующей его растворимости. Этот эффект, плюс эффективность влияния тонкого помола на промотирование нестабильности являются специфическими для данного образца и зависят от его природы. Это является результатом различных геофизических условий, при которых халькопирит формировался, и зависит от различного содержания примесей, заключенных в нем.

Наиболее эффективный способ, который должен быть использован для любой конкретной руды или концентрата, будет определяться эмпирически с помощью четырех основных переменных, а именно: (I) поверхностный потенциал халькопирита; (II) температура, при которой эффективно выщелачивание; (III) величина рН, при которой эффективно выщелачивание; и (IV) тонина, до которой измельчена руда или концентрат.

В связи с вышесказанным было установлено, что интервал поверхностного потенциала или "окно" для различных халькопиритов меняется и, очевидно, зависит от минералогических характеристик, относящихся к кристаллической структуре, кристаллическим примесям и связанным минералам и примесям, присутствующим в руде, подвергающейся обработке. Аналогично будут меняться наиболее эффективные значения температуры, рН и тонины.

Применение способа настоящего изобретения, как можно ожидать, включает не только способы обработки содержащих халькопирит концентратов с помощью методов выщелачивания при перемешивании, но и способы обработки халькопирит содержащих руд с помощью методов выщелачивания в отвале при простом просачивании.

В процессе выщелачивания контроль поверхностного потенциала или, в общем случае, окислительно-восстановительного потенциала суспензии, может быть осуществлен любым удобным способом, который будет очевиден для квалифицированного в данной области специалиста, например, путем регулирования подачи O₂ в процесс окисления и/или путем изменения времени пребывания в отдельной реакции получения иона железа (III).

Для более полного понимания данного изобретения, ниже приведены различные примеры осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи: фиг. 1-3 (каждый) представляют собой графическое изображение полученных результатов, которые иллюстрируют растворение меди и цинка во времени, а также окислительно-восстановительный потенциал суспензии (на второй оси) в сравнении с предшествующим уровнем техники; фиг. 4-6 (каждый) представляют собой графики растворения меди из халькопирита при различных условиях выщелачивания в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 7 представляет собой круговую диаграмму оборудования, используемого при определении непрямого окисления халькопирита; на фиг.8 в графическом виде представлены результаты выщелачивания различных халькопиритов; фиг.9 представляет собой диаграмму, иллюстрирующую опыт по выщелачиванию в колонне;
фиг. 10 и 11 в графическом виде представляют результаты двух опытов по выщелачиванию в колонне.

Опыт по выщелачиванию 1 (сравнительный)
На фиг. 1 представлены результаты опыта по периодическому биовыщелачиванию с использованием флотационного концентрата Южно-Африканского медно-цинкового сульфида. В этом опыте отсутствует активный контроль за переменными процесса с целью регулирования поверхностного потенциала халькопирита. Концентрат содержит 28% меди, 33% сульфида, 32% железа и 2% цинка. Медь присутствует почти исключительно в виде халькопирита, а цинк - в виде сфалерита.

Опыт по биовыщелачиванию проводят в пластиковом резервуаре, содержащем 2 л суспензии концентрата. Резервуар имеет коническое основание, причем у основания конуса вводится воздух, который служит как для перемешивания суспензии, так и для подачи кислорода и двуокиси углерода, которые необходимы для реакции биовыщелачивания. Содержание двуокиси углерода в подаваемом воздухе поддерживается путем добавления газообразной двуокиси углерода, чтобы получить общую объемную концентрацию двуокиси углерода приблизительно 1000 частей на миллион. Температура биовыщелачиваемой суспензии поддерживается приблизительно при 35^oС с помощью инфракрасной лампы, нагревающей пластиковый резервуар. Начальная концентрация концентрата (массовая) составляет 15%. Тонина измельченного халькопирита - 80%, проходящие через сито 75 мкм. Выщелачивающая среда содержит питательные неорганические минеральные солевые вещества, необходимые для роста бактерий, а их концентрация (в граммах на литр жидкости) составляет - сульфат аммония - 2, кислый дифосфат калия - 0,5, сульфат магния - 0,5 и нитрат кальция - 0,05. В начале опыта до введения бактериальной культуры добавляют серную кислоту до рН 1,8. Используемая бактериальная культура представляет собой смешанную культуру окисляющих железо бактерий, состоящую из бактерий Thiobacillus ferro-oxidans, Thiobacillus thio-oxidans и Leptospirillum ferro-oxidans.

Результаты опыта, представленные на фиг. 1, являются типичными для периодического биовыщелачивания. То есть, существует период задержки, составляющий приблизительно 5 дней, в течение которого бактерии начинают расти, и затем происходит быстрый подъем окислительно-восстановительного потенциала суспензии до свыше 600 мВ в течение последующих 15 дней, пока бактерии окисляют железо, присутствующее в виде ионов железа (Fе²⁺) до ионов железа (Fe³⁺). Наблюдается сопутствующее выщелачивание цинка из сфалерита почти до окончания всего периода выщелачивания. Во время опыта величина рН падает до 1,0, показывая, что сульфид полностью окисляется до серной кислоты, что подтверждает химический анализ конечных остатков. График на фиг.1 показывает, что для условий выщелачивания, обычно рассматриваемых как оптимальные, для биовыщелачивания сульфидных материалов (высокий окислительно-восстановительный потенциал суспензии), выщелачивание меди из халькопирита через 34 дня достигает только приблизительно 5%. Такое сочетание медленной кинетики выщелачивания и низкой экстракции меди обычно наблюдается, когда имеет место пассивирование халькопирита.

Опыт по выщелачиванию 2 (сравнительный)
Второй опыт по периодическому биовыщелачиванию проводят на том же Южно-Африканском халькопирите. В этом случае опыт проводят в резервуаре из нержавеющей стали, содержащем 10 л суспензии концентрата. Суспензию механически перемешивают с помощью головного перемешивающего мотора, приводящего в движение перемешивающий вал с прикрепленной турбинной мешалкой Растона (Rushton), расположенной у основания резервуара. Воздух, насыщенный газообразной двуокисью углерода до уровня, что и в опыте 1, вводят непосредственно под мешалку. Также используются та же начальная концентрация твердых компонентов, солевая минеральная среда и рабочая температура, которые указаны в опыте 1. Основное отличие данного опыта состоит в том, что концентрат измельчен так, что 90% проходит через 20 мкм, что измерено с помощью анализатора размера частиц, а рН суспензии не позволяют опуститься ниже 2,0. Это достигается путем мониторинга величины рН с использованием сочетания стеклянного сравнительного рН-датчика, погруженного в суспензию, причем он присоединен к измерительному прибору и регулятору, который регулирует подачу суспензии извести, когда рН падает ниже 2,0.

Результаты этого опыта представлены на фиг.2. В течение первых 16 дней выщелачивание меди достигает приблизительно 20% и повышенная скорость выщелачивания в сравнении со скоростью выщелачивания, полученной в опыте 1, приписывается главным образом увеличению площади поверхности халькопирита вследствие более тонкого измельчения. От 17 до 21 дня наблюдается значительное увеличение скорости выщелачивания, и экстракция меди достигает 85% к 21 дню.

Этот период повышенной скорости выщелачивания непосредственно относится к периоду времени, в течение которого окислительно-восстановительный потенциал суспензии попадает в узкий интервал от 350 до 400 мВ. Через 21 день окислительно-восстановительный потенциал суспензии повышается до величины свыше 550 мВ и при этих условиях экстракция меди прекращается. По завершении опыта анализ конечного остатка выщелачивания показывает, что окисление сульфида протекает только до элементарной серы.

Опыт по выщелачиванию 3 (сравнительный)
Условия выщелачивания в этом сравнительном опыте в целом идентичны условиям опыта 2. Результаты этого опыта представлены на фиг.3. Различие между этим опытом и опытом 2 состоит в том, что на 16 день рН понижают ниже 2,0. Это вызывает начало бактериального окисления элементарной серы и, как показывают данные фиг.3, происходит немедленное понижение скорости выщелачивания меди. Эти результаты указывают, что с началом окисления элементарной серы реагирующие компоненты удаляются с поверхности халькопирита, что стимулирует его нестабильность и впоследствии вызывает пассивирование поверхности халькопирита.

Опыт по выщелачиванию 4 (способ по изобретению)
Проводят опыт по химическому выщелачиванию с использованием для окисления халькопирита выщелачивающей жидкости "разбавленная серная кислота-сульфат железа (III)". Этот опыт в значительной степени моделирует процесс биовыщелачивания, описанный выше в опыте 3. Опыты проводят в лабораторном стеклянном реакторе объемом 500 мл. Температура в реакторе контролируется за счет наличия у стеклянного реактора двойной стенки, через которую пропускается вода требуемой температуры. Выщелачиваемую суспензию перемешивают с помощью магнитной мешалки у основания реактора. Величина рН выщелачивающего раствора поддерживается на требуемом уровне с использованием стеклянного рН-электрода сравнения, находящегося в реакторе, который присоединен к автотитратору, подающему в реактор серную кислоту. Окислительно-восстановительный потенциал суспензии контролируется в реакторе с помощью платинового электрода и электрода сравнения, которые присоединены к автотитратору, подающему в реактор подходящий раствор окислителя. Объемы окислителя и кислоты, добавляемые во время проведения опыта, записываются компьютером, который присоединен к автотитратору. Окислитель, используемый для регулирования окислительно-восстановительного потенциала, представляет собой раствор перманганата калия. Добавление этого окислителя поддерживает выбранное отношение Fe³⁺: Fe²⁺, при котором это отношение (согласно уравнению Нернета) оказывает преобладающее влияние на измеренный окислительно-восстановительный потенциал.

Опыты по выщелачиванию начинают путем введения в реактор 13,8 г тонко измельченного Южно-Африканского концентрата, использовавшегося в опытах 1-4, вместе со 125 мг исходного выщелачивающего раствора при требуемом значении рН и с начальной концентрацией железа 3 г/л. Исходный выщелачивающий раствор также содержит питательные бактериальные неорганические солевые вещества в концентрациях, указанных в опыте 1. При добавлении раствора перманганата и кислоты в ходе опыта для регулирования соответственно окислительно-восстановительного потенциала и рН объем конечной суспензии в реакторе обычно составляет приблизительно 400 мл.

Опыты проводят при окислительно-восстановительном потенциале, поддерживаемом в интервале между 370 до 400 мВ, и при рН 1,5. Опыты проводят при температурах 35, 55 и 80^oС. Количество меди, выщелачиваемой в ходе опыта, рассчитывают из количества добавленного окислителя и конечной экстракции меди, которую определяют при анализе меди, оставшейся в конечном остатке после выщелачивания концентрата.

Опыт при 35^oС представлен на фиг.4. Анализ этих данных показывает, что приблизительно 20% меди выщелачивается в течение первых 1,5 дней, а затем скорость выщелачивания меди увеличивается так, что через 3 дня выщелачивается около 98% меди. Анализ конечного остатка показывает, что сульфид окисляется до элементарной серы. В этом опыте, в отсутствие бактерий, показано, что величина рН может быть уменьшена до величины ниже 2,0 без окисления элементарной серы и без снижения скорости окисления халькопирита.

Фиг. 5 и 6 показывают, что аналогичные данные получены при температурах 55 и 80^oС, соответственно. Эти данные свидетельствуют о повышении скорости выщелачивания с повышением температуры. При 55^oС 98% меди экстрагируется в течение 24 ч, а при 80^oС 98%-ная экстракция меди достигается в течение 5 ч.

Опыт по выщелачиванию 5 (способ по изобретению)
Этот опыт служит для иллюстрации непрерывного выщелачивания халькопирита с использованием бактериально генерируемых ионов железа (III), а также для иллюстрации значения регулирования окислительно-восстановительного потенциала. При проведении опыта халькопирит выщелачивают с помощью среды трехвалентного железа, полученной в непрерывно работающей непрямой системе бактериального окисления. Используемый в опыте цикл непрямого окисления представлен на фиг.7.

Реактор окисления сульфида (1) имеет рабочий объем 10 л и работает как одноступенчатый непрерывно работающий реактор с мешалкой (ОПРМ). Реактор перемешивается механически, но без введения воздуха. Халькопирит, идентичный халькопириту, использовавшемуся в опытах 1-4, непрерывно подается в реактор в виде потока 10%-ной суспензии твердых частиц. Жидкая фаза этого потока содержит растворенные питательные бактериальные неорганические минеральные солевые вещества, которые описаны в предыдущих опытах. Объемную скорость подачи суспензии выбирают в зависимости от требуемого времени пребывания твердых частиц. Одновременно выводят суспензию выщелоченного остатка с той же объемной скоростью, при которой подается суспензия сырья. В реактор сульфидного окисления для регулирования значения рН также добавляют серную кислоту.

Железо (III), необходимое для проведения реакции выщелачивания в реакторе сульфидного окисления, получают на отдельной стадии (2) в бактериальном генераторе ионов железа (III). Для облегчения процесса суспензию, содержащую растворенные ионы Fe²⁺, образующиеся при реакции выщелачивания, непрерывно выводят из реактора сульфидного окисления и подают на стадию разделения твердых веществ и жидкости, представляющую собой простой конический отстойник (3).

Осевшие твердые вещества возвращают в реактор сульфидного окисления, а жидкость подают в сборную емкость (4). Из сборной емкости жидкость подают в электролизер (5) для выделения меди из раствора в виде металлической меди. Это делается для того, чтобы в рабочем цикле концентрация растворенной меди находилась в пределах требуемого интервала. Выщелачивающий раствор затем подают в бактериальный генератор ионов железа (III) (2) для повторного окисления Fe²⁺ в Fe³⁺.

Генератор (2) включает 15-литровую колонну, содержащую расположенную вертикально сетку из нержавеющей стали, которая служит для пассивной иммобилизации клеток бактерий. Используемая культура бактерий представляет собой ту же смешанную культуру, которая уже была описана. Через генератор (2) барботируют насыщенный двуокисью углерода воздух, который подается у основания генератора со скоростью, достаточной, чтобы скорость бактериального окисления Fe²⁺ в Fe³⁺ не была ограничена. Температуру в реакторе поддерживают приблизительно на 35^oС.

Из генератора регенерированную жидкость, обычно имеющую окислительно-восстановительный потенциал >600 мВ, подают во вторую сборную емкость (6). Часть содержимого второй сборной емкости время от времени удаляют вручную для осаждения в емкости (7) ионов железа (III) с целью уменьшения общей концентрации железа в цикле. После удаления железа жидкость возвращают во вторую сборную емкость.

Затем жидкость с высоким окислительно-восстановительным потенциалом снова подают назад в реактор сульфидного окисления. Окислительно-восстановительный потенциал в реакторе сульфидного окисления регулируется за счет скорости добавления жидкости с высоким значением окислительно-восстановительного потенциала и высоким содержанием Fe³⁺ и оценивается с помощью платинового электрода и электрода сравнения, находящихся в реакторе и соединенных с регулятором, который, в свою очередь, соединен с насосом (8), сообщающимся со второй сборной емкостью (6). Величину рН в реакторе сульфидного окисления регулируют с использованием комбинированного стеклянного рН-электрода сравнения, установленного в реакторе и соединенного с регулятором, который регулирует количество серной кислоты, подаваемой в реактор.

Система непрямого бактериального окисления имеет продолжительность эффективной непрерывной работы два месяца. Суммарные концентрации железа и меди в течение этого периода поддерживаются между 15 и 25 г/л за счет осаждения железа и электролиза меди соответственно. Время пребывания халькопирита в реакторе сульфидного окисления составляет 24 ч. Температура в реакторе сульфидного окисления поддерживается при 55^oС.

Первое условие стационарной работы показано на примере поверхностного потенциала халькопирита 380 мВ, что соответствует измеренному окислительно-восстановительному потенциалу суспензии в реакторе сульфидного окисления, устанавливаемому на уровне 390 мВ. Степень выщелачивания меди и цинка из твердого сырья составляет соответственно 74 и 94%. Это хорошо согласуется с 72% выщелачивания меди, которые можно предсказать при использовании данных по чисто химическому выщелачиванию концентрата при 55^oС, которые представлены в опыте 4 (фиг.5), при математическом моделировании одностадийного проточного реактора с мешалкой.

Второе стационарное состояние получено при идентичных условиях опыта, но при несколько более высоком контролируемом окислительно-восстановительном потенциале суспензии в реакторе сульфидного окисления - 400 мВ. При таком повышении потенциала степень выщелачивания меди падает до 45%, что иллюстрирует чувствительность к потенциалу, который необходимо выбирать для каждого конкретного халькопирита. И наоборот, степень выщелачивания цинка возрастает приблизительно до 94%, как это и следовало ожидать для этого сульфидного минерала при более высоком окислительно-восстановительном потенциале.

Опыт по выщелачиванию 6
По методике, описанной в опыте 4, проведена серия опытов по химическому выщелачиванию с использованием окисления с помощью разбавленной серной кислоты и сульфата железа (III). Опыты по выщелачиванию проводят с использованием концентрата Северо-Американского сульфида меди. По данным анализа концентрат содержит 30,3% меди, 34,3% сульфида и 29,9% железа. Медь присутствует практически исключительно (77% на массу концентрата) в виде халькопирита при небольшом количестве (приблизительно 2 мас.%) других сульфидов меди (халькозин, дигенит и ковеллит). Первоначальная степень измельчения образца концентрата - 90%, проходящих через 103,8 мкм.

Первые два опыта по химическому выщелачиванию проводят при температуре 35^oС. Эти два опыта проведены при окислительно-восстановительном потенциале суспензии, установленном на 394 и 444 мВ. Два других опыта проведены при тех же окислительно-восстановительных потенциалах, но с использованием концентрата, который имеет степень измельчения - 90%, проходящих через 6,9 мкм. Результаты опыта суммированы в таблице.

Сильное измельчение концентрата халькопирита часто может улучшать кинетику выщелачивания и кинетику экстракции меди благодаря увеличению площади поверхности выщелачивания или стимулирования кристаллографической дислокации. Для данного концентрата более тонкое измельчение, как оказалось, не улучшает кинетики выщелачивания и экстракции меди. Экстракция меди, достигнутая при двух изученных окислительно-восстановительных потенциалах, не превышает 17%.

Для концентратов более тугоплавкого халькопирита этого типа обычно необходимо повышение температуры выщелачивания, для получения приемлемой кинетики выщелачивания и экстракции.

При 70^oС проведена дополнительная серия опытов, в которых используется как исходный концентрат, так и образец концентрата, тонко измельченный до величины - 90%, проходящих через 6,9 мкм. Проведено 6 опытов на каждом образце концентрата при окислительно-восстановительных потенциалах суспензии 394, 404, 414, 424, 434 и 444 мВ. Результаты опытов представлены на фиг.8.

Результаты опыта на тонко измельченном концентрате (90% проходит через 6,9 мкм) показывают, что в течение периода времени в 48 ч возможна высокая степень извлечения меди (>98%) при окне окислительно-восстановительного потенциала 414-434 мВ. Выше или ниже этого интервала кинетика выщелачивания меди менее предпочтительна. Результаты опытов также показывают, однако, что сравнительно высокая экстракция меди также возможна для более грубого концентрата (90% проходит через 103,9 мкм), но при более узком окне окислительно-восстановительного потенциала - около 414 мВ. Из этого следует, что для данного концентрата при измельчении концентрата для максимального выщелачивания меди и ее извлечения, можно избежать увеличения стоимости процесса благодаря использованию окна окислительно-восстановительного потенциала около 414 мВ.

Опыты по выщелачиванию в рудной колонне
Опыты по выщелачиванию в колонне с использованием частиц руды проводят таким образом, чтобы смоделировать процесс непрямого биовыщелачивания в отвале, при котором выщелачивающую жидкость "разбавленная серная кислота-сульфат железа", которая просачивается через отвал, получают в отдельном процессе бактериального генерирования железа (III), вынесенном за пределы рудного отвала. Ключевым аспектом этого типа процесса непрямого биовыщелачивания является то, что он позволяет выбирать для этой выщелачивающей жидкости окислительно-восстановительный потенциал (отношение ионов железа (III) к ионам железа (II)). Этот процесс можно сравнить с прямым биовыщелачиванием, при котором реакции бактериального окисления, в том числе окисление ионов железа (II) в ионы железа (III), протекают в отвале руды и любое регулирование окислительно-восстановительного потенциала затруднено, если вообще возможно.

Экспериментальное оборудование, которое используется в лабораторных опытах по выщелачиванию в колонне, показано на прилагаемой схеме на фиг.9. Опыты по выщелачиванию в колонне проводят с использованием приблизительно 15 кг образца измельченной руды, находящейся в пластиковой колонне высотой 1 м и диаметром 0,12 м. Колонны (9) имеют водяную рубашку (10), что позволяет поддерживать температуру при 35^oС. Жидкость просачивается через колонну со скоростью 27 л/м² поверхности руды в час и собирается в отстойнике (11), расположенном ниже колонны. Необходимое отношение ионов железа (III) к ионам железа (II) (окислительно-восстановительный потенциал) в отстойнике поддерживается на нужном уровне путем добавления в отстойник раствора перекиси водорода. Этот прием эффективно моделирует стадию внешнего бактериального получения ионов железа (III). Через жидкость в отстойнике барботируют азот, чтобы обеспечить перемешивание; азот также пропускают через колонну, чтобы минимизировать возможность роста бактерий, которые присутствуют на частицах руды в колонне.

Выщелачивающая жидкость содержит питательные бактериальные вещества в тех же концентрациях, которые указаны в опыте 1. Величину рН раствора в отстойнике поддерживают при 0,8 путем добавления серной кислоты.

По анализу образец руды содержит 1,07% меди, 3,5% железа и 2,1% сульфида. Минералогический анализ показывает, что приблизительное массовое содержание сульфидного минерала в руде соответствует 1,5% халькопирита, 0,5% халькозина, дигенита и ковеллита; <0,5% борнита и 2,5% пирита. Чтобы дополнительно оценить количество нехалькопиритных сульфидов меди в руде, образец руды подвергают цианидному выщелачиванию. Установлено, что нехалькопиритные сульфиды меди легко растворяются в цианиде, тогда как халькопирит в этом случае не растворяется. Такие результаты выщелачивания показывают, что 51% меди присутствует в виде легко выщелачиваемых нехалькопиритных сульфидов меди, а остальные 49% представляют собой халькопирит.

Опыт по выщелачиванию в колонне 1
Проводят два сравнительных опыта с использованием руды, измельченной до -6 мм. В одном из опытов окислительно-восстановительный потенциал в отстойнике поддерживают на уровне "высокого окислительно-восстановительного потенциала" - 505 мВ, а в другом опыте - на уровне "низкого окислительно-восстановительного потенциала" - 396 мВ. Полученные результаты представлены на фиг. 10, где процент извлечения меди, который оценен по меди в растворе, отнесен ко времени выщелачивания. Эти данные показывают, что вначале достигается более высокая скорость экстракции меди, вероятно вследствие того, что легко выщелачиваемый нехалькопиритный сульфид меди выщелачивается быстрее при более высоком окислительно-восстановительном потенциале при окончательной экстракции, устанавливающейся на максимальной экстракции меди 67%. При более низком значении окислительно-восстановительного потенциала скорость выщелачивания меди падает, вероятно, вследствие того, что при более низком окислительно-восстановительном потенциале нехалькопиритный сульфид меди выщелачивается медленнее, но при окончательной экстракции меди, находящейся на более высоком уровне 83%. Если предположить, что в каждом случае выщелачивается вся легко выщелачиваемая медь, и, приняв во внимание, что 49% меди присутствует в виде халькопирита, можно рассчитать, что при высоком окислительно-восстановительном потенциале выщелачивается 33% халькопирита меди. Для более низкого окислительно-восстановительного потенциала аналогично можно подобным образом рассчитать, что выщелачивание халькопирита повышается до 65%.

Опыт по выщелачиванию в колонне 2
Этот опыт выщелачивания по основным позициям аналогичен опыту по выщелачиванию в колонне 1. В этом случае образец руды измельчен до -12 мм, и опыт по выщелачиванию проводят в 2 фазы - начальная фаза длится до 135 дней и на этой фазе используется высокий окислительно-восстановительный потенциал (505 мВ); а на второй фазе окислительно-восстановительный потенциал устанавливается на более низком уровне (396 мВ). Полученные результаты представлены на фиг.11.

На начальной фазе при высоком окислительно-восстановительном потенциале через 135 дней экстракция меди в конечном итоге устанавливается на максимальном уровне 58%. Снова предполагая, что весь нехалькопирит выщелачивается, можно рассчитать, что в этом случае из халькопирита выщелачивается 14% меди. После понижения на 135 день окислительно-восстановительного потенциала выщелачивающего раствора наблюдается дополнительное выщелачивание меди при установлении экстракции на уровне 81%. Снова можно рассчитать, что это соответствует общей экстракции халькопиритной меди 61%.

При рассмотрении данных всех опытов видно, что более низкие уровни экстракции меди из халькопиритного компонента руды наблюдаются при более высоком значении окислительно-восстановительного потенциала, что обычно является результатом пассивирования халькопирита в этих условиях. Выщелачивание при более низком окне окислительно-восстановительного потенциала улучшает выщелачивание халькопирита даже в случае более сложного процесса выщелачивания при просачивании через руду, когда дополнительные факторы, такие как эффективность просачивания, эффекты массового переноса и осаждение железа и серы, могут оказывать доминирующее влияние на параметры процесса.

Из вышесказанного можно понять, что изобретение предлагает очень простой способ эффективного выщелачивания меди из халькопирита, который не включает использование каких-либо дорогих или вредных катализаторов или активаторов и который целиком основан на регулировании и установлении параметров и условий выщелачивания.

Формула изобретения

1. Способ выщелачивания халькопирита, включающий его обработку выщелачивающим раствором сульфата железа (III) в присутствии разбавленной серной кислоты для окисления сульфидного материала и поддержание поверхностного потенциала халькопирита регулированием отношения ионов трехвалентного железа (Fe³⁺) к ионам двухвалентного железа (Fe²⁺) в выщелачивающем растворе, отличающийся тем, что выщелачивание осуществляют в отсутствии серебра в качестве катализатора при поддержании поверхностного потенциала халькопирита в диапазоне 350-450 мВ.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сульфат железа (III) получают на стадии бактериального окисления.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что отношение ионов трехвалентного железа (Fe³⁺) к ионам двухвалентного железа (Fe²⁺) регулируют путем контроля подачи кислорода на стадию бактериального окисления.

4. Способ по п. 2 или 3, отличающийся тем, что бактериальное окисление осуществляют в отдельном реакционном сосуде, и полученный выщелачивающий раствор направляют в процесс выщелачивания.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что выщелачивание осуществляют раствором, полученным в процессе бактериального окисления ионов двухвалентного железа (Fe²⁺) в ионы трехвалентного железа (Fe³⁺), позволяющим достигнуть в реакторе выщелачивания величины окислительно-восстановительного потенциала от 350 до 450 мВ, причем окислительно-восстановительный потенциал в реакторе выщелачивания регулируют путем контроля скорости добавления в реактор выщелачивания насыщенного железом (III) выщелачивающего раствора.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что выщелачивающий раствор со стадии выщелачивания халькопирита циркулируют на стадию выделения меди для извлечения части растворенной меди.

7. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что осуществляют выщелачивание в отвале, при котором выщелачивающий раствор кондиционируют для получения указанного поверхностного потенциала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12