Способ выщелачивания сульфидсодержащих продуктов

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, а именно к гидрометаллургической переработке руд, продуктов обогащения, отвалов, шлаков, содержащих сульфиды металлов, чановым, кучным и подземным способом. Техническим результатом изобретения является улучшение условий массообмена реакций в системе жидкость-газ для осуществления выщелачивания, повышение кинетики регенерации окислителя, разложения сульфидов, извлечения металлов в раствор при сокращении времени выщелачивания. Способ включает контактирование сульфидсодержащего продукта с водным раствором серной кислоты концентрацией более 1,8 г/дм³ в присутствии ионов трехвалентного железа, окисление в растворе выщелачивания двухвалентного железа. Контактирование ведут путем прокачивания раствора выщелачивания через гидродинамический излучатель при подаче в него газовой фазы, содержащей озон с концентрацией более 20 г/м³, и поступления потока газожидкостной смеси из гидродинамического излучателя в нижнюю часть контактной камеры перед преграждающей поверхностью. Раствор после окисления железа возвращают на выщелачивание. 6 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных и благородных металлов, а именно к переработке руд, продуктов обогащения, отвалов, шлаков, содержащих сульфиды металлов, и может быть использовано для получения металлов из упорного сульфидного сырья чановым, кучным и подземным способом.

Минеральное сырье, в состав которого входят сульфиды металлов, являются упорным и перерабатывается в основном пирометаллургическим способом, а также гидрометаллургическим способом с использованием агрессивных реагентов - азотной или соляной кислоты, и другими соединениями азота и хлора, аммиачными растворами, выщелачиванием трехвалентным железом в сернокислой среде с регенерацией железа бактериями и аэрацией кислородсодержащим газом при атмосферном давлении или автоклавным способом в растворе серной кислоты и при участии кислорода.

Выщелачивание сульфидных металлов в сернокислой среде трехвалентным железом является малозатратным способом, так как в составе руд и продуктов, содержащих сульфиды металлов, присутствуют соединения, при окислении которых в растворе образуются необходимые для осуществления выщелачивания серная кислота и ионы железа.

Известен способ выщелачивания халькопирита (RU 99120714, С22В 15/00, опубл. 20.08.01), в котором окисление железа (II) до железа (III) представляет собой процесс бактериального окисления. Отношение железа (III) к железу (II) регулируют путем контроля за подачей кислорода на стадию бактериального окисления. Процесс бактериального окисления проводят в отдельном реакционном сосуде, а выщелачивающий раствор циркулирует через процесс выщелачивания.

Недостатками способа являются низкая скорость бактериального окисления железа - не более 1 г/дм³ в час, сложность управления бактериального окисления железа и организации способа окисления сульфидного продукта при различной скорости включающих его процессов - химического окисления халькопирита и окисления железа.

Известен также способ переработки продуктов, содержащих сульфиды металлов (RU 2245380, С22В 3/08, опублик. 27.01.2005), заключающийся в выщелачивании продуктов содержащих сульфиды металлов в сернокислом растворе концентрацией от 1,8 г/дм³ до 35 г/дм³ в присутствии ионов трехвалентного железа при его концентрации более 1 г/дм³. Регенерацию трехвалентного железа осуществляют, в частности, озоном.

Основным недостатком способа является отсутствие условий для реализации окисления железа для выщелачивания сульфидного минерального сырья, рационального использования реагентов, в частности озона.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ выщелачивания сульфидных медьсодержащих руд (RU 2124632, Е21В 43/28, опубл. 10.01.99), в котором окисление двухвалентного железа в растворе проводят с помощью бактерий в присутствии кислорода, кроме того, на раствор производят наложение акустических колебаний преимущественно гидродинамическими излучателями.

К достоинству способа относится создание условий для повышения растворения кислорода, необходимого для осуществления реакции окисления железа бактериями воздействием акустических колебаний. Недостатком способа является низкая скорость окисления железа, осуществляемая бактериями, скорость ограничена биологическими возможностями бактерий, сложность управления бактериальными процессами.

Техническим результатом изобретения является улучшение условий массообмена взаимодействия фаз в системе жидкость-газ для осуществления выщелачивания, повышение кинетики регенерации окислителя, разложения сульфидов, извлечения металлов в раствор при сокращении времени выщелачивания.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Способ выщелачивания сульфидсодержащих продуктов включает контактирование сульфидсодержащего прдукта с водным раствором серной кислоты концентрацией более 1,8 г/дм³ в присутствии ионов трехвалентного железа, окисление в растворе выщелачивания двухвалентного железа путем прокачивания раствора выщелачивания через гидродинамический излучатель, в который подается газовая фаза, содержащая озон с концентрацией более 20 г/м³, поступление потока газожидкостной смеси из гидродинамического излучателя в нижнюю часть контактной камеры перед преграждающей поверхностью, возврат раствора после окисления железа на выщелачивание.

При этом газовая фаза содержит воздух и озона или кислород и озон.

Кроме того, газовую фазу в гидродинамический излучатель подают компрессором или за счет создания разрежения.

При этом выщелачивание осуществляют чановым, кучным или подземным способом.

Также, при кучном выщелачивании сульфидсодержащий продукт подвергается дроблению.

Также, при чановом выщелачивании сульфидсодержащий продукт осуществления подвергается дроблению или дроблению и измельчению.

Кроме того, прокачивание раствора выщелачивания через гидродинамический излучатель осуществляется многократно, при этом раствор подают в гидродинамический излучатель из верхней части контактной камеры, а возвращают в нижнюю ее часть.

Окислителем сульфидных продуктов в данном способе являются ионы трехвалентного железа с участием серной кислоты. Серная кислота в процессе выщелачивания расходуется на осуществление процессов окисления сульфидных продуктов а также взаимодействие с кислотопоглощающей пустой породой. При концентрации серной кислоты в растворе выщелачивания менее 1,8 г/дм³ ионы трехвалентного железа выпадают в осадок и окисление сульфидных продуктов прекращается.

Сульфидсодержащие продукты металлов содержат в составе растворимые кислотой окисленные минералы железа и минералы железа, выщелачиваемые раствором, содержащим ионы трехвалентного железа в серной кислоте. В результате выщелачивания железо из сульфидсодержащего продукта переходит в раствор, концентрация его увеличивается, окислительное воздействие повышается. Для эффективного извлечения в раствор металлов из бедного минерального сырья, где содержание сульфидных минералов металлов невысоко, которое перерабатывают обычно кучным и подземным способом, достаточно применять раствор с концентрацией не более 3 г/дм³. Для чанового выщелачивания нужно использовать более высокую концентрацию железа.

После воздействия на сульфидные минералы трехвалентное железо переходит в двухвалентную форму и перестает действовать на сульфидные минералы. Окисление двухвалентного железа озоном позволяет регенерировать окислительные свойства железа.

Для окисления озоном необходимо применять интенсивные методы ввода и растворения газовой фазы, взаимодействия участвующих фаз. Растворение газообразного озона в жидкой фазе для окисления является одной из основных задач эффективного использования озона, так как основное действие его осуществляется в растворенной форме.

Для повышения растворения озона в жидкости требуется максимально увеличить поверхность раздела между газовой и жидкой фазами, то есть поверхность пузырьков, и время пребывания пузырька в растворе. Эти условия растворения впрямую зависят от размеров пузырьков газа.

По сравнению с наиболее часто используемым способом подачи газовой фазы барботажем более интенсивным способом ввода озона в жидкую фазу является эжекторный, при котором размер пузырьков растворение озона происходит за более короткое время - 3-5 секунд. Коэффициент использования озона в этом случае может достигать значения 0,96. Использование эжекции позволяет уменьшить высоту контактных камер и разместить их в меньшем помещении. От конструкции эжектора зависит размер пузырьков, гидродинамика в аппарате и скорость химических и массообменных процессов в контактном аппарате.

Гидродинамические излучатели применяются для интенсификации различных технологических процессов, таких как эмульгирование нерастворимых друг в друге жидкостей, диспергирование твердых частиц в жидкостях, ускорения процессов кристаллизации в растворах, расщепление молекул полимеров, очистка стального литья после прокатки и т.д.

Гидродинамический излучатель позволяет диспергировать подаваемый газ в контактную камеру до столь малого размера пузырьков, что они не определяемы визуально, т.е. доли миллиметра, объем газожидкостной фазы за счет газонасыщения увеличивается на 25-30%. Размер пузырьков регулируется расходом газовой смеси и скоростью подачи газа в излучатель.

Поток газожидкостной смеси из гидроакустического излучателя при столкновении с преграждающей поверхностью позволяет создавать турбулентные потоки в объеме контактной камеры, интенсивно перемешивать жидкость с пузырьками газа в аппарате, создавать равномерное распределение пузырьков в объеме контактной камеры.

Определенная скорость и давление жидкости через гидродинамический излучатель обеспечивают создание условий кавитации механических частей излучателя и интенсивного воздействия на газожидкостную смесь.

Время взаимодействия газа и жидкости увеличивается за счет многократного прокачивания через гидродинамический излучатель жидкости с пузырьками газа из верхней части контактной камеры и возврата в нижнюю часть перед преграждающей поверхностью.

Синтез озона может производиться из осушенного воздуха или из кислорода, поэтому в составе газовой фазы, подаваемой в гидродинамический излучатель на окисление железа, может поступать смесь воздуха с озоном или кислорода с воздухом.

В зависимости от скорости движения жидкости через гидродинамический излучатель и необходимого объема газовой фазы, зависящей в частности от концентрации озона в ней, газовая фаза может подаваться компрессором или всасываться за счет создаваемого разрежения при движении жидкости.

Крупность продукта является существенным параметром, определяющим степень извлечения металлов и время выщелачивания - чем меньше крупность руды, тем более интенсивно идет процесс извлечения. Для подземного выщелачивания крупность руды изменить нельзя. Для кучного выщелачивания руда подвергается дроблению. Крупность руды зависит от ценности извлекаемого металла, стоимости дробления и ограничена условиями просачивание раствора через слой руды прекращается.

Для эффективного окисления сульфидов в условиях чанового выщелачивания сульфидсодержащий продукт должен иметь минимальную крупность с учетом стоимости тонкого дробления и измельчения.

Извлечение металлов из продуктивного раствора может производиться различными способами. Метод жидкостной экстракции селективным органическим экстрагентом с последующей электроэкстракцией позволяет извлекать из растворов только нужные металлы и получать товарные продукты высшего качества.

Примеры реализации способа.

Пример 1.

Осуществление кучного выщелачивания забалансовых смешанных медных руд после дробления подачей на руду водного раствора серной кислоты концентрацией 2 г/дм³ в присутствии ионов трехвалентного железа концентрацией 3 г/дм³, сбор растворов, вытекающих из кучи, отстаивание в прудках, окисление двухвалентного железа в растворе, многократное прокачивание раствора выщелачивания насосом с определенной скоростью и давлением из верхней части контактной камеры через гидродинамический излучатель с возвратом в нижнюю ее часть перед преграждающей поверхностью. В гидродинамический излучатель подавался воздух, содержащий озон с концентрацией 20 г/м³ за счет разрежения, создаваемого в излучателе. Окисление двухвалентного железа в контактной камере сопровождалось повышением температуры до 50°С и происходило за 8-11 минут. Из контактной камеры окисляющий раствор возвращался на выщелачивание руды в куче. При накоплении меди в продуктивном растворе до 2 г/дм³ производилось его извлечение методом жидкостной экстракции - электроэкстракцией.

По сравнению с барботированием озона в контактной камере использование гидродинамического излучателя позволяет снизить время окисления железа почти в 2 раза, повысить удельную скорость окисления железа в 1,8 раз, снизить расход озона на 14%.

Пример 2

Чановое выщелачивание измельченного сульфидного золотомышьякового концентрата в водном растворе серной кислоты концентрацией 10 г/дм³ в присутствии ионов трехвалентного железа концентрацией 8 г/дм³ при содержании твердой фазы 16,7%, многократным прокачиванием пульпы с раствором насосом из верхней части контактной камеры через гидродинамический излучатель с возвратом в нижнюю ее часть перед преграждающей поверхностью. В гидродинамический излучатель компрессором подавалась газовая кислородоозоновая смесь с концентрацией озона 180 г/м³. После поступления в контактную камеру из гидродинамического излучателя газожидкостной смеси она сталкивалась с преградой и создавался турбулентный поток пульпы. Окисление в контактной камере сопровождалось повышением температуры до 62°С. За время выщелачивания 5 часов извлечение мышьяка из арсенопирита в раствор составило 75%. Выщелачивание золотомышьякового концентрата в тех же условиях барботированием озона в контактной камере обеспечило извлечение мышьяка за 5 часов 61%.

1. Способ выщелачивания сульфидсодержащих продуктов, заключающийся в контактировании сульфидсодержащего продукта с водным раствором серной кислоты концентрацией более 1,8 г/дм³ в присутствии ионов трехвалентного железа, окислении в растворе выщелачивания двухвалентного железа путем прокачивания раствора выщелачивания через гидродинамический излучатель при подаче в него газовой фазы, содержащей озон с концентрацией более 20 г/м³, и поступлении потока газожидкостной смеси из гидродинамического излучателя в нижнюю часть контактной камеры перед преграждающей поверхностью, и возврате раствора после окисления железа на выщелачивание.

2. Способ по п.1, в котором газовая фаза содержит воздух и озон или кислород и озон.

3. Способ по п.1, в котором газовую фазу в гидродинамический излучатель подают компрессором или за счет создания разрежения.

4. Способ по п.1, в котором выщелачивание осуществляют чановым, кучным или подземным способом.

5. Способ по п.4, в котором при кучном выщелачивании сульфидсодержащий продукт подвергают дроблению.

6. Способ по п.4, в котором при чановом выщелачивании сульфидсодержащий продукт подвергают дроблению или дроблению и измельчению.

7. Способ по п.1, в котором прокачивание раствора выщелачивания через гидродинамический излучатель осуществляют многократно, при этом раствор подают в гидродинамический излучатель из верхней части контактной камеры, а возвращают в нижнюю ее часть.