Способ извлечения меди чановым выщелачиванием из смешанных и окисленных руд

Изобретение относится к гидрометаллургии, а именно к переработке руд, продуктов и отходов горно-обогатительных и металлургических производств, содержащих сульфиды металлов, и может быть использовано при извлечении меди из смешанных и окисленных руд чановым выщелачиванием. Технический результат заключается в повышении извлечения меди из руды и кинетики выщелачивания, снижении расхода серной кислоты и времени выщелачивания. Перед выщелачиванием руду дробят и измельчают до крупности 60-70% не более 3,0 мм. Выщелачивание руды проводят в чанах при перемешивании в течение 60-120 минут раствором серной кислоты начальной концентрацией 10-40 г/л и содержании твердой фазы 50-70%. При выщелачивании в течение первых 40 минут поддерживают концентрацию серной кислоты не менее 10 г/л. После окончания выщелачивания осуществляется разделение твердой и жидкой фаз и извлечение меди из жидкой фазы выщелачивания. 5 з.п. ф-лы, 6 табл.

 

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных и благородных металлов, а именно к переработке руд, продуктов и отходов горно-обогатительных и металлургических производств, содержащих сульфиды металлов, и может быть использовано при выщелачивании чановым способом. Изобретение может быть использовано для извлечения металлов в раствор, а также вскрытия редких и благородных металлов, вкрапленных в сульфиды металлов.

Извлечение металлов из смешанных и окисленных руд выщелачиванием в растворе сернокислой среды является недорогим и часто используемым способом, к преимуществам которого можно отнести разработанные методы извлечения металлов из сернокислых растворов выщелачивания.

Известен способ переработки сульфидных медно-цинковых продуктов (RU 2203336, С22В 3/18, 15/00, опублик. 05.03.2002), включающий первую стадию - выщелачивание ионами трехвалентного железа в сернокислой среде при интенсивном перемешивании до накопления иловой фракции - 10 мкм до 40-60% от массы выщелачиваемого продукта, отделение фракции + 10 мкм и возврат ее на первую стадию. Вторую стадию - довыщелачивание иловой фракции при аэрации воздухом - производят до накопления иона трехвалентного железа до концентрации 12-15 г/ дм³ и затем осуществляют возврат на первую стадию с промежуточным выделением цветных металлов.

Разделение процесса чанового выщелачивания на две стадии позволяет создать оптимальные условия для химического окисления сульфидов и для поддержания высокой окислительной активности бактерий, используемых для регенерации трехвалентного железа во второй стадии.

Недостатками способа являются неполное извлечение металла из руды, ограничения на технологические параметры, определяемые бактериальным способом, необходимость применять для переработки три аппарата - для выщелачивания продукта, для регенерации железа в растворе и для разделения твердой фазы на фракции по крупности, что в свою очередь повышает временные затраты на выщелачивание.

Известен также способ переработки продуктов, содержащих сульфиды металлов (см. WO 96/29439 А1, 26.09.1996 г.), в составе которых содержится железосодержащий минерал. Указанный способ включает выщелачивание продукта, тонко измельченного до крупности 20 мкм и менее в растворе серной кислоты, и ионов трехвалентного железа и диспергирование кислородсодержащим газом при температуре от 60°С до точки кипения раствора 100°С, при котором часть серной кислоты и ионов железа производятся окислением железосодержащего минерала, осаждение избытка железа и отделение осажденного железа вместе с другими твердыми материалами из выщелачивающего раствора, экстракцию нужных ионов металла из раствора органическим растворителем с образованием очищенного раствора и возврат очищенного раствора в чан для выщелачивания и смешение с дальнейшей порцией измельченной руды.

Данный способ имеет следующие недостатки:

- необходимость сверхтонкого измельчения перерабатываемого продукта, являющегося очень дорогостоящим процессом;

- использование для регенерации железа химически устойчивого молекулярного кислорода при атмосферном давлении определяет низкую скорость регенерации железа, что в свою очередь понижает скорость выщелачивания;

- повышенный уровень временных затрат на выщелачивание;

- высокий расход серной кислоты для выщелачивания.

Наиболее близким по технической сути к заявленному способу является 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, и регенерации трехвалентного железа, осуществляемой соединениями элементов, потенциалы перехода которых из высших степеней валентности в низшие выше, чем у железа.

Основным недостатком способа является отсутствие условий для осуществления эффективного процесса чанового выщелачивания, полной схемы переработки чанового выщелачивания смешанной руды.

В изобретении достигается технический результат, заключающийся в повышении извлечения меди из руды и кинетики выщелачивания, снижении расхода серной кислоты и времени выщелачивания.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

В способе извлечения меди чановым выщелачиванием из смешанных и окисленных руд руда дробится и измельчается до крупности 60-70% класса минус 3,0 мм. Выщелачивание руды проводится в чанах при перемешивании в течение 60-120 минут раствором серной кислоты начальной концентрацией 10-40 г/л и содержании твердой фазы 50-70%. При выщелачивании в течение первых 40 минут поддерживается концентрация серной кислоты не менее 10 г/л. После окончания выщелачивания осуществляется разделение твердой и жидкой фазы и извлечение меди из жидкой фазы выщелачивания.

При этом разделение твердой и жидкой фазы осуществляют методом фильтрования.

Кроме того, извлечение меди из жидкой фазы осуществляют методом жидкостной экстракции с последующей электроэкстракцией.

Технический результат способа обеспечивается следующим.

Высокая кинетика выщелачивания обеспечивается за счет поддержания концентрации серной кислоты не менее 10 г/л в течение 40 мин выщелачивания.

После 40 минут выщелачивания подача серной кислоты и поддержание концентрации не менее 10 г/дм³ не приводит к повышению извлечения меди в раствор.

Снижение расхода серной кислоты, повышение кинетики выщелачивания и соответственно извлечения меди в раствор в данном способе происходит за счет следующих параметров и режимов процесса:

- крупность руды выщелачивания - 3,0-1,0 мм;

- распределение подачи серной кислоты в процессе выщелачивания, не допускающем ее высокую концентрацию и слишком низкую концентрацию;

- содержание твердой фазы при выщелачивании 50-70% твердой фазы.

При уменьшении размеров частиц руды увеличивается поверхность контакта с минералами пустой породы и непроизводительный расход кислоты. При более высокой крупности частиц увеличивается удельная скорость разделения фаз после выщелачивания, в том числе скорость осаждения и фильтрования, что снижает затраты и время осуществления этой операции.

При значительном увеличении концентрации серной кислоты более 40 г/л растворяется большее количество минералов пустой породы и соответственно увеличивается непроизводительный расход кислоты.

В то же время снижение концентрации менее 10 г/л приводит к значительному снижению скорости процесса выщелачивания.

Высокое содержание твердой фазы при выщелачивании позволяет создать без дополнительного расхода более высокую концентрацию серной кислоты, так как в меньшем объеме можно при одинаковом расходе кислоты создать большую концентрацию. Содержание твердой фазы 50-70% при крупности руды - 3,0 мм позволяет обеспечить хорошее перемешивание при выщелачивании, а также дополнительное самоизмельчение руды за счет трения частиц между собой при перемешивании. Выщелачивание при большем содержании твердой фазы позволяет уменьшить объем аппаратов для выщелачивания, увеличить концентрацию кислоты в процессе выщелачивания и сократить время выщелачивания.

Распределение расхода серной кислоты в процессе выщелачивания позволяет извлечь максимальное количество меди за 60-120 минут.

Пример 1.

Медную руду Удоканского месторождения выщелачивали при содержании твердой фазы 50%, 55% и 60%. Выщелачивание в плотной пульпе проводили при различном расходе и исходной концентрации серной кислоты. Для предотвращения значительного уменьшения скорости выщелачивания, связанного со снижением концентрации серной кислоты, связанным с ее расходованием в химических реакциях, либо увеличивали начальную концентрацию серной кислоты, либо добавляли кислоту в ходе выщелачивания при падении ее концентрации ниже 10 г/дм³. Отдельные сравнительные результаты выщелачивания при плотности пульпы 50 и 60% тв. представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Влияние содержания твердой фазы на извлечение меди
№ опыта	Плотность выщел., %	Подача H2SO4, кг/т	pH в конце выщел.	Концентрация, г/дм3	Использовано H2SO4, кг/т	Извлеч. Cu из окисл. медных минер., %
H2SO4 Нач.	H2SO4 Кон.	Cu	Всего на выщ.	На медн. минер.	На минер. пустой породы
7	50	18,8	1,79	18,8	2,87	5,71	15,93	7,71	8,22	79,3
111	60	17,7	2,16	18,8	0,7	9,2	17,24	8,25	8,98	87,8
24	50	19,1	1,54	19,1	1,8	4,0	17,3	5,4	11,9	86,2
16	60	24,1	1,47	20,0	5,6	10,5	20,9	9,05	11,85	93,7

При увеличении плотности пульпы выщелачивание необходимо проводить при более интенсивном перемешивании для поддержания частиц во взвешенном состоянии. При плотности пульпы 60% тв. извлечение меди не уменьшается, а в отдельных опытах даже увеличивается по сравнению с плотностью пульпы 50% тв. Извлечение меди из окисленных минералов в раствор при увеличении плотности пульпы выщелачивания возрастает в отдельных опытах на 7,5-8,5%. Повышение извлечения меди в раствор при более плотных пульпах объясняется повышением концентрации серной кислоты в жидкой фазе пульпы выщелачивания, а также самоизмельчением - истиранием частиц руды и образованием свежей поверхности между собой при интенсивном перемешивании в меньшем объеме.

Пример 2.

Выщелачивание медной смешанной руды при содержании 60% твердой фазы и различном расходе серной кислоты (таблица 2).

Таблица 2 - Влияние концентрации серной кислоты на извлечение меди (60% тв.)
№ опыта	Концентрация, г/дм3	Извлечение меди в раствор, за 5 мин, %	Расход кислоты за 5 мин, кг/т руды	Расход кислоты на 1 кг меди (за 5 мин)
Начал.H2SO4	Cu, через 5 мин	Fe+3/FeΣ, через 5 мин	На выщел.	На выщелач. меди	На минер. пустой породы
20в	20,0	6,64	0,15/1,3	61,3	8,55	5,96	2,59	1,94
19	25,0	7,04	0,1/1,34	65,02	9,34	6,32	3,02	1,99
17	30,0	7,14	0,4/1,6	65,9	10,88	6,41	4,47	2,29
18	36,2	7,84	0,1/1,5	72,4	11,70	7,04	4,66	2,24

При увеличении концентрации серной кислоты в жидкой фазе пульпы с 20,0 г/дм³ до 36,2 г/дм³ в течение первых 5 минут выщелачивания наблюдается рост извлечения меди на 11,1%, однако при этом непродуктивный расход кислоты на растворение минералов пустой породы возрастает на 79,9%. Расход серной кислоты на 1 кг выщелоченной меди при увеличении исходной концентрации кислоты в растворе до 36,2 г/дм³ также повышается и составляет 2,29 кг/кг меди.

Скорость извлечения меди повышается с 0,177 г/мин при концентрации серной кислоты 20 г/дм³ до 0,187 г/мин при 25 г/дм³, 0,19 г/мин при 30 г/дм³ и 0,209 г/мин при концентрации кислоты 36,2 г/дм³.

Концентрация серной кислоты оказывает влияние на скорость извлечения меди в раствор и, соответственно, на конечное извлечение меди, которое достигается за 1-2 часа выщелачивания.

При снижении концентрации серной кислоты ниже 10 г/дм³ скорость выщелачивания меди значительно уменьшается.

Регулирование концентрации серной кислоты позволяет повысить извлечение меди до 95,3% при невысоком расходе кислоты 24,0 кг/т (оп. 20_В).

Конечное извлечение меди в ходе выщелачивания при одинаковом расходе серной кислоты зависит, кроме исходной концентрации кислоты, от режима подачи серной кислоты.

При исходной концентрации кислоты 36,2 г/дм³, расходе кислоты 24,0 кг/т и подаче всей кислоты в начале выщелачивания достигается извлечение меди 95,5% (опыт 18), при более низкой исходной концентрации серной кислоты 20 г/дм³, расходе кислоты 24,0 кг/т и регулировании подачи кислоты также достигается высокое извлечение 95,3% (опыт 20_В).

Наибольшего извлечения меди можно достичь как за счет повышения исходной концентрации серной кислоты, так и за счет регулирования подачи для поддержания концентрации кислоты в ходе выщелачивания на уровне выше 10 г/дм³.

Пример 3.

Выщелачивание смешанной медной руды Удоканского месторождения при расходе серной кислоты 17,7, 18,8, 20,0, 24,0, 25,7, 30,1 кг/т руды. Основные результаты представлены в таблице 3.

При увеличении расхода серной кислоты на выщелачивание с 17,7 до 24,0-25,7 кг/т руды извлечение меди возрастает на 30,8%, потребление серной кислоты на растворение медных минералов увеличивается на 3,18 кг/т руды, а на растворение минералов пустой породы - уменьшается на 3,63 кг/т.

При дальнейшем увеличении расхода серной кислоты (до 30,16 кг/т) роста извлечения меди не происходит, а расход кислоты на пустую породу значительно возрастает (на 4,45 кг/т).

Таблица 3 - Определение расхода серной кислоты на извлечение меди
№ опыта	расход. H2SO4, кг/т	Концентрация, г/дм3	Извлечение меди в раствор, %	Расход кислоты, кг/т	Расход кислоты на 1 кг меди
Cu	Fe+3/FeΣ	Всего на выщел.	На выщелач. меди	На минер. пустой породы
10	17,7	6,96	-	65,2	15,77	6,25	9,5	3,41
7	18,8	5,71	-	79,3	15,93	7,71	8,22	2,79
20	20,0	6,75	0,15/1,7	92,7	16,22	9,0	7,22	2,43
16	24,1	10,15	0,5/4,0	93,7	20,9	9,05	11,85	3,09
18	24,1	10,34	0,3/2,6	95,5	20,05	9,35	10,7	2,92
225	25,7	10,4	0,3/2,5	96,0	18,44	9,43	9,015	2,67
112	30,16	9,3	-	93,1	22,4	8,95	13,46	3,38

Расход кислоты на 1 кг выщелоченной меди минимален при общем расходе 20 кг/т. С точки зрения экономии серной кислоты этот расход можно считать оптимальным. Расход серной кислоты 24-25 кг/т для пробы пр.29 позволяет получить наибольшее извлечение меди в раствор, но при этом увеличиваются затраты кислоты на минералы пустой породы.

Для пробы 5пп уже при расходе серной кислоты на выщелачивание 20,0 кг/т достигается извлечение меди в раствор 94,5% (оп.22_В1) и дальнейшее повышение расхода до 26,0 кг/т не дает прироста извлечения меди (оп.14), однако расход кислоты на 1 кг выщелоченной меди возрастает с 4,2 кг/кг до 4,92 кг/кг.

Пример 4.

Результаты выщелачивания при одинаковых значениях начальной концентрации и расхода серной кислоты на выщелачивание приведены в таблице 4.

Результаты опытов показали, что при подаче всей кислоты в начале процесса (оп.25) извлечение меди меньше, чем при дробной подаче (оп.19, 16), причем, чем равномернее производится подача серной кислоты, тем больше извлекается меди в раствор (оп.20_В).

Таблица 4 - Влияние регулирования подачи серной кислоты на извлечение меди в раствор при выщелачивании пробы пр.29 при плотности пульпы 60% тв.
N опыта	расход. H2SO4, кг/т	Начал. конц. H2SO4, г/дм3	Режим подачи кислоты	Извлечение меди в раствор, %	Израсходовано кислоты, кг/т	Расход кислоты на 1 кг меди
Всего на выщел.	На выщелач. меди	На минер. пустой породы
17	24,0	30,0	На 75 мин	86,8	19,05	8,45	10,6	3,04
25	24,0	24,0	Вначале	88,2	14,98	8,57	6,41	2,36
19	22,7	25,0	На 10, 20 мин	91,3	17,28	8,64	8,64	2,70
16	24,0	20,0	На 5, 20 мин	93,7	20,9	9,05	11,85	3,12
20в	24,0	20,0	Постепенно	95,3	17,98	9,27	8,71	2,62

При равномерной подаче также уменьшается расход кислоты на пустую породу и, соответственно, расход кислоты на 1 кг выщелоченной меди. Запаздывание с добавлением кислоты на 5-10 минут также приводит к потере извлечения меди (оп.19, оп.11₁). Подача серной кислоты в конце выщелачивания (оп.17 после 75 минут выщелачивания) не приводит к увеличению извлечения меди, а кислота расходуется на растворение минералов пустой породы.

Способом повышения извлечения меди в раствор при выщелачивании медной руды Удоканского месторождения является поддержание концентрации серной кислоты в жидкой фазе пульпы выщелачивания за счет оптимального режима подачи.

Пример 5.

Для определения оптимального значения проведены исследования выщелачивания руды при крупности -3,0+0,0 мм, -2,0+0,0 мм и -0,1+0,0 мм при одинаковых условиях перемешивания и плотности пульпы 50% твердого. Результаты выщелачивания руды пробы пр.29 крупностью -3,0+0,0 мм и -0,1+0,0 мм представлены в таблице 5. Результаты выщелачивания руды пробы 5пп крупностью -3,0+0,0 мм и -2,0+0,0 мм представлены в таблице 6.

Таблица 5 - Выщелачивание руды пробы пр.29 различной крупности при 50% тв.
N опыта крупность, мм	Подача H2SO4, кг/т	Концентрация, г/дм3	pH	Использовано H2SO4,кг/т	Извлеч. Cu из окисл. медных минер, %
H2SO4 нач.	H2SO4 кон.	Cu	FeΣ	Всего на выщ.	На медн. минер.	На мин. пустой породы
Оп.20	20,0	20,0	4,16	6,75	1,7	1,46	16,22	9,0	7,22	92,7
-3,0+0,0
Оп.22В2	36,2	28,76	8,1	6,36	3,7	1,24	29,05	8,2	20,85	84,34
-0,1+0,0

Таблица 6 - Выщелачивание руды пробы 5пп различной крупности при 50% тв.
N опыта крупность, мм	Подача H2SO4, кг/т	Концентрация, г/дм3	рН	Использовано H2SO4, кг/т	Извлеч. Cu из окисл. медных минер., %
H2SO4 нач.	H2SO4 кон.	Cu	Fe	Всего на выщ.	На медн. минер.	На мин. пустой породы
Оп.3	20,0	20,0	2,59	3,49	0,81	1,74	18,26	4,71	13,55	77,2-96,1
-3,0+0,0
Оп.4	20,0	20,0	4,34	3,29	0,45	1,48	18,52	4,415	14,105	73,1-95,6
-2,0+0,0

Уменьшение крупности руды ниже -3,0+0,0 мм не приводит к увеличению извлечения меди в раствор. Для выщелачивания меди из руды крупностью -0,1+0,0 мм требуется значительно большее количество серной кислоты, затраты серной кислоты на растворение минералов пустой породы возрастают более чем в 2 раза (с 7,22 кг/т до 20,85 кг/т). В ходе выщелачивания руды крупностью -0,1+0,0 мм при расходе кислоты 36,2 кг/т извлечение меди из окисленных минералов в раствор составляет 84,6%, а в ходе выщелачивания руды крупностью -3,0+0,0 мм при расходе кислоты 20,0 кг/т извлечение окисленной меди составляет 92,7%. Снижение извлечения меди при выщелачивании руды меньшей крупности объясняется недостатком серной кислоты (концентрация кислоты 0,1-1,2 г/дм³, рН поднимается до 2,2-3,5 ед.), а также особенностями перемешивания тонкого продукта. Данные минералогических исследований класса крупности -3,0+0,5 мм исходной руды показывают, что растворимые минералы меди в основном находятся в виде кайм на поверхности частиц руды, доступны для растворов выщелачивания, поэтому для их растворения не требуется тонкого измельчения.

Аналогичные результаты получены при выщелачивании различной крупности руды пробы 5пп. Извлечение при более мелком измельчении (2,0+0,0 мм) не возрастает, а даже несколько падает, при крупности руды -3,0+0,0 мм извлечение меди из окисленных минералов в раствор составляет 77,2-96,1%, а при крупности -2,0+0,0 мм - 73,1-95,6%.

1. Способ извлечения меди из смешанных и окисленных руд, заключающийся в дроблении и измельчении руды до крупности 60-90% не более 3,0 мм, выщелачивании руды в течение 60-120 мин раствором серной кислоты начальной концентрацией 10-40 г/л в чанах при перемешивании и содержании твердой фазы 40-70% с поддержанием в течение первых 40 мин концентрации серной кислоты не менее 10 г/л, разделении после выщелачивания твердой и жидкой фазы и извлечении меди из жидкой фазы выщелачивания.

2. Способ по п.1, в котором при выщелачивании используют виброперемешивание.

3. Способ по п.1, в котором разделение твердой и жидкой фазы осуществляют сгущением.

4. Способ по п.1, в котором разделение твердой и жидкой фазы осуществляют фильтрованием.

5. Способ по п.1, в котором разделение твердой и жидкой фазы осуществляют сгущением с дальнейшим фильтрованием.

6. Способ по п.1, в котором извлечение меди из жидкой фазы осуществляют методом жидкостной экстракции с последующей электроэкстракцией.