СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СУЛЬФИДНЫХ МЕДНО-ЦИНКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК C22B3/06 C22B15/00 C22B19/00 

Изобретение относится к гидрометаллургической переработке сульфидных медно-цинковых материалов, в частности к способам, обеспечивающим извлечение большей части меди и цинка в товарные продукты, минуя экологически неблагоприятные пирометаллургические производства.

Известные способы переработки медно-цинковых материалов, например медного концентрата, выделяемого из медно-цинковых руд и содержащего 4-6 цинка (извлечение от руды 16-20), основаны на пирометаллургических методах, при осуществлении которых имеют место крайне тяжелые экологические условиях и полная потеря цинка со шлаками медной плавки. Проблема извлечения цинка из шлаков любого пирометаллургического процесса может быть решена лишь с использованием фьюмингования, электротермии и т. п.

Отсюда следует, что разработка и усовершенствование гидрометаллургических методов получения товарных продуктов из коллективных (как впрочем и из селективных) концентратов цветных металлов имеет большое экономическое и экологическое значение.

Одним из эффективных способов гидрометаллургической переработки, обеспечивающей высокие показатели, является автоклавное выщелачивание. Использование повышенных температур и давлений кислородсодержащего газа обеспечивает сравнительно быстрое вскрытие (даже низкосортного) сульфидного сырья.

Различие в скоростях выщелачивания в автоклавных условиях цинка и меди, определяемое прямым разложением сфалерита и многостадиальным процессом для халькопирита
CuFeS₂-Cu₅FeS₄-Cu₂S-CuS-CuSO₄
определяет в большинстве известных в настоящее время автоклавных способах переработки медно-цинковых концентратов выбор в качестве основного направления перевод цинка в раствор и концентрирование меди в кеке (например, Пинигин В. К. Набойченко С. С. Худяков И. Ф. Совершенствование гидрометаллургических процессов и оборудования в металлургии тяжелых цветных металлов. Тезисы докладов к Всесоюзному научно-техническому семинару, 23-25 мая 1977 г. М. Цветметинформация, 1977).

Для улучшения экологических условий и снижения доли пирометаллургических процессов при производстве меди и цинка из коллективных концентратов необходимо стремиться к максимальному переводу этих цветных металлов в раствор при автоклавном выщелачивании.

Современные исследования показывают (Сборник научных трудов Гинцветмета. Энергосберегающие технологии в производстве тяжелых цветных металлов. М. 1992, с. 127-133), что при высокотемпературном автоклавном выщелачивании цинкового концентрата добиться повышенного перехода меди и цинка в раствор можно за счет увеличения парциального давления кислорода и температуры процесса. Однако ввиду присутствия повышенных количеств пирита ужесточение параметров автоклавного вскрытия медно-цинкового сырья, как правило, приводит и к значительному росту перехода в жидкую фазу железа, что существенно затрудняет дальнейшую переработку полученных растворов.

Наиболее близким к изобретению является способ переработки полиметаллических концентратов на основе автоклавного окислительного выщелачивания[Nogueria E. D. The complex Process: non-ferrons metals production from complex piritic concentrates Complex Sulphi de Ores// Pap. Conf. Rome-London, 1980, p. 227-233] по которому измельченный концентрат распульповывают водой до содержания 6-12 твердого и обрабатывают в автоклаве при 470-500 К, общем давлении 3,0 МПа в течение 1 ч. При том цинк и медь почти полностью переходят в раствор.

Для разделения цинка и меди используется экстракция с последующим их осаждением в форме катодных осадков.

Недостатками известного способа являются.

1. Чрезвычайно жесткие параметры процесса выщелачивания, осложняющие конструкцию и эксплуатацию автоклавного оборудования.

Отметим, что отечественной промышленностью не выпускаются большеобъемные промышленные автоклавы, способные работать при давлении 30 атм и температурах, превышающих 200^oC.

2. Низкая плотность пульпы для обеспечения повышенного извлечения металлов в раствор и, как следствие, получение больших объемов разбавленных растворов.

3. Существенная зависимость показателей выщелачивания от окислительных условий процесса, трудности их регулирования и поддержания теплового баланса выщелачивания.

Так, при проведенной нами в условиях, приближающихся к прототипу, серии опытов по автоклавному выщелачиванию медно-цинкового концентрата, содержащего пирит, халькопирит, сфалерит и др. (состав, мас. медь 12,5 16,8; цинк 3,3 5,9; железо 25 34; сера общая 31 42) были получены следующие результаты:
выход оставшегося после выщелачивания твердого 35-45
состав выщелоченного твердого по основным компонентам,
Медь 2-4
Цинк 0,2-0,5
Железо 23-28
Сера общ. 40-50
извлечение в раствор составляло,
Медь 88-97
Цинк 95-98
Железо 70-80
Сера 55-65
концентрация железа в конечном растворе 20-30 г/л при pH<1,0.

Таким образом, кроме уже отмеченных недостатков известный способ автоклавной переработки сульфидных медно-цинковых концентратов характерен получением больших концентраций железа в жидкой фазе окисленной пульпы, что существенно затрудняет и удорожает переработку полученных растворов на товарные медь и цинк.

Известно введение хлорид-ионов, например, в виде CaCl₂ или MnCl₂ при излечении цветных металлов, в т.ч. цинка и меди при окислительном выщелачивании. При этом железо не выщелачивается и остается в остатке (заявка Великобритании N 2128597, С 22 В 3/00, 1984, заявка ЕПВ (ЕР) N 0081310, С 22 В 3/00, 1983). Однако происходит недостаточная очистка от железа.

Кроме того, известно извлечение металлов, в частности меди, из сульфидных материалов раствором, содержащим 3 моль хлорид-иона и, возможно, 15 г/л сульфат-иона при pH 0,5-4,0, атмосферном давлении и температуре 85^oC при пропускании кислорода и перемешивании. Однако также не происходит достаточной очистки от примесей (ЕПВ N 0102725, С 22 В 15/08, 1984).

Выполненные нами исследования показали, что для успешного выделения из полученного при автоклавном выщелачивании медно-цинкового сульфатного раствора меди и цинка (например, экстракцией) концентрация общего железа в нем не должна превышать 2-4 г/л. Отсюда при осуществлении известного способа следует необходимость сложной и дорогой операции железоочистки раствора. Причем затраты на железоочистку многократно (нелинейно) возрастают с увеличением концентрации железа в очищаемом растворе.

Техническим результатом, достигаемым в изобретении, является повышение извлечения в раствор меди и цинка и снижение перехода в раствор железа при пониженных (по сравнению с ближайшим аналогом) параметрах автоклавного выщелачивания.

Предложенный способ переработки сульфидных медно-цинковых концентратов включает автоклавное окислительное выщелачивание пульпы измельченного материала при повышенной температуре и под давлением кислорода, разделение выщелоченной пульпы на раствор и кек, селективное извлечение из раствора меди и цинка в товарные продукты, при этом автоклавное выщелачивание ведут при добавке в обрабатываемую пульпу хлоридов натрия, калия или аммония при концентрации хлорид-ионов 2-4 г/л, температуре 120-180^oC.

Приведенный ниже пример иллюстрирует возможности заявляемого способа.

Пример. Исходный медно-цинковый концентрат (состав, мас. медь 16,6; цинк 3,3; железо 33,6; сера 41,9; прочие 4,6) выщелачивают в присутствии поверхностно-активного вещества в автоклаве при температуре 150-160^oС, общем давлении 13-13,5 ати (парциальное давление кислорода около 8 ати), соотношение фаз Ж/Т 2,5-3,5. В раствор выщелачиваемой пульпы добавлено 2,01 г/л аниона хлора.

Анализ окисленной пульпы, полученной после выщелачивания в течение 3 ч, показал, что в жидкую фазу перешло: 83 меди, 91 цинка и около 1 железа (концентрации в растворе составили 52,9 г/л Cu; 13,8 г/л Zn и 1,1 г/л Fe) - строка 4, табл. 1.

Кек после выщелачивания содержал, мас. медь 3,1; цинк 0,4; железо 40,1; сера 41,6, в т.ч. 11,0 элементной; натрий десятые доли.

Таким образом, в раствор, пригодный для дальнейшей переработки (например, для экстракционного или сорбционного разделения меди цинка и получения соответствующих товарных продуктов) извлеклась большая часть цветных металлов.

Кек, оставшийся после автоклавного выщелачивания, может быть направлен на флотационное обогащение или на пирометаллургическое доизвлечение меди и цинка пирометаллургическими способами, например, в шахтную плавку.

Предлагаемый способ проиллюстрирован также экспериментальными результатами, приведенными в таблице.

Анализ проведенных экспериментов показывает, что добавка в перерабатываемую в автоклаве пульпу хлора позволяет при пониженных параметрах выщелачивания существенно повысить переход в жидкую фазу цветных металлов (особенно это касается меди). Так, сравнивая строки 2 и 4 таблицы, видим, что наличие 2 г/л хлор-иона в растворе исходной пульпы при прочих равных условиях позволяет поднять извлечение меди с 37 до 83 переход в раствор цинка при этом составляет 90-95 Сравнение строк 2 и 4 также убедительно подтверждает эффективность предложенного способа.

Широкая экспериментальная проверка предлагаемого способа показала, что при автоклавном выщелачивании медно-цинкового концентрата (таблица) оптимальная концентрация аниона хлора, подаваемого в виде хлоридов натрия, калия или аммония, лежит в диапазоне 2-4 г/л. При содержании аниона меньше 2 г/л не удается существенно повысить выщелачивание меди (строка таблицы 4б), а при содержании большем чем 4 г/л не обеспечивается дальнейшее улучшение показателей.

Выполненные эксперименты свидетельствуют также, что вводить анион хлора следует в виде соединений натрия, калия или аммония. Использование других соединений хлора, хотя и способствует интенсификации выщелачивания меди и цинка, в то же время не обеспечивает пониженных концентраций в растворе железа (см. строки 5а, 5б).

Таким образом, как следует из результатов экспериментов, предлагаемый способ позволяет при пониженных по сравнению с ближайшим аналогом параметрах автоклавного выщелачивания повысить извлечение в жидкую фазу цветных металлов (особенно меди) и существенно (на порядок и более) снизить переход в раствор основной, затрудняющей переработку растворов, примеси железа.

Использование: изобретение относится к гидрометаллургической переработке сульфидных медно-цинковых материалов, в частности к способам, обеспечивающим извлечение большей части меди и цинка сырья в товарные продукты, минуя экологически неблагоприятные пирометаллургические производства. Сущность изобретения: измельченные сульфидные медно-цинковые материалы подвергают автоклавному окислительному выщелачиванию под давлением кислорода при добавке в обрабатываемую пульпу хлорид-ионов 2-4 г/л и температуре 120-180^oC с последующим разделением выщелоченной пульпы на раствор и кек и селективным извлечением из раствора меди и цинка в товарные продукты. 1 табл.

Способ переработки сульфидных медно-цинковых материалов, включающий автоклавное окислительное выщелачивание пульпы измельченного материала при повышенной температуре и под давлением кислорода, разделение выщелоченной пульпы на раствор и кек, селективное извлечение из раствора меди и цинка в товарные продукты, отличающийся тем, что автоклавное выщелачивание ведут при добавке в обрабатываемую пульпу хлоридов натрия, калия или аммония при концентрации хлорид ионов 2 4 г/л и температуре 120 180^oС.