СПОСОБ КУЧНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ Российский патент 2008 года по МПК C22B3/08 

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных и благородных металлов, а именно к переработке минерального сырья, в том числе содержащего сульфиды металлов, бедные руды, шламы, отвалы, и может быть использовано для получения металлов кучным, подземным и перколяционным способом, вскрытия тонковкрапленных благородных металлов в сульфиды перед цианированием.

Более 60% территории России находятся в климатических условиях вечной мерзлоты. Вследствие этого осуществление наиболее дешевого способа переработки минерального сырья кучным выщелачиванием становится невозможным в течение всего года из-за замерзания растворов.

Вместе с тем большие запасы металлов находятся в бедных рудах, которые рентабельно перерабатывать только кучным способом.

Выщелачивание минерального сырья в серно-кислой среде трехвалентным железом является малозатратным и экологичным 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 переработки продуктов, содержащих сульфиды металлов, включающий выщелачивание трехвалентным железом в серно-кислой среде с регенерацией окислителя железоокисляющими мезофильными бактериями (СА 2282848, С22В 3/18, опубл. 20.03.2001). Для регенерации трехвалентного железа реагенты, кроме серной кислоты и воздуха, не требуются, так как двухвалентное железо окисляют размножающиеся бактерии.

Недостатками способа являются низкая скорость выщелачивания (время выщелачивания составляет 80-120 часов), зависимость деятельности бактерий от состава продукта, в том числе подавление окисления соединениями мышьяка, сурьмы, свинца, ртути и др., сложность управления процессами, протекающими с участием живых микроорганизмов. Технологические параметры процесса ограничены условиями, необходимыми для поддержания высокой окислительной активности мезофильных бактерий. В связи с этим стабильность бактериального процесса выщелачивания невысокая. Невозможно применять процесс выщелачивания при низких температурах.

Известен также способ переработки продуктов, содержащих сульфиды металлов (WO 96/29439, 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, экстракция нужных ионов металла из раствора органическим растворителем с образованием очищенного раствора и возврате 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;

- ограничение по температуре.

Наиболее близким к заявленному способу является способ переработки продуктов (RU 2245380, С22В 3/08, опубл. 27.01. 2005), содержащих сульфиды металлов, заключающийся в выщелачивании продуктов, содержащих сульфиды металлов при температуре от -10 до +150°С в серно-кислом 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.

Недостатком способа является ограничение на нижнее значение температуры и в связи с этим невозможность реализации кучного выщелачивания в условиях вечной мерзлоты. Ограничения по температуре связано, прежде всего, с недостаточно высокой концентрацией серной кислоты, при которой раствор будет замерзать.

В изобретении достигается следующий технический результат: применение процесса кучного выщелачивания в условиях вечной мерзлоты в течение всего года, увеличение календарного времени осуществления кучного выщелачивания, повышение извлечения металлов из минерального сырья, снижение времени извлечения полезных элементов из минерального сырья кучным выщелачиванием.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

В способе кучного выщелачивания минерального сырья при отрицательной температуре водный раствор серной кислоты концентрацией более 51 г/дм³ и ионов трехвалентного железа концентрацией более 3 г/дм³ подают на минеральное сырье, сложенное на водонепроницаемом основании в кучу. Вытекающий из кучи продуктивный раствор собирают и отстаивают. При этом проводят в продуктивном растворе окисление двухвалентного железа. Из продуктивного раствора извлекают полезные элементы и растворы после окисления железа и извлечения полезных элементов возвращают на выщелачивание минерального сырья.

При этом выщелачиваемое минеральное сырье имеет крупность не менее 3 мм.

Также для окисления двухвалентного железа в продуктивном растворе используют железоокисляющие бактерии с аэрацией воздухом.

Кроме того, окисление двухвалентного железа в продуктивном растворе осуществляется пероксидом водорода.

Также для окисления двухвалентного железа в продуктивном растворе подается озон.

Кроме того, при извлечении в качестве полезных компонентов металлов из продуктивного раствора их извлекают методом жидкостной экстракции и электроэкстракции.

Также в раствор, возвращаемый на выщелачивание, добавляют серную кислоту до концентрации не менее 51 г/дм³.

При этом подачу выщелачивающего раствора осуществляют орошением кучи.

Также подачу выщелачивающего раствора осуществляют затоплением кучи.

Кроме того, при извлечении в качестве полезных компонентов металлов извлечение осуществляют при накоплении концентрации полезных металлов в продуктивном растворе от 2 г/дм³ до 10 г/дм³.

Кроме того, водонепроницаемое основание располагают под уклоном, и куча имеет форму усеченной пирамиды.

Достижение вышеуказанного технического результата с помощью вышеперечисленных признаков обеспечивается следующим образом.

Крупность руды является существенным параметром, определяющим степень извлечения металлов и время выщелачивания - чем меньше крупность руды, тем более интенсивно идет процесс извлечения. Однако при снижении крупности руды менее 3 мм просачивание раствора через слой руды прекращается, раствор из кучи не вытекает и процесс выщелачивания останавливается.

Водопроницаемое основание, а также его уклон служит для обеспечения вытекания и сбора всего продуктивного раствора, содержащего металлы.

Серная кислота является реагентом, участвующим в реакции окисления сульфидов и окислении ионов двухвалентного железа озоном и пероксидом водорода. При концентрации серной кислоты 51 г/дм³ (1Н) раствор, содержащий ионы железа, не замерзает при температуре -10°С. В глубине рудных пород, находящихся в зоне вечной мерзлоты, сохраняется постоянная температура в пределах -7-10°С. Таким образом, для осуществления процесса кучного выщелачивания при отрицательной температуре достаточно поддерживать концентрацию серной кислоты 51 г/дм³. При выщелачивании особенно в первый период выщелачивания кучи серная кислота расходуется на окисление, и ее концентрация падает, что приводит к замерзанию раствора. Поэтому в первый период необходимо подавать на выщелачивание раствор с концентрацией кислоты, превышающей 51 г/дм³.

С увеличением концентрации железа при выщелачивании скорость выщелачивания возрастает, но для эффективного извлечения в раствор металлов из бедного минерального сырья, которое обычно используют для кучного выщелачивания и в котором количество металлов и сульфидных минералов невысоко, достаточно применять раствор с концентрацией не менее 3 г/дм³. Большинство сульфидных руд металлов содержат в составе минералы железа - кислоторастворимые или растворимые применяемым в изобретении раствором, содержащим ионы трехвалентного железа в серной кислоте. В результате выщелачивания железо из руды переходит в раствор и концентрация его увеличивается, окислительное воздействие повышается.

После воздействия на сульфидные минералы трехвалентное железо переходит в двухвалентную форму и перестает действовать на сульфидные минералы. Окисление двухвалентного железа безвредными кислородсодержащими реагентами - озоном и/или пероксидом водорода позволяет регенерировать окислительные свойства железа.

Извлечение металлов из продуктивного раствора может производиться различными способами. Однако метод жидкостной экстракции селективным органическим экстрагентом и метод электроэкстракции позволяют извлекать из растворов только нужные металлы и получать товарные продукты высшего качества.

Подача раствора на выщелачивание может производиться различными способами, наиболее экономным является способ орошения, когда раствор разбрызгивается на верхней части кучи. Способ затопления верхней части кучи раствором для выщелачивания позволяет повысить по сравнению с орошением контакт минералов в руде с раствором и повысить извлечение металлов.

Оптимальным для извлечения металлов методом жидкостной экстракции - электроэкстракции является концентрация не менее 2 г/дм³. Экстракция из растворов концентрацией металла менее 2 г/дм³ ведет к дополнительному расходу реагентов - органического экстрагента и электроэнергии для электролиза. Экстракция из растворов концентрацией металла более 10 г/дм³ приводит к ухудшению технологических показателей экстракции.

Примеры реализации способа.

Пример 1.

Извлечение меди из забалансовой медной руды Удоканского месторождения, содержащей 0,7% меди кучным выщелачиванием, осуществлялось орошением руды крупностью 3,0 мм, размещенной на водонепроницаемое основание с уклоном 7° в виде кучи, водным раствором, содержащим серную кислоту при концентрации 58 г/дм³ и серно-кислое окисное железо при концентрации ионов трехвалентного железа 3 г/дм³, при температуре -12°С. Продуктивный раствор, вытекающий из кучи, не замерзает. Раствор, вытекающий после просачивания через руду, отстаивается, затем в него добавляется пероксид водорода до полного окисления двухвалентного железа до трехвалентного и серная кислота до концентрации 51 г/дм³, после этого раствор подается на орошение кучи. При концентрации меди в растворе выщелачивания более 2 г/дм³ из раствора производилось извлечение металлов методами жидкостной экстракции и электроэкстракции. В условиях проведения процесса замерзание раствора не происходило. Извлечение меди за 165 дней выщелачивания руды составило 95%.

Пример 2.

Кучное выщелачивание никеля из отвалов бедных медно-никелевых руд, содержащих 0,7% никеля и 0,2% меди. Руда дробилась до крупности 15,0 мм, складывалась в кучу в виде усеченного конуса на водонепроницаемое основание, водный раствор серной кислоты концентрацией 76 г/дм³, содержащий серно-кислое окисное железо концентрацией ионов трехвалентного железа 6 г/дм³, подавался при температуре -18°С на поверхность кучи в режиме затопления. В продуктивный раствор, собранный после выщелачивания, в отдельном чане подается озон, после этого раствор снова направляется на выщелачивание. При концентрации металлов в растворе выщелачивания в пределах 2-4 г/дм³ из раствора производится экстракция металлов. За 163 дня выщелачивания руды общее извлечение никеля составляет 63%, меди - 78%.

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных и благородных металлов, а именно к переработке минерального сырья, в том числе содержащего сульфиды металлов, бедные руды, шламы, отвалы, и может быть использовано для получения металлов кучным, подземным и перколяционным способом, вскрытия тонковкрапленных благородных металлов в сульфиды перед цианированием. Техническим результатом является применение процесса кучного выщелачивания в условиях вечной мерзлоты в течение всего года, увеличение календарного времени осуществления кучного выщелачивания, повышение извлечения металлов из минерального сырья, снижение времени извлечения полезных элементов. Способ кучного выщелачивания минерального сырья при отрицательной температуре включает подачу на минеральное сырье, сложенное на водонепроницаемом основании в кучу, водного раствора серной кислоты концентрацией более 51 г/дм³ и ионов трехвалентного железа концентрацией более 3 г/дм³, сбор и отстаивание вытекающего из кучи продуктивного раствора. После отстаивания проводят окисление в продуктивном растворе двухвалентного железа, извлечение полезных элементов, возврат растворов после окисления железа и извлечения полезных элементов на выщелачивание минерального сырья. 10 з.п. ф-лы.

1. Способ кучного выщелачивания минерального сырья при отрицательной температуре, заключающийся в подаче на минеральное сырье сложенное на водонепроницаемом основании в кучу водного раствора серной кислоты концентрацией более 51 г/дм³ и ионов трехвалентного железа концентрацией более 3 г/дм³, сборе и отстаивании вытекающего из кучи продуктивного раствора, окислении в продуктивном растворе двухвалентного железа, извлечении полезных элементов из продуктивного раствора, возврате растворов после окисления железа и извлечения полезных элементов на выщелачивание минерального сырья.2. Способ по п.1, в котором выщелачиваемое минеральное сырье имеет крупность не менее 3 мм.3. Способ по п.1, в котором для окисления двухвалентного железа в продуктивном растворе используют железоокисляющие бактерии с аэрацией воздухом.4. Способ по п.1, в котором окисление двухвалентного железа в продуктивном растворе осуществляют пероксидом водорода.5. Способ по п.1, в котором для окисления двухвалентного железа в продуктивном растворе подают озон.6. Способ по п.1, в котором при извлечении в качестве полезных компонентов металлов из продуктивного раствора их извлекают методом жидкостной экстракции и электроэкстракции.7. Способ по п.1, в котором в раствор, возвращаемый на выщелачивание, добавляют серную кислоту до концентрации не менее 51 г/дм³.8. Способ по п.1, в котором подачу выщелачивающего раствора осуществляют орошением кучи.9. Способ по п.1, в котором подачу выщелачивающего раствора осуществляют затоплением кучи.10. Способ по п.1, в котором при извлечении в качестве полезных компонентов металлов извлечение осуществляют при накоплении концентрации полезных металлов в продуктивном растворе от 2 до 10 г/дм³.11. Способ по п.1, в котором водонепроницаемое основание располагают под уклоном и кучу формируют в виде усеченной пирамиды.