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

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, в частности меди, к переработке бедных руд, шламов, отвалов, в том числе содержащих сульфиды металлов, и может быть использовано для получения металлов кучным, подземным и перколяционным способом, вкрытия тонковкрапленных благородных металлов в сульфиды перед цианированием.

Значительные запасы металлов находятся в бедных рудах, которые рентабельно перерабатывать только кучным способом.

Кучное выщелачивание минерального сырья в сернокислом растворе является малозатратным способом, так как не требует высоких капитальных затрат на оборудование для выщелачивания и сбора и отстаивания продуктивных растворов и строительства здания для осуществления процесса.

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.

Известен способ переработки продуктов, содержащих сульфиды металлов, за счет применения выщелачивания с использованием термофильных бактерий при температуре от 45 до 68°С (WO 0071763, С22В 3/18, опублик. 30.11.2000). Однако термофильные бактерии не выдерживают увеличения содержания твердой фазы выше 10%. Способ сохраняет также другие недостатки бактериального процесса - сложность управления, ограничения по температуре, концентрации веществ, кислотности среды, интенсивности перемешивания.

Известен также способ извлечения меди и золота из окисленных руд и техногенных отходов (RU 2255127, С22В 11/00, опублик. 27.06.2005), включающий выщелачивание металлов растворами кислот с получением продуктивных растворов, извлечение металлов из растворов с получением обогащенных продуктов и обедненного раствора, доукрепление обедненного раствора выщелачивающим агентом и использование его на выщелачивании.

Недостатками способа являются большое время выщелачивания, невозможность применения процесса для кучного выщелачивания при низких температурах.

Наиболее близким 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 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, с составом раствора, при котором происходит замерзание.

Техническим результатом использования изобретения 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 из минерального сырья кучным выщелачиванием.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

В способе кучного выщелачивания минерального сырья, содержащего сульфиды металлов, при отрицательной температуре водный раствор серной кислоты концентрацией более 1,5 г/дм³, содержащий ионы трехвалентного железа концентрацией более 3 г/дм³ и антигололедные реагенты концентрацией, не позволяющей раствору замерзать при данной температуре, подается на дробленое и измельченное до крупности не менее 3 мм 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, извлекают металлы и раствор возвращают на выщелачивание минерального сырья.

При этом в качестве антигололедного реагента используют хлористый натрий.

При этом в качестве антигололедного реагента используют ацетат аммония.

Кроме того, в качестве антигололедного реагента применяют ацетат аммония модифицированный "Антиснег"-1.

При этом в качестве антигололедного реагента используют ацетат калия модифицированный "Нордикс-П".

При этом в качестве антигололедного реагента применяют хлористый магний модифицированный "Биомаг".

При этом для окисления двухвалентного железа в продуктивном растворе используются железоокисляющие бактерии.

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

Также для окисления двухвалентного железа в продуктивном растворе подается озон.

Кроме того, извлечение металлов из продуктивного раствора производится методом жидкостной экстракции и электроэкстракции.

Также в регенерированный раствор добавляют серную кислоту до концентрации не менее 1,5 г/дм³.

Подачу выщелачивающего раствора осуществляют орошением кучи или затоплением кучи.

Кроме того, извлечение металлов осуществляют при накоплении концентрации полезных металлов в продуктивном растворе более 2 г/дм³.

Кроме того, водонепроницаемое основание расположено 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 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 менее 2 г/дм³ ионы трехвалентного железа выпадают в осадок, и окислительное действие прекращается. Это может произойти внутри кучи, когда серная кислота расходуется, поэтому для эффективного разложения сульфидов необходимо подавать раствор для выщелачивания, содержащий такое количество кислоты, чтобы после прохождения через слой кучи концентрация не снижалась ниже 2 г/дм³. Опыт показывает, что для бедных руд, которые перерабатываются кучным выщелачиванием, и более высокой крупностью, чем чановое выщелачивание, достаточно подавать раствор серной кислоты концентрацией 1,5 г/дм³. С этой же целью необходимо поддерживать концентрацию серной кислоты в растворе, подаваемом на выщелачивание не менее 1,5 г/дм³.

Разработаны и известны антигололедные средства, использующиеся для обработки дорог в зимний период. Температура окружающего воздуха, при которой добавление данных средств позволяет не только не замерзать раствору, но обеспечить таяние уже образовавшегося льда, колеблется от -1 до -30°С. В зоне вечной мерзлоты в глубине рудных пород находящихся сохраняется постоянная температура в пределах -7-10°С. Для осуществления процесса кучного выщелачивания при отрицательной температуре в раствор выщелачивания добавляется один или несколько известных антигололедных реагентов, разработанных для использования в городском хозяйстве в зимнее время: хлористый натрий, ацетат аммония, ацетат аммония модифицированный "Антиснег"-1, ацетат калия модифицированный "Нордикс-П", хлористый магний модифицированный "Биомаг".

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.

Также окисление двухвалентного железа в трехвалентное можно производить железоокисляющими бактериями в растворе серной кислоты, так как известны штаммы адаптированных бактерий, которые сохраняют окислительную активность при концентрации солей, превышающей в 6 раз соленость морской воды. Соленость морской воды составляет около 35 г/л, следовательно, бактерии могут работать при концентрации солей до 210 г/л.

Извлечение металлов из продуктивного раствора может производиться различными способами. Однако метод жидкостной экстракции селективным органическим экстрагентом и электроэкстракции позволяет 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.

Примеры реализации способа

Пример 1.

Кучное выщелачивание меди при температуре -15°С из медной руды Удоканского месторождения, содержащей 0,7% меди, осуществлялось в режиме затопления руды крупностью 3,0 мм, размещенной на водонепроницаемое основание с уклоном 7° в виде кучи, водным раствором, содержащим серную кислоту при концентрации 5 г/дм³, хлористый натрий концентрацией 50 г/дм³ и сернокислое окисное железо при концентрации ионов трехвалентного железа 3 г/дм³. Раствор, подающийся на выщелачивание и вытекающий из кучи, не замерзает. Раствор после просачивания через руду отстаивался, затем в него добавляется пероксид водорода до полного окисления двухвалентного железа до трехвалентного и серная кислота до концентрации 1,5 г/дм³, после этого раствор подавался на орошение кучи. При концентрации меди в растворе выщелачивания более 4 г/дм³ из раствора производилось извлечение металлов. В условиях проведения процесса замерзание раствора не происходило. Извлечение меди из руды составило 91%.

Пример 2.

Кучное выщелачивание при температуре -18°С никеля и меди 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 1,5 г/дм³, содержащей ацетат аммония модифицированного «Антиснег-1» концентрацией 65 г/дм³, адаптированные железоокисляющие бактерии концентрацией 10⁶ кл/мл, сернокислое окисное железо концентрацией ионов железа 5 г/дм³, подавался на орошение кучи. В продуктивный раствор, собранный после выщелачивания, 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. Извлечение никеля при выщелачивании составило 67%, меди 81%.

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, в частности меди, к переработке бедных руд, шламов, отвалов, в том числе содержащих сульфиды металлов, и может быть использовано для получения металлов кучным выщелачиванием минерального сырья при отрицательной температуре. Техническим результатом использования изобретения 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 из минерального сырья кучным выщелачиванием. Способ кучного выщелачивания минерального сырья, содержащего сульфиды металлов, при отрицательной температуре включает выщелачивание дробленого и измельченного до крупности не менее 3 мм минерального сырья, сложенного на водонепроницаемом основании в кучу, водным раствором серной кислоты концентрацией более 1,5 г/дм³, содержащим ионы трехвалентного железа концентрацией более 3 г/дм³ и антигололедные реагенты. После выщелачивания проводят сбор и отстаивание вытекающего из кучи продуктивного раствора. Затем осуществляют окисление ионов двухвалентного железа в продуктивном растворе, извлечение металлов и возврат раствора на выщелачивание минерального сырья. 14 з.п. ф-лы.

1. Способ кучного выщелачивания минерального сырья, содержащего сульфиды металлов, при отрицательной температуре, заключающийся в выщелачивании дробленого и измельченного до крупности не менее 3 мм минерального сырья, сложенного на водонепроницаемом основании в кучу, водным раствором серной кислоты концентрацией более 1,5 г/дм³, содержащим ионы трехвалентного железа концентрацией более 3 г/дм³ и антигололедные реагенты концентрацией, не позволяющей раствору замерзать при данной температуре, сборе и отстаивании вытекающего из кучи продуктивного раствора, окислении ионов двухвалентного железа в продуктивном растворе, извлечении металлов из продуктивного раствора и возврате раствора на выщелачивание минерального сырья.2. Способ по п.1, в котором в качестве антигололедного реагента используют хлористый натрий.3. Способ по п.1, в котором в качестве антигололедного реагента используют ацетат аммония.4. Способ по п.1, в котором в качестве антигололедного реагента используется ацетат аммония модифицированный "Антиснег"-1.5. Способ по п.1, в котором в качестве антигололедного реагента используют ацетат калия модифицированный "Нордикс-П".6. Способ по п.1, в котором в качестве антигололедного реагента используют хлористый магний модифицированный "Биомаг".7. Способ по п.1, в котором для окисления двухвалентного железа в продуктивном растворе используют железоокисляющие бактерии.8. Способ по п.1, в котором окисление двухвалентного железа в продуктивном растворе осуществляют пероксидом водорода.9. Способ по п.1, в котором для окисления двухвалентного железа в продуктивном растворе используют озон.10. Способ по п.1, в котором извлечение металлов из продуктивного раствора производят методом жидкостной экстракции и электроэкстракции.11. Способ по п.1, в котором в раствор, возвращаемый на выщелачивание, добавляют серную кислоту до концентрации не менее 1,5 г/дм³.12. Способ по п.1, в котором подачу выщелачивающего раствора осуществляют орошением кучи.13. Способ по п.1, в котором подачу выщелачивающего раствора осуществляют затоплением кучи.14. Способ по п.1, в котором извлечение металлов осуществляют при накоплении концентрации полезных металлов в продуктивном растворе более 2 г/дм³.15. Способ по п.1, в котором водонепроницаемое основание располагают под уклоном и кучу формируют в виде усеченной пирамиды.