METHOD OF COPPER EXTRACTION FROM SOLUTIONS
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к способам извлечения меди из бедных технологических и сбросных растворов. В частности, способ может быть использован для извлечения меди из растворов кучного или подземного выщелачивания и кислых шахтных вод.
Содержание меди в таких растворах не превышает 5-10 г/л, а концентрация свободной кислоты не более 5 г/л (pH≥1,5-2). Помимо меди растворы содержат цинк, железо и, в меньших количествах, другие металлы. При кучном и подземном выщелачивании растворы находятся в обороте, а основной задачей является максимально полное извлечение из них меди. Примеси при этом стремятся оставить в растворе. Из кислых разбавленных растворов на практике чаще всего медь извлекают цементацией, сорбцией, экстракцией (1. RU 2070587 от 20.12.96; 2. SU 312886 А от 28.10.71; 3. SU 414322 А от 05.02.74; 4. SU 456413 А от 05.03.75; 5. UK 2270088 А от 02.03.94; 6. WO 96/02679 А от 01.02.96).
Цементацию преимущественно проводят с использованием железного скрапа или стружки. При извлечении из технологических растворов используют также металлические цинк, никель и другие металлы. В любом случае получаемый цементат содержит значительной количество осаждающих металлов, а расходы на используемые металлы-цементаторы снижают экономическую эффективность указанных методов.
Сорбция и экстракция позволяют после ряда промежуточных операций получить весьма кондиционную и даже рафинированную медь, сорбенты и экстрагенты находятся в оборотном использовании и это повышает эффективность извлечения меди. Вместе с тем, многостадийность технологии, высокая стоимость используемых экстрагирующих веществ и сорбентов являются существенными недостатками указанных вариантов.
По совокупности существенных признаков наиболее близким к заявляемому может быть принят способ с использованием медистого клинкера в качестве материала для цементации меди (7. RU 2118990 от 20.09.1998).
Клинкер - промпродукт, образующийся при переработке сульфидных цинковых концентратов, содержит 2,5-3% Zn, 1-3% Pb, 1-3% Cu, 35-40% Fe. Крупность частиц клинкера от пылевидного до 50 мм. Важнейшим компонентом клинкера является углерод (20-30%). С целью извлечения меди и благородных металлов чаще всего клинкер перерабатывают в медном производстве.
В основе прототипа - использование органического углерода (кокс, уголь) и металлического железа в клинкере для извлечения меди из растворов. На углероде, имеющем высокоразвитую поверхность, медь сорбируется. Железо выступает в качестве цементатора. Клинкер при контакте с медьсодержащими растворами обогащается медью и более эффективно может быть переработан в медеплавильном производстве.
Таким образом, использование клинкера при переработке медьсодержащих растворов позволяет решить две задачи - извлечь медь из бедных растворов и обогатить клинкер медью.
Основным недостатком прототипа является относительно невысокая осадительная способность клинкера. 1 тонна типичного клинкера цинкового производства в режиме перколяции из раствора кучного выщелачивания с исходным содержанием меди 1,5 г/л позволяет извлечь не более 20 кг меди. При этом продолжительность контакта раствора и клинкера - не менее 20-30 минут, а остаточное равновесное содержание меди - не менее 0,03-0,05 г/л.
Настоящее изобретение направлено на устранение указанного недостатка и имеет целью повышение осадительной способности клинкера, скорости и степени осаждения меди из бедных растворов.
Задача решается тем, что клинкер предварительно обрабатывают раствором, содержащим сульфгидрильный собиратель, например ксантогенат, после чего обработанный клинкер приводят в контакт с медьсодержащим раствором.
Ксантогенат, как и все сульфгидрильные собиратели, используемые при флотации с катионами железа и тяжелых цветных металлов образует малорастворимые соединения. Покрывая поверхность минеральных сульфидных частиц эти соединения придают им свойства гидрофобности и на этом основана флотация. Низкая растворимость ксантогенатов тяжелых цветных металлов используется также при их извлечении из сбросных растворов.
При контакте клинкера с раствором ксантогената (модифицирующий раствор) на стадии предварительной обработки окисленная и гидратированная поверхность частиц металлического железа, поверхность оксидов покрывается монослоем ксантогената железа:
2
3
2
2
5
2
5
2
-
-
FeO(Fe(OH))+CHOCSS=Fe(CHOCSS)↓+ОН
Поверхность частиц угля, включая поры, также покрывается ксантогенатом вследствие сорбции. Ксантогенат в итоге прочно закрепляется на поверхности частиц клинкера.
После обработки раствором ксантогената клинкер отделяют от обрабатывающего раствора и приводят в контакт с медьсодержащим раствором. В силу большей прочности связи ксантат-иона с медью, последняя вытесняет железо из поверхностного соединения:
2+
2+
2
5
2
2
5
2
Cu+Fe(CHOCSS)=Fe+Cu(CHOCSS)↓.
Аналогичное соединение образуется также на поверхности и в порах углистой фракции клинкера.
Особенностью данного процесса является то, что в массе гранул клинкера концентрация осаждающего реагента - ксантогената достаточно высока, в то время, как остальной объем реакционной системы реагента не содержит. Это позволяет в зоне реакции равновесие сдвинуть в сторону полного перевода меди в твердую фазу. При этом в ходе перколяции медьсодержащего раствора медь остается в клинкере, фильтрации не требуется.
Условия предварительной обработки должны удовлетворять
требованиям максимально быстрого и полного насыщения клинкера сорбированным ксантогенатом. Опыты показали, что этим требованиям отвечают концентрация ксантогената в модифицирующем растворе 0,5-10 г/л, а продолжительность - 15-30 минут.
Реализация предлагаемого способа анализа рассмотрена в следующих примерах.
Клинкер, используемый для осаждения меди имел состав 3,5% Zn, 3%РЬ, 2,6% Cu, 34% Fe, 22% С. Из имеющейся пробы клинкера рассевом выделили класс - 10+0,25 мм. В качестве модифицирующего использовали раствор бутилового ксантогената калия в технической воде.
Исследуемый модельный медьсодержащий раствор имел состав: 130 мг/л Zn, 760 мг/л Cu, 1370 мг/л Fe; pH 2,1.
Навески клинкера массой по 100 г приводили в контакт с 0,5 л раствора ксантогената в реакционной колбе. Концентрации ксантогената в модифицирующем растворе приведена в таблице. По окончании заданного времени модифицированный клинкер отфильтровывали, промывали от свободного ксантогената и приводили в контакт с медьсодержащим раствором (0,5 л). Осаждение меди проводили с периодическим перемешиванием и отбором проб раствора. В пробах анализировали содержание меди.
Для сравнения провели осаждение меди исходным клинкером по способу прототипа.
Результаты опытов представлены в таблице.
№ опыта
Продолжительность обработки ксантогентатом, мин
Концентрация ксаентогената в модифицирующем растворе, г/л
Продолжительность осаждения меди, мин
Остаточное содержание меди, мг/л
1
10
0,2
30
53
60
37
2
15
0,5
30
17
60
7
3
25
1,0
30
6,5
60
3,8
4
30
5,0
20
2,2
30
1,7
5
35
10,0
20
1,9
30
1,5
6
1 час
15,0
20
1,6
30
1,4
7
Прототип (исходный клинкер)
30
64
60
52
Сопоставительный анализ известных технических решений, в т.ч. способа, выбранного в качестве прототипа, и предполагаемого изобретения позволяет сделать вывод, что именно совокупность заявленных признаков обеспечивает достижение усматриваемого технического результата. Реализация предложенного метода анализа дает возможность повысить степень и скорость осаждения меди из бедных растворов при использовании в качестве осадителя клинкера.