СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ ИЗ СУЛЬФИДНОГО СЫРЬЯ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКОЙ
METHOD OF IMPROVING EXTRACTION OF VALUABLE COMPONENTS FROM SULPHIDE MATERIAL BY ELECTRIC PULSE TREATMENT

Изобретение относится к гидрометаллургическим методам переработки сульфидного сырья и может быть использовано при разработке медно-колчеданных, медно-никелевых, свинцово-цинковых руд и утилизации отходов производства (вскрышные породы, минерализованные сульфидами, забалансовые руды, сульфидсодержащие хвосты обогащения руд и т.д.).
2
2
3
3
Известен способ повышения извлечения ценных компонентов из сульфидных медных концентратов плавкой в жидкой ванне (ПЖВ) А.В. Ванюкова. Извлечение серы в виде сернистого газа (SO) повышается при ПЖВ [1]. Сернистый газ SO окисляют до SO и получают серную кислоту при реакции SO с водой.
Сера, золото и др. ценные компоненты, содержащиеся в сульфидах, например в пирите и пирротине, практически не используются. Эти минералы с хвостами обогащения сбрасывают в хвостохранилища. При разработке сульфидных руд образуются экологически опасные кислотные рудничные воды (величина pH достигает 1,6) с массовой долей металлов, растворенных в воде, мг/л: Cu 150-296, Zn 25-100, Fe 385-730 в виде сульфатов [2].
2
3
4
2
Очистка кислотных рудничных вод перед сбросом в природные водотоки производится нейтрализацией известью Ca(ОН) [3]. Шламы нейтрализации содержат, %: Cu 0,8-1,5, Zn 1,6-5,6, Fe 3,5-17,9, кальцит (CaCO) 40-45, гипс (CaSO·2НO) 40-45 [4], т.е. известный способ очистки кислотных вод характеризуется значительными потерями ценных компонентов сырья меди, цинка, железа со шламами.
По технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению наиболее близок способ переработки пиритовых отходов горно-обогатительных комбинатов (ГОКов), основанный на приготовлении пульпы (смесь измельченного сырья с водой) и обработке ее электрогидравлическими ударами наносекундной длительности (t=10 нс) с энергией импульсов (е) 1 Дж [5], воздействие которых на сырье повышает скорость сульфатного разложения сульфидов и переход в раствор серы, железа, меди, цинка в виде сульфатов:
Cu
Золото, содержащееся в сульфидах с массовой долей 1-2 г/т, выпадает в осадок в виде свободных частиц. Пульпу фильтруют. Золото извлекают из осадка цианированием. Сульфаты переходят в фильтрат. Медь при массовой доле в растворе (β) 50 мг/л и больше извлекают, например, на Блявинском месторождении (Южный Урал) в товарный продукт осаждением на железный скрап
Медьсодержащий осадок извлекают фильтрованием и реализуют как товар. При добавлении в фильтрат гидросульфида натрия осаждается цинк в виде сульфида ZnS [6]
Недостаток использования сульфатного разложения сульфидов при переработке сульфидного сырья - потери железа и серы, которые при нейтрализации сульфатных вод известью вместе с нерудными песчано-глинистыми частицами выпадают в осадок, складируемый в шламохранилище.
Изобретение решает задачу повышения извлечения ценных компонентов при переработке сульфидного сырья.
Технический результат, получаемый при использовании изобретения, состоит в повышении извлечения ценных компонентов из сульфидного сырья.
Указанный технический результат получают за счет того, что в способе повышения извлечения ценных компонентов из сульфидного сырья, включающем промывку его водой, получение осадка и жидкой фазы, использование ее для селективного извлечения железа, меди и цинка по схеме:
перевод железа в осадок реакцией с гидроксидом натрия
3
выделение осадка Fe(OH) фильтрованием, осаждение меди из фильтрата железным скрапом
4
извлечение медьсодержащего осадка фильтрованием, окисление и осаждение железа FeSO по реакциям (6) и (7), осаждение цинка из фильтрата сероводородом
2
2
4
добавление Ca(ОН) в фильтрат, содержащий NaSO (7) и кислоту реакции (9), для утилизации сульфата серной кислоты
4
2
в виде осадка гипса (CaSO·2НO), фильтрование продуктов реакции (10) с получением фильтрата с гидроксидом натрия, накопление фильтрата в промежуточной емкости для осуществления оборота NaOH, твердый осадок, полученный из исходного сульфидного сырья, репульпируют, пульпу обрабатывают электрическими импульсами с энергией от 3,5 до 5,5 Дж, которыми пирротин, халькопирит, сфалерит и др. сульфиды разлагают на оксиды металлов и сероводород
выделяют жидкую фазу из пульпы фильтрацией и используют ее в качестве оборотной воды, а оксиды металлов, полученные по реакциям (11), (12) и (13), растворяют в серной кислоте, раствор фильтруют, из фильтрата извлекают селективные продукты по реакциям (6 и 7), (8) и (9), из осадка сульфидного сырья, содержащего кварц, серицит, золото и др. труднорастворимые минералы, получают золото цианированием или др. методами, а сероводород используют для осаждения цинка.
Пример 1. Из пиритовых лежалых хвостов обогащения колчеданных медно-цинковых руд Учалинского ГОКа с содержанием меди в сульфидах 0,3% приготовили пульпу с соотношением твердое:жидкое в пульпе, равным 1:1 (pH ~ 2,5), при этом массовая доля Cu в жидкой фазе пульпы в виде сульфата меди, образовавшегося при окислении сульфидов меди в хвостохранилище, равняется 265 мг/л.
Пульпу обработали известным электрогидравлическим методом с применением электрических импульсов e=1 Дж, t=10 нс.
На фиг. 1 представлен график влияния энергии импульсов на тип разложения сульфидов. Кривая «а» демонстрирует сульфатное разложение сульфидов при e=1 Дж, кривая «б» - сероводородное разложение сульфидов при e=3,5 Дж.
и
Cu
6
-1
При увеличении расхода электрических импульсов (n) от 0 до 7,5·10 т, массовая доля β в жидкой фазе пульпы в виде сульфата возрастает с 265 мг/л до 320 мг/л (фиг. 1, кривая «а») за счет сульфатного разложения сульфидов, повышающего содержание сульфата меди в пульпе.
Медь осаждали железным скрапом по реакции (4) в течение 5 минут с извлечением 94% [2], цинк по реакции (9) [6]. Пульпу после извлечения меди нейтрализовали известью по известной технологии с потерей железа и серы со шламами нейтрализации.
и
Cu
6
-1
Пример 2. Предложенным способом пульпу, приготовленную так же, как в примере 1, обрабатывали электрическими импульсами с e=3,5 Дж, и t=10 нс. При увеличении n от 0 до 7,5·10 т, массовая доля β в пульпе снижается с 265 мг/л до 0,14 мг/л - в 1800 раз меньше исходной концентрации (фиг. 1, кривая «б»).
При разгрузке устройства по [5] органолептически по характерному неприятному запаху установлено образование сероводорода по реакциям (11-13).
Cu
Резкое снижение β в пульпе обусловлено реакцией
Сульфид меди (CuS), образовавшийся по реакции (14), разлагается с образованием CuO, который выпадает в осадок.
2
4
2
Пульпу после электрогидравлической обработки фильтровали, фильтрат использовали в качестве оборотной воды для приготовления пульпы, из осадка выщелачивали железо, медь и цинк серной кислотой, продукты выщелачивания фильтровали и получали осадок труднорастворимых минералов (кварц, серицит и др.), например, из хвостов обогащения колчеданных руд, из осадка извлекали золото цианированием или др. методами. Фильтрат применяли для извлечения железа по реакциям (6 и 7), меди по реакции (8) и цинка по реакции (9). В фильтрат с содержанием NaSO, образовавшегося в результате реакции (7), добавляли Ca(ОН) для регенерации гидроксида натрия по реакции (10), который возвращали в процесс повышения извлечения ценных компонентов из сульфидного сырья для осаждения железа по реакции (7) и получения осадка гипса, используемого для гипсования почвы, производства гипсокартона, алебастра и др. изделий и материалов, содержащих гипс, а сероводород, получаемый по реакциям (11-13), применяли для осаждения цинка по реакции (9).
Основное влияние на оптимизацию способа повышения извлечения ценных компонентов из сульфидного сырья оказывает энергия электрических импульсов (см. фиг. 1).
6
При осуществлении заявляемого способа повышения извлечения ценных компонентов из сульфидного сырья использование электрических импульсов с e<3,5 Дж в количестве 7,5·10 приводит к увеличению доли сульфидов меди, разлагающихся по сульфатному типу, и снижению получения металлосодержащего осадка по реакциям (11-13).
6
Применение электрических импульсов с e>5,5 Дж в количестве 7,5·10 приводит к увеличению энергетических затрат на обработку сульфидного сырья, не увеличивая долю сульфидов меди, разлагающихся по сероводородному типу, по сравнению с использованием электрических импульсов с e от 3,5 Дж до 5,5 Дж.
Cu
Величина расхода импульсов зависит от технических требований к содержанию β в оборотном растворе и от минерального состава сульфидного сырья (медно-цинковый, медно-никелевый, медно-железный и т.д.), что определяется дополнительными экспериментами и технико-экономическими расчетами.
Сравнение апробированных способов повышения извлечения ценных компонентов из сульфидного сырья выявляет преимущества предлагаемого способа:
3
2
4
2
1. Извлекаются дополнительно из сульфидного сырья железо в виде Fe(OH) и сера в виде HS и Ca(SO);
2. Повышается извлечение других металлов, так как процесс переработки сульфидного сырья осуществляется при замкнутом водообороте без образования сульфатных сточных вод;
3. Используется оборот гидроксида натрия;
4. Сероводород, получаемый при разложении сульфидов под воздействием импульсов e≥3,5 Дж, применяется для осаждения цинка.
Источники информации
1. Плавка медно-цинкового сырья в печи Ванюкова / А.М. Халемский, А.В. Тарасов, А.Н. Казанцев и др. - Екатеринбург: Изд-во Кедр, 1993. - 80 с.
2. Совершенствование технологии нейтрализации шахтных вод Левихинского рудника / Козин В.З., Колтунов А.В., Морозов Ю.П. и др. // Изв. вузов. Горный журнал. - 1997. - №11-2. - С. 211-214.
3. Udachin V.N. Geo-ecological Conditions for Formation of a technogenic Anomaly in Pyrometallurgy and Ways for Land Remediation // International scientific workshop: From ecological research to ecological technologies: Abstracts: FSUE Russian Federal Nuclear Center Zababakhin All-Russia Scientific Research Institute of Technical Physics - Chelyabinsk: "Library of A. Miller", 2006. - P. 47-50.
4. Петровская H.B. Утилизация шламов станций нейтрализации рудничных вод медьдобывающих предприятий на основе брикетирования. Автореф. дис. канд. техн. наук // УГГГА. - Екатеринбург, 2002. - С. 3.
5. Комплексная переработка пиритовых отходов горнообогатительных комбинатов наносекундными импульсными воздействиями / Ю.А. Котов, Г.А. Месяц, А.Л. Филатов, Б.М. Корюкин, Ф.Ф. Борисков, С.Р. Корженевский, В.А. Мотовилов, С.В. Щербинин // ДАН. - 2000. - Т. 372. - №5. - С. 654-656.
6. Халезов Б.Д. Исследования и разработка технологии кучного выщелачивания медных и медно-цинковых руд // Автореферат диссертации д.т.н. Институт металлургии УрО РАН. - Екатеринбург. - 2009. - 54 С.