научная статья по теме АВТОКЛАВНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МЫШЬЯКА ИЗ МЕДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ И ШТЕЙНОВ Металлургия

Текст научной статьи на тему «АВТОКЛАВНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МЫШЬЯКА ИЗ МЕДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ И ШТЕЙНОВ»

УДК 669.333.47:66.046.8

АВТОКЛАВНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ МЫШЬЯКА ИЗ МЕДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ И ШТЕЙНОВ

© Неустроев Виктор Иванович, канд. техн. наук, e-mail: neustroev1948@mail.ru;

Каримов Кирилл Ахтямович, e-mail: kirill_karimov07@mail.ru; Набойченко Станислав Степанович, д-р техн. наук, проф., чл.-корр. РАН;

Ковязин Антон Андреевич, e-mail: aug25@yandex.ru

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. первого Президента

России Б.Н.Ельцина». Россия, г. Екатеринбург

Статья поступила 08.10.2013 г.

Приведены результаты автоклавного выщелачивания концентратов и штейнов от плавки полиметаллических полупродуктов, содержащих наряду с медью мышьяк. Показана возможность селективного выделения меди и мышьяка в раствор. Подтверждено, что при автоклавном выщелачивании арсениды лучше вскрываются, чем природные мы-шьяксодержащие минералы.

Ключевые слова: выщелачивание; штейн; концентрат; медь; мышьяк.

Основными мышьяксодержащими минералами в медных рудах [1] и концентратах являются арсенопирит (БеА88), энаргит (ЗСи^^^ или Си3А884). Доли энаргита и арсенопирита в концентратах меди различаются в зависимости от месторождения [2]. При повышенных содержаниях (>2,0%) мышьяка в медных концентратах пирометаллургическая их переработка связана с загрязнением окружающей среды соединениями мышьяка и с ухудшением качества конечной катодной меди. Для переработки мышьяксо-держащих концентратов должны применяться нетрадиционные гидрометаллургические методы, такие, например, как автоклавное выщелачивание.

Опыты проводили в титановом автоклаве вместимостью 1 дм3. Использовали рудный медно-мышьяковый концентрат следующего состава, мас. %: 16,8 Си; 32,2 Бе; 31,4 Б; 0,9 Бп; 9,7 А8. Основными фазами его были: халькопирит, арсенопирит, энаргит, пирит; примерно 12% меди представлено вторичными сульфидами (ковелин, борнит). Крупность концентрата: 83% фракций - 44 мкм.

На первом этапе концентрат обрабатывали подкисленными растворами сульфата меди (180 °С; исходная концентрация 10 г/дм3 И2Б04; 16% твердой фракции концентрата в пульпе; продолжительность 1,5 ч). С увеличением расхода меди с 20 до 43 г/дм3 (моль-Я ное отношение Си:А8 = 1,2-2,7) переход железа в раствор возрос ^ с 22 до 40%, мышьяка с 4,4 до 26,3%, при этом уже при Си:А8 > 2,0 ^ роль расхода сульфата меди проявлялась незначительно. При уве-^ личении температуры с 140 до 160 °С (Си:А8 = 1,2; 10 г/дм3 И2Б04;

Ц продолжительность 1,5 ч) переход мышьяка в раствор возрос с 20,6

<

| до 31,5%, а железа с 27 до 36%; при 180 - 200 °С переход в раствор

железа и особенно мышьяка снизился до 22,0 и 5-7% соответственно; содержание меди в конечном растворе заметно уменьшилось. Данные фазового анализа кеков показали, что заметно возросло содержание халькозина и арсената железа. По-видимому, при повышенных температурах халькопирит становится активным осадите-лем меди и усиливается гидролиз мышьяксодержащих анионов и сульфата железа (III) с образованием нерастворимого арсената железа. Не дало положительных результатов увеличение кислотности исходного раствора с 5,0 до 53 г/дм3 И2Б04 (180 °С; Си:А8 = 2,5; продолжительность 1,5 ч), переход железа и мышьяка в раствор возрос на 7-10%, степень осаждения меди уменьшилась на 30%.

В балансовых опытах (160180 °С; Си:А8 = 2,7) в раствор переходило не более 40-42% А8, 52-56% Бе, осаждалось до 62-70% Си; состав кека, %: 37-40 Си; 16-18 Бе; 27-29 Б; 0,6-0,7 Бп. Таким образом, при гидротермальной обработке исходного концентрата подкисленными растворами сульфата меди не удалось достигнуть высокого извлечения мышьяка в раствор, что обусловлено упорностью мышьяксодержащих минералов. Неожиданным оказался заметный переход олова в раствор - до 67-72%.

Испытывали вариант автоклавного окислительного выщелачивания концентрата в атмосфере кислорода с целью выщелачивания меди селективно от мышьяка и железа. С учетом данных [2] были приняты следующие условия выщелачивания: 170 °С, давление кислорода рО = 0,4 МПа; 5,1 г/дм3 И2Б04; 17% твердой фракции в пульпе, продолжительность

2 ч. Остаток от выщелачивания (выход его составил 65% от массы концентрата) включал: темно-синюю сульфидную (выход 47%) и гидратную фазы буроватого цвета. Состав сульфидной фазы (%, 16,7 Си; 32,4 Бе; 8,9 Л8) мало отличался от состава исходного концентрата. В гидратной фазе содержалось, %: 0,96 Си, 36,6 Бе, 14,7 Л8. В раствор переходило не более 1,0% Л8. Максимальное извлечение меди достигало 53%. Полученные результаты свидетельствуют о неполном завершении процесса, обусловленного недостаточными температурой и продолжительностью, вместе с тем они подтверждают возможность минимального перехода мышьяка в раствор.

В процессе проведения автоклавного щелочного выщелачивания концентрата (110 г/дм3 ЫаОИ; 3 ч) при увеличении рО с 0,8 до 1,6 МПа извлечение мышьяка в раствор2 возросло с 70 до 96-99%; полученный остаток (85-87% от исходного) содержал, %: 19-20 Си; 1,3-1,5 Л8. Проблемными оказались разделение полученных пульп и переработка мышьяксодержащих растворов. Проведенные опыты подтвердили упорность природных мышьяксодержащих минералов. Внимания заслуживает вариант высокотемпературного (170-190 °С) автоклавного окислительного выщелачивания, но для его применения в производстве необходимы дополнительные системные исследования.

Известно, что в пирометаллургии меди в образующиеся тонкие пыли переходит 70-90% мышьяка, а также значительное количество свинца и цинка [1]. Возвращение тонких пылей на плавку приведет к загрязнению черновой меди. Предложено [3] тонкие пыли и подобные оборотные полупродукты подвергать восстановительной плавке с получением полиметаллических штейнов следующего состава, %: 30-40 Си; 15 Б; 11-25 РЬ; 7-24 Бе; 5 Л8; 2-4 2п. По данным рентгенофазо-вого анализа в штейне обнаружены РЬБ, СиБ, БеБ, РЬБ^^, БеЛ82, Си3Л8, 2пБ, Л8283, Си2Б.

Известны данные по сернокислотному автоклавному выщелачиванию шпейзы, содержащей, %: 32 Си; 18 РЬ; 15 Л8; 7 Бе [4]. Выщелачивание при 80 °С, рО = 1,0 МПа, кислотности 650 г/дм3 через 2 ч позволило извлечь в раствор 82% Си и 72% Л8.

Нами также исследовано автоклавное выщелачивание полученных медных штейнов. Опыты проводили при следующих условиях: плотность пульпы Ж:Т=6:1; рО = 0,4 МПа; температура 140-180 °С. Содержание кислоты варьировали в пределах от 10 до 130 г/дм3, а продолжительность выщелачивания - от 0,5 до 2,0 ч. Расход

кислоты оказывал существенное влияние на результаты выщелачивания: при мольном отношении И2БО4/Си(Ш) = 0,83, температуре 180 °С извлекали более 94% меди; при этом сульфидная сера штейна окислялась до сульфата, а извлечение железа достигало 30%. Мышьяк большей частью переходил в кек в форме арсенатов железа (III). Рентгенофазовый анализ кека показал, что весь свинец в кеке находится в виде РЬБО4; медь - в виде Си3(Л8О4)2, СиБО4 безводного и СиБ04-0,67И20. В осадке не обнаружено сульфидов и элементной серы, что говорит о полном окислении сульфидов в ходе автоклавного выщелачивания и переходе серы в сульфатную форму. Состав кека, %: 6,56 Л8; 39,20 РЬ; 8,26 Бе; в растворе содержалось, г/дм3: 73 Си, 4 Бе, 1 Л8. Полученный кек подвергали автоклавному выщелачиванию для оценки возможности извлечения мышьяка и железа. Опыты проводили при температуре 140-180 °С, плотность пульпы Ж:Т = (15-30):1, рО = 0-0,4 МПа, исходная концентрация серной кислоты [И2БО4]0 = 20-30 г/дм3. Извлечение железа достигало 42%, но с увеличением давления кислорода уменьшалось. Мышьяк через 4 ч выщелачивания переходил в раствор на 32,95%. По-видимому, мышьяк и железо находятся в кеке в виде трудно вскрываемого соединения. Медь полностью оставалась в кеках после выщелачивания, что указывает на устойчивость арсената меди при использованных условиях выщелачивания.

Для селективного извлечения мышьяка штейн подвергали обработке подкисленными растворами сульфата меди. Опыты проводили при температуре 140-180 °С, плотности пульпы Ж:Т = 12:1, 5-10 г/дм3 И2БО4, концентрации меди 20-30 г/дм3. В результате через 90 мин выщелачивания мышьяк извлекали в раствор на 93%, железо и цинк - на 90%. Остаточная концентрация меди в растворе составляла 6-14 г/дм3, свинец полностью оставался в кеке после выщелачивания. Согласно рентгенофазовому анализу кека весь свинец присутствует в виде РЬБО4, оставшийся мышьяк находится в виде аморфных соединений и Си3(Л8О4)2.

Выводы. 1. Наилучшие показатели по автоклавному выщелачиванию медных концентратов, содержащих энаргит и арсенопирит, были получены при щелочном вскрытии, что позволило извлечь в раствор до 99% мышьяка и сконцентрировать медь в кеке. Однако дальнейшая переработка растворов затруднена.

2. Автоклавное выщелачивание мышьяксо-держащего штейна позволило разделить мышьяк

и медь с извлечением меди (на 94,2%) в раствор, содержащий небольшие концентрации примесей и пригодный для дальнейшей переработки традиционными методами (электроэкстракция, выпарка). Свинец концентрировался в кеке, который можно перерабатывать на свинцовых производствах.

3. При обработке штейна растворами сульфата меди удалось селективно извлечь в раствор до 93% мышьяка.

4. Подтверждено, что при автоклавном выщелачивании мышьяксодержащих материалов арсениды оказываются более вскрываемыми по сравнению с природными мышьяксодержащими минералами.

Библиографический список

1. Махов И.Э., Михайлов С.В., Шишкина Л.Д. и др.

Поведение мышьяка и сурьмы при пирометаллургическом производстве меди. М. : ЦНИИЭИцветмет, 1991. Вып. 2. 56 с.

2. Padilla R., Rodriguez G., Ruiz M.C. Copper and arsenic dissolution from chalcopyrite-enargite concentrate by sul-fidation and pressure leaching in H2SO4-O2 // Hydrometallurgy. 2010. Vol. 100. P. 152-156.

3. Скопов Г.В., Матвеев А.В. Совместная переработка полиметаллических полупродуктов металлургического производства // Металлург. 2011. № 8. С. 73-76.

4. Герлах К.Д., Павлек Ф.Е. Автоклавное выщелачивание шпейзы: Сб. «Гидрометаллургия» /Пер. с англ. М. : Металлургия, 1971. С. 99-114.

AUTOCLAVE LEACHING OF ARSENIC FROM COPPER CONCENTRATE AND MATTES

© Neustroev V.I., Karimov K.A., Naboychenko S.S., Kovyazin A.A.

Results of autoclave lea

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Металлургия»