CC BY
57
© А.И. Романчук, Д.Я. Кошель, В.П. Ивановская, 2007
УДК 622.7
А.И. Романчук, Д.Я. Кошель, В.П. Ивановская
НОВЫЙ СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ МЕДИ ИЗ КОМПЛЕКСНЫХ СУЛЬФАТНЫХ РАСТВОРОВ
Семинар № 24
В связи с ухудшающимся состоянием минерально-сырьевой базы (МСБ) мира возникает необходимость восполнения запасов за счет вовлечения в эксплуатацию новых видов сырья. Таким источником минерального сырья являются железомарганцевые конкреции (ЖМК), залегающие на дне Мирового океана. Железомарганцевые руды содержат медь, никель, кобальт и марганец, что особенно важно так как запасы марганцевых руд в России незначительны. В табл. 1 представлены основные типы глубоководных железомарганцевых руд [1].
Как видно из приведенных данных, в ряде типов ЖМК содержание полезных компонентов 1,5-2,0 раза превышает их содержание в эксплуатируемых месторождениях руд суши. Т ехнико-экономические показатели освоения таких месторождений во многом определяются эффективностью технологии переработки руд.
В ЦНИГРИ разработана гидрометаллургическая технология сернистокислотного выщелачивания, которая позволяет перерабатывать ЖМК различного состава. Технология основана на селективном выщелачивании цветных металлов и марганца сернистым ангидридом в растворах серной кислоты. Извлечение в раствор меди, никеля, кобальта и марганца достига-
ет 92-98 %. Для переработки растворов рекомендовано последовательное осаждение меди и никеля-кобальта порошками элементарной серы и металлического марганца.
При осаждении меди получен высококачественный медный концентрат, содержащий 41,7 % меди при извлечении от операции 99,88 %. Потери никеля и кобальта в медном концентрате составляли около 2% каждого металла.
Настоящая работа развивает направление научных исследований, проводимых в институте по оптимизации технологии переработки растворов, и посвящена решению задач снижения расхода порошка металлического марганца и улучшения качества медного концентрата.
На основании результатов термодинамических расчетов и экспериментальных исследований разработан новый способ получения медного концентрата. Сущность предлагаемого метода заключается в осаждении меди порошком элементарной серы в присутствии восстановителя -сернистого ангидрида. При этом возможно протекание следующих реакций:
2СиБ04 + Б0 + 2Б02 +4Н2 О =
=Си2Б + 4Н2БО4 (1)
СиБ04 + Б02 + Б + 2Н20 = СиБ + +2Н2Б04 (2)
392
Таблица 1
Подводные железомарганцевые руды
Тип руды
Хим/ со- никель-медь-марганец-кобальтовый марганец-никелевый Кобальто- вый кобальт-марганцевый Марган- цевый
став, % очень богатые богатые рядовые богатые никелем богатые марганцем очень богатые богатые
N1 1,39-1,93 1,17-1,48 0,63-1,0 1,40-1,80 0,71-1,07 0,29-0,40 0,58-0,89 0,49-0,78 <0,02
Си 1,29-1,94 0,99-1,72 0,42-0,84 0,73-1,02 0,35-0,57 0,15-0,30 0,08-0,16 0,16-0,37 <0,02
Со 0,18-0,30 0,19-0,30 0,25-0,30 0,07-0,14 0,02-0,10 0,29-0,40 1,11-2,56 0,53-0,80 <0,02
Мп 29,5-33,0 26,4-33,0 19,1-30,0 33,1-39,0 42,8-46,9 13,1-21,0 23,3-35,1 19,1-33,9 10,0-25
Ре 5,40-4,80 5,40-4,80 11,35-25,65 1,70-4,83 1,70-4,83 17,6-31,1 14,3-27,90 14,3-27,90 10,-15,0
Мо 0,05-0,16 0,05-0,16 0,04-0,09 0,06-0,10 0,06-0,10 0,04-0,11 0,05-0,12 0,05-0,12
Р1, г/т 0,10-0,13 0,10-0,13 0,11 нет свед. нет свед. 0,13-0,50 0,35-4,50 0,36-1,31 <0,01
РЗЭ, г/т 350-1870 350-1870 нет свед. нет свед. нет свед. 1414-3136 1355-4472 1355-4472 нет свед.
Таблица 2
Показатели осаждения медного концентрата в зависимости от расхода элементарной серы
№№ опыта Расход элементарной серы от СНК, % Остаточное содержание меди в растворе, г/л Содержание меди в концентрате, %* Извлечение меди в концентрат, %
1 0 2,46 14,00 9,54
2 40 0,82 47,33 71,36
3 60 0,395 53,85 87,64
4 80 0,0008 54,30 99,97
5 100 0,0049 54,60 99,84
6 120 0,0015 56,03 99,95
7 200 0,0037 54,46 99,88
8 300 0,0013 35,52 99,95
9 400 0,0029 26,51 99,91
10 500 0,0475 26,52 98,56
11 600 0,0008 25,47 99,97
12 800 0,001 25,02 99,95
13 1000 0,0032 17,99 99,89
Таблица 3
Кинетика осаждения меди в концентрат
Время, мин pH раствора Извлечение мели в концентрат, % Содержание меди в растворе, г/л
0 2,25 0 2,72
5 1,7 75,44 0,668
15 1,55 94,247 0,156
20 1,50 98,218 0,048
30 1,4 98,562 0,039
50 1,5 98,9 0,03
60 1,56 99,87 0,0039
Таблица 4
Показатели осаждения меди по рекомендуемой технологии
Вы- Содержание , г/л, % Извлечение, %
ход, г, л Си № Со Мп Бе Си N1 Со Мп Бе
Поступило
раствор 1 2,7 2 3,0 36 0,3 73 67, 66 0,5 7 100 100 100 100 100
сера 1,09
ИТОГО 100 100 100 100 100
Получено
Медный концен- трат 4,98 54, 45 0,0 19 0,0 039 0,3 4 0,1 57 99, 87 0,0 312 0,0 528 0,0 25 0,8 8
Раствор 0,925 0,0 039 3,2 75 0,3 997 73, 127 0,9 53 0,1 3 99, 968 99, 947 99, 975 99, 12
ИТОГО 100 100 100 100 100
Осаждение меди проводили в реакторе объемом 2 л с механическим перемешиванием и электронагревом. Объем раствора составлял 1 л; температура 90-95 °С. Элементарная сера измельчалась до крупности -0,074 мм и подвергалась предварительному активированию при температуре 95 оС в растворе ЫаОИ с расходом щелочи 2 % от массы серы.
Результаты экспериментов (табл. 2) свидетельствуют о возможности достижения высоких показателей осаждения меди при расходах серы, близких или превышающих стехиометри-чески необходимые по реакции 2 (оп. 4-10). Извлечение меди в концентрат составляет 99,8-99,9 %. Концентраты
с наиболее высоким содержанием меди (54,30-56,03 %) получены при расходах серы в пределах 80-120 % от стехиометрически необходимых (оп. 4-6). Дальнейшее увеличение расхода серы приводит к закономерному снижению содержания меди в концентратах (оп. 8-12) при сохранении высоких показателей извлечения.
Характерно, что эффективное осаждение меди происходит даже при снижении расхода серы до значений ниже стехиометрически необходимых (оп.4). Дальнейшее снижение её расхода сопровождается заметным снижением извлечения меди (оп. 3), хотя качество концентрата остаётся высоким. При расходе серы 40 % (оп. 2) извле-
чение меди снижается до 71,36 %, а её содержание в концентрате - до 47,33 %. Очевидно при недостатке серы заметную роль играет образование малорастворимой двойной соли меди (Си2803*Си803*2И20). Подтверждением этого служат результаты оп. 1, в котором сера не подавалась. Тем не менее, 9,54 % меди выпало в осадок с содержанием металла 14,00 %.
Изучение кинетики процесса показало, что осаждение меди происходит с высокой скоростью (табл. 3 ), в течение первых 15 минут в концентрат извлекается более 94 % металла. В дальнейшем скорость осаждения снижается. Для практически полного осаждения меди (98,9 %) необходимо около 50-60 мин. Остаточное содержание меди составляет 0,0039 г/л.
В табл. 4 приведены показатели осаждения по рекомендуемому способу.
Как можно видеть из данных таблицы 4, достигнуты высокая селективность процесса и полнота извлечения металла из раствора. Получен высококачественный концентрат, содержащий % меди при извле-
чении 99,87 %. Содержание приме-
1. Андреев С.И. Металлогения железомарганцевых образований Тихого океана. Санкт-Петербург.: Недра, 1994, 191 с.
2. Патент РФ № 2231569 авторы Ро-манчук А.И., Ивановская В.П., Королев
сей в концентрате незначительно: никеля - 0,02 %, кобальта - 0,004 %, марганца -0,34 %, железа -0,1 %. Таким образом, с медным концентратом соосаждаются лишь 0,02-0,05 % никеля, кобальта и марганца.
Минеральный состав полученного медного концентрата был исследован с использованием сканирующего электронного микроскопа І8М-5300, оснащенного энергодисперсионным аналитическим спектрометром.
Проведение количественного анализа показало, что состав образовавшегося соединения стабилен по площади зерен; а в непосредственной близости от поверхности частицы элементарной серы наблюдается повышение содержания меди. Таким образом, если на большей части площади зерен можно говорить об образовании соединения, идентичного природному ковеллину, то в приграничной с серой области, по данным атомного состава, можно диагностировать соединение, отвечающее формуле халькозина.
Разработанный метод защищён патентом РФ на изобретение [2].
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
А. Б., способ переработки подводных железомарганцевых руд, 2004, С22В
47/00,3/00. ЕЕЭ
— Коротко об авторах---------------------------------------------------------------
Романчук А.И., Кошель Д.Я., Ивановская В.П. - ЦНИГРИ.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 24 симпозиума «Неделя горняка-2006». Рецензент - проф., д-р. техн. наук В.М. Авдохин.
