Способы электрохимического выщелачивания металлов из руд Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

А.Е.Воробьев, д.т.н.,

Московский государственный горный университет Т.В.Чекушина, аспирант,

Институт проблем комплексного освоения недр РАН

СПОСОБЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ РУО

Разработанная нами группировка электрохимического выщелачивания металлов из руд (рис.1), являющегося весьма перспективным направлением геотехнологии, основана на таких классификационных признаках, как среда выщелачивания, интенсификация процесса, характер электрического тока и вид обработки им, его параметры и др. [1].

Согласно этим признакам, в частности, вмещающей активной жидкой среде, электрохимическое выщелачивание металлов из руд можно подразделить на процессы происходящие в нейтральной водной среде, растворах кислот, щелочей, анолита и в среде микроорганизмов.

Интенсификация электрохимического выщелачивания возможна в результате наложения колебательных волн, под влиянием различных катализаторов, окислителей, деполяризаторов, при повышенном давлении и температуре или под влиянием радиоактивного излучения. Так, например, в некоторых случаях интенсификация достигается активной циркуляцией водных растворов и проявлением деполяризаторов (О2, Ре3+, Н8+, в2' и др.). Растворы выносят продукты электрохимической реакции из зоны контакта руды с технологическими агентами. Деполяризаторы вступают в реакцию с продуктами электрохимического растворения, препятствуя их накоплению на поверхности выщелачиваемых сульфидных золотосодержащих руд.

Следующее подразделение электрохимического выщелачивания определяется объектом наложения электрического тока. Электрический ток накладывается на выщелачиваемую горную массу или производят электротоковую обработку технологических растворов(получение анолита или активных жидкостей). На этом принципе, помимо выщелачивания в условиях гидрометаллургических заводов, например, в промышленных электролизерах, электрохимическое растворение металлов можно проводить и в массивах подземного и кучного выщелачивания.

Другой важный аспект - характер электрического тока: постоянный; переменный (инфронизкой или промышленной частоты -50Гц); высоко- и сверхвысокочастотный ток.

Следовательно, электрохимическое выщелачивание металлов можно проводить как переменным (в основном, это валовое выщелачивание металлов), так и постоянным (обеспечивающим селективность процесса) электрическим током. Основной предпосылкой применения постоянного электрического тока для интенсификации процессов выщелачивания является возникновение электрокинетических явлений под действием тока, химических процессов при электролизе, а также их ускорение. В этой связи по отношению к виду электрического тока металлы подразделяют на следующие группы [2]:

способ, включающий обработку измельченной руды цианистым раствором при одновременном наложении импульсных электрических разрядов со скоростью ввода

П 1 ^

энергии в пульпу 10 - 10‘" Дж/с и частотой импульсов 0,005 - 0,033 Гц. Этот способ позволяет интенсифицировать процесс выщелачивания и повысить степень извлечения металлов из грубодисперсных руд. Для дальнейшей интенсификации процесса электрохимического выщелачивания за счет ослабления пассивации был разработан способ электротоковой обработки водноминеральных сред [3]. При этом по электродам пропускают переменный электрический ток, с уменьшением по амплитуде, продолжительности и частоте следования отрицательными полупериодами, которые чередуют по отношению к положительным периодам.

При изоморфном вхождении элементов в решетку минеральных образований их перевод в состав растворов в электролизере можно осуществить только при полном разложении компонента, связанного с ними. Некоторые неструктурные примеси удается перевести в растворы, при неподвижных основных минералах. Окислительная способность среды в электролизере регулируется изменением количества пропущенного через раствор электричества и плотностью тока на аноде. При этом необходимо различать обратимые и необратимые электрохимические процессы. В первом случае для разделения продуктов анодных и катодных реакций применяются электролизеры с диафрагмой, проницаемой для электрического тока, или электроды с различной площадью поверхности. Во втором случае целесообразно применять совместное погружение электродов в раствор реагента.

В некоторых случаях выщелачивание сульфидных руд производят наложением на систему "руда-раствор" высокочастотного электрического воздействия с подачей в систему озонированного воздуха(при его

расходе 0,1 - 0,3 м7ч на тонну руды) с концентрацией озона в нем 1 - 1,5% [4].

В мировой и отечественной практике выщелачивание металлов постоянным электрическим током широко применяется на предприятиях цветной металлургии (электрометаллургические заводы).

Сущность одного из методов электрохимического выщелачивания заключается в совмещении в одном аппарате-электролизере двух процессов - получения окислителей (методом электролиза водных растворов) и окисления сульфидов. Для электрохимического выщелачивания золото-мышьяковистых руд целесообразно применение растворов едкого натра, обладающих высокой электропроводностью и не вызывающих нежелательные вторичные процессы, как это наблюдается при использовании аммиачных и хлоридных растворов.

Электрохимической обработке может подвергаться не выщелачиваемая масса, а технологические растворы перед подачей на растворение [5]. В результате возможно одновременное сокращение расхода реагентов, энергозатрат и повышение степени выщелачивания металлов. Электрохимическую обработку растворов осуществляют в диафрагменном электролизере путем их подачи в анодную и катодную зоны в режиме противотока в течении 2-30 минут при ступенчатом изменении плотности тока: на первой ступени - 250-520 А/м2 (в течение 0,5 - Юмин), на второй ступени - 110 -200 А/м2. После электрохимической обработки растворов в анодной зоне снижается величина pH в кислую область, повышается значение ОВП и кислотность с одновременным повышением в растворах катодной зоны значения pH в щелочную область, снижением кислотности и ОВП, т.е. после электрохимической обработки в растворах анодной зоны возрастают окислительные свойства с одновременным увеличением щелочных свойств в растворах катодной зоны.

Чтобы перевести соединение в раствор, необходимо разрушить кристаллическую решетку минерала, разорвав химические связи между ионами или атомами. Селективность этого процесса основывается на том, что химическая устойчивость различных минералов обуславливается определенными энергиями их кристаллических решеток, зависящих от типа решетки, размера связанных в ней частиц (ионов, атомов и молекул), вида химической связи между ними, степени окисления элементов, а также поляризующей способности катионов, поляризуемости анионов, совершенства структуры кристаллов и других факторов [6]. Также установлено, что в процессе электрохимического растворения горных пород, наибольшей степенью извлечения характеризуются элементы-примеси, причем наблюдается обратная зависимость между концентрацией элемента в горной массе и степенью его извлечения. С учетом разницы этих и других параметров для различных минералов можно добиться селективного электрохимического выщелачивания металлов из руд.

Технологически селективное выщелачивание металлов достигают варьированием плотности электрического тока, концентрации химического реагента, продолжительности электрохимической обработки и величины сопротивления руд и растворов. На практике необходимо учитывать, что эти изменения обусловлены регулированием окислительно-восстановительного потенциала и pH среды, поляризацией минералов или образованием активных агентов. Например, известно, что с ростом pH окислительный потенциал вод падает. В этих условиях электродный потенциал минералов, подвергающихся окислению, также изменяется (обычно в сторону понижения). С увеличением щелочности сернокислой среды и доступа кислорода окислительный потенциал снижается, а электродный потенциал (например, арсенидов N1, Со, Ре) изменяет-

ся неравномерно, с общей тенденцией к понижению. Селективность процесса электрохимического выщелачивания различных металлов достигается также и путем изменения электропроводности рудной - горной массы и технологических растворов. Электропроводность технологических растворов находится в прямой зависимости от концентрации растворенных в ней реагентов и солей [7]. Здесь в весьма широком диапазоне концентраций- от слабо минерализованных вод (0,01 г/л) до рассолов (>100г/л) имеет место линейная связь. Такая зависимость характерна для разнообразных вод и технологических растворов (рис.2).Вместе с этим состав жидкости и растворенных солей существенно сказывается на величине удельного сопротивления раствора. Например,

Таблица 1

Тип руды Тип обработки Удельное сонротивле | пне (Ом.м)

Пирит без обработки 0.083

Карабашский 3% Н,504 0,056

3% Н2504 + ЭХО* 0.267

3% №ОН + ЭХО 10.500

ЭХО без реагентов 1,107

Пирит без обработки 0,116

Кургашинкан- 3% Н^О, 0,180

ский 3% Н^О, + ЭХО 0,200

3% ЫаОН + ЭХО 3,233

ЭХО без реагентов 0,127

Арсенопирит без обработки 0,011

Чармингтонскнй 3% Н,504 0,005

3% н,яо4 + ЭХО 0,005

3% №ОН + ЭХО 0,030

ЭХО без реагентов 0,018

замена раствора НС1 на №С1 при их концентрации 1 г/л при прочих равных услови-

* ЭХО - электрохимическая обработка с параметрами: IV = 8 А/л, Т: Ж = 1,2,1 = 30 мин

Результаты обработки золотосодержащих сульфидов различными типами реагентов

ях почти в 10 раз увеличивает сопротивление раствора. А если заменить №С1 на КО, то это различие будет еще значительнее. Влияние вида солевого состава на удельное сопротивление раст воров обуславливается разной степенью диссоциации молекул многих солей и различной скоростью перемещения их ионов в растворе под действием электрического поля.

Изменение величины электрохимического сопротивления руд и пород после различных их обработок было также зафиксировано входе экспериментальных исследований, проведенных в ИПКОН РАН под руководством академика В.А.Чантурия (табл. 1).

Рис. 2. Зависимость удельного электрического

сопротивления водных растворов солей от их концентрации

Приведенная выше группировка позволяет определить рациональные пути совершенствования технологии электрохимического выщелачивания металлов из руд. в основном, в области интенсификации процесса перевода элементов в раствор и снижения количества используемых высоко-гоксичных химических реагентов.

1. Воробьев А.Е., Чекушина Т.В. I руппи-ровка методов электрохимического выщелачивания металлов /'Деп.рук. 27/09-118,- М. МГГУ, 1995. - 11 с.

2. Заглубоцкий В.И. Окисление металлов переменным током в растворе щелочи //Автореферат на соискание уч.ст. к.т.н. - Новочеркасск: НПИ, 1975.

3. Цветков B.C., Троп А.Е., Соколов А.Е. Способ выщелачивания металлов из руд и концентратов: А.С. 580240 СССР, МКИ 53 0С22 В 03/22. 1975. - 2 с.

4. Халеэов Б.Д., Ермаков В.И.. Захаров-Нарциссов О.И. и др. Способ выщелачивания сульфидных руд и концентратов: А.с.815059 СССР. МКИ 53 ОС 22 В 47/00, 1981. -4 с.

5. Хабиров В В.. Михайлов Л.П., Гонта-Лубенец Т.Т. и др. Способ подготовки кислых растворов к выщелачиванию руд редких металлов: А с 1253152 СССР. МКИ 53 ОС 22 В 47/00. 1984. -6 с.

6. Черняк А.С. Химическое обогащение руд -М.: Недра, 1987,- 190 с.

7. Ерофеев Л.Я. Электрические свойства минералов и горных пород. - Томск: ГНУ. 1994. - 54 с.

© А.Е.Воробьев, Т.В.Чекушина

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ