Химическое обогащение руд с помощью электрохимически генерируемых окислителей

Т.А. Харламова, д.т.н., профессор, Московский горный институт НИТУ МИСиС

А.Ф. Алафердов, , к.т.н., доцент, Московский горный институт НИТУ МИСиС

Химическое обогащение руд с помощью электрохимически генерируемых окислителей

Воснове химического метода обогащения руд – выщелачивания лежит процесс их вскрытия и перевода полезных элементов или их соединений из нерастворимой в растворимую форму [1]. В настоящее время для этих целей используют метод гидрохлорирования, основанный на обработке руд смесью соляной кислоты и хлора, получаемой в диафрагменном электролизере.

Достоинство метода заключается в высокой химической активности хлора в момент его образования, поэтому он нашел достаточно широкое практическое применение, в частности, в ЮАР и Великобритании – для переработки шламов, содержащих благородные металлы. На некоторых предприятиях (например, Carlin Trend (Newmont Mining Corporation, США)) гидрохлорирование применяется в качестве подготовительной операции перед цианированием. Имеются отдельные примеры использования этого процесса и в первичной металлургии золота: на заводах Consolidated Murchison Mine (ЮАР) для переработки сурьмянистых концентратов, Emperor Gold Mine (Фиджи) для выщелачивания золота из теллуристой руды, на ряде заводов в Австралии и ЮАР (применительно к переработке цинковых осадков и гравитационных концентратов) [2–4].

Анализ литературных источников показывает, что продукты электролиза разнообразного состава нашли применение в горнодобывающей отрасли и область их применения постоянно растет [5–7]. Поэтому нами была выполнена поисковая работа в лабораторном масштабе по синтезу и практическому использованию продуктов диафрагменного электролиза, являющихся сильными окислителями, с использованием проточного электрохимического модульного элемента МБ-11 [8].

Методика эксперимента

Получение активированного раствора соляной кислоты проводили с помощью проточного электрохимического модульного элемента МБ-11 (рис. 1), который представляет собой компактный диафрагменный электролизер, состоящий из цилиндрического внешнего титанового катода, оксидноциркониевой микрофильтрационной диафрагмы и трубчатого титанового анода, установленных концентрически и закрепленных в диэлектрических втулках. Кольцевые зазоры между электродами и диафрагмой образуют проточные анодную и катодную камеры. Питание – от источника постоянного тока.Рис. 1 Проточный электрохимический модульный элемент МБ-11

На электрохимический модульный элемент с помощью насоса подавали 10%-й раствор соляной кислоты, в анодной камере которого основной была реакция выделения молекулярного хлора (~95%) . Одновременно, с меньшим выходом по току протекают реакции образования других сильных окислителей (~5%): диоксида хлора (непосредственно при окислении соляной кислоты и хлорид-ионов), озона (за счет преимущественного прямого разложения воды и окисления выделяющегося при этом кислорода), пероксида водорода (за счет непосредственного окисления молекул воды), хлорноватистой кислоты и соединений активного кислорода (O, HO, HO2

). Полученную в результате такой обработки газожидкостную реакционную смесь подавали через газоотводную трубку в колбу объемом 1,0 л, в которую предварительно помещали пробу руды (рис. 2). Процесс выщелачивания руды проводился при интенсивном перемешивании с помощью мешалки (скорость перемешивания 80–100 об/мин) в периодическом режиме. Скорость подачи газо-жидкостной смеси регулировалась насосом подачи раствора кислоты. При необходимости нагревания реакционной смеси колба помещалась в колбонагреватель.Рис. 2 Общий вид лабораторной установки для проведения процесса гидрохлорирования

Экспериментальная часть

Объектами исследования были два различных образца руд, в которых контролировались содержание меди, золота, магния, суммарное содержание редкоземельных металлов (ΣTR). Контроль за эффективностью процесса выщелачивания осуществлялся посредством химического анализа исходной руды, кеков после выщелачивания и продуктивых растворов. Используемые методы анализа: масс-спектральный с индуктивно-связанной плазмой (МС), атомно-эмиссионный с индуктивно-связанной плазмой (АЭ). Пульпу отфильтровали с помощью колбы Бунзена под вакуумом и промывали.091 t1

По завершении процесса выщелачивания определялась величина окислительно-восстановительного потенциала (ОВП), которая косвенно является характеристикой выщелачивания, так как в раствор переходят ионы разных степеней окисления (Cu+2, Cu+1).

Гидрохлоридное выщелачивание магния

Гидрохлоридный способ выщелачивания был применен для извлечения магния из серпентинита. Эксперимент проводился на пробах руды крупностью –0,7 мм при 95°С. Предварительными опытами было показано, что магнитная сепарация для удаления железа при такой крупности руды нецелесообразна, так как вместе с железом наблюдаются большие потери целевого продукта – магния (~45%).

В работе использовалась проба руды, содержащая: 36,82% MgO; 6,2% Fe2O3; 0,54% Al2O3 (табл. 1). Общее время эксперимента составляло 2,3 часа. К концу эксперимента соотношение Ж:Т (с учетом упаривания раствора) составило 2:1, продуктивный раствор тёмно-зеленого цвета сОВП +530,4 мВ и рН 1,6. Кек после выщелачивания промывался горячей водой и сушился при t=200°С. Цвет высушенного кека – жёлтокоричневый. Степень извлечения составила: 98,9% MgO; 90,2% Fe2O3; 50% Al2O3.091 t2

Концентрация катионов Mg+2 в продуктивном растворе составила 170,4 г/л, что в ~1,6 раза выше, чем при выщелачивании серпентинита в тех же условиях электрохимически не обработанной соляной кислотой более высокой концентрации (18%). Средние затраты электроэнергии в пересчете на 1 кг руды составили ~ 0,43 кВт·ч. Следует отметить, что цвет продуктивного раствора при выщелачивании электрохимически не обработанной соляной кислотой приобретал тёмнокоричневый оттенок, что свидетельствует о протекании окислительно-восстановительных процессов под действием молекулярного хлора в случае выщелачивания руды газо-жидкостной смесью, что требует своего дальнейшего изучения.

Гидрохлоридное выщелачивание меди и золота

Выщелачивание меди и золота проводили из окисленной руды, содержащей 1,27% меди и 1,1 г/т золота. Основными рудными минералами руды являлись малахит и азурит, а нерудным материалом – кварц, содержание которого в руде более 70%. Соотношение Ж:Т составляло к концу 3-го часа 1:1 Влияние продолжительности выщелачивания на содержание меди и золота в кеках показано в табл. 2.

Сопутствующие редкоземельные металлы в процессе гидрохлоридного выщелачивания перешли в продуктивный раствор, состав которого приведен в табл. 3.

Расход соляной кислоты на выщелачивание минерала определяется его минеральным составом. Содержание в руде большого количества пустой породы повышает расход кислоты. В проведённых нами экспериментах расход кислоты составлял в среднем 5–9 кг на 1 кг руды.091 t3

Процесс анодной обработки позволяет насытить раствор кислоты избыточным количеством свободного молекулярного хлора и активными продуктами анодного окисления. Для активирования раствора соляной кислоты, как показали эксперименты, необходимо не более 30 кВт·ч на 1 тонну 10%-ного раствора кислоты.

Использование газо-жидкостной смеси, получаемой анодной обработкой соляной кислоты, показало возможность высокой степени извлечения меди, золота, магния и РЗМ. Удалось получить практически полный переход в продуктивный раствор Cu, Au, Mg, Y, Sc и других РЗМ. Работы в этом направлении продолжаются.


ЛИТЕРАТУРА:

1. Абрамов А.А. Технология переработки и обогащения руд цветных металлов. М.МГГУ, 2005. – 566 с.

2. Чекушин В.С., Олейникова Н.В. Переработка золотосодержащих рудных концентратов (обзор методов)/ Изв. Челябинского научного центра. Вып. 4 (30). 2005. с. 96–100.

3. Парунин С.В., Куимов Д.В., Григорьев В.Д. Электрохимическое выщелачивание золотосодер жащей арсенопиритной руды / Второй международный конгресс «Цветные металлы 2010».

Г.Красноярск. 2010. с.319–321.

4. Кушакова Л.Б. и др. Применение способа щелочного окислительного выщелачивания к перера ботке упорного золотосодержащего сырья/ там же. c.316–318.

5. Шумилова Л.В. Теоретическое обоснование физико химической модели и механизма двухста диального окисления упорного сырья в сочетании с процессами кюветного и кучного выщела чивания золота//Материалы науч.конф. «Физико химическая геотехнология».М., 2013.с.67.

6. Букин В.И., Игумнов М.С., Сафонов В.В. Сафонов В.В. Переработка производственных отхо дов и вторичных сырьевых ресурсов, содержащих редкие, благородные и цветные металлы. М.Изд во ООО «Издательский дом «Деловая столица». 2002. 224 с.

7. Г.И. Газалеева, А.М. Клюшников. К вопросу выщелачивания попутных ценных элементов при скважинном подземном выщелачиваии урана с использоваием окислителей. // Инновационные технологии обогащения минерального и техногенного сырья: материалы науч. техн. конф., проводимой в рамках V Уральского горнопромышленного форума, 1–3 октября 2013 г., Екате ринбург / под ред Е.Ф. Цыпина. – Екатеринбург: УГГУ, 2013, с.180.

8. Бахир В.М. Электрохимическая активация – 2012: новые разработки и перспективы.// Водо снабжение и канализация. Май июнь, 2012. С.65.

Ключевые слова: медные руды, хлорирование, гидрохлорирование

Журнал "Горная Промышленность" №6 (118) 2014, стр.91