Извлечение d-металлов из бедных руд и отвалов

Извлечение d-металлов из бедных руд и отвалов

К настоящему времени количество руд с высоким содержанием металлов сократилось. Например, рентабельный минимум для переработки составляет: 0,4-0,25 % для меди и 0,1-0,05 % для ванадия. В то же время не малое количество металлов остается в отвалах, создающих серьезную экологическую проблему. Технология гидрометаллургического извлечения металлов из бедных руд и отвалов исчерпала свои возможности.

Сегодня на первый план выдвигается технология растворения нерастворимых в воде соединений d-элементов с ковалентными связями (оксиды, сульфиды, гидроксиды, фосфаты, карбонаты и др.). Образующееся комплексное соединение металла находится в растворенном состоянии. Эти соединения легко вступают в донорно-акцепторное взаимодействие с органическими лигандами, растворенными в неводных растворителях.

Для изучения растворения в донорно-акцепторной системе были выбраны руды с бедным содержанием металла, отвалы и шпинель (табл. 48).

Таблица 48

Рудное сырье, отвалы, шпинель; содержание металла m

Рудное сырье, отвалы, шпинель

Металл

m, %

Сульфидные руды (халькозин, ковеллин, борнит, халькопирит

Cu

0,5-0,7

Окисленные руды (тенорит, куприт, малахит)

Cu

0,4-0,7

Отвалы (смешанные руды)

Cu

0,27

Шпинель CuFe2O4

Cu

0,26

Ванадит

V

0,1

Аргентит

Ag

1,9

Шпинель CuFe2O4 химически чрезвычайно инертна, растворима только в концентрированных серной и соляной кислотах при нагревании и практически не поддается переработке.

Образцы сырья различной степени дисперсности заливались раствором салицилальанилина в диметилформамиде и перемешивались.

В табл. 49 представлены кинетические параметры извлечения металла из указанного выше (табл. 46) сырья.

Таблица 49

Скорость извлечения металла V, энергия активации Ea,

степень извлечения α

Сырье

Формула

V·105, моль/г·ч

Ea, кДж/моль

α, %

Халькопирит

CuFeS2

64

53±2

37,61

Халькозин

Cu2S

148

18,3±1

81,39

Ковеллин

CuS

76

38,9±2

85,60

Борнит

Cu5FeS4

22

117±3

47,60

Куприт

Cu2O

19

36±1

63,33

Тенорит

CuO

59

68±2

70,60

Малахит

(CuOH)2CO3

24

43±4

79,89

Шпинель

CuFe2O4

3,33

171±3

72,47

Гематит

Fe2O3

3,75

98±2

76,70

Магнетит

Fe3O4

0,13

87±3

69,59

Сидерит

FeCO3

1,50

69±2

72,34

Ванадит

Pb5(VO4)3Cl

58

45±4

50,71

Аргентит

Ag2S

183

-

76,00

Примечание: Система: металлсодержащее сырье–салицилальанилин–диметилформамид; концентрация лиганда 0,05 моль/л; температура 25 оC.

Из сульфидных руд медь извлекается с более высокой скоростью по сравнению с оксидными рудами. Наибольшая скорость извлечения меди характерна для халькозина, ковеллина и халькопирита. Высока скорость извлечения ванадия и серебра. Высокие степени извлечения металла свыше 70 % характерны для ковеллина, халькозина, малахита, гематита, аргенита, сидерита, шпинели и тенорита.

В табл. 50 представлены данные по влиянию ряда технологических параметров процесса на эффективность извлечения металла при использовании донорно-акцепторной системы с неводным растворителем, а также водными системами, применяемыми в гидрометаллургии меди.

При кусковом выщелачивании борнита и малахита скорость реакции невелика, но резко возрастает при увеличении дисперсности и перемешивании пульпы. К увеличению скорости реакции приводит повышение концентрации лиганда. Эффективным оказалось воздействие температуры на процесс извлечения металла. Увеличение температуры с 20 до 30 оC приводит к повышению скорости реакции в 2,14 раза и степени извлечения меди в 2,05 раза.

Таблица 50

Растворение медьсодержащего сырья в растворах салицилальанилина в диметилформамиде и в промышленных водных растворах серной кислоты

Минерал

Борнит

Халькозин

Ковеллин

Халькопирит

Куприт

Малахит

Формула

Cu5FeS4

Cu2S

CuS

CuFeS2

Cu2O

(CuOH)2CO3

D

7,8

0,05

0,34

0,34

0,34

7,8

Перемеш.

нет

200

200

200

200

Нет

t

20

30

30

20

30

20

C

0,05

0,01

0,01

0,01

0,1

0,05

От. Т:Ж

1:5

1:30

1:30

1:30

1:60

1:5

V·105

1,91

148

95

64

42,5

24

α

88

95

79

71

80

43

τ

5 сут.

3 ч

3 ч

3 ч

2,5 ч

24 ч

Промышленные растворы (1-5 % H2SO4, t = 35 oC)

D

0,147

0,147

0,147

0,044

0,147

0,147

α

27

30

26

30

50

100

τ

4 сут.

14 сут.

35 сут.

40 сут.

1 ч

1 ч

Примечание: D – крупность (мм); Перемеш. – перемешивание (об/мин); t – температура (оС); C – концентрация лиганда (моль/л); От. Т:Ж. – отношение фаз твердая:жидкая; V – скорость реакции (моль/г·ч); α – степень извлечения металла (%);τ – время извлечения.

На выщелачивание сырья, приведенного в табл. 49, с использованием промышленных растворов, содержащих серную кислоту, требуется значительное время обработки от 4 до 40 суток. При этом степень извлечения меди за исключением куприта и малахита не превышает 30 %.

Сопоставление результатов, полученных с использованием сольватотехнологии, и применяемого сегодня метода гидрометаллургии говорит о перспективности использования неводных систем.

Экологическая целесообразность сольватотехнологии очевидна. Исключается использование водных систем и, следовательно, загрязнение гидросферы. Исключается использование в технологическом процессе агрессивных и токсичных реагентов – кислот, щелочей, цианистого калия, аммиака.

Технологическая целесообразность сольватотехнологии также очевидна – высокие скорости растворения сырья; проведение процесса при низких температурах; отсутствие взаимодействия неводных растворов с s- и p-элементами и вскрышными породами; резкое снижение коррозии используемого оборудования. Кроме того, представляется возможным проводить извлечение d-металлов из тонковкрапленных руд. Отпадает необходимость в предварительной дорогостоящей обработке рудного сырья.

  • Читать все новости