Способ извлечения металлов

 

Использование: при извлечении металлов из руд, в цветной металлургии. Сущность: в способе извлечения металлов из илов, образующихся при нейтрализации кислых рудничных вод известью, проводят выщелачивание указанного сырья аммиачными растворами, в которые добавляют соду, полученную смесь перемешивают и фильтруют, а образованный кек промывают свежей порцией содоаммиачного раствора и фильтруют. 2 табл., 7 ил.

Изобретение относится к способам извлечения металлов из руд и может быть использовано в цветной металлургии.

Известен способ извлечения металлов при чановом сернокислотном выщелачивании окисленных полиметаллических руд [1] Недостатками этого способа являются невозможность регенерации выщелачивающих растворов, его нерентабельность при наличии большого количества карбонатного материала в рудах.

Наиболее близким по технической сущности является способ извлечения металлов при аммиачном выщелачивании как в автоклавах при повышенных значениях температуры и давлении, так и в чанах при нормальной температуре и давлении [2] Недостатком этого способа является низкая степень извлечения меди из окисленных руд.

Задача изобретения увеличение степени извлечения меди при выщелачивании аммиачными растворами илов, образующихся при нейтрализации кислых рудничных вод известью и поступающих на хранение в осветлительные пруды.

Эта задача достигается тем, что в способе извлечения металлов, включающем воздействие выщелачивающих аммиачных растворов на минеральное сырье, в ил, образующийся при нейтрализации кислых рудничных вод известью, добавляют соду, раствор аммиака, смесь перемешивают, фильтруют, кек промывают новой порцией раствора того же состава, фильтруют.

На фиг.1 (известный способ) проиллюстрировано изменение содержания меди и цинка в растворах в зависимости от количества 25%-ного раствора аммиака; на фиг. 2 проиллюстрировано изменение содержания меди и цинка в растворах в зависимости от количества соды (Na₂CO₃·H₂O); отношение твердого к жидкому 1: 3; растворитель 25%-ный раствор аммиака; на фиг.3 изменение содержания меди и цинка в растворах в зависимости от количества соды (Na₂CO₃·H₂O); растворитель 25%-ный раствор аммиака (отношение аммиак:вода 1:1); на фиг.4 изменение содержания меди и цинка в растворах в зависимости от отношения твердого к жидкому при постоянном содержании соды и отношении 25%-ного раствора аммиака к дистиллированной воде 1:1; на фиг.5 изменение содержания меди и цинка в растворах в зависимости от отношения твердого к жидкому при постоянном содержании соды, растворитель 25%-ный раствор аммиака; на фиг.6 проиллюстрирована зависимость выщелачивания от концентрации аммиака в растворителе; на фиг. 6 (предлагаемый способ) проиллюстрирована зависимость выщелачивания от концентрации аммиака в растворителе.

В качестве примера использования способа взяты илы Ельчевского шламохранилища Дегтярского рудника Свердловской области. Запасы илов по данным разведочных работ 1,0 млн.т, запасы меди в них 12,8 тыс.т, запасы цинка 80 тыс.т, золота 320 кг, серебра 480 кг. Технология извлечения этих металлов из илов не разработана.

Химический состав илов, мас.

SiO₂ 13,78; TiO₂ 0,16; Al₂O₃ 9,25; Fe₂O₃ 23,12; FeO 2,22; CaO 9,37; MgO 3,39; MnO 0,60; K₂O 0,18; Na₂O 0,26; P₂O₅ 0,24; ппп 26,46; SO₃ 4,29; CO₂ 7,00; SO^-₄² 3,34; Cu 1,00; Zn 5,42; Au 0,2 г/т; Ag 0,3 г/т; H₂O 10,13 (сумма 99,63).

(анализы выполнены в химической лаборатории ПО Уралгеология) Фазовый анализ илов (рентгено-структурный анализ проведен в Уральском отделении Российской А Н).

Минералы меди малахит CuCO₃·Cu(OH)₂; линарит (Pb,Cu)SO₄·(Pb,Cu)(OH)₂; брошантит Cu₄(SO₄)·Cu(OH)₆; самородная медь.

Минералы цинка цинковый рокбриджеит Fe-Mn-Fe-Zn-PO-H₂O·OH; вудруффит (Zn,Mn)₂Mn₅O₁₂·4H₂O; госларит ZnSO₄·7H₂O (минералы цинка практически рентгеноаморфны, возможны смитсонит ZnCO₃, гидроцинкит Zn₅(CO₃)₂(OH)₆.

Минералы железа аморфный гидроксид железа.

Нерудные минералы: кварц SiO₂; кальцит CaCO₃; каолинитовые и гидрослюдистые минералы.

В илах много органических веществ в виде обрывков и остатков листьев, корней и т.д.

Илы относятся к тонкодисперсному виду сырья, отличаются повышенным содержанием терригенного материала (кварца и др. минералов), характеризуются высокой известковистостью (15% от массы высушенных илов), вследствие чего их не подвергают сернокислотному выщелачиванию для извлечения рудных компонентов из илов (металлов меди, цинка и др.). Металлы, представляющие промышленную ценность (медь, цинк, железо), находятся в илах в основном в виде гидроксидных соединений, хорошо растворимых в кислотах, практически не растворимых в воде, образуют комплексные соединения меди, цинка и двухвалентного железа с аммиаком и сильными щелочами.

Опыт 1 (по известному автоклавному способу). Навеску осушенных при 110^oC илов массой 50 г заливают 500 мл 10%-ного раствора аммиака, выщелачивание проводят в однолитровом автоклаве при 120-140^oC, при давлении 4-4,5 атм в течение 2 ч. Масса кека после выщелачивания 40г. Результаты выщелачивания помещены в табл.1. Извлечение меди в раствор 53% Результаты опытов по известному и заявляемому способам извлечения меди из илов Ельчевского хранилища приведены в табл.1.

Опыт 2 (по известному способу при нормальном давлении и температуре). Навеску илов 20 г заливают 20 мл 25%-ного раствора аммиака, перемешивают 1 ч, фильтруют, определяют объем фильтрата и содержание меди, цинка, извлечение меди в раствор.

Опыты 3 6 (по известному способу при нормальных давлении и температуре) проводят аналогично опыту 2, изменяют количество 25%-ного раствора аммиака (опыт 3-40 мл; опыт 4-60 мл; опыт 5-80 мл; опыт 6-100 мл).

Результаты опытов 2-6 (табл.1, фиг.1) указывают, что максимальное извлечение меди в раствор по известному способу при нормальных давлении и температуре достигает при Т:Ж 1:3 24,9% Опыт 7 (по предлагаемому способу при нормальных давлении и температуре). В навеску высушенных при 110^oC илов массой 10 г добавляют 0,78 г соды (Na₂CO₃·10H₂O), доливают 30 мл 25%-ного раствора аммиака, перемешивают 1 ч, фильтруют, определяют объем фильтрата, содержание меди, цинка, извлечение меди в раствор.

Опыты 8-10 (по предлагаемому способу) проводят аналогично опыту 7, меняют количество вводимой соды (опыт 8 1,56 г соды; опыт 9 3,12 опыт 10 4,68 г соды).

Результаты опытов 7-10 (табл. 1, фиг.2) показывают, что максимальное извлечение меди 50,4% достигают при введении 3,12 г соды при Т:Ж 1:3.

Опыт 11 (по предлагаемому способу). В навеску высушенных при 110^oC илов массой 20 г добавляют 0,45 г соды (Na₂CO₃·10H₂O), 10 мл 25%-ного раствора аммиака, 10 мл дистиллированной воды, смесь периодически в течение 1 ч перемешивают, фильтруют, определяют объем фильтрата, содержание меди, цинка, извлечение меди в раствор.

Опыты 12-15 (по предлагаемому способу) проводят аналогично опыту 11, меняют количество вводимой соды (опыт 12 2,8 г; опыт 13 3,12 г; опыт 14 - 3,74 г; опыт 15 4,68 г).

Результаты опытов 11-15 (табл.1, фиг.3) показывают, что максимальное извлечение меди, равное 28,5% достигают при введении 3,12 г соды.

Опыт 16 (по предлагаемому способу). В навеску высушенных при 110^oC илов массой 20 г добавляют 3,12 г соды 10 мл 25%-ного раствора аммиака, 10 мл дистиллированной воды, смесь периодически в течение 1 ч перемешивают, фильтруют, определяют объем фильтрата, содержание меди, цинка, извлечение меди в раствор.

Опыты 17-20 (по предлагаемому способу) проводят аналогично опыту 16, изменяя количество растворителя (опыт 17 20 мл 25%-ного раствора аммиака + 20 мл дистиллированной воды; опыт 18 30 мл раствора аммиака + 30 мл воды; опыт 19 40 мл раствора аммиака + 40 мл воды; опыт 20 50 мл раствора + 50 мл воды).

Результаты опытов 16-20 (табл. 1, фиг.3) указывают, что максимальное извлечение меди, равное 38,1% достигают при соотношении Т:Ж 1:2 (20 мл 25% раствора аммиака + 20 мл дистиллированной воды).

Опыт 21 (по предлагаемому способу). Навеску илов массой 20 г смешивают с 3,12 г соды (Na₂CO₃·10H₂O), добавляют 20 мл 25%-ного аммиака, смесь периодически в течение 1 ч перемешивают, фильтруют, определяют объем фильтрата, содержание меди, цинка, извлечение меди.

Опыты 22-25 (по предлагаемому способу). Проводят аналогично опыту 21 при различном соотношении твердого и растворителя (опыт 22 40 мл 25%-ного раствора аммиака; опыт 23 60 мл 25%-ного раствора аммиака; опыт 24 80 мл 25%-ного раствора аммиака; опыт 25 100 мл 25%-ного раствора аммиака).

Результаты опытов (табл.1, фиг.5) указывают, что максимальное извлечение меди, равное 52,8% наблюдают при соотношении Т:Ж 1:2 (ил + 25%-ный раствор аммиака).

Опыт 26 (по предлагаемому способу). Навеску высушенных илов при 110^oC массой 20 г смешивают с 3,12 г соды, добавляют 10 мл 25%-ного раствора аммиака и 10 мл дистиллированной воды, смесь периодически в течение 0,5 ч перемешивают, фильтруют, определяют объем фильтрата, содержание меди, цинка, извлечение меди в раствор.

Опыты 27-30 (по предлагаемому способу) проводят аналогично опыту 26, увеличивая время выщелачивания с 1 до 2,5 ч (опыт 27 1 ч; опыт 28 1,5 ч; опыт 28 1,5 ч; опыт 29 2 ч; опыт 30 2,5 ч).

Результаты опытов (табл.1, фиг.6) однозначно указывают, что извлечение меди не зависит от длительности выщелачивания и может быть ограничено 0,5-1,5 ч.

Опыт 31 (по предлагаемому способу). Высушенный при 110^oC ил в количестве 20 г подвергают выщелачиванию при Т:Ж 1:1 растворителем 5 мл 25%-ного раствора аммиака + 15 мл дистиллированной воды при содержании соды, равной 3,12 г, при периодическом выщелачивании в течение 1 ч, фильтруют, определяют объем фильтрата, содержание меди, цинка, извлечение меди.

Опыты 32-35 (по предлагаемому способу). Проводят аналогично опыту 31, но меняют соотношение аммиака и воды (опыт 32 10 мл аммиака + 10 мл дистиллированной воды; опыт 33 15 мл аммиака + 5 мл воды; опыт 34 20 мл аммиака + 0 мл воды; опыт 35 0 мл аммиака + 20 мл воды).

Результаты опытов (табл. 1, фиг.7) указывают, что максимальное извлечение меди, равное 43,3% характерно для растворов с максимальной концентрацией аммиака (25%).

Анализ полученных данных приводит к выводу, что наибольшее извлечение меди наблюдается при выщелачивании илов при содержании соды 3,12 г концентрированными аммиачными растворами (25% аммиака) в течение 0,5-1,5 ч при соотношении Т:Ж 1:2.

Все опыты проводились без промывки кеков. Промывка кеков водой показала отрицательные результаты, поэтому рекомендуется промывку кеков осуществлять концентрированными аммиачными растворами (25% NH₃) при содержании соды 10-16 мас. сверх 100% к твердому при соотношении твердого (кека) к аммиаку 1:1-1:2 при перемешивании в течение 0,5-1,5 ч при нормальных давлении и температуре.

Опыт 36 (по предлагаемому способу). Кек опыта 21, массой 20 г, подвергают промывке 40 мл 25% -ного раствора аммиака при добавлении 3,12 г соды (Na₂CO₃·10H₂O) при периодическом перемешивании в течение 0,5 ч, фильтруют, определяют объем фильтрата, содержание меди, цинка, извлечение меди.

Опыты 37-40 (по предлагаемому способу) проводят аналогично опыту 36 с кеками после опытов 22-25.

Результаты опытов (табл.1) по промывке кеков указывают на их способность легко отдавать медь при повторном выщелачивании. Степень извлечения меди из кеков достигает 40,4-54,2% Суммарное извлечение меди после выщелачивания и промывки содоаммиачным раствором при содержании соды 10-16 мас. сверх 100% к твердому при соотношении 25% раствора аммиака: твердое, равное 2:1 и 1:1, и при перемешивании смеси в течение 0,5-1,5 ч достигает значений 92,9-95,2% (табл.2).

Содоаммиачный раствор после дистилляции острым паром разлагается на аммиак, содовый раствор, гидроксиды меди и цинка.

Предлагаемый способ использован при переработке илов осветлительных прудов Карабашского, Дегтярского и других рудников.

Формула изобретения

Способ извлечения металлов, включающий выщелачивание минерального сырья аммиачными растворами, отличающийся тем, что в качестве минерального сырья используют ил, образующийся при нейтрализации кислых рудничных вод известью, при этом выщелачивание осуществляют аммиачными растворами, в которые добавляют соду, полученную смесь перемешивают и фильтруют, а образованный кек промывают свежей порцией содоаммиачного раствора и фильтруют.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9