Способ выделения мышьяка и сурьмы из медьсодержащего сырья

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к способам очистки медьсодержащего сырья от примесей. Выделение мышьяка и сурьмы из медных концентратов или промпродуктов, содержащих мышьяк и сурьму в форме минералов блеклых руд, включает их выщелачивание в растворе, содержащем NaOH концентрацией от 3,0 до 4,0 M и Na₂S концентрацией от 0,5 до 1,5 М, при соотношении Ж:Т от 4 до 5. Выщелачивание проводят в реакторе атмосферного выщелачивания при температуре от 90 до 100°С в течение от 3 до 4 ч при непрерывном перемешивании со скоростью вращения перемешивающего устройства от 500 до 700 об/мин. В ходе выщелачивания подают воздушную смесь в объеме от 2 до 4 л/мин. Полученную пульпу направляют на стадии сгущения, фильтрации и промывки с получением конечного продукта, содержащего медь, цинк и железо, а раствор, содержащий мышьяк и сурьму, направляют на очистку. Изобретение позволяет повысить степень выделения мышьяка и сурьмы из медьсодержащего сырья. 1 табл., 6 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к способам очистки медьсодержащего сырья от примесей, а именно к способам выделения мышьяка и сурьмы из медьсодержащего сырья, и может быть использовано для получения медных концентратов и технологических продуктов с высокой степенью очистки.

Известен способ очистки сульфидных концентратов от мышьяка (патент США №3709680, опубликован 09.01.1973), включающий стадию выщелачивания сульфидного концентрата в растворе с концентрацией реагентов от 100 до 600 г/л Na₂S или же эквивалентное количество NaOH, NaOH-Na₂S, NaOH-S. Процесс выщелачивания проводят при температуре выше 75°С (предпочтительно от 100 до 200°С), в течение от 1 до 20 часов (предпочтительно от 4 до 12 часов).

Недостатком известного технического решения является высокий расход Na₂S (до 600 г/л), повышенная агрессивность среды, как следствие - повышенный износ аппаратуры. Кроме того, способ характеризуется сложным аппаратурным оформлением, поскольку процесс выщелачивания проводят при повышенных температурах (предпочтительно от 100 до 200°С).

Известен способ очистки сульфидных концентратов и руд (патент США №4051220, опубликован 27.09.1977), заключающийся в выщелачивании сульфидных концентратов и руд раствором Na₂S с концентрацией от 50 до 400 г/л (предпочтительно от 250 до 300 г/л), процесс выщелачивания проводят при температуре от 60 до 150°С (наиболее предпочтительно от 85 до 110°С), в течение от 0,5 до 22 часов (предпочтительно от 4 до 8 часов), с последующим охлаждением отработанного раствора и кристаллизацией солей сурьмы.

Недостатком известного технического решения является высокая концентрация Na₂S (до 400 г/л), которая вызывает быстрый износ и зарастание оборудования. Кроме того, способ характеризуется низким выделением мышьяка и сурьмы в раствор из-за не определенного соотношения масс жидкой и твердой фаз в процессе выщелачивания.

Известен способ удаления мышьяка из сульфидного сырья (заявка на патент WO №2012051652, опубликована 26.04.2012), включающий стадию выщелачивания сырья щелочным раствором, с содержанием реагентов для достижения следующих соотношений: S^2-/As от 0 до 1,5 моль по стехиометрии и OH^-/As более 8 моль (предпочтительно более 16 моль). Процесс выщелачивания проводят при температуре от 30 до 115°С (предпочтительно от 100 до 200°С), при содержании твердого в растворе от 5 до 90 % по массе (более предпочтительно от 30 до 55 %). Способ также включает стадию очистки отработанного раствора и его возвращение на стадию выщелачивания.

Недостатком известного способа является нестабильные показатели извлечения мышьяка (от 80 % до 96 %), по причине широкого диапазона значений параметров процесса. Кроме того, способ характеризуется сложным аппаратурным оформлением, поскольку процесс выщелачивания проводят при повышенных температурах (предпочтительно до 200°С).

Известен способ очистки медных концентратов, содержащих мышьяк и сурьму (патент США №10385420, опубликован 25.05.2017), включающий две стадии. Первая стадия включает в себя растворение примесей щелочным раствором, содержащим NaOH от 20 до 200 г/л (предпочтительно от 80 до 150 г/л) при температуре от 100 до 110°С в течение от 0,1 до 12 часов (предпочтительно от 4 до 6 часов) и содержании твердого в растворе от 50 до 60 %. На второй стадии регенерированный раствор NaOH и частично очищенную пульпу подают в автоклавный реактор где в течение от 0,1 до 6 часов (предпочтительно от 1 до 3 часов) проводят процесс при температуре от 110 до 250°С (предпочтительно от 110 до 180°С).

Недостатком известного способа является его многостадийность, а также его продолжительность, поскольку способ проводят в две стадии: растворение примесей щелочным раствором и выщелачивание в автоклавном реакторе. Также способ характеризуется сложным аппаратурным оформлением, поскольку процесс выщелачивания проводят в автоклавных реакторах при высоких температурах (до 250°С).

Известен способ выделения мышьяка и сурьмы из медьсодержащего сырья (патент США №3911078, опубликован 07.10.1975), принятый за прототип, включающий выщелачивание медьсодержащего сырья в растворе содержащим NaOH от 0,2 до 1,0 моль и Na₂S от 1,5 до 3,5 моль (предпочтительно концентрация NaOH равна 0,25 моль, Na₂S равна 2 моль). Процесс выщелачивания проводят при температуре от 80 до 106°С в течение от 2 до 5 часов.

Недостатком известного технического решения является высокий расход Na₂S, поскольку приемлемый уровень извлечения мышьяка достигается только при концентрациях Na₂S свыше 2,0 молей. По этой причине, процесс проводится в высоко- агрессивной среде, что подвергает аппаратуру повышенному износу. Кроме того, данный способ характеризуется низкой степени выделения мышьяка и сурьмы.

Техническим результатом является повышение степени выделения мышьяка и сурьмы из медьсодержащего сырья.

Технический результат достигается тем, что в качестве медьсодержащего сырья используют медные концентраты или промпродукты, содержащие мышьяк и сурьму в форме минералов блеклых руд, причем при выщелачивании установлена концентрация для NaOH от 3,0 до 4,0 M, для Na₂S от 0,5 до 1,5 М, при соотношении Ж:Т от 4 до 5, при этом процесс выщелачивания проводят в реакторе атмосферного выщелачивания при температуре от 90 до 100°С, в течение от 3 до 4 часов при непрерывном перемешивании со скоростью вращения перемешивающего устройства от 500 до 700 об/мин, при этом в ходе процесса выщелачивания осуществляют подачу воздушной смеси в объеме от 2 до 4 л/мин, после проведения процесса выщелачивания полученную пульпу направляют на стадии сгущения, фильтрации и промывки, с получением конечным продуктом, который содержит медь, цинк, железо, а раствор направляют на очистку.

Способ осуществляется следующим образом. Медьсодержащее сырье, а именно, медный концентрат или промпродукт в виде пульпы, которые содержат мышьяк и сурьму в форме минералов блеклых руд, подают в реактор атмосферного выщелачивания вместе с предварительно подготовленным и подогретым до заданной температуры щелочным раствором, содержащим NaOH и Na₂S, для проведения процесса выщелачивания. При проведении процесса выщелачивания установлена концентрация для NaOH от 3,0 до 4,0 M, для Na₂S от 0,5 до 1,5 М и отношение Ж:Т (жидкой фазы к твердой фазе) от 4 до 5. После загрузки медьсодержащего сырья и щелочного раствора проводят процесс выщелачивания при температуре от 90 до 100°С, в течение от 3 до 4 часов при непрерывном перемешивании, со скоростью вращения перемешивающего устройства от 500 до 700 об/мин и подачи воздушной смеси в объеме от 2 до 4 л/мин. После проведения процесса выщелачивания полученную пульпу направляют на стадии сгущения, фильтрации и промывки. После выщелачивания раствор направляют на очистку, а полученный осадок, очищенный от сурьмы и мышьяка и содержащий медь, цинк, железо, после промывки и сушки, является конечным продуктом.

В качестве медьсодержащего сырья используют медные концентраты, содержащие мышьяк и сурьму в форме минералов блеклых руд, или промпродукты, содержащие мышьяк и сурьму в форме минералов блеклых руд, очистка которых позволяет получать медные концентраты, соответствующие высшим маркам гост Р 52998-2008, и очищенные промпродукты, пригодные для дальнейшей пирометаллургической переработки.

Выбранный диапазон концентраций реагентов при выщелачивании для NaOH от 3,0 до 4,0 M и для Na₂S от 0,5 до 1,5 М объясняется достижением высокой степени выделения мышьяка и сурьмы из медьсодержащего сырья в раствор. При использовании концентраций реагентов более 4,0 M для NaOH и более 1,5 М для Na₂S не изменяется конечная степень выделения мышьяка и сурьмы в раствор, но при этом повышается вероятность зарастания и износа оборудования из-за коррозийных свойств щелочи и осаждения солей. При использовании концентраций реагентов менее 3,0 M для NaOH и менее 0,5 М для Na₂S достигается неприемлемый уровень выделения мышьяка и сурьмы в раствор. В описанном способе, отношение жидкой фазы к твердой фазе (Ж:Т) установлено от 4 до 5, что обеспечивает достижение высокой степени выделения мышьяка и сурьмы из медьсодержащего сырья в раствор, поскольку при отношении ниже 4 ухудшается контакт раствора с твердой фазой, а также увеличивается плотность пульпы, что затрудняет перемешивание. Значения отношения более 5 приводят к увеличению объема аппаратуры и возрастанию технологических потерь.

Проведение процесса выщелачивания в реакторе атмосферного выщелачивания при температуре от 90 до 100°С значительно увеличивает скорость протекания реакций, поскольку возрастает доля активных молекул, что обеспечивает достижение высокой степени выделения мышьяка и сурьмы из медьсодержащего сырья. С понижением температуры ниже 90°С возрастает продолжительность процесса выщелачивания, что неприемлемо для промышленной реализации предложенного способа. При повышении температуры выше 100°С существует необходимость в применении автоклавной аппаратуры и организации сложной технологической схемы. Время процесса выщелачивания определено диапазоном от 3 до 4 часов, это объясняется высокой степенью выделения мышьяка и сурьмы в раствор в данный временной промежуток, при оптимальных параметрах. Время проведения процесса менее 3 часов дает 10 % остаток мышьяка в медьсодержащем сырье, продолжительность более 4 часов не повышает степень выделения мышьяка и сурьмы.

Непрерывное механическое перемешивание в ходе процесса выщелачивания при скорости вращения перемешивающего устройства от 500 до 700 об/мин, улучшает контакт раствора и твердых частиц по всему объему реактора, что также обеспечивает повышение степени выделения мышьяка и сурьмы из медьсодержащего сырья. При увеличении скорости вращения перемешивающего устройства более 700 об/мин отсутствует необходимый контакт между твердыми частицами и раствором, из-за чего снижается степень выделения примесей. При снижении скорости вращения перемешивающего устройства менее 500 об/мин ухудшается контакт твердых частиц и раствора в ходе процесса, что также снижает степень выделения мышьяка и сурьмы из медьсодержащего сырья. В ходе процесса выщелачивания осуществляют подачу воздушной смеси в объеме от 2 до 4 л/мин для улучшения контакта раствора и твердых частиц по всему объему реактора, что дополняет процесс механического перемешивания. Увеличение объема подаваемой воздушной смеси (более 4 л/мин) негативно сказывается на степень выделения мышьяка и сурьмы из медьсодержащего сырья, поскольку происходит перевод вторичных элементов в раствор, кроме того усложняется аппаратурно-техническое оформление. Снижение объема подачи воздушной смеси менее 2 л/мин не позволит улучшить контакт раствора и твердых частиц по всему объему аппарата

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. Медьсодержащее сырье (медный концентрат), содержащее мышьяк и сурьму в форме минералов блеклых руд с исходным составом: 16 % меди, 23,80 % железа, 5,30 % цинка, 1,36 % мышьяка и 0,21 % сурьмы подают в реактор атмосферного выщелачивания вместе с предварительно подготовленным и подогретым до заданной температуры щелочным раствором. Рабочий раствор для процесса выщелачивания с концентрацией NaOH = 3,5 М, Na₂S = 1,0 M предварительно готовят путем последовательного растворения реагентов в воде. При проведении процесса выщелачивания установлено отношение Ж:Т = 4. После загрузки медьсодержащего сырья и щелочного раствора проводят процесс выщелачивания в течение 4 часов, при температуре 95°С, при этом осуществляют непрерывное перемешивание пульпы со скоростью вращения перемешивающего устройства 600 об/мин и подачей воздушной смеси в объеме 3 л/мин. После проведения процесса выщелачивания полученную пульпу направляют на стадии сгущения, фильтрации и промывки.

Технологические условия обеспечивают степень выделения мышьяка на 90 % и сурьмы на 98 % от их исходного содержания в медьсодержащем сырье, при этом медь и цинк не вступают в реакцию и остаются в твердой фазе.

Пример 2. Медьсодержащее сырье (промпродукт), содержащий мышьяк и сурьму в форме минералов блеклых руд с исходным составом: 6,22 % меди, 24,40 % железа, 7,30 % цинка, 1,36 % мышьяка и 0,19 % сурьмы подают в реактор атмосферного выщелачивания вместе с предварительно подготовленным и подогретым до заданной температуры щелочным раствором. Рабочий раствор для процесса выщелачивания с концентрацией NaOH = 4,0 М, Na₂S = 1,5 M предварительно готовят путем последовательного растворения реагентов в воде. При проведении процесса выщелачивания установлено отношение Ж:Т = 5. После загрузки медьсодержащего сырья и щелочного раствора проводят процесс выщелачивания в течение 4 часов, при температуре 100°С, при этом осуществляют непрерывное перемешивание пульпы со скоростью вращения перемешивающего устройства 700 об/мин и подачей воздушной смеси в объеме 4 л/мин. После проведения процесса выщелачивания полученную пульпу направляют на стадии сгущения, фильтрации и промывки.

Технологические условия обеспечивают степень выделения мышьяка на 92 % и сурьмы на 98,4 % от их исходного содержания в медьсодержащем сырье, при этом медь и цинк не вступают в реакцию и остаются в твердой фазе.

Пример 3. Медьсодержащее сырье (медный концентрат), содержащий мышьяк и сурьму в форме минералов блеклых руд с исходным составом: 16 % меди, 23,80 % железа, 5,30 % цинка, 1,36 % мышьяка и 0,21 % сурьмы подают в реактор атмосферного выщелачивания вместе с предварительно подготовленным и подогретым до заданной температуры щелочным раствором. Рабочий раствор для процесса выщелачивания с концентрацией NaOH = 3,0 М, Na₂S = 0,5 M предварительно готовят путем последовательного растворения реагентов в воде. При проведении процесса выщелачивания установлено отношение Ж:Т = 4. После загрузки медьсодержащего сырья и щелочного раствора проводят процесс выщелачивания в течение 3 часов, при температуре 90°С, при этом осуществляют непрерывное перемешивание пульпы со скоростью вращения перемешивающего устройства 500 об/мин и подачей воздушной смеси в объеме 2 л/мин. После проведения процесса выщелачивания полученную пульпу направляют на стадии сгущения, фильтрации и промывки.

Технологические условия обеспечивают степень выделения мышьяка на 72 % и сурьмы на 69 % от их исходного содержания в медьсодержащем сырье, при этом медь и цинк не вступают в реакцию и остаются в твердой фазе.

Кроме того, приведены примеры реализации предлагаемого способа, при технологических параметрах, взятых за пределами предлагаемых диапазонов.

Пример 4. Медьсодержащее сырье (медный концентрат), содержащий мышьяк и сурьму в форме минералов блеклых руд с исходным составом: 16 % меди, 23,80 % железа, 5,30 % цинка, 1,36 % мышьяка и 0,21 % сурьмы подают в реактор атмосферного выщелачивания вместе с предварительно подготовленным и подогретым до заданной температуры щелочным раствором. Рабочий раствор для процесса выщелачивания с концентрацией NaOH = 2,5 М, Na₂S = 0,3 M предварительно готовят путем последовательного растворения реагентов в воде. При проведении процесса выщелачивания установлено отношение Ж:Т = 3. После загрузки медьсодержащего сырья и щелочного раствора проводят процесс выщелачивания в течение 2 часов, при температуре 85°С, при этом осуществляют непрерывное перемешивание пульпы со скоростью вращения перемешивающего устройства 400 об/мин и подачей воздушной смеси в объеме 1 л/мин. После проведения процесса выщелачивания полученную пульпу направляют на стадии сгущения, фильтрации и промывки.

Технологические условия обеспечивают степень выделения мышьяка на 23 % и сурьмы на 28 % от их исходного содержания в медьсодержащем сырье.

Пример 5. Медьсодержащее сырье (медный концентрат), содержащий мышьяк и сурьму в форме минералов блеклых руд с исходным составом: 16 меди, 23,80 % железа, 5,30 % цинка, 1,36 % мышьяка и 0,21 % сурьмы подают в реактор атмосферного выщелачивания вместе с предварительно подготовленным и подогретым до заданной температуры щелочным раствором. Рабочий раствор для процесса выщелачивания с концентрацией NaOH = 4,5 М, Na₂S = 2,0 M предварительно готовят путем последовательного растворения реагентов в воде. При проведении процесса выщелачивания установлено отношение Ж:Т = 6. После загрузки медьсодержащего сырья и щелочного раствора проводят процесс выщелачивания в течение 5 часов, при температуре 105°С, при этом осуществляют непрерывное перемешивание пульпы со скоростью вращения перемешивающего устройства 750 об/мин и подачей воздушной смеси в объеме 4,5 л/мин. После проведения процесса выщелачивания полученную пульпу направляют на стадии сгущения, фильтрации и промывки.

Технологические условия обеспечивают степень выделения мышьяка на 67 % и сурьмы на 65 % от их исходного содержания в медьсодержащем сырье, однако происходит значительная потеря меди и железа из-за их взаимодействия с компонентами раствора. Кроме того, повышенная концентрация щелочи в растворе затрудняет стадию фильтрации и уменьшает срок службы аппаратуры.

Пример 6. Медьсодержащее сырье (медный концентрат), содержащий мышьяк и сурьму в форме минералов блеклых руд с исходным составом: 16 % меди, 23,80 % железа, 5,30 % цинка, 1,36 % мышьяка и 0,21 % сурьмы подают в реактор атмосферного выщелачивания вместе с предварительно подготовленным и подогретым до заданной температуры щелочным раствором. Рабочий раствор для процесса выщелачивания с концентрацией NaOH = 3,5 М, Na₂S = 1,0 M предварительно готовят путем последовательного растворения реагентов в воде. При проведении процесса выщелачивания установлено отношение Ж:Т = 2. После загрузки медьсодержащего сырья и щелочного раствора проводят процесс выщелачивания в течение 3 часов, при температуре 95°С, при этом осуществляют непрерывное перемешивание пульпы со скоростью вращения перемешивающего устройства 600 об/мин без подачи воздушной смеси. После проведения процесса выщелачивания полученную пульпу направляют на стадии сгущения, фильтрации и промывки.

Технологические условия обеспечивают степень выделения мышьяка на 41 % и сурьмы на 32 % от их исходного содержания в медьсодержащем сырье.

Итоговые результаты и технологические параметры (примеры 1-6) представлены в таблице 1.

Таблица 1
- Сводная таблица результатов и технологических параметров
Пример, №	Концентрация Na2S; NaOH, М	Температура раствора, °С	Время процесса, ч	Скорость вращения лопасти мешалки, об/мин	Отношение Ж:Т	Объем воздушной смеси, л/мин	Выделение мышьяка, %	Выделение сурьмы, %
1	1,0; 3,5	95	4	600	4	3	90	98
2	1,5; 4,0	100	4	700	5	4	92	98,4
3	0,5; 3,0	90	3	500	4	2	72	69
4	0,3; 2,5	80	2	400	3	1	23	28
5	2,0; 4,5	105	5	750	6	4,5	67	65
6	1,0; 3,5	95	3	600	2	0	41	32

Таким образом, как показано в вышеприведенном описании изобретения, достигается технический результат, заключающийся в повышении степени выделения мышьяка и сурьмы из медьсодержащего сырья.

Способ выделения мышьяка и сурьмы из медьсодержащего сырья, включающий выщелачивание медьсодержащего сырья в растворе, содержащем NaOH и Na₂S, отличающийся тем, что в качестве медьсодержащего сырья используют медные концентраты или промпродукты, содержащие мышьяк и сурьму в форме минералов блеклых руд, причем выщелачивание проводят в растворе с концентрацией NaOH от 3,0 до 4,0 M и Na₂S от 0,5 до 1,5 М, при соотношении Ж:Т от 4 до 5, при этом выщелачивание проводят в реакторе атмосферного выщелачивания при температуре от 90 до 100°С в течение от 3 до 4 ч при непрерывном перемешивании со скоростью вращения перемешивающего устройства от 500 до 700 об/мин, при этом в ходе выщелачивания осуществляют подачу воздушной смеси в объеме от 2 до 4 л/мин, после чего полученную пульпу направляют на стадии сгущения, фильтрации и промывки с получением конечного продукта, содержащего медь, цинк и железо, а раствор, содержащий мышьяк и сурьму, направляют на очистку.