Гидрометаллургическая переработка медно-мышьяковистого сульфидного сырья

По мере истощения запасов богатых полезных ископаемых медные руды становятся более сложными за счёт наличия в них большого количества различных примесей. Присутствие мышьяка во многих медных месторождениях Урала ограничивает их переработку по традиционным технологиям; наличие мышьяка в технологических потоках вызывает все большие затруднения на предприятиях медной промышленности. Усилия производственников направлены на разработку новых технологических процессов для переработки медно-мышьяковистых концентратов, но их использование сильно ограничено из-за высокого содержания в них мышьяка и экологических проблем, связанных с выбросами и образующимися стоками.Весьма перспективным для переработки подобного сырья является способ азотнокислотного выщелачивания. Благодаря высокой интенсивности процесса за счет протекания экзотермических реакций окисления сульфидных минералов, что сопровождается высоким тепловым эффектом, удается с высокой скоростью перевести основные компоненты в раствор. Дальнейшая переработка получаемых растворов позволяет селективно извлекать цветные металлы в товарную продукцию, мышьяк переводить в стабильную и экологически безопасную форму, извлекать благородные металлы из кеков выщелачивания по традиционным технологиям. С помощью расчётов изменения свободной энергии Гиббса, анализа диаграмм Пурбэ и равновесного распределения установлена возможность растворения минералов, присутствующих в медно-мышьяковистом сульфидном концентрате, в растворах азотной кислоты и Fe2(SO4)3. С помощью центрального композиционного плана с пятью изменяемыми параметрами установлены условия ведения процесса азотнокислотного выщелачивания Cu-As сырья с добавлением ионов Fe (III) и FeS2: концентрация азотной кислоты 6 моль/дм3, продолжительность процесса 60 мин, температура 80 оС, концентрация ионов Fe (III) 16,5 моль/дм3 и массовое соотношение FeS2 к сульфидным минералам 1,2:1. При данных условиях достигается степень растворения основных сульфидных минералов более 90 %. При этом введение ионов Fe (III) и FeS2 позволяет снизить требуемую начальную концентрацию HNO3 с 12 до 6 моль/дм3. Рассчитаны значения кажущейся энергии активации по модели сжимающегося ядра: для теннантита - 28,8 кДж/моль, халькопирита - 33,7 кДж/моль, сфалерита - 53,7 кДж/моль; эмпирические порядки для теннантита, халькопирита и сфалерита: - по концентрации азотной кислоты составили 1,2; 1,4; 1,6 соответственно; - по концентрации ионов железа (III) – 0,34; 0,82; 0,62 соответственно; - по пириту – 0,47; 0,69; 0,59 соответственно. Установлено, что в изучаемых условиях ведения процесса растворение медных сульфидных минералов лимитируется внутридиффузионными ограничениями, что связано с возникающими пассивационными явлениями вследствие образования пленок элементной серы на их поверхности. Доказано, что при азотнокислотном выщелачивании смеси сульфидных минералов пирит может выступать в качестве альтернативной каталитической поверхности для халькопирита и теннантита. За счёт образования между минералами гальванической связи удаётся снизить влияние пассивирующего слоя элементной серы. Проведены укрупненные лабораторные испытания и разработана принципиальная технологическая схема совместной переработки сульфидного медно-мышьяковистого концентрата Учалинского месторождения и пиритного концентрата. Проведена оценка технико-экономической эффективности предложенной технологии: срок окупаемости составил 9 лет при переработке 50 тыс. тонн Учалинского концентрата в год.