Техногенные месторождения, способы их формирования и переработки (стр. 8 )

Выщелачивание металлов из руды растворами кислот

Реакция перевода металлов в ионное состояние в кислой среде происходит по следующей схеме:

MeS + 2NaCl + H2SO4 + 0,5О2→Na2SO4 + МеС12 + S + Н2О.

Процесс выщелачивания происходит в несколько стадий:

1. Окисление сульфидов за счет кислорода реагента

2FeS2 + 702 + 2Н2О→2FeSO4 + 2H2SO4.

2. Окисление сульфата закиси железа до сульфата окиси железа

4FeSO4 + О2 + 2H2SO4→2Fe2 (SO4 )3+ 2H2O.

3.Окисление урана и перевод его в растворимое состояние

U02 + Fe2(SO4)3 → UO2SO4 + 2 FeSO4.

4. Окисление сульфидов с образованием серной кислоты

FeS2 + Fe2(SO4)3 → 3 FeSO4 + 2S,

2S + 6 Fe (SO4)3 + 8H2O→ 12 FeSO4 + 8 H2SO4

На третьей и четвертой стадиях сульфат закиси железа играет роль автокатализатора.

Таким образом, расход серной кислоты на выщелачивание урана и содержащихся в минерализованной породе примесей определяется химическим и минеральным составом и геохимическими условиями процесса выщелачивания, поэтому разные компоненты пород при взаимодействии с растворами H2SO4 переходят в раствор с различной интенсивностью. Кремнезем слабо взаимодействует с серной кислотой:

H2SO4 SiO2 + H2O → H2Si03.

Стойким к взаимодействию с растворами H2SO4 является глинозем:

А12О3 + 3H2SO4 → A12(SO4)3 + 3H2O .

Выщелачивается не более 1 - 3% глинозема. Трудно растворяется и окись трехвалентного железа:

Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe(SO4)3 + ЗН2О.

Значительно лучше растворяется окись двухвалентного железа:

FeO + H2SO4 → Fe(SO4) + Н2О.

Карбонат железа полностью переходит в раствор:

FeCO3 + H2SO4 → FeSO4 + Н2СО3.

Карбонаты кальция и магния взаимодействуют с разбавленной H2SO4 с образованием сульфатов:

CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 ↓ + Н2О + СО2;

MgCO3 + H2SO4 → MgSO4 + Н2О + СО2.

Растворимость образующегося гипса невелика - около 2 г/л, поэтому основная масса его выпадает из раствора на поверхности, в микротрещинах и микрокапиллярах кусков породы, кольматируя поровое пространство. Сульфат магния вследствие высокой растворимости остается в выщелачиваемых растворах.

Фосфор находится, как правило, в виде фосфорита Са3(РО4)2 или апатита Ca5(PO4)3F(Cl), которые выщелачиваются по схеме:

Са3(РО4)2 + 3 H2SO4 → 2Н3РО4 + 3CaSO4↓;

Ca5(PO4)3F(Cl) + 5H2SO4 → 3 Н3РО4 + 5CaS04↓+ HF(HCI).

Практически весь фосфор переходит в раствор.

Расход реагента при кислотном способе выщелачивания определяется свойствами неурановых минералов - вмещающих пород. При высоком содержании карбонатов кислотный способ выщелачивания становится экономически не выгодным. Выщелачивание меди из малахита происходит по схеме:

Сu2 (СОз) (ОН)2 + 2H2SO4 → 2CuSO4 + СО2 + ЗН2О.

Извлечение меди из силикатных руд и окислов достигается следующим образом:

CuSiO3+H2SO4+2H2O → CuSO4+3H2O+SiO2

CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O.

Повышение температуры и концентрации серной кислоты ускоряет растворение минералов.

Кислотное выщелачивание сернокислыми растворами (с концентрацией 10 -40 г/л) применяется для переработки полиметаллических руд с получением из них Zn, Cd, In, Си и Со. В отдельных случаях наблюдается перевод в растворы Аи и Ag. Извлечение Zn, Cd, In, Co в промпродукт достигает 80-95%.

Выщелачивание благородных металлов тиомочевиной

Тиомочевинное выщелачивание протекает в кислой среде (рН = 1 - 3) в присутствии серной кислоты. В качестве окислителя присутствует ион трехвалентного железа. Тиомочевинное выщелачивание отличается высокой

селективностью для золота и серебра и мало растворяет железо, медь, свинец, мышьяк и их сульфиды. Реакция растворения золота из руд протекает по схеме:

C2S2(NH)2 (NH2) 2 + 2C2S2(NH: 2)2 + 2Au + 2H → 2 {Au[ CS(NH2) 2]}.

Извлечение золота и серебра из руд в раствор зависит от кислотности и окислительно-восстановительного потенциала среды и концентрации тиомочевины в растворе.

Для повышения эффективности тиомочевинного выщелачивания благородных металлов применяют окислителя Н2О2 и Fe2(SО4)3 Сульфат железа ускоряет процесс растворения золота и серебра, а перекись водорода снижает концентрацию ионов железа в растворе, что улучшает процесс извлечения благородных металлов из продуктивных растворов.

Для выщелачивания используют реагенты с концентрацией тиомочевины 5 - 40 кг/м3. Скорость выщелачивания благородных металлов значительно выше, чем при цианировании. Преимуществом этого способа является низкая токсичность и небольшая коррозионная активность реагента, что улучшает экологические условия проведения процесса.

Недостатки тиомочевинного выщелачивания заключаются в более высокой стоимости процесса (свыше 25%) по сравнению с цианированием, невозможностью разрушения тиомочевины в результате ее окисления, а также невозможностью регенерации реагента электрохимическим способом.

Тиокарбамидное выщелачивание металлов

Извлечение золота и серебра сернокислыми растворами тиокарбамидов является эффективным способом переработки благородных металлов из полиметаллических руд. Данный процесс предусматривает обработку полиметаллических руд тиокарбамидным раствором в присутствии окислителей (Fe+3) и последующую адсорбцию тиокарбамида из раствора активированным углем и адсорбцию Аи и Ag ионно-обменными смолами. Завершающие стадии процесса заключаются в извлечении тиокарбамида из активированного угля горячей водой и возвращения его растворов в процесс, а также десорбции благородных металлов кислотами.

Гидрохлорирование металлов

Возможность извлечения золота и полиметаллов из сульфидных руд молекулярным хлором в присутствии растворов азотной и серной кислоты исследуется полупромышленными испытаниями. Для перевода полиметаллов из рудной массы в раствор применяют азотнокислые хлорсодержащие соединения. Из хлорсодержащих соединений в практике выщелачивания используют хлорсодержащую воду и раствор хлористого натрия. Гидрохлорирование металлов протекает по схеме:

MeS + 4НС1 → МеСl2 + H2SO4+ Н2O

Раствор хлористого натрия и серной кислоты взаимодействует с сульфидами по схеме:

MeS + 2NaCl + H2SO4 + 0,5O2 → Na2SO4 + МеС12 + S0 + Н2О.

Гидрохлорирование имеет преимущества перед извлечением благородных металлов цианированием за счет меньшей стоимости хлора по сравнению с цианидами и более высокой скорости растворения полезных компонентов. Совместно с золотом этот способ позволяет извлекать из сульфидных руд металлы платиновой группы. Кроме того, данный способ использует более простое осаждение золота при хлоринации и обезвреживания промышленных стоков.

При гидрохлорировании оптимальное содержание хлористого натрия в растворе колеблется в пределах 40 - 60 г/л, содержание H2SO4 около 5/л, что способствует переводу металлов в хлоридные и сульфатные формы. В последствии металлы выделяют в селективные товарные осадки в виде гидрооксидов и карбонатов. Кальцинированием из них получают концентраты, содержащие до 60% РЬ, 45% Zn и около 30% Fe.

Основным недостатком гидрохлорирования металлов является неполное поглощение раствором хлора и его активная дегазация в атмосферу.

Щелочное выщелачивание металлов

Щелочное выщелачивание с использованием цианидных реагентов интенсивно извлекает такие благородные металлы, как золото и серебро из различных природных типов руд. В промышленном масштабе этот способ эффективен для кучного выщелачивания с образованием устойчивых цианидньгх комплексов золота и серебра в растворе.

Цианидное выщелачивание металлов

Цианидное выщелачивание в щелочной (рН = 9 - 10) среде в присутствии окислителя (кислород) протекает по схеме:

4CN + О2 + Н2О + 2Аи → 2Au(CN)2 + Н2О + 2ОН.

В присутствии перекиси водорода цианирование происходит по схеме:

4CN+ Н2О2 + Аи → 2Au(CN)2 + 2ОН.

Раствор цианида наряду с растворением золота и серебра вступает в реакцию с другими металлами. С одной стороны это способствует извлечению других полезных компонентов, в частности меди, цинка и сурьмы, но, с другой

стороны, цианиды вступают в реакцию с железом, мышьяком, что снижает концентрацию растворителя и увеличивает расход реагента. Сера сульфидов также взаимодействует с раствором цианида и понижает растворимость золота и серебра при выщелачивании.

Недостатком выщелачивания растворами цианидов является повышенный экологический риск данного процесса.

Карбонатное выщелачивание металлов

Карбонатное выщелачивание применяют для переработки руд цветных металлов с высоким содержанием карбонатов (более 8 - 10%). Эффективно карбонатное выщелачивание при применении окислителей (кислород, перманганат). Процесс карбонатного выщелачивания протекает по схеме:

MeS2 + 8Na2CO3 + 7,5 О2 + 7Н2О → ЗМе(ОН)3 +8NaHCO3 + 4Na2SO4.

При карбонатном выщелачивании наблюдается повышенное селективное воздействие на рудные минералы, что снижает расход реагента. К положительным факторам также относится хорошее растворение минералов ванадия и молибдена, что делает возможным их попутную добычу. Небольшое коррозионное воздействие реагентов позволяет применять недорогое технологическое оборудование.

Недостатками применения данного способа является высокая стоимость реагента (в 2 раза дороже серной кислоты) и низкая, по сравнению с кислотным выщелачиванием, степень извлечения металлов из рабочих растворов.

Биохимическое выщелачивание металлов

С помощью биохимического выщелачивания можно вести крупномасштабное извлечение цветных, редких, благородных и других металлов и химических элементов из забалансовых руд, отвалов горнодобывающих, обогатительных и металлургических предприятий, охранных целиков подземных горных выработок, бедных промышленных руд и отработанных месторождений полезных ископаемых (рис. 7).

В мировой практике в настоящее время применяются следующие способы биохимического извлечения меди, урана, цинка и других металлов: кучное и чановое выщелачивание. В промышленных масштабах биохимическое извлечение меди и урана из бедных забалансовых руд, отвалов обогатительных фабрик и горнорудных предприятий применяется в двадцати странах. В США, например, этими способами добывают около 20% меди.