Гидрометаллургия меди

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Гидрометаллургия меди

31.01.2020

Из природных соединений меди только минерал халькантит CuSO4*5H2O значительно растворим в воде. Другие минералы меди практически не растворимы в воде.

Для выщелачивания водой медь переводят в сульфат или в комплексную аммонийную соль. Необходимые для химических реакций реагенты растворяют в воде, применяемой для выщелачивания.

Способ, основанный на переводе минералов меди в сульфат, называется сернокислотным; реагентами служат серная кислота и сульфат окиси железа.

Способ, при котором образуются комплексные аммонийные соли меди, называется аммиачным; реагентами здесь служат аммиак и углекислый аммоний.

Сернокислотный способ


Сернокислотный способ переработки медных руд основан на том, что серная кислота в водном растворе реагирует с карбонатами и окислами двухвалентной меди:
Гидрометаллургия меди

Сульфиды меди медленно реагируют со слабыми растворами серной кислоты из-за образования сравнительно сильно диссоциированного сероводорода; реакции ускоряются в присутствии окислителя, в качестве которого обычно применяют сульфат окиси железа:

Самородная медь не вытесняет водород из серной кислоты, ко легко образует сульфат в присутствии окислителя:

Cu + Fe2(SO4)3 = CuSO4 + 2FeSО4.


Закись меди не переводится в сульфат при действии только

серной кислоты, один атом меди отщепляется при этом в элементарном виде:

Cu2O + H2SO4 = CuSO4 + Cu + Н2О.


Смесью серной кислоты и окислителя закись меди полностью переводится в сульфат.

Полусернистая медь, а также высшие сульфиды меди — халькопирит и борнит — переводятся в сульфаты действием серной кислоты и сульфата окиси железа.

Во избежание больших затрат на нагревание значительных масс руды и растворов выщелачивание проводят на холоду.

Растворы, содержащие CuSO4, FeSO4, избыток реагентов [H2SO4 и Fe2(SO4)3] и примеси, отделяют от нерастворимого остатка отстаиванием или фильтрованием.

Для выделения меди из растворов может быть применен электролиз (анодами служат свинцовые пластины, катодами — тонкие листы чистой меди). Во время электролиза окисное железо восстанавливается на катоде до закисного:

Fe3+ + е = Fe2+,


вследствие чего при больших содержаниях избыточного сульфата окиси железа выход меди по току значительно понижается.

Чтобы избежать излишних затрат тока на восстановление железа, раствор перед электролизом либо полностью очищают от железа, либо железо восстанавливают до закиси действием сернистого газа. Для очистки от железа раствор нейтрализуют избыточной серной кислотой — перемешивают его с тонко-измельченной медной рудой, в результате чего сульфат окиси железа с понижением кислотности подвергается гидролизу с образованием малорастворимых основных сернокислых солей железа различного состава, например:

Fe2(SO4)3 + 2Н2O = 2Fe(OH)SO4 + H2SO4.


Восстановление окисного железа сернистым газом протекает по реакции:

Fe2(SO4)3 + SO2 + 2Н2O = 2FeSO4 + 2H2SO4.


Полное выделение меди из раствора электролизом экономически невыгодно, так как электролиз бедных растворов протекает при малом использовании энергии из-за совместного разряда водородных ионов. Тем более невыгодно полное выделение меди из растворов, не очищенных от железа. Раствор, выводимый из электролитных ванн после достижения нужной полноты выделения меди, называется отработанным электролитом. Он содержит образовавшуюся при электролизе серную кислоту и может быть вновь использован для выщелачивания меди из руды (табл. 17).

Если руда не содержит сульфидов и самородной меди, то присутствие сульфата окиси железа в растворе не требуется и выгодна полная очистка раствора от железа перед электролизом. Если же сульфат окиси железа необходим при выщелачивании, то ограничиваются только восстановлением его перед электролизом до сульфата закиси.

Медь, оставленная в электролите после электролиза, циркулирует с раствором, который постепенно загрязняется примесями. Поэтому периодически часть его выводят и заменяют серной кислотой. Из выведенной части раствора медь выделяют цементацией железным скрапом по реакции:

Cu2+ + Fe = Cu + Fe2+.


Пример упрощенной технологической схемы сернокислотного способа извлечения меди из руд приведен на рис. 104.

Скорость выщелачивания меди зависит от скорости диффузии реагентов внутрь зерен руды. Чем более тонко измельчена руда, тем меньше времени требуется для перевода меди из руды в раствор. Руды с плотной структурой и мелкой вкрапленностью минералов требуют более тонкого измельчения, чем рыхлые и пористые. Измельчение — дорогая операция, поэтому необходимую крупность выбирают опытным путем применительно к особенностям перерабатываемой руды.

Перемешивание раствора ускоряет выщелачивание, способствуя обмену веществ в порах кусочков руды. Способ перемешивания выбирают в зависимости от крупности руды, поступающей на выщелачивание. Зернистый (песковый) материал выщелачивают, просачивая раствор через неподвижный слой руды. Для мелкой (иловой) руды этот способ не пригоден: мелкие частицы ложатся плотным слоем, трудно проницаемым для растворов. Поэтому руды, требующие тонкого измельчения, выщелачивают в пульпе, частицы руды поддерживаются во взвешенном состоянии непрерывным перемешиванием. Выщелачивание способом просачивания обходится дешевле выщелачивания в пульпе вследствие меньших затрат на измельчение руды и перемешивание, поэтому такое выщелачивание имеет преимущественное применение в гидрометаллургии меди, особенно при переработке бедных руд.

Чаны для выщелачивания просачиванием обычно железобетонные, внутренняя поверхность их футерована кислотоупорным кирпичом, кислотоупорной мастикой или выложена листовым свинцом. В последнем случае внутренняя поверхность чана обшита еще деревом для защиты свинца. Чан имеет форму прямоугольной коробки длиной 30—50 м, шириной 20—35 м и высотой 5—6 м. На дно его кладут решетку из деревянных брусьев,, поверх которых крепят ложное дырчатое дно из досок и покрывают его рогожей или фильтровальной тканью.

Руду крупностью порядка 10 мм загружают краном: чан вмещает 8—10 тыс. т руды. Если при дроблении получается много мелких частиц, затрудняющих просачивание раствора, мелочь предварительно отделяют грохочением или мокрой классификацией.

Раствор или подается сбоку через отверстие под ложным дном, просачивается через слой руды снизу вверх и сливается в верхней части чана или заливается сверху и отводится через отверстие под ложным дном.

Выщелачивание обычно длится 7—15 суток и может быть периодическим или непрерывным. При периодическом выщелачивании чан заполняют раствором и оставляют в таком состоянии на определенный срок, после чего раствор сливают и чан заполняют новой порцией растворителя.

При непрерывном выщелачивании в системе из нескольких последовательно соединенных чанов раствор непрерывно перетекает из чана в чан по принципу противотока: свежий растворитель подается на выщелоченную руду и выводится из системы после контакта его со свежезагруженной рудой.

Один чан всегда находится под загрузкой и один разгружается.

Обработанную руду выгружают из чанов грейферными кранами или гидравлически, размывая сильной струей воды и отводя полеченную пульпу по желобам.

Чаны для выщелачивания илов делают с пневматическим или механическим перемешиванием. Конструкции их описаны в разделах металлургии цинка и металлургии золота.

Выщелачивание в пульпе применяется для мелких фракций руды, не пригодных для загрузки в чаны для выщелачивания просачиванием, или при переработке руд с мелким вкраплением минералов, требующих тонкого измельчения.

Пульпа выщелоченной руды направляется в сгустители. Осветленный раствор поступает в дальнейшую переработку для выделения из него меди (электролизом или цементацией). Сгущенный продукт отфильтровывают на вакуум-фильтрах, кек промывают водой и вывозят в отвал.

Фильтрат и промывные воды соединяют с осветленным раствором сгустителей, либо используют для приготовления исходной пульпы.

Извлечение меди сернокислотным способом из руд, содержащих 1—1,5% Cu, достигает 88—94%.

Комбинированный сернокислотный способ извлечения меди из руд


Описанные выше способы выщелачивания серной кислотой пригодны преимущественно для окисленных руд. Даже при совместном действии серной кислоты и сульфата окиси железа из некоторых сульфидных минералов медь извлекается неполно. Благородные металлы при сернокислотном способе теряются в хвостах.

Комбинированный процесс, предложенный проф. В.Я. Mocтовичем и проф. В.А. Ванюковым, позволяет извлекать медь и благородные металлы из смешанных медных руд. Достоинство этого способа также и в том, что он исключает дорогую и трудоемкую фильтрацию хвостов.

Сущность способа заключается в выщелачивании окисленной меди серной кислотой и последующей цементации растворенной меди непосредственно из пульпы активным губчатым железом. Выпавшая в осадок цементная медь далее флотируется вместе с сульфидными минералами и золотом, если оно имеется в руде. Золото извлекается также и потому, что оно ассоциировано с сульфидными минералами. Полученный концентрат перерабатывают пирометаллургическим способом.

Аммиачный способ


Аммиачный способ основан на способности некоторых минералов меди взаимодействовать с водными растворами аммиака и углекислого аммония с образованием легкорастворимых в воде комплексных аммонийно-медных солей.

Основные углекислые соли меди, представленные в природе минералами малахитом и азуритом, реагируют с аммиаком и углекислым аммонием по уравнению:

CuCO3 + Cu(OH)2 + 6NH4OH + (NH4)2СО3 = 2Cu(NH3)4CО3 + 8H2О


Аналогичным образом реагирует минерал мелаконит:

CuO + 2NH4OH + (NH5)2CO3 = Cu(NH3)4CO3 + 3Н2О.


Куприт образует комплексную соль одновалентной меди:

Cu2O + 2NH4OH + (NH4)2CO3 = Cu2(NH3)4CO3 + 3Н3O.


Самородная медь окисляется аммиачным комплексом окиси и переходит в раствор в результате реакции:

Cu + Cu(NH3)4CO3 = Cu2(NH3)4CO3.


Сульфиды меди не реагируют с аммиаком и углекислым аммонием, поэтому к рудам, содержащим сульфидную медь, аммиачный способ неприменим.

Комплексные аммонийно-медные соли разлагаются при нагревании растворов острым паром; при этом в осадок выпадает преимущественно окись и частично закись меди:

Cu(NH3)4CO3 = CuO + CO2 4+ NH3.


Выделяющиеся из раствора аммиак и углекислота поглощаются водой и вновь используются для обработки руды.

Выщелачивание меди аммиаком и углекислым аммонием проводится способом просачивания в круглых железных чанах, снабженных герметичными крышками. Чан вмещает около 500 т руды. Получаемые при выщелачивании наиболее концентрированные растворы содержат до 80 г/л Cu. Часть крепкого раствора направляют на осаждение меди, осуществляемое продувкой через раствор острого пара с температурой 100—130°. Выделяющийся при этом газообразный аммиак улавливается в башнях, орошаемых водой. Осадок окиси меди поступает на восстановительную плавку, фильтрат, соединенный с раствором аммиака из поглотительных башен, возвращается на выщелачивание меди из руды.

Недостатком аммиачного способа, помимо неприменимости его к сульфидным рудам, являются необходимость герметичной аппаратуры и высокая стоимость реагентов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: