Гидротермальное рафинирование халькопиритных концентратов : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.16.02

Медная промышленность уральского региона представлена классическими автогенными процессами на предприятиях компаний АО «Уральская горно- металлургическая компания» и АО «Русская медная компания». Не смотря на их высокую эффективность в переработке сульфидного медного сырья, получении меди и сопутствующих благородных металлов, пирометаллургические технологии имеют ряд недостатков.
Вовлекаемые в переработку руды характеризуются все более низким содержанием полезных компонентов, а концентраты представлены сложным, поликомпонентным составом. В связи с ростом доли полиметаллического сульфидного сырья, возрастает интерес к гидрометаллургическим технологиям, способным обеспечить селективное разделение ценных компонентов, повысить эффективность их извлечения, а также ограничить загрязнение окружающей среды побочными продуктами.
Одним из перспективных направлений считается гидротермальная обработка медных концентратов растворами сульфата меди с целью их обогащения и очистки от ряда примесей. Использование богатых концентратов в промышленности позволит существенно увеличить производительность действующих медеплавильных мощностей, сократить выход серной кислоты, выход пылей и шлаков, а также ассоциированные с ними потери ценных компонентов.
Актуальным является научное обоснование и разработка технологии гидрометаллургического обогащения халькопиритных концентратов по схеме «автоклавное окисление (АОВ)–гидротермальная обработка (ГТО)».
Настоящая диссертационная работа посвящена изучению кинетических закономерностей процесса гидротермальной обработки сульфидных материалов растворами сульфата меди, а также поиску оптимальных условий
5 применением автоклавных процессов.
Степень разработанности темы исследования
Исследованиями гидрометаллургических процессов переработки медного сульфидного сырья занимались С.С. Набойченко, Я.М. Шнеерсон, F. Habashi, D. Dreisinger и др., однако, к настоящему моменту не разработано универсальной технологии переработки медного сырья, получившей широкое распространение в промышленности. Информация о гидротермальном обогащении халькопиритных концентратов в растворах сульфата меди весьма ограничена.
Цели и задачи
Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию гидротермального взаимодействия халькопиритных концентратов и индивидуальных сульфидных минералов с раствором сульфата меди, а также поиску гидрометаллургической технологии обогащения медного сырья.
На основании вышеизложенного перед диссертационной работой ставятся следующие задачи:
1. Исследовать кинетику гидротермального взаимодействия основных минералов–примесей медных концентратов (сфалерит, пирит, арсенопирит) с растворами сульфата меди;
2. Изучить химический и минералогический состав флотационного халькопиритного концентрата Михеевского ГОКа;
3. Установить технологические показатели процесса автоклавного окисления (АОВ) пробы халькопиритного концентрата Михеевского ГОКа, в том числе определить выход и качество промпродуктов; определить его оптимальные параметры;
гидрометаллургического обогащения
халькопиритных концентратов с

6
4. Установить технологические показатели процесса гидротермальной
обработки (ГТО) пробы халькопиритного концентрата Михеевского ГОКа раствором сульфата меди, в том числе определить выход и качество промпродуктов; определить его оптимальные параметры;
5. Предложить контуры технологической схемы гидрометаллургического обогащения халькопиритных концентратов с применением АОВ и ГТО; оценить экономическую целесообразность применения данной технологии и предложить пути доработки промпродуктов.
Научная новизна
1. Впервые показана возможность извлечения мышьяка и железа из арсенопирита (FeAsS) гидротермальной обработкой в автоклавах растворами сульфата меди без введения внешних окислителей. Изучена кинетика взаимодействия и предложен возможный механизм протекания процесса.
2. Проведено кинетическое исследование гидротермального взаимодействия растворов сульфата меди со сфалеритом (ZnS) и пиритом (FeS2) в расширенном диапазоне изменяемых параметров. Предложен возможный механизм протекания процесса.
3. Впервые проведено детальное кинетическое исследование гидротермального взаимодействия раствора сульфата меди с сульфидными минералами (ZnS, FeS2, FeAsS), позволяющее установить двухступенчатый механизм протекания реакций. Предложена методика обработки результатов кинетических исследований двухстадийных процессов.
4. Получены кинетические уравнения для описания процессов взаимодействия сульфидных минералов с растворами сульфата меди в системах MeS–CuSO4–H2SO4. Показано, что исследованные процессы протекают во внутридиффузионном режиме.
5. Предложены оптимальные условия гидрометаллургического обогащения халькопиритных концентратов растворами сульфата меди.

7
Теоретическая и практическая значимость
1. Получены обобщающие уравнения для описания скорости взаимодействия сульфата меди с сульфидными минералами (ZnS, FeS2, FeAsS) в системах MeS–CuSO4–H2SO4. Предложен механизм протекания процессов для упомянутых систем.
2. Определены условия процесса автоклавного окисления халькопиритных концентратов с извлечением не менее 98 % меди в раствор.
3. Определены условия процесса гидротермальной обработки халькопиритных концентратов растворами сульфата меди с получением концентрата высокого качества (не менее 50 % Cu) и раствора сульфата железа (II).
4. Разработан способ автоклавного растворения железа из кеков АОВ; предложены пути извлечения благородных металлов.
5. Показана возможность селективного перевода примесей халькопиритных концентратов в раствор на стадии гидротермальной обработки; предложены пути их выделения.
6. Предложены принципиальная технологическая схема гидрометаллургического обогащения халькопиритных концентратов, пути использования обогащенного концентрата в действующих пирометаллургических схемах и пути реализации промпродуктов технологической схемы.
Методология и методы исследования
Исследования выполнены в лабораторных условиях с применением методов математического планирования эксперимента, компьютерных программ моделирования и обработки информации (HSC Chemistry 6, Statgraphics Centurion XVIII (18.1.06); MODDE Pro (12.1.0.5491), Microsoft Office).
Анализ исходного сырья, продуктов и получаемых полупродуктов проводили с использованием аттестованных методов: атомно-абсорбционная

8
спектрометрия (AnalytikJena novAA-300), атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (Thermo Electron Corporation iCAP 6500 Duo), ретгенофлюоресцентная спектроскопия (Shimadzu EDX-720), рентгеновская дифрактометрия (Shimadzu XRD–7000), электронная оптическая микроскопия (ZEISS Microscopy Carl Zeiss Sigma VP), лазерная дифракция (Sympatec Helos/BR)
и др.
1. Кинетические закономерности взаимодействия раствора сульфата меди с ZnS, FeS2 и FeAsS в системах MeS–CuSO4–H2SO4.
2. Оптимальные параметры процесса автоклавного окисления халькопиритных концентратов и гидротермальной их обработки растворами сульфата меди.
3. Схема гидрометаллургического обогащения халькопиритных концентратов с применением автоклавных процессов в условиях действующих пирометаллургических предприятий.
Степень достоверности и апробация результатов
Достоверность результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных, использованием сертифицированного оборудования, современных средств и методик проведения исследований, достоверных и аттестованных методик выполнения измерений. Результаты исследований подтверждаются согласованностью данных эксперимента и научных выводов, воспроизводимостью результатов лабораторных испытаний.
Основные результаты работы доложены на трех международных научно- технических конференциях. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе: 7 статей в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК; 2 публикации в сборниках материалов международных конференций.
Положения, выносимые на защиту

9
Личный вклад автора
Обоснование, формирование цели и направлений исследований, непосредственное участие в проведении лабораторных и укрупненно- лабораторных исследований, обработка, анализ и обобщение результатов исследований, подготовка научных публикаций.
Благодарности
Автор выражает благодарность научному руководителю члену – корреспонденту РАН, доктору технических наук, профессору Набойченко Станиславу Степановичу, кандидату технических наук, Каримову Кириллу Ахтямовичу, старшему преподавателю кафедры «МЦМ» УрФУ, Елфимовой Любови Геннадьевне, кандидату технических наук, Королю Юрию Александровичу, коллективам кафедры «МЦМ» УрФУ, центральной лаборатории АО «Уралгидромедь», исследовательского центра и центральной лаборатории АО «Уралэлектромедь», научно-исследовательских лабораторий института «Уралмеханобр», научно-образовательному центру «Нанотех» УрФУ за помощь в работе над диссертацией.