Способ выщелачивания медного концентрата

1 Область техники, к которой относится изобретения Настоящее изобретение относится к способу, в котором медный концентрат, содержащий сульфидное железо, выщелачивается в противоточном режиме, в хлоридной среде. Выщелачивание происходит с помощью двухвалентной меди и кислородсодержащего газа в виде многостадийного непрерывного процесса, при нормальном давлении, при температуре, максимальное значение которой соответствует температуре кипения раствора. Часть нерастворимого твердого вещества возвращается, в противотоке основному потоку твердого вещества, на одну из предыдущих стадий выщелачивания или в реакторы, в которых в результате увеличения времени выщелачивания извлеченная примесь железа выделяется, главным образом, в виде гематита. Уровень техники Противоточное выщелачивание медьсодержащего сырья, такого как сульфидный концентрат, описано в уровне техники, например в патенте США 5487819. Суммарная реакция выщелачивания медного пирита/халькопирита приведена в этом документе в следующем виде:CuFeS2+Cu2O2+H2O=FeOOH+2Cu2S0 (1) Из этой реакции следует, что железо удаляется из щелока в виде осадка гетита. Позднее,в статье, посвященной этому же процессу, Р.K.by International Consortium, Hydrometallurgy 1994, IMM-SCI, Cambridge, England, 11-15 July 1994", было отмечено, что при температуре приблизительно 80-85 С выщелачивание протекает в три стадии и что полученный гетит представляет собой акаганеит или бета-гетит. Кроме того, в статье, описывающей этот же процесс,A.J. Moyes et al. "Operation of the Intec CopperSulphide Symposium, Brisbane, Australia, October 19, 1998", на с. 19 приведена технологическая схема процесса. В соответствии с этой технологической схемой противоточное выщелачивание происходит в три стадии, в каждой из которых имеются три реактора, а осаждение проводится между стадиями. В соответствии с основной химической литературой акаганеит является метастабильной формой гетита, который с этой точки зрения не является особенно выгодной формой отходов. Из гидрометаллургии цинка известно, что осадок железа может принимать три формы: ярозит, гетит или гематит. Кроме того, известно,что гематит является наиболее стабильным соединением и таким образом представляет собой правильную форму превращения в длительном режиме работы. Однако гематит имеет недостаток, состоящий в том, что он является наиболее дорогим в производстве, так как для образования гематита требуются условия, реализуемые в автоклаве. На стр. 223 статьи F.W. Scweitzer etal. " Duval's CLEAR Hydrometallurgical Process,Chloride Electrometallurgy, AIME, 1982, N.Y.",упомянуто, что гематит образуется при температуре выше 150 С. Заявители также отметили, что в противоточном выщелачивании в соответствии с описанным выше уровнем техники емкость реакторов выщелачивания не используется полностью. В этом способе твердое вещество движется прямо сквозь реактор, но в связи с выщелачиванием твердого вещества такая скорость распространения не является оптимальной. С точки зрения выщелачивания твердого вещества,предпочтительно иметь возможно большее время пребывания в реакторе. Раскрытие сущности изобретения Разработанный способ относится к выщелачиванию сульфидного железосодержащего медного концентрата в хлоридной среде с целью получения раствора хлорида щелочного металла/хлорида меди, практически не содержащего железа, и извлечению железа в виде осадка. Выщелачивание проводится непрерывно по принципу противотока и в несколько стадий. Медный концентрат выщелачивается в атмосферных условиях при температуре, максимальное значение которой соответствует температуре кипения раствора, а железо из концентрата осаждается, главным образом, в виде гематита. Отличительные признаки изобретения представлены в прилагаемой формуле изобретения. Признаком настоящего изобретения является то, что концентрат выщелачивается при большом времени пребывания. Термин время пребывания означает, что время выщелачивания твердого вещества существенно превышает время протекания технологического раствора в реакторе в противоположном направлении. Длительное время выщелачивания твердого вещества может быть достигнуто путем рециркуляции, или возврата твердого вещества со стадии выщелачивания в направлении, противоположном распространению основного потока другого твердого вещества, или путем рециркуляции, или возврата твердого вещества на любую стадию выщелачивания. Возврат твердого вещества в процесс выщелачивания способствует образованию гематита, так как (по данным заявителя) железо может осаждаться в виде гематита в атмосферных условиях, если время выщелачивания твердого вещества является достаточно большим, а содержание твердого вещества является достаточно высоким. Длительное время выщелачивания, являющееся результатом рециркуляции твердого вещества,обеспечивает, кроме того, наиболее полное использование емкости реакторов выщелачивания. Следовательно, в соответствии с предложенным способом твердое вещество подвергается рециркуляции в процесс путем возврата его из конца процесса в начало. Таким образом, на каждой стадии процесса имеется несколько ре 3 акторов, причем твердое вещество возвращается из реакторов в конце стадии в начальный реактор, или может быть осуществлена рециркуляция даже в единственном реакторе. В конце каждой стадии, или после реактора, происходит разделение жидкости и твердого вещества,обычно с помощью концентратора. Раствор,верхний продукт, образующийся между стадиями при разделении, направляется на предыдущую стадию, в отношении направления потока твердого вещества и осадка твердого вещества,нижнего продукта, главным образом, на следующую стадию выщелачивания. Теперь согласно изобретению часть нижнего продукта одной или каждой стадии возвращается на любую предшествующую или ту же самую стадию выщелачивания, в любой реактор, предпочтительно в первый реактор. В соответствии с опытом заявителя при использовании промышленных концентратов(25% меди) предпочтительно, чтобы содержание твердого вещества в первом реакторе стадии составляло, по меньшей мере, 250 г/л. Рециркуляция твердого вещества создает благоприятные условия для образования зародышей и роста кристаллов гематита. Согласно изобретению твердое вещество рециркулируют таким образом, чтобы время выщелачивания твердого вещества превышало, по меньшей мере, в 2 раза, предпочтительно в 3 раза время выщелачивания в отсутствие рециркуляции или возвращения твердого вещества. В соответствии с опытом заявителя для образования гематита требуется время выщелачивания, по меньшей мере, 10 ч. При выщелачивании медного концентрата в хлоридной среде железо, содержащееся в концентрате, растворяется сначала в двухвалентном состоянии, но, поскольку реакторы выщелачивания продуваются кислородсодержащим газом,таким как воздух, извлеченное железо окисляется в трехвалентное железо и осаждается из раствора. Кроме того, этот осадок содержит элементарную серу из исходного материала. Как указано выше, железо можно осадить в виде гематита даже в атмосферных условиях при достаточно длительном времени выщелачивания и наличии достаточного количества зародышей осаждения. Гематит и гетит четко различаются по цвету - гетит является серым, а гематит красным, поэтому они могут быть легко обнаружены при анализе цвета осадка. Способ настоящего изобретения дополнительно описывается со ссылкой на прилагаемые примеры. Пример. Проведено сопоставление между способом настоящего изобретения и способом по традиционной технологии, и выполнены две серии испытаний. В обеих сериях испытаний способ включал три стадии. На первой и последней стадиях имеется один реактор, а на второй стадии - два реактора, иными словами, все 004550 4 го работает четыре реактора. Между всеми стадиями имеется концентратор, из которого твердое вещество поступает на следующие стадии, а раствор, полученный как верхний продукт концентратора, направляется на предыдущую стадию. Реакторы и стадии пронумерованы в соответствии с направлением потока твердого вещества. В серии испытаний в последний, четвертый, реактор подается раствор NaCl-CuCl, а в первый реактор поступает концентрат халькопирита. Результаты приведены в таблице. Первая серия испытаний, которая представляет собой противоточное выщелачивание согласно уровню техники, проводится в реакторах объемом 10 л. Твердое вещество не подвергается рециркуляции ни между стадиями, ни в самих стадиях. Температуру в реакторах поддерживают равной 95 С. Вторая серия испытаний представляет собой пример переоборудования противоточного выщелачивания по способу согласно изобретению. В этой серии испытаний также имеются четыре реактора, причем емкость всех реакторов составляет 5 л. Во второй серии испытаний температуру в реакторах поддерживают равной 85 С. В этой серии испытаний твердое вещество подвергают рециркуляции в пределах той же стадии, таким образом, что нижний продукт концентратора на каждой стадии подвергают рециркуляции в первый реактор той же стадии. Как можно увидеть в таблице, содержание твердого вещества в этой серии испытаний в 2-3 раза больше, чем в первой серии испытаний. Таким образом, для твердого вещества увеличивается время пребывания, которое почти в 3 раза больше, чем время пребывания в первой серии испытаний. Из этих серий испытаний можно увидеть,что достигается хорошее, более или менее равномерное извлечение во всех опытах, но в первой серии используются более объемные (на 100%) реакторы и более высокая температура(на 10 С). Также можно сделать вывод, что при повышении температуры достигается более высокая степень выщелачивания серы из концентрата, чем при пониженной температуре во второй серии испытаний. На основе анализа цвета осадка в реакторах можно сделать вывод, что в серии испытаний 2 гематит начинает формироваться в твердом веществе, начиная со второго реактора и далее, причем в последнем, четвертом, реакторе железо, в основном, находится в виде гематита. В первой серии испытаний железо, в основном, находится в виде гетита, даже в последнем реакторе. Этот предварительный вывод был подтвержден данными анализа рентгеновской дифракции. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ выщелачивания сульфидного железосодержащего медного концентрата в хлоридной среде с целью получения раствора хлорида щелочного металла/хлорида меди,практически не содержащего железа, и извлечения железа и элементарной серы в виде осадка твердого вещества, в котором выщелачивание концентрата проводится непрерывно по принципу противотока и в несколько стадий, с помощью двухвалентной меди и кислородсодержащего газа, отличающийся тем, что медный концентрат выщелачивается в атмосферных условиях при температуре, максимальное значение которой соответствует температуре кипения раствора, при этом для твердого вещества используется большее время пребывания, чем время протекания раствора, путем возврата части указанного твердого вещества на выщелачивание в направлении, противоположном основному потоку твердого вещества, причем железо из концентрата осаждается главным образом в виде гематита. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердое вещество возвращается обратно, с уче 6 том направления потока твердого вещества, в любые реакторы на предыдущих стадиях, чтобы время выщелачивания твердого вещества превышало по меньшей мере в 2 раза время выщелачивания в отсутствие рециркуляции. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в конце каждой стадии проводят разделение жидкости и твердого вещества, причем осадок твердого вещества, полученный как нижний продукт, рециркулируют в реактор любой предыдущей стадии. 4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в конце каждой стадии проводят разделение жидкости и твердого вещества, причем осадок твердого вещества, полученный как нижний продукт, рециркулируют в первый реактор любой предыдущей стадии. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердое вещество возвращается обратно на ту же стадию с учетом направления потока твердого вещества в предыдущие реакторы таким образом, чтобы время выщелачивания твердого вещества превышало по меньшей мере в 2 раза время выщелачивания в отсутствие рециркуляции. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в конце каждой стадии проводят разделение жидкости и твердого вещества, причем осадок твердого вещества, полученный как нижний продукт, рециркулируют в любой реактор той же стадии. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что в конце каждой стадии проводят разделение жидкости и твердого вещества, причем осадок твердого вещества, полученный как нижний продукт, рециркулируют в первый реактор той же стадии. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердое вещество рециркулируют в единственный реактор. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество твердого вещества в первом реакторе стадии составляет, по меньшей мере, 250 г/л. 10. Способ по п.1, в отличающийся тем,что время выщелачивания твердого вещества составляет по меньшей мере 10 ч.