Способ обработки медьсодержащих материалов

011250 Данное изобретение относится к способу обработки медьсодержащих материалов, таких как концентраты медных руд, таким образом, чтобы содержащиеся в этих материалах примеси и пустые породы,такие как силикаты, были действительно полностью удалены. Из патентных заявок WO 2005/007905, 2005/007902 и 2005/007901 известны способы, в которых медь, никель и благородные металлы эффективно переводят в сульфидные промежуточные продукты с высоким содержанием меди и достаточной величиной теплотворной способности с применением обогащения и гидрометаллургических способов. Их осуществляют в растворе согласно приведенной в качестве примера реакции (1): где находящаяся в растворе медь переходит в форму сульфида меди путем химического превращения с использованием железосодержащего сульфидного материала. Химическую реакцию, протекающую с таким же типом железосодержащего сульфидного материала, используют, например, для получения из раствора никеля и благородных металлов, а также для выщелачивания никелево-медного штейна. При использовании известных способов, описанных в вышеупомянутых патентных заявках WO 2005/007905, 2005/007902 и 2005/007901, можно эффективно снизить содержание железа, например, в медном концентрате. Однако время от времени в этих способах возникают некоторые проблемы, поскольку медный концентрат, полученный в ходе химического превращения, все еще содержит минералы пустой породы, такие как силикаты. Если этот вид обедненного железом медного концентрата используют, например, при выплавке меди, эти силикаты требуют добавления железа, чтобы можно было сделать шлак достаточно жидким, чтобы извлечь этот шлак из плавильной печи при желаемой температуре. В результате количество шлака, образующегося при выплавке меди, увеличивается. Целью данного изобретения является устранение недостатков существующего уровня техники и создание улучшенного способа обработки медьсодержащих материалов, таких как медные концентраты,так, чтобы примеси и пустые породы в этих материалах, например силикаты, можно было действительно полностью удалить. Характерные особенности данного изобретения станут ясны из приложенной формулы изобретения. В способе по данному изобретению к медьсодержащему материалу, предназначенному для обработки, например к медному концентрату, применяют условия обработки в присутствии, во-первых, кислоты, такой как серная кислота, соляная кислота или какая-нибудь эквивалентная кислота, и кислородсодержащего газа, например кислорода, воздуха или обогащенного кислородом воздуха, в которых медь,полученную в растворе, превращают путем взаимодействия с материалом, содержащим сульфид железа,в форму сульфида меди, с использованием принципиальной реакции (1), представленной выше. Полученный таким образом раствор серной кислоты-сульфата двухвалентного железа содержит также примеси из выщелоченного медьсодержащего материала, например некоторое количество мышьяка, сурьмы,висмута, урана, цинка, никеля и кобальта. Пустую породу, например силикаты, можно отделить, согласно данному изобретению, от сульфида меди, образованного в ходе химической реакции, путем флотации и/или способа, основанного на различии плотности. При флотации материала, содержащего сульфид меди, полученного путем химического превращения по данному изобретению, флотацию предпочтительно проводят таким образом, что сульфиды меди и благородные металлы, которые также содержатся в содержащем сульфид меди материале, образуют пену, а пустую породу, например силикаты, переводят в остаток от флотационного процесса посредством химикатов-депрессоров. Флотацию можно также проводить таким образом, чтобы пустая порода, например силикаты, всплывала с пеной, а содержащий медь сульфидный материал, вместе с благородными металлами, отделялся с остатком флотационного процесса посредством химикатов-депрессоров. При любом способе проведения процесса при флотации с успехом можно применять методы определения электрохимического потенциала или электрохимические методы спектроскопии переменного тока с использованием неорганических электродов (mineral electrodes). Отделение пустой породы улучшается, а содержание железа в продукте химического превращения - сульфиде меди - успешно снижается, если поддерживать температуру химического превращения в диапазоне 170-260 С, предпочтительно от 200 до 220 С. Если в воде, используемой для выщелачивания или другой обработки медьсодержащего материала,содержится существенное количество хлоридов и/или фторидов, то от обычно крупнозернистого материала - сульфида меди, полученного при превращении, можно эффективно отделить не только пустую породу, например силикаты, но также галогениды, такие как, например, хлориды и/или фториды, большую часть предпочтительно даже во время отделения воды от сульфида меди, полученного в ходе химического превращения. Это возможно из-за крупного размера частиц и, таким образом, превосходной способности к фильтрации, и низкой остаточной влажности сульфида меди, полученного химическим превращением. Разделение сульфида меди и галогенидов можно интенсифицировать путем проведения фильтрации и/или промывки сульфида меди в восстановительных условиях, которые получают с использованием химикатов и/или электрического тока. Способ по данному изобретению очень полезен для различных медьсодержащих материалов и для-1 011250 многих проблем, связанных с локальным водоснабжением и качеством воды. Способ по данному изобретению можно использовать при обработке медного лома, пыли из плавильной печи и медно-цинковосвинцовых руд в дополнение к рудам, содержащим медь. Последние упомянутые руды часто включают минералы, содержащие благородные металлы, такие как арсенопирит или пирит, которые можно перевести в минералы на основе сульфида меди, которые содержат указанные благородные металлы, согласно данному способу. Кроме того, способ по данному изобретению позволяет использовать воду, содержащую соль, например морскую воду, в качестве технологической воды. Это заранее предполагает, что при регулировании технологического процесса применяют параметры технологического процесса, полученные с использованием способов, которые известны сами по себе, например, используя при оптимизации технологического процесса неорганические электроды и катализаторы и используя различные стадии выщелачивания, такие как кучное выщелачивание, например, чтобы отрегулировать балансы по меди и кислоте в технологическом процессе в целом. Этим путем можно интенсифицировать предмет изобретения, то есть разделение сульфида меди и пустой породы. В содержащей силикаты фракции, обогащенной по SiO2, полученной после операции отделения,проведенной после химического превращения предпочтительно путем флотации, все еще в некоторой степени содержится медь и другие ценные компоненты. Медь и другие ценные компоненты в обогащенной по SiO2 фракции можно снова извлечь путем выщелачивания этой фракции отдельно или в ходе стадии выщелачивания, относящейся к какому-либо другому технологическому процессу с содержащим медь материалом в целом. Обогащенную SiO2 фракцию также можно возвратить на стадию флотации исходной содержащей медь руды. Кроме того, если это необходимо, можно провести частичное отделение крупнозернистых сульфидов от обогащенной SiO2 фракции, полученной на стадии отделения после проведения химического превращения, перед дополнительной обработкой. Кроме того, пустую породу,полученную на стадии отделения после проведения химического превращения (удаления пустой породы), можно направить посредством неорганических электродов на дополнительную обработку, регулируемую электрохимически, например на выщелачивание или флотацию. Если способ по данному изобретению применяют, например, к шлаку, полученному при выплавке меди, то содержащуюся в этом шлаке медь сначала превращают в сульфидную форму путем химического превращения, а содержание пустой породы, например диоксида кремния (SiO2), в шлаке снижают при флотации сульфидного продукта, полученного путем химического превращения. При подаче полученного таким образом содержащего сульфид меди продукта флотации с низким содержанием SiO2 обратно в плавильную печь, которая использует в качестве сырья сульфид меди, количество шлака, выходящего из этой плавильной печи, снижается фактически на эту величину. Из-за низкого содержания SiO2 шлак, полученный при выплавке материала, содержащего сульфид меди, можно обработать несколькими способами. Этот шлак, например, можно с успехом гранулировать и выщелочить отдельно или совместно с пылью, полученной при выплавке медьсодержащего материала,и обогащенной SiO2 фракцией, полученной при флотации по данному изобретению с сульфидом, содержащим железо, проведенной после химического превращения. Таким образом, медь и другие ценные компоненты, оставшиеся в связи с фракцией SiO2, заставляют раствориться, по меньшей мере, частично,и таким образом, их можно подвергнуть дополнительной обработке без того, чтобы получение меди требовало дополнительной обработки шлака. Шлак, полученный при плавке медьсодержащего материала,можно также переработать пирометаллургически, предпочтительно, например, путем плавки в электрической печи. Таким образом, любой потенциальный дефицит по растворимой меди, поступающей на химическое превращение меди, восполняют путем выщелачивания дополнительного количества других сырьевых материалов, содержащих медь, чтобы сохранить необходимый баланс по меди при химическом превращении меди. При использовании медьсодержащего материала, обработанного способом по данному изобретению, при плавке меди соотношения Cu/Fe/SiO2 в меди, поступающей на выплавку, и в обогащенном по меди продукте химического превращения являются жизненно необходимыми с точки зрения конечного результата выплавки, и эти соотношения Cu/Fe/SiO2 предпочтительно следует регулировать при химическом превращении и связанном с ним отделении пустой породы посредством измерений, проводимых с помощью неорганических электродов, например, используя электрохимический потенциал, независимо от того, что исходное медьсодержащее сырье существенно различается. Баланс по сере, преобладающей в процессе в целом, также следует принимать во внимание при проведении измерений с помощью неорганических электродов; компоненты включают заметное количество ионов S2-, элементарную серу S0 и сульфатную серу SO42-. При использовании способа по данному изобретению, посредством которого по существу не содержащую сульфида меди фазу пустой породы можно направить далее, например, на выплавку меди, и содержащую SiO2 фракцию пустой породы, таких как силикаты, можно эффективно обработать для удаления меди, оставшейся в содержащей SiO2 фракции, выход по меди для технологического процесса в целом можно сделать чрезвычайно высоким в конечном медьсодержащем продукте, таком как сырьевая медь, оптимально свыше 99%. Если способ по данному изобретению применяют при плавлении медьсодержащего материала, то выщелачивание перерабатываемого материала, химическое превращение меди в сульфид и отделение-2 011250 пустой породы, например силикатов, от сульфидного продукта химического превращения также можно провести полностью отдельно от операции выплавки, даже в географическом отношении. То, что в этом случае транспортируют между отделением пустой породы и выделением меди, обычно представляет собой концентрат сульфида меди, содержащий 65-77% меди. Далее данное изобретение описано более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи рисунки, где фиг. 1 представляет технологическую схему одного из предпочтительных примеров реализации данного изобретения применительно к выплавке меди; фиг. 2 представляет результаты по соотношению выхода меди и фракции SiO2 при флотации после химического превращения и фиг. 3 изображает результаты по соотношению содержания меди и фракции SiO2 при флотации после химического превращения. Согласно фиг. 1, руду 1, содержащую сульфид меди и, возможно, другие ценные компоненты, направляют на флотацию 2 для получения концентрата 3 сульфида меди, который содержит ценные компоненты. Концентрат сульфида меди, полученный после флотации, направляют на выщелачивание 4. Выщелачивание 4 осуществляют в присутствии серной кислоты 5 и агента-окислителя, например, кислорода 6, предпочтительно при температуре 220 С, и медь, содержащуюся в концентрате сульфида меди,растворяют при выщелачивании 4 до ионов Cu+/Cu. После выщелачивания 4 растворенную медь подвергают химическому превращению 7 при температуре 220 С в присутствии материала, содержащего сульфид железа 31, в соответствии с принципиальной реакцией (1), чтобы получить сульфид меди, сульфат двухвалентной меди и серную кислоту. Этот раствор серной кислоты и сульфата двухвалентной меди также содержит примеси из выщелоченного концентрата сульфида меди, такие как некоторое количество мышьяка, урана, цинка, никеля и кобальта. Технологическая схема, изображенная на фиг. 1, также описывает прохождение флотационного остатка 8, полученного на стадии 2, - флотации содержащей медь руды, на гидрометаллургическую обработку 9, где осуществляют выщелачивание флотационного остатка в присутствии содержащего кислород реагента 11 с последующей экстракцией серной кислотой 10 и отпариванием полученного раствора. Так как содержащий соль двухвалентного железа и кислород раствор 25, поступающий со стадии химического превращения 7, содержащий примеси, с успехом можно направить на гидрометаллургическую обработку 9, то эта обработка 9 может играть роль основной операции для выделения или удаления примесей, находящихся в содержащем медь сырье, таких как мышьяк, уходящий в отходы 28, и другие продукты 30, такие как уран, цинк, свинец, никель и кобальт. Более того, растворы 26 и 27 сульфата меди, которые содержат серную кислоту, полученную на стадиях выщелачивания и экстракции при гидрометаллургической обработке 9, также можно направить на стадию 4 выщелачивания в дополнение к стадии химического превращения 7. Сульфид меди 12, полученный при химическом превращении 7 с использованием сульфата меди и серной кислоты, направляют, согласно данному изобретению, на удаление пустой породы, например силикатов, путем флотации 13. Сульфид меди 14, полученный при флотации 13, отбирают в печь 15 для плавки во взвешенном состоянии для получения сырьевой меди. Флотационный остаток 16, полученный при флотации 13, который содержит пустую породу, например силикаты, возвращают на стадию первоначальной флотации 2 медьсодержащей руды 1. Сырьевую медь 33, полученную из печи 15 для плавки во взвешенном состоянии, направляют в расплавленном виде в анодную печь 17, а также на отливку из расплавленной сырьевой меди анодов,пригодных для электролитического рафинирования 18 меди. Содержащий примеси раствор 19 сульфата меди, содержащий серную кислоту, полученный при электролитическом рафинировании 18, возвращают на стадию выщелачивания 4 концентрата сульфида меди, в то время как из меди получают катоды и используют их в качестве сырья для дальнейшей переработки меди. Пыль 32 из печи для плавки во взвешенном состоянии можно вернуть, например, на стадию 9 гидрометаллургической обработки, на которую также можно подавать другое содержащее медь сырье 34, если это необходимо. Шлак 20, полученный из печи 15 для плавки во взвешенном состоянии, направляют в электрическую печь 21 и далее на обогащение шлака, откуда полученную обогащенную медью фазу 24 направляют обратно в печь 15 и переплавляют. Отходящие газы 22 из плавильной печи 15 направляют в установку 23 для получения серной кислоты, а серную кислоту из этой установки можно использовать при выщелачивании 4 медного концентрата. Примеры Для того, чтобы опробовать способ по данному изобретению, сначала были проведены четыре отдельные испытания, упомянутые в табл. 1 и 2, в ходе которых проводили химическое превращение материалов, включающих содержащие медь минералы, такие как халькопирит (CuFeS2), борнит (Cu5FeS4) и дигенит (Cu2-xS), и минералы пустой породы, такие как силикаты и оксиды железа, в присутствии железосодержащего сульфида, например пирита (FeS2) или арсенопирита (FeAsS). Общее содержание SiO2 в пустой породе в перерабатываемых материалах составляло 5,2 мас.%.-3 011250 В ходе испытаний 1-3 раствор меди подавали на стадию химического превращения непосредственно со стадии выщелачивания медьсодержащего материала; их частично концентрировали посредством жидкостной экстракции меди после кучного выщелачивания. В испытании 4 проводили комбинированное выщелачивание и химическое превращение, где первый интервал от 0 до 30 мин составляла стадия выщелачивания, а интервал от 30 до 60 мин составляла стадия химического превращения. Стадии способа отслеживали и регулировали с применением неорганических и платиновых электродов и, например,уровень потенциала электродов на стадии химической обработки поддерживали от +300 до +370 мВ относительно AgCl/Ag электрода сравнения. Таблица 1. Содержание Fe в зависимости от времени Согласно табл. 1 и 2 температура химического превращения в испытаниях 1-3 составляла 160, 190 и 220 С, соответственно, в то время как в испытании 4 в обоих случаях температура выщелачивания и температура химического превращения составляла 220 С. Табл. 1 показывает изменение содержания железа в твердых веществах в ходе химического превращения в зависимости от времени, а табл. 2 показывает содержание меди в растворе в зависимости от времени. В испытаниях 1-3 содержание SiO2 в твердых веществах оставалось почти постоянным, в то время как в испытании 4 конечное содержаниеSiO2 почти удвоилось. Способ по данному изобретению применили к конечному остатку испытания 3, который флотировали для выделения сульфида меди и все еще содержащихся в этом конечном остатке благородных металлов. Результаты флотации приведены на фиг. 2 и 3, фиг. 2 изображает зависимость выходов фракций меди и SiO2, а фиг. 3 изображает соотношение содержания фракций меди и SiO2. Термины, применяемые в фиг. 2 и 3, обозначают следующее: RC - крупнозернистый концентрат; SC - концентрат после удаления примесей; CC1 - концентрат после первого цикла и СС 2 - концентрат после второго цикла. Флотацию проводили так, чтобы материал был предварительно вспенен; затем проводили удаление примесей на крупнозернистом концентрате. Таким образом проводили повторную флотацию на полученном концентрате в две стадии. На фиг. 2 приведен график зависимости выхода фракций меди и SiO2, где ось х показывает выход меди (в мас.%), а ось у - выход SiO2 (мас.%). На фиг. 2 исходная точка (подача) представлена так, что выход каждой фракции составляет 100 мас.%. Этот график показывает, что после грубого обогащения и обогащения с удалением примесей выход SiO2 упал приблизительно до 40% от исходной точки, в то время как выход меди составляет около 95% от исходной точки. После двух повторных циклов обогащения(СС 2) имеется только около 10% от исходного выхода SiO2, что означает, что около 90% содержанияSiO2 удалено. С другой стороны, все еще имеется около 63% от исходного содержания меди. На фиг. 3 приведен график зависимости содержания фракций меди и SiO2, где ось х изображает содержание меди (мас.%), а ось у - содержание SiO2 (мас.%). В исходной точке флотации (подача) содержание SiO2 составляет 5,2 мас.%, а содержание меди около 61,7 мас.%. После двух повторных стадий флотации содержание SiO2 упало до значения 1,0 мас.%, в то время как содержание меди возросло до значения 67,5 мас.%. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки медьсодержащего материала, где медьсодержащий материал выщелачивают(4) и выщелоченный продукт подвергают химическому превращению (7) в присутствии сульфида железа(31) с получением сульфида меди (12), отличающийся тем, что из продукта, содержащего сульфид меди(12), полученного при химическом превращении, отделяют (13) пустую породу, включающую силикаты,после чего осуществляют выплавку меди. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пустую породу отделяют (13) флотацией. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в процессе флотации отделяют ценные компоненты сульфида меди. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделение (13) пустой породы проводят на основе различия плотностей. 5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что для улучшения отделения (13) пустой породы, химическое превращение (7) в сульфид меди, предшествующее удалению пустой породы, проводят при температуре от 170 до 260 С. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что для улучшения отделения (13) пустой породы, химическое превращение (7) в сульфид меди, предшествующее удалению пустой породы, предпочтительно проводят при температуре от 200 до 220 С. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что полученную при отделении (13) пустую породу (16) направляют на выщелачивание (4), которое предшествует химическому превращению (7). 8. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что полученную при отделении (13) пустую породу (16) направляют на обогащение (2) медьсодержащей руды, которое предшествует химическому превращению. 9. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что полученную при отделении (13) пустую породу (16) направляют на выщелачивание или флотацию, регулируемые электрохимически посредством неорганических электродов. 10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что при отделении (13) пустой породы используют измерение электрохимического потенциала посредством неорганических электродов. 11. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что при отделении (13) пустой породы используют метод спектроскопии переменного тока. 12. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что отделение галогенидов, таких как хлорид и/или фторид, осуществляют в ходе отделения воды от сульфида меди (12), полученного при химическом превращении (7).