Теоретическое введение. Для обогащения сложных по составу, бедных и забалансовых руд и доводки некоторых концентратов и промпродуктов широко применяют комбинированные технологические

Для обогащения сложных по составу, бедных и забалансовых руд и доводки некоторых концентратов и промпродуктов широко применяют комбинированные технологические схемы, в которых наряду с механическими операциями обогащения используются гидрометаллургические процессы.

Гидрометаллургические процессы основаны на селективном растворении ценных компонентов руды или вредных примесей водными растворами химических реагентов. Иногда в процессе растворения образуются другие, новые химические соединения, легко отделяемые от пустой породы.

Наиболее важной операцией гидрометаллургического процесса является выщелачивание минералов, при котором полезные компоненты переходят в раствор.

При растворении минералы претерпевают существенные изменения, которые в ряде случаев можно наблюдать визуально, например, по изменению окраски раствора. Это связано со свойствами атомов и ионов растворяемого минерала, которые при растворении освобождаются от окружающих их в кристалле атомов или ионов и соединяются с молекулами растворителя.

Для выщелачивания медных минералов из руд применяются различные растворители. На практике в настоящее время употребляются только вода, водные растворы серной кислоты, сульфата окиси железа, аммиака и аммонийных солей. Растворение меди значительно ускоряется при наличии в растворе некоторых микроорганизмов (бактерий). При выборе рационального растворителя для выщелачивания руды необходимо знать химическое дейст­вие его на различные минералы и соединения меди. Рассмотрим эти процессы подробнее.

2.1. Серная кислота

При выщелачивании медных руд растворами серной кислоты H₂SO₄ концентрация их колеблется от 25 до 70 г/л. Сер­ная кислота действует почти на все окисленные соединения меди и на металлическую медь в присутствии кислорода; на сернистые соединения меди не действует и поэтому для выщелачивания суль­фидных медных руд непригодна. Для выщелачивания окисленных руд с большим содержанием окислов кальция и магния серная кислота также неприменима из-за ее большого расхода.

Во всех остальных случаях серная кислота является одним из наиболее эффективных и дешевых растворителей.

Легко растворяются в слабых растворах серной кислоты азурит, малахит, тенорит, куприт, хризоколла, брошантит и атакамит. При химическом растворении этих минералов на основе обменных реакций происходит образование легко растворимых сульфатов, например:

Азурит: Cu₃[CO₃]₂(OH)₂ + 3H₂SO₄ = 3CuSO₄ + 4H₂O + 2CO₂; (1)

Малахит: Cu₂[CO₃](OH)₂ + 2H₂SO₄ = 2CuSO₄ + 3H₂O + CO₂; (2)

Тенорит: CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O; (3)

Куприт: Cu₂O + H₂SO = CuSO₄ + Cu⁰ + H₂O; (4)

Брошантит: Cu₄[SO₄](OH) ₆ + 3H₂SO₄ = 4CuSO₄ + 6H₂O; (5)

Хризоколла: CuSiO₃· nH₂O + H₂SO₄ = CuSO₄ + SiO₂ + (n + 1)H₂O; (6)

Атакамит: Cu₂Cl(OH)₃ + 2H₂SO₄ = 2CuSO₄ + HCl + 3H₂O. (7)

С серной кислотой взаимодействует также пустая порода, находящаяся в медных рудах, с образованием растворимых сульфа­тов железа, алюминия, магния и др. Состав и количество пере­шедших в раствор при выщелачивании примесей зависит от вещественного состава исходной руды.

2.2. Вода

Вода является наиболее доступным и дешевым растворителем, но ее применение ограничивается из-за нерастворимости почти всех соединений меди и марганца. Единственным минералом меди, растворяющимся в воде, является халькантит Cu[SO₄]· 5H₂O, представляющий собой продукт окисления и выветривания сульфидных медьсодержащих руд.

В длительных процессах кучного и подземного выщелачива­ния вода является основным растворителем в присутствии кисло­рода воздуха.

2.3. Аммиачные растворы

Аммиачные растворы применяются для выщелачивания руд самородной меди и окисленных медных руд с большим содержанием основной породы карбонатного типа.

Химизм аммиачного выщелачивания основан на способности меди и ее окислов давать с аммиаком и аммонийными солями комп­лексные соли, растворимые в воде или избытке аммиака. В процессе выщелачивания протекает следующие реакции:

2Cu + O₂ + nNH₃ = 2CuO·nNH₃; (8)

2Cu + 2CuO·nNH₃ = 2Cu₂O·nNH₃; (9)

CuO + 2NH₄OH +(NH₄)₂CO₃ = Cu(NH₃)₄CO₃ + 3H₂O; (10)

Cu + Cu(NH₃)₄CO₃ = Cu₂(NH₃)₄CO₃. (11)

2.4. К растворителям для выщелачивания медных руд предъяв­ляются следующие требования:

1) растворитель должен быть эффективным, т.е. давать вы­сокое извлечение меди в раствор;

2) растворитель должен быть по возможности селективным, т.е. наряду с высоким извлечением меди в раствор не оказывать заметное действие на другие составные части руды;

3) растворитель должен быть достаточно дешевым и недефицитным;

4) растворитель должен хорошо отмываться от хвостов; при плохой отмывке растворителя увеличиваются потери меди с хвос­тами выщелачивания.

В целом результаты выщелачивания отдельных компонентов зависят от вещественного состава руды, температуры раствора, концентрации и типа растворителя, продолжительности растворения, способа выщелачивания и других факторов.