PL200432B1 - Sposób uzyskiwania metali z rud siarczku miedzi oraz/lub z rudy siarczku miedzi i żelaza - Google Patents

Abstract

Sposób uzyskiwania metali z rud siarczku miedzi oraz/lub z rudy siarczku miedzi i zelaza przez ogrzewanie mieszaniny siarczków z woln a siark a, a nast epnie lugowanie mikrobiologiczne i chemicz- ne dla uzyskania roztworu metali, polega na tym, ze w pierwszym etapie ogrzewania rudy z dodatkiem siarki w stosunku stechiometrycznym zawarty w rudzie chalkopiryt CuFeS 2 poddaje si e przemianie do kowelinu (CuS), pirytu (FeS 2 ) i siarczków towarzysz acych, po czym w drugim etapie mied z, zelazo i inne zawarte w produkcie reakcji metale, metale szlachetne, zw laszcza z loto, srebro, platyn e (wlacz- nie z platynowcami), jak równie z kobalt, nikiel i cynk oraz ziemie rzadkie rozpuszcza si e drog a lugo- wania chemicznego oraz/lub lugowania biologicznego. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób uzyskiwania metali z rud siarczku miedzi oraz/lub z rudy siarczku miedzi i żelaza przez ogrzewanie mieszaniny siarczków z wolną siarką, a następnie ługowanie mikrobiologiczne i chemiczne dla uzyskania roztworu metali.

Największą część, stanowiącą około 90% światowej produkcji miedzi uzyskuje się z minerałów zawierających siarczki miedzi, zwłaszcza chalkopiryt (CuFeS2), bornit (Cu5FeS4), kubanit (CuFeS4), chalkozyn (Cu2S), digenit (Cu9S5), kowelin (CuS), enargit (Cu3AsS4), tenantyt (Cu12As4S13) i tetraedryt ^(Cu12^Sb4^S13^).

Najbardziej rozpowszechnionym spośród siarczkowych minerałów miedzi jest chalkopiryt, który ma w związku z tym największe znaczenie gospodarcze przy opracowywaniu nowych technik produkcji, przy czym chalkopiryt zawiera z reguły również złoto, platynowce i inne rzadkie metale oraz ziemie rzadkie.

Siarczkowe minerały miedzi otrzymuje się z rud, które zwykle poddaje się mieleniu, a następnie koncentracji w procesie flotacji, z równoczesnym oddzielaniem się znacznej części krzemianów do postaci koncentratu rudy o większej zawartości miedzi.

Obok ogólnie znanych procesów pirometalurgicznych i hydrometalurgicznych, którym poddawane są rudy względnie koncentraty rud, istnieją również inne sposoby otrzymywania zarówno miedzi, jak i innych metali występujących w siarczkowych minerałach rud miedzi drogą ługowania biologicznego. Jednakże za pomocą tych znanych sposobów można wyługować z chalkopirytu tylko około 20% zawartej w nim miedzi, ponieważ występuje jego pasywacja.

Przeprowadzono wprawdzie na skalę laboratoryjną wielką liczbę prób mających na celu uniknięcie pasywacji chalkopirytu, jednakże na ich podstawie nie opracowano dotychczas żadnej nadającej się do zastosowania przemysłowego techniki uzyskiwania metali.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych AP nr US 3 459 535 znany jest sposób obróbki wstępnej wieloskładnikowych rud siarczkowych zawierających miedź, żelazo i siarkę, umożliwiający poprawienie reakcji tych rud na ługowanie przez utlenianie kwasem. Sposób ten polega na ogrzewaniu wieloskładnikowych siarczków zmieszanych z siarką w stanie wolnym w temperaturze 300°C do 600°C, w czasie wystarczającym, by przynajmniej część siarki w stanie wolnym została wchłonięta przez wieloskładnikowe siarczki, tworząc proste siarczki miedzi i siarczki żelaza. W pierwszym etapie procesu tworzy się CuS, w drugim - CU2S, w wyniku czego następuje regeneracja wolnej siarki. W wyniku zachodzących reakcji, z uwagi na to, że ilość wolnej siarki wynosi tylko połowę ilości stechiometrycznej, następuje reakcja CuFeS2 + S = CuS + FeS2, a więc przekształcenie wieloskładnikowych siarczków w Cu2S. Niedogodność tego sposobu polega na tym, że w wyniku reakcji uzyskuje się CU2S, który to związek powoduje znaną pasywację procesu ługowania miedzi.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych AP nr US 3 985 555 znany jest proces rozkł adu chalkopirytu przez obróbkę wodnym roztworem kwaśnym i metalicznym środkiem redukującym na bazie żelaza i ołowiu w temperaturze od 50°C do 100°C w celu utworzenia metalicznej miedzi. Równocześnie rozpuszcza się zawarte w chalkopirycie żelazo, zaś większość zawartej w nim siarki przemienia się w siarkowodór. Użycie metalicznego środka redukującego stanowi o niekorzystnej ekonomii procesu, który wymaga dostarczania dużej ilości energii.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie lepszego i bardziej wydajnego sposobu uzyskiwania miedzi i innych metali z chalkopirytu.

Cel ten został zrealizowany w sposobie uzyskiwania metali z rud siarczku miedzi oraz/lub z rudy siarczku miedzi i żelaza według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie ogrzewania rudy z dodatkiem siarki w stosunku stechiometrycznym zawarty w rudzie chalkopiryt CuFeS2 poddaje się przemianie do kowelinu (CuS), pirytu (FeS2) i siarczków towarzyszących, po czym w drugim etapie miedź, żelazo i inne zawarte w produkcie reakcji metale, metale szlachetne, zwłaszcza złoto, srebro, platynę (włącznie z platynowcami), jak również kobalt, nikiel i cynk oraz ziemie rzadkie rozpuszcza się drogą ługowania chemicznego oraz/lub ługowania biologicznego.

Przemianę uzyskaną w pierwszym etapie można więc przedstawić równaniem:

CuFeS2 + S CuS + FeS2 (1)

Przemianę określoną powyższym wzorem korzystnie prowadzi się w atmosferze obojętnej względnie w procesie otwartym, albo też w piecu obrotowym, przy czym prowadzi się ją w temperaturze od temperatury pokojowej do temperatury 501°C, a korzystnie w temperaturze około 410°C,

PL 200 432 B1 a korzystnie wspomaga się napromienianiem mikrofalowym w czasie od 0,5 do 24 godzin, a korzystnie w czasie około 2 godzin.

Siarkę dodaje się przy tym w stanie stałym, a przemianę prowadzi się pod ciśnieniem do 10⁶ Pa albo w atmosferze nasyconej parami siarki.

Można również siarkę doprowadzić w stanie gazowym, przy czym przemianę prowadzi się pod zmniejszonym ciśnieniem, względnie doprowadzić siarkę w postaci plazmy.

Badania, które doprowadziły do wynalazku wykazały, że chalkopiryt przy odpowiednim prowadzeniu procesu daje się przeprowadzić prawie całkowicie w kowelin i piryt. W tej przemianie powstaje z ziarna chalkopirytowego zmielonego materiału ziarno z rdzeniem z pirytu i z płaszczem z kowelinu. W przeciwień stwie do chalkopirytu z kowelinu daje się wył ugować bez problemu miedź oraz pozostał e wzbogacone w nim metale drogą konwencjonalnego procesu ługowania, ponieważ nie istnieją tu problemy związane z pasywacją. Ta reakcja jest egzotermiczna, tak że do przemiany wymagany jest tylko bardzo niewielki nakład energii. Możliwy sposób uzyskiwania miedzi z kowelinu jest opisany równaniem:

CuS + Fe2(SO4)3 CUSO4 + 2FeSO4 + S (2)

Wytworzony siarczan miedziowy jest podobnie jak siarczan żelaza rozpuszczalny w kwasach, a zatem żelazo i miedź przechodzą do roztworu i można je z roztworu oddzielić.

Również i żelazo z pirytu można utlenić i wyługować.

Jako reszta pozostaje zawarta w zmielonym materiale mieszanina metali szlachetnych i innych oraz ziem rzadkich, a zwłaszcza mieszanina złota, srebra, platyny i platynowców, kobaltu, niklu i cynku, który osiada jako pozostałość na dnie zbiornika, w którym jest przeprowadzany proces rozpuszczania.

Za pomocą nowych sposobów ługowania biologicznego można ługować miedź w sposób przyjazny dla środowiska i z porównywalnie nieznacznym wytwarzaniem kwasu siarkowego. Przy tym kowelin zgodnie z równaniem:

CuS + 2O2 CUSO4 (1) utlenia się w obecności specjalnych bakterii i oddziela w roztworze wodnym.

Przemiana chalkopirytu powinna odbywać się korzystnie w atmosferze obojętnej, na przykład w atmosferze azotu, dwutlenku siarki albo argonu.

Jako zakres temperatur korzystny dla przemiany okazał się zakres od temperatury pokojowej do 501°C, przy czym przemiana biegnie stosunkowo szybko zwłaszcza w temperaturze 410°C.

Procesowi przemiany chalkopirytu w kowelin może sprzyjać promieniowanie mikrofalowe. Ponieważ za pomocą mikrofal poszczególne ziarna zmielonego materiału nagrzewają się równomiernie zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz ziarna - można przez to przyspieszyć biegnące w czasie przemiany procesy dyfuzji przy tworzeniu ziarna pirytowego i płaszcza z kowelinu. Dzięki takiemu polepszeniu kinetyki reakcji można przyspieszyć otwarty proces i w ten sposób zwiększyć ekonomiczność procesu.

W zależności od temperatury przemiany i stopnia możliwego napromieniania mikrofalowego, przemiana może mieć miejsce w czasie od 9,5 do 3 godzin, a zwłaszcza w ciągu 2 godzin. O ile w ciągu 30 minut można bez problemu osiągnąć stopień przemiany 80%, to chalkopiryt ulega prawie całkowitej przemianie po 3 godzinach.

Siarkę należy doprowadzać w ilości stechiometrycznej.

Przy tym siarkę można doprowadzać do zmielonego materiału w stanie stałym, a przemiana chalkopirytu może odbywać się przy normalnym ciśnieniu otoczenia, korzystnie jednak należy ją prowadzić przy nadciśnieniu do 10⁶ Pa. W celu uniknięcia zbyt wielkiego odparowania siarki w temperaturach przemiany może okazać się korzystne, gdy przemiana biegnie w atmosferze nasyconej parami siarki.

Z drugiej strony przemiana może odbywać się także pod zmniejszonym ciśnieniem, w atmosferze zawierającej siarkę gazową, bez konieczności dodawania stałej siarki.

Możliwa jest także przemiana z dodatkiem plazmy siarki.

Sposób według wynalazku można korzystnie realizować w trójkomorowym piecu tunelowym. Trójkomorowy piec tunelowy ma pierwszą i trzecią komorę, które mogą służyć jako śluza dla drugiej komory. Druga komora pieca jest wyposażona w elektryczne spirale grzejne i ma wlot azotu względnie argonu. Poza tym jest ona korzystnie wyposażona w okienka ze szkła kwarcowego do wpuszczania mikrofal.

Badania wykazały, że przemiana w kowelin zachodzi optymalnie zwłaszcza przy napromienianiu mieszaniny zmielonego materiału i siarki mikrofalami ze specyficzną gęstością energii wynoszącą

PL 200 432 B1 od 8 do 35 kWh/Mg (na Mg zmielonego materiału), przy czym stosować można mikrofale zarówno o częstotliwości od 815 MHz do 2,45 GHz.

Przemiana chaklopirytu w kowelin może być prowadzona także w reaktorze fluidyzacyjnym.

Claims (11)

1. Sposób uzyskiwania metali z rud siarczku miedzi oraz/lub z rudy siarczku miedzi i ż elaza przez ogrzewanie mieszaniny siarczków z wolną siarką, a następnie ługowanie mikrobiologiczne i chemiczne dla uzyskania roztworu metali, znamienny tym, że w pierwszym etapie ogrzewania rudy z dodatkiem siarki w stosunku stechiometrycznym zawarty w rudzie chalkopiryt CuFeS2 poddaje się przemianie do kowelinu (CuS), pirytu (FeS2) i siarczków towarzyszących, po czym w drugim etapie miedź, żelazo i inne zawarte w produkcie reakcji metale, metale szlachetne, zwłaszcza złoto, srebro, platynę (włącznie z platynowcami), jak również kobalt, nikiel i cynk oraz ziemie rzadkie rozpuszcza się drogą ługowania chemicznego oraz/lub ługowania biologicznego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przemianę prowadzi się w atmosferze obojętnej.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przemianę prowadzi się w procesie otwartym.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przemianę prowadzi się w piecu obrotowym.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przemianę prowadzi się w temperaturze od temperatury pokojowej do temperatury 501°C, a korzystnie w temperaturze około 410°C.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przemianę wspomaga się napromienianiem mikrofalowym.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przemianę prowadzi się w czasie od 0,5 do 24 godzin, a korzystnie w czasie około 2 godzin.

8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że siarkę dodaje się w stanie stałym, a przemianę prowadzi się pod ciśnieniem do 10⁶ Pa.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przemianę prowadzi się w atmosferze nasyconej parami siarki.

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że siarkę doprowadza się w stanie gazowym, a przemianę prowadzi się pod zmniejszonym ciśnieniem.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przemianę prowadzi się doprowadzając siarkę w postaci plazmy.