Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РУДОПОДГОТОВКИ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ РУД ДЛЯ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам рудоподготовки полиметаллических руд перед кислотным выщелачиванием с извлечением цветных, редких, редкоземельных металлов (РиРЗМ) и металлов платиновой группы (МПГ).

Руды РиРЗМ всегда являются полиметаллическими и характеризуются особенностями: низкими содержаниями целевых металлов (не более 0,5-2% суммы РиРЗМ); тонкодисперсным их распределением во вмещающих породах; склонностью вмещающих пород к шламообразованию; вытекающей упорностью к вскрытию и труднообогатимостью. Эти особенности определяются их вещественным составом как смеси карбонатов, глинистых алюмосиликатов и скелетного кремнезема, обогащенной органическим веществом (ОВ).

В то же время сами РиРЗМ, характеризующиеся достройкой внутренних электронных орбит атомов и вследствие этого обладающие повышенной реакционной способностью и переменными степенями окисления, способны образовывать элементоорганические соединения, комплексные анионы и двойные соли, включая изоморфные.

Все это затрудняет извлечение РиРЗМ, МПГ (целевые металлы) при переработке руды и обусловлено не только присутствием алюминия (в виде щелочных алюмосиликатов), но и специфичным поведением кремния, находящегося в составе исходного сырья в двух формах (скелетный и химически связанный). Учет состава и связанных с ним свойств полиметаллических руд заставляет особое внимание уделять способу рудоподготовки, определяющему эффективность последующего извлечения металлов. В предлагаемом способе учитывается сложность состава перерабатываемой руды, где все целевые металлы вследствие природы образования рудного тела сосредоточены в ее органическом компоненте (ОВ). Последний дисперсно распределен по всему спектру других вещественных компонентов, главными из которых являются щелочные алюмосиликаты и скелетный кремнезем.

Взаимопроникновение всех редких и редкоземельных металлов в вмещающие породы настолько масштабно, что поэтапно и достаточно эффективно отделить их существующими способами практически невозможно, что подтверждается неприменимостью современных способов обогащения (гравитация, магнитная сепарация, флотация, комбинированные методы) к этому виду руд. Вследствие этого логичным решением является прямое сернокислотное вскрытие (выщелачивание) руды (как по прототипу) с извлечением в раствор целевых металлов. При этом в задачи рудоподготовительного передела, в частности операции измельчения, входит обеспечение условий для раскрытия минералов и перевода РиРЗМ в раствор при последующем кислотном выщелачивании, а кремний остается в твердой фазе для эффективности всей последующей схемы поэтапного концентрирования OB. И если принципиального способа выделения РиРЗМ на сегодняшнем уровне развития промышленности нет, то отделение алюминия в виде глинистой фракции - задача вполне выполнимая и осуществляется известными способами (флотоотмучивание, гидроциклонирование и др.). При этом большая часть алюминия отделяется уже в голове процесса и как глинистая фракция исходной руды направляется в отдельную переработку с получением промышленного глинозема в конце технологической цепочки. Оставшийся нерастворимый остаток поступает на кислотное выщелачивание.

Вследствие того что концентрирование РиРЗМ (как группы металлов, отделяемых в первую очередь) происходит, как правило, в ОВ, прослеживание поведения последнего в процессе выщелачивания является основой выработки технически корректного решения в переделе рудоподготовки. Конечная пульпа песковой фракции легко фильтруется, и ОВ с большей частью кремния и других целевых металлов, включая МПГ, в виде кека выводится из процесса и поступает на дальнейшую переработку с извлечением МПГ по известным технологиям. Продуктивный раствор, содержащий РиРЗМ, направляют на извлечение металлов известными способами (сорбция, экстракция). Обедненный раствор после извлечения РиРЗМ (маточник) направляют в оборот в голову процесса.

Известен способ извлечения редкоземельных элементов из руды месторождения «Кундыбай» (заявка на изобретение РФ №2000117253, МПК C01F 17/00, C22B 3/06, опубл. 20.06.2002 г.) обработкой водой с удалением глинистой фракции, магнитным обогащением и вскрытием рудного концентрата неорганическими соединениями.

Недостатком способа является существенная потеря РиРЗМ, а также алюминия с глинистой частью, так как РиРЗМ распределяются примерно равномерно между глинистой и песковой фракциями.

Известен способ рудоподготовки, включающий дробление, грохочение и классификацию подрешетного продукта в гидроциклонах (патент РФ №2294800, МПК B03B 7/00, опубл. 10.03.2007 г.).

Недостатком указанного способа является громоздкость всего рудоподготовительного передела, включающего дробление, додрабливание, три процесса грохочения, три процесса концентрирования с соответствующим увеличенным расходом электроэнергии.

Наиболее близким к изобретению является способ рудоподготовки полиметаллических руд для выщелачивания (патент РФ №2079562 С1, 20.05.1997, С22В 11/02), включающий дробление, измельчение сырья, содержащего органическое вещество, цветные, редкие, редкоземельные металлы и металлы платиновой группы, до максимальной крупности зерен, классификацию и последующее кислотное выщелачивание.

Недостатком указанного способа является то, что при таком тонком измельчении происходит увеличение энергетических затрат и полученный продукт весь обрабатывается с высоким расходом серной кислотой.

Таким образом, приведенный анализ показывает, что существующий уровень техники не в состоянии обеспечить показатели рудоподготовки, связанной с измельчением, удовлетворяющий одновременно требованиям экономичности по потребляемой электроэнергии, комплексности и полноты извлечения цветных, РиРЗМ, МПГ из полиметаллического сырья.

Техническим результатом изобретения является комплексное извлечение целевых металлов из сложного по составу рудного сырья при достаточно экономичном измельчении исходного материала и снижении расхода кислоты.

Технический результат достигается способом рудоподготовки полиметаллических руд для выщелачивания, включающем дробление, измельчение сырья, содержащего органическое вещество, цветные, редкие, редкоземельные металлы и металлы платиновой группы, классификацию и последующее кислотное выщелачивание, при этом измельчение сырья проводят до крупности зерен на выходе 0,2-0,1 мм, после классификации в гидроциклоне песковую фракцию выщелачивают совместно со сливом (шламовой частью) с остатками кремнезема и органического вещества.

В предлагаемом способе рудоподготовки измельчение ведут до максимальной крупности зерен на выходе 0,2-0,1 мм, что в дальнейшем при выщелачивании руды позволяет ОВ сохранить в твердой фазе, выделяя в раствор РиРЗМ, которые на последующих этапах переработки извлекаются известными способами (сорбция, экстракция). При этом содержание мельчайших частиц класса крупности - 0,063 мм находится в пределах 25-45% и не влияет негативно на кинетику и эффективность перехода РиРЗМ в раствор при выщелачивании.

При переизмельчении руды (максимальная крупность на выходе менее 0,1 мм) ОВ начинает переходить в раствор, где его частицы становятся центрами адсорбции РиРЗМ, препятствующими их эффективному извлечению на последующих этапах сорбции (экстракции).

При недоизмельчении руды (максимальная крупность на выходе более 0,20 мм) полнота раскрытия зерен обрабатываемого материала недостаточна для эффективного проникновения выщелачивающего раствора по трещинам, другим механическим дефектам и плоскостям срастания частиц минералов. Замедляется кинетика перехода в раствор РиРЗМ с падением показателей по их извлечению.

Классификация в гидроциклоне с разделением на глинистую и песковую фракции целесообразна при достаточном содержании глиноземного компонента в исходном сырье. Использование гидроциклона позволяет увеличить скоростной режим центробежных сил разделения сырья по крупности и добиться эффективного отделения шлама от песка. Пример конкретного осуществления способа.

В качестве исходного материала использовалась проба месторождения полиметаллических руд. Образец руды представлял собой разнозернистые пески с визуальным преобладанием тонкодисперсных фракций, илов (шламов) и глины. Состав пробы приведен в таблице 1.

Проба подвергалась дроблению и измельчению. Дробление проводили в щековой (крупное дробление) и в валковой (мелкое дробление) дробилках. Измельчение проб проводили в шаровой мельнице объемом 3 л. Крупность помола регулировали временем операции измельчения. Было подготовлено пять проб с различной максимальной крупностью частиц для последующего отмучивания и гидроциклонирования. Максимальная крупность зерен и содержание мельчайшего класса в измельченных пробах представлены в таблице 2.

Отмучивание заключалось в разделении шламовой и песковой фракции в воде при Т:Ж=1:5, через 2 минуты отстоя проводилось отделение шлама декантацией. Результаты разделения глинистой и песковой фракций представлены в таблице 3.

Полученный шлам обрабатывали концентрированным раствором каустической щелочи (250-300 г/л Na₂O) при температуре около 200°С. Нерастворимый остаток, химический концентрат объединяли с песковой фракцией и сушили.

Сушка перед выщелачиванием проводилась в сушильном шкафу при температуре 100°С. Масса навесок для выщелачивания составляла 400 г.

Сернокислотное выщелачивание проводилось в две стадии (атмосферное и под давлением). Атмосферное выщелачивание проводилась в химически стойких стаканах, снабженных нагревателем и перемешивающим устройством. Время операции 30 минут при температуре 90°С до полной декарбонизации, а далее суспензия загружалась в автоклав емкостью 2,0 дм. Выщелачивание под давлением проводилось при температуре 150°С и давлении кислорода 2,5 атм. Общее время выщелачивания составило 1 час.

Контролю подлежали параметры: текущая температура, давление, скорость вращения мешалки, содержание Fe(+III), Al(+III), свободной и связанной H₂SO₄, окислительно-восстановительный потенциал.

Результаты опытов по выщелачиванию представлены в нижеследующей таблице 4.

Металлы платиновой группы выделяются из нерастворимого остатка известным способом-гравитацией.