» » Методы выщелачивания медных руд
29.04.2015

Для получения медистых растворов, пригодных для дальнейшего выделения из них меди, применяют следующие методы выщелачивания медных руд: 1) выщелачивание в кучах и подземное выщелачивание; 2) выщелачивание в чанах просачиванием растворителя через руду (перколяция); 3) выщелачивание пульпы в чанах при перемешивании. Ниже рассматриваются характерные особенности каждого метода выщелачивания.
Выщелачивание в кучах. Впервые кучное выщелачивание было введено в 1752 г. в Риотинто (Испания) и применяется до настоящего времени. В дореволюционной России метод кучного выщелачивания использовался на Кедабеке (Кавказ) и в Гумешках (Урал). Основным растворителем при выщелачивании меди служит сернокислая окись железа, которая образуется благодаря выветриванию пиритов.
При кучевом выщелачивании не требуется строительства дорогих заводов; можно единовременно обрабатывать громадную массу руды; не требуется больших затрат высококвалифицированного труда.
Однако применение кучевого выщелачивания ограничивается определенными требованиями к составу и подготовке руд: руда должна быть по возможности пористой, с микроскопическими каналами, способствующими проникновению растворов, порода должна растрескиваться, рассыпаться при действии раствора. Вторичные сульфиды (халькозин и ковелин) успешно обрабатываются. Первичные же колчеданы не поддаются растворению. Процесс требует благоприятных климатических условий — сухости климата и высокой среднегодовой температуры. Важное значение имеет подготовка непроницаемой постели под отвалом. Опытами выяснено, что при плохой постели извлечение меди может уменьшиться на 30—40%. Почву подготавливают уклоном от 3,5° до 8°. Постель обыкновенно готовят из слоя глины или илов обогатительных фабрик, смоченных нефтью, а затем просушенных (эту операцию повторяют несколько раз). Только в таких условиях получают непроницаемый слой.
Для получения хороших результатов руду необходимо выщелачивать периодически и полностью высушивать. Если поверхность куска руды, обладающего перечисленными благоприятными свойствами, смочить раствором, то он проникнет в поры куска, пройдет по капиллярам (если капилляры открыты с обоих концов) и окажет растворяющее действие на медные минералы. При высыхании куска растворимые соли (кристаллы медного купороса) из капилляра под действием силы обратной капиллярности выступят на поверхность.
При следующем смачивании руды эта соль перейдет в раствор и смоется водой. Нужно применять только необходимое для смывки CuSO4 количество воды, так как большой избыток ее бесполезен — раствор только разубоживается, большего же извлечения меди не происходит.
Следовательно, после смачивания руды необходимо полное высыхание ее — только при этом условии возможно достаточно быстрое и полное выщелачивание меди.
Дешевизна процесса дает возможность обрабатывать отвалы убогих руд. Кучное выщелачивание за рубежом нашло распространение в штатах Монтана и Аризона (США).
На предприятиях штата Аризона (США) кучному выщелачиванию подвергают большие отвалы породы с содержанием меди от 0,26 до 0,8%. Выщелачивают медь рудничной водой. Вода из рудника направляется сначала в отстойные чаны, затем на пиритные фильтры для получения двухвалентного железа и только после этого — на цементацию для предварительного удаления меди. Растворы после прохождения куч направляют снова на цементацию. Извлечение меди составляет примерно 80%. В России способ кучного выщелачивания намечается применить к бедным рудам Кальмакирского (Средняя Азия) и некоторых других месторождений.
Подземное выщелачивание как естественный процесс происходит на всех эксплуатируемых месторождениях сульфидных медно-пиритных руд. Кроме того, может быть организовано искусственное подземное выщелачивание, которое применяется на отработанных или законсервированных рудниках сульфидных месторождений с целью извлечения меди из оставшихся целиков и обрушенных горных выработок. Для этого организуют сбор растворов подземного выщелачивания в нижних выработках рудного тела и откачку их на поверхности на цементационные установки.
Медь должна находиться в руде в виде легко выщелачиваемых соединений (халькозина или халькантита — природного медного купороса или окислов), а запасы ее в недрах должны быть достаточны для того, чтобы оправдать затраты, необходимые для организации процесса.
Подземное выщелачивание может производиться речной водой, отработанными растворами цементационных установок и рудничными водами, полученными за счет естественного притока. Говоря об использовании рудничных вод, нельзя не указать на большие возможности получения меди за счет ускорения подземного выщелачивания руд дополнительным притоком. В зависимости от систем горных работ, применявшихся при отработке медноколчедацных месторождений, потери руд в них колеблются от 5 до 20%, поэтому на больших и мощных месторождениях они составляют весьма внушительную цифру как по руде, гак и по металлу. При орошении руды водами естественного притока производится подземное выщелачивание меди из потерянных руд. Ho так как воды естественного притока протекают постоянно по одним и тем же протокам и трещинам, то выщелачивание меди естественными водами происходит весьма медленно и незначительно. Установлено, что тушение подземных пожаров водой и даже орошение водой пожарных участков с целью противопожарной профилактики значительно повышает содержание меди в рудничной воде.
Исходя из этих наблюдений, определены меры, необходимые для развития искусственного подземного выщелачивания меди из потерянных руд на отработанных рудниках медноколчеданных месторождений. Имеются примеры организации процесса извлечения меди из отработанных горным способом участков медноколчеданных месторождений, весьма значительных по своим масштабам. Добыча на отдельных предприятиях достигает 4—5 тыс. г меди в год.
Следовательно, подземное выщелачивание, или, иными словами, растворение медных минералов на месте залегания полезного ископаемого без добычи руды горными работами и выдачи его на поверхность, может быть естественным и искусственным. При естественном выщелачивании медистые рудничные воды образуются в результате циркуляции вод через рудное тело. При искусственном подземном выщелачивании эту циркуляцию создают, подавая воду из посторонних источников в верхнюю часть рудного тела в заданном направлении через специально пробуренные скважины, шурфы, канавы и т.п. В свое время этот способ применяли для доработки старых заброшенных рудников, эксплуатация которых горными работами не окупает затрат. Например, на руднике Бьютт (штат Монтана, США) с целью обогащения рудничных вод пропускали их через верхние участки, сильно нагретые окислительными процессами, что позволило поднять содержание меди в рудничных водах с 0,2 до 2 г/л.
В отечественной практике процессы подземного выщелачивания меди еще не получили должного развития. В то же время опытные работы в этом направлении, проведенные в разные периоды времени на Карпушихе, Белоречке и Электролинзе Ново-Левинского рудника, дали положительные результаты. Достаточно сказать, что только на двух участках — на Белореченском и С-Карпушинском рудниках методом подземного выщелачивания было добыто более 500 г чистой меди Несомненно положительный опыт накоплен медными рудниками по использованию рудничных вод естественным притоком для дополнительного извлечения меди; имеются реальные возможности расширить применение этого метода.
Выщелачивание медных руд методом просачивания применяют к рудам с незначительным содержанием илов (частичек руды размером ниже 0,1—0,07 мм) или песка (выделенная искусственно часть руды крупностью выше 0,1—0,07 мм).
Метод перколяционного выщелачивания в гидрометаллургии меди имеет наибольшее применение как наиболее дешевый и обеспечивающий достаточно высокое извлечение меди. Для перколяционного выщелачивания применяются деревянные и бетонные чаны с внутренним покрытием рольным свинцом или кислотоупорным асфальтом для защиты бетона от агрессивного действия растворов. Емкость чана составляет 10 000 т руды, длина достигает 50 м, ширина 30—33 м, глубина 5—5,5 ж. Чан имеет ложное днище на расстоянии 100—200 мм от дна. Просачивание растворов через руду может быть нисходящим (растворы проходят через слой руды сверху вниз) и восходящим (растворы поднимаются из нижней части чана вверх), циркулируют растворы в направлении, соответствующем способу подачи, через отверстия в дне чана и ложном днище.
Различают периодическое и методическое выщелачивание. При периодическом выщелачивании руда в чане выщелачивается одним и тем же раствором, который остается в контакте с рудой до конца операции. При методическом выщелачивании руда подвергается последовательной обработке растворами различной крепости, которые проходят целую серию чанов в определенный цикл времени. Этот порядок выщелачивания распространен на крупных гидрометаллургических заводах. При методическом выщелачивании осуществляется принцип противотока, поэтому такое выщелачивание иногда называют противоточным.
Общая схема противоточной перколяции показана на рис. 19. Продолжительность полного цикла выщелачивания, включая загрузку и выгрузку руды, варьирует от 6 до 14 дней Контакт руды с раствором одной концентрации составляет обычно около 24 час., т. е. за весь цикл выщелачивания через каждый чан проходит от 6 до 12 растворов.
Методы выщелачивания медных руд

Выщелачивание с перемешиванием пульпы применяется для руд иловатых, с большим содержанием илов или для переработки только илов при искусственном разделении руды на пески и ила. Применяемые чаны (круглой формы диаметром от 1,8 до 7,5 м, высотой от 4,5 до 8 м) имеют емкость соответственно от 20 до 200 м3. Выщелачивание занимает в среднем 4—6 час., может быть периодическим и непрерывным. Отношение твердого к жидкому в пульпе при выщелачивании составляет от 1:1,5 до 1:4.
Сернокислотное выщелачивание окисленных медных руд производилось на двух крупных заводах Чили, осуществляется на нескольких заводах США и на одном заводе Конго. Каждый из этих заводов имеет свои специфические особенности, связанные с химическим составом руд и их физическими свойствами. Характеристика технологии каждого из этих предприятий изложена в литературе. Сернокислотное выщелачивание в Чуквикамата в Чили в связи с выработкой зоны окисленных руд и переходом на выработку сульфидных зон в настоящее время заменено флотацией и, по-видимому, больше совсем не применяется.