Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина (УрФУ), Институт новых материалов и технологий, Екатеринбург, Россия:

Крицкий А. В., аспирант, инженер, ассистент кафедры «Металлургия цветных металлов», эл. почта: a.v.kritsky@urfu.ru

Набойченко С. С., профессор-консультант кафедры «Металлургия цветных металлов»

В связи с сокращением запасов сплошных сульфидных руд в Уральском регионе увеличиваются масштабы добычи вкрапленных руд, в частности на Михеевском ГОКе (Южный Урал). Флотационное обогащение медно-порфировых руд на Михеевском ГОКе позволяет получать халькопиритные концентраты состава, %: 21,5 Cu; 24,5 Fe; 26,5 S; 0,4 Pb; 17,6 SiO₂; 1,8 CaO; 5–7 г/т Au; 12–16 г/т Ag. Действующая технология их переработки включает автогенную плавку, конвертирование штейна и рафинирование черновой меди с характерными для пирометаллургии недостатками. Исследован способ переработки концентратов с применением окислительного автоклавного выщелачивания (АОВ) в качестве головной операции. Процесс
АОВ изучен в следующем диапазоне параметров: t = 130–220 ^oC, pO₂ = (1–7)·10⁵ Па, [H₂SO₄] = 2–65 г/дм³. Опытные данные обобщены графически и математически. Подобраны параметры АОВ халькопиритного концентрата (t = 190 ^oC; pO₂ = 5·10⁵ Па; [H₂SO₄] = 15–30 г/дм³; τ = 120 мин), при которых извлечение меди достигает 98,5 %. Приведено сравнение кинетики АОВ при рекомендованных параметрах и условиях, обеспечивающих полное окисление сульфидов. При повышенных температурах (220 ^oC) длительность операции сокращается со 120 до 90 мин, при этом ионы Fe²⁺ более полно окисляются до ионов Fe³⁺, которые количественно гидролизуют, снижая общее содержание железа до долей грамма на литр. При двухстадийном АОВ халькопиритного концентрата удается получать насыщенные по меди растворы (до 70 г/дм³), однако при этом возросли переход железа в раствор и конечная кислотность раствора. Также в раствор переходит большая часть цинка и никеля, 60–70 % магния, 30–40 % кальция и 30–40 % алюминия; благородные металлы в растворе не обнаружены; значительная часть мышьяка остается в кеке выщелачивания. Выход кека — 56–63 % от массы концентрата; кек содержит, %: не более 0,5 Cu; до 40 Fe; 25–35 SiO₂; 5–7 S. Выбор способа его утилизации требует целевых исследований.

Авторы выражают благодарность коллективам центральной лаборатории АО «Уралгидромедь», исследовательского центра АО «Уралэлектромедь» и кафедры физико-химических методов анализа УрФУ за помощь с выполнением анализов.
Работа выполнена при финансовой поддержке постановления № 211 Правительства Российской Федерации, контракт № 02.A03.21.0006.

1. British Geological Survey Natural Environment Research Council. Copper 2007 // BGS Minerals UK Centre for sustainable mineral development. URL: https://www.bgs.ac.uk/mineralsuk/statistics/mineralProfiles.html (дата обращения 25.07.2019)
2. Plotinskaya O. Y., Azovskova O. B., Abramov S. S., Groznova E. O., Novoselov K. A., Seltmann R., Spratt J. Precious metals assemblages at the Mikheevskoe porphyry copper deposit (South Urals, Russia) as proxies of epithermal overprinting // Ore Geology Review. 2018. Vol. 94. P. 239–260.
3. Wills B. A., Finch J. A. Wills’ mineral processing technology: an introduction to the practical aspects of ore treatment and mineral recovery. Oxford : Butterworth-Heinemann, 2015. — 512 p.

4. Graeme J. J., Cagri E. Coarse chalcopyrite recovery in a universal froth flotation machine // Minerals Engineering. 2019. Vol. 134. P. 118–133.
5. Chipfunhua D., Bournivalc G., Dickieb S., Atac S. Performance characterisation of new frothers for sulphide mineral flotation // Minerals Engineering. 2019. Vol. 131. P. 272–279.
6. Dreisinger D. Copper leaching from primary sulfides: Options for biological and chemical extraction of copper // Hydrometallurgy. 2006. Vol. 83. P. 10–20.
7. Dutrizac J. E. Elemental sulphur formation during the ferric chloride leaching of chalcopyrite // Hydrometallurgy. 1990. Vol. 23. P. 153–167.
8. Watling H. R. Chalcopyrite hydrometallurgy at atmospheric pressure: 1. Review of acidic sulfate, sulfate-chloride and sulfate-nitrate process options // Hydrometallurgy. 2013. Vol. 140. P. 163–180.
9. Schippers A., Hedrich S., Vasters J., Drobe M., Sand W., Willscher S. Biomining: metal recovery from ores with microorganisms // Advances in biochemical engineering/biotechnology. 2013. Vol. 1. P. 1–47.
10. Zhao H., Zhang Y., Zhang X., Qian L., Sun M., Yang Y., Zhang Y., Wang J., Kim H., Qiu G. The dissolution and passivation mechanism of chalcopyrite in bioleaching: An overview // Minerals Engineering. 2019. Vol. 136. P. 140–154.
11. Hackl R. P., Dreisinger D. B., Peters E., King J. A. Passivation of chalcopyrite during oxidative leaching in sulfate media // Hydrometallurgy. 1995 Vol. 39. P. 25–48.
12. McDonald R. G., Muir D. M. Pressure oxidation leaching of chalcopyrite. Part I. Comparison of high and low temperature reaction kinetics and products // Hydrometallurgy. 2007. Vol. 86, Iss. 3. P. 191–205.
13. Marsden J. O., Wilmot J. C., Hazen N. Medium-temperature pressure leaching of copper concentrates. Part I. Chemistry and initial process development // Mining, Metallurgy and Exploration. 2007. Vol. 24, Iss. 4. P. 193–204. DOI: 10.1007/BF03403368
14. Marsden J. O., Wilmot J. C., Hazen N. Medium-temperature pressure leaching of copper concentrates. Development of direct electrowinning and an acid-autogenous process // Mining, Metallurgy and Exploration. 2007. Vol. 24, Iss. 4. P. 205–217. DOI: 10.1007/BF03403369
15. Marsden J. O., Wilmot J. C., Smith R. J. Medium-temperature pressure leaching of copper concentrates — Part IV: Application at Morenci, Arizona // Mining, Metallurgy and Exploration. 2007. Vol. 24, Iss. 4. P. 226–236. DOI: 10.1007/BF03403371
16. Watling H. R. Chalcopyrite hydrometallurgy at atmospheric pressure: 2. Review of acidic chloride process options // Hydrometallurgy. 2014. Vol. 146. P. 96–110.
17. Padilla R., Vega D., Ruiz M. C. Pressure leaching of sulfidized chalcopyrite in sulfuric acid-oxygen media // Hydrometallurgy. 2007. Vol. 86. P. 80–88.
18. Николаева С. A. Подбор коррозионностойких материалов для аппаратуры автоклавных процессов // Труды проектного и научно-исследовательского института «Гипроникель». 1967. № 16. С. 197–212.