Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, Институт новых материалов и технологий, Научная лаборатория перспективных технологий комплексной переработки минерального и техногенного сырья цветных и черных металлов, Екатеринбург, Россия:

Е. А. Кузас, старший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: e.kuzas@ya.ru
К. А. Каримов, старший научный сотрудник, канд. техн. наук
Д. А. Рогожников, заведующий лабораторией, докт. техн. наук

В переработку вовлекаются значительные объемы металлургического низкосортного сульфидного сырья, содержащего золото и другие благородные металлы (БМ). Такое сырье нельзя перерабатывать традиционными методами (например, цианированием) из-за частой инкапсуляции БМ в матрице основных сульфидных минералов — пирита и арсенопирита. Азотнокислотное выщелачивание является одним из перспективных методов вскрытия сульфидных минералов. В связи с этим представляется актуальным изучение кинетики растворения сульфидных минералов в растворах азотной кислоты. Рассмотрено применение модели полного факторного эксперимента для изучения кинетики выщелачивания железа в составе арсенопирита методом вращающегося диска в растворах HNO₃ с концентрацией 3 и 5 моль/дм³ при температуре 303 и 333 К и частоте вращения 3,3 и 10 с^–1. Получены кинетические уравнения, достаточно точно описывающие процесс растворения. Наибольшее положительное влияние на скорость растворения железа в составе арсенопирита оказывают температура и концентрация HNO₃. Пере мешивание не оказывает заметного воздействия; это подтверждается низкими значениями порядков реакции по частоте вращения диска, изменяющимися в пределах от –0,13 до 0,20. Высокие расчетные значения кажущейся энергии активации (60,8–69,6 кДж/моль) связаны со значительным влиянием температуры на скорость растворения железа в составе арсенопирита. При растворении образца диска арсенопирита были получены достаточно высокие значения порядков реакции по концентрации азотной кислоты для железа (3,9–4,7). Вероятно, это связано с образованием на поверхности диска пассивирующей пленки, наличие которой свидетельствует о возможности перехода в состояние, при котором лимитирующей стадией процесса является внутренняя диффузия.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Программы развития Уральского федерального университета имени первого Президента России Б. Н. Ельцина в соответствии с программой стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

1. Marsden J. O., House C. I. The chemistry of gold extraction, 2nd ed. Society for Mining, Metallurgy, and Exploration. Littleton. Colorado. USA. 2006.
2. Majzlan J., Chovan M., Andráš P., Newville M., Wiedenbeck M. The nanoparticulate nature of invisible gold in arsenopyrite from Pezinok (Slovakia). Neues Jahrbuch für Mineralogie. 2010. Vol. 187. pp. 1–9. DOI: 10.1127/0077-7757/2010/0156.
3. Sobolev A. E., Lutsik V. I., Potashnikov Y. M. The kinetics of hydrochemical oxidation of iron(II) persulfide (pyrite) by nitric acid. Russian Journal of Physical Chemistry A. 2001. Vol. 75. pp. 757–759.
4. Corkhill C. L., Vaughan D. J. Arsenopyrite oxidation – A review. Applied Geochemistry. 2009. Vol. 24. pp. 2342–2361.
5. Fernandez P. G., Linge H. G., Wadsley M. W. Oxidation of arsenopyrite (FeAsS) in acid Part I: Reactivity of arsenopyrite. Journal of Applied Electrochemistry. 1996. Vol. 26. pp. 575–583. DOI: 10.1007/BF00253455.
6. Cruz R., Lazaro I., Rodriguez J. M., Monroy M., Gonzalez I. Surface characterization of arsenopyrite in acidic medium by triangular scan voltam metry on carbon paste electrodes. Hydrometallurgy. 1997. Vol. 46. pp. 303–319. DOI: 10.1016/S0304-386X(97)00027-3.
7. McGuire M. M., Edwards K. J., Banfield J. F., Hamers R. J. Kinetics, surface chemistry, and structural evolution of microbially mediated sulfide mineral dissolution. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2001. Vol. 65. pp. 1243–1258. DOI: 10.1016/S0016-7037(00)00601-3.
8. Mikhlin Y. L., Romanchenko A. S., Asanov I. P. Oxidation of arsenopyrite and deposition of gold on the oxidized surfaces: A scanning probe microscopy, tunneling spectroscopy and XPS study. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2006. Vol. 70, Iss. 1. pp. 4874–4888. DOI: 10.1016/j.gca.2006.07.021.

9. Fernandez P. G., Linge H. G., Willing M. J. Oxidation of arsenopyrite (FeAsS) in acid. Part II: Stoichiometry and reaction scheme. Journal of Applied Electrochemistry. 1996. Vol. 26. pp. 585–591. DOI: 10.1007/BF00253456.
10. Costa M. C., Botelho do Rogo A. M., Abrantes L. M. Characterization of a natural and an electro-oxidized arsenopyrite: a study on electrochemical and X-ray photoelectron spectroscopy. International Journal of Mineral Processing. 2002. Vol. 65. pp. 83–108. DOI: 10.1016/S0301-7516(01)00059-X.
11. McKibben M. A., Tallant B. A., del Angel J. K. Kinetics of inorganic arsenopyrite oxidation in acidic aqueous solutions. Applied Geochemistry. 2008. Vol. 23. pp. 121–135. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2007.10.009.
12. Corkhill C. L., Wincott P. L., Lloyd J. R., Vaughan D. J. The oxidative dissolution of arsenopyrite (FeAsS) and enargite (Cu3AsS4) by Leptospirillum ferrooxidans. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2008. Vol. 72. pp. 5616–5633. DOI: 10.1016/j.gca.2008.09.008.
13. Asta M. P., Cama J., Ayora C., Acero P., De Giudici G. Arsenopyrite dissolution rates in O₂-bearing solutions. Chemical Geology. 2010. Vol. 273, Iss. 3-4. pp. 272–285. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2010.03.002.
14. Flatt J. R. The kinetics of pyrite and elemental sulfur reactions during nitric acid pre-oxidation of refractory gold ores. Candidate of Technical Science Thesis. The University of Adelaide, South Australia, Australia. 1996.
15. Gao G., Li D., Zhou Y., Sun X., Sun W. Kinetics of high-sulphur and high-arsenic refractory gold concentrate oxidation by dilute nitric acid under mild conditions. Minerals Engineering. 2009. Vol. 22. pp. 111–115. DOI: 10.1016/j.mineng.2008.05.001.
16. Rogozhnikov D. A., Rusalev R. E., Dizer О. А., Naboychenko S. S. Nitric acid loosening of rebellious sulphide concentrates containing precious metals. Tsvetnye Metally. 2018. No. 12. pp. 38–44. DOI: 10.17580/tsm.2018.12.05.
17. Rogozhnikov D. A., Shoppert A. A., Dizer O. A., Karimov K. A., Rusalev R. E. Leaching kinetics of sulfides from refractory gold concentrates by nitric acid. Metals. 2019. Vol. 9, 465. DOI: 10.3390/met9040465.
18. Karimov K. A., Rogozhnikov D. A., Kuzas E. A., Shoppert A. A. Leaching kinetics of arsenic sulfide-containing materials by copper sulfate solution. Metals. 2020. Vol. 10. 7. DOI: 10.3390/met10010007.
19. Montgomery D. C. Design and analysis of experiments. 8th edition. Wiley. USA. 2012. 743 p.
20. Bandara A. M. T. S., Senanayake G. Dissolution of calcium, phosphate, fluoride and rare earth elements (REEs) from a disc of natural fluorapatite mineral (FAP) in perchloric, hydrochloric, nitric, sulphuric and phosphoric acid solutions: A kinetic model and comparative batch leaching of major and minor elements from FAP and REFAP concentrate. Hydrometallurgy. 2019. Vol. 184. pp. 218–236. DOI: 10.1016/j.hydromet.2018.09.002.
21. Alzate A., López M. E., Serna C., Gonzalez O. Gold recovery from electronic waste by pressure Oxidation. Proceedings of the 2 nd World Congress on Mechanical, Chemical, and Material Engineering (MCM’16). 2016. pp. 109-1–109-7. DOI: 10.11159/mmme16.109.
22. Hidalgo T., Kuhar L., Beinlich A., Putnis A. Kinetics and mineralogical analysis of copper dissolution from a bornite/chalcopyrite composite sample in ferric-chloride and methanesulfonic-acid solutions. Hydrometallurgy. 2019. Vol. 188. pp. 140–156. DOI: 10.1016/j.hydromet.2019.06.009.
23. Karimov K., Shoppert A., Rogozhnikov D., Kuzas E., Zakharyan S., Naboichenko S. Effect of preliminary alkali desilication on ammonia pressure leaching of low-grade copper – silver сoncentrate. Metals. 2020. Vol. 10. 812. DOI: 10.3390/met10060812.