cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2024-4-33-42cvmet-1645Research ArticleМеталлургия цветных металловMetallurgy of Non-Ferrous MetalsПереработка халькопиритового концентрата с применением сульфатизирующего обжигаProcessing of chalcopyrite concentrate by sulfating roastinghttps://orcid.org/0000-0002-0281-5284СоколовА. Ю.SokolovA. Yu.

Артем Юрьевич Соколов – к.т.н., мл. науч. сотрудник

184209, г. Апатиты, ул. Академгородок, 26а

Artem Yu. Sokolov – Cand. Sci. (Eng.), Junior Researcher

26a Akademgorodok Str., Apatity 184209

aiu.sokolov@ksc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7694-0910КасиковА. Г.KasikovA. G.

Александр Георгиевич Касиков – к.х.н., вед. науч. сотрудник

184209, г. Апатиты, ул. Академгородок, 26а

Alexandr G. Kasikov – Cand. Sci. (Chem.), Leading Researcher

26a Akademgorodok Str., Apatity 184209

a.kasikov@ksc.ruИнститут химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наукРоссияTananaev Institute of Chemistry of the Kola Science Centre of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2024201220243043342Copyright © Соколов А.Ю., Касиков А.Г., 20242024Соколов А.Ю., Касиков А.Г.Sokolov A.Y., Kasikov A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1645

Халькопирит (CuFeS2) является одним из основных минералов, перерабатываемых в промышленном масштабе для получения меди, который зачастую превалирует в медных концентратах, поступающих на последующую пирометаллургическую переработку. В работе показана возможность эффективного и селективного выделения меди из халькопиритового концентрата с применением сульфатизирующего обжига, сернокислотного выщелачивания и жидкостной экстракции. Установлено, что при температуре обжига 700 °С в течение 1,5 ч происходит полное разложение халькопирита с образованием гематита (Fe2O3) и халькоцианита (CuSO4). В результате выщелачивания огарка раствором серной кислоты концентрацией 0,02 М в водную фазу переходит большая часть меди, в то время как железо концентрируется в твердом остатке. Кроме того, в результате выщелачивания огарка в остатке концентрируются и благородные металлы, содержание которых составляет, г/т: Pd – 41,61, Pt – 5,65, Ag – 96,22, Au – 4,81. Очистка раствора выщелачивания от железа посредством жидкостной экстракции ди-2-этилгексилфосфорной кислотой показала высокую эффективность: при использовании 25 %-ного раствора экстрагента при соотношении О : В = 1 : 1 на двух ступенях концентрация железа в водной вазе снижается с 3,05 до 0,01 г/дм3, а при О : В = 1 : 2 на четырех ступенях – до 0,006 г/дм3. После железоочистки и упаривания раствора получен медный купорос, содержащий, %: CuSO4·5H2O – 99,84 (в пересчете на медь – 25,42), Ni – 0,014, Al – 0,007, Fe – 0,0003, As – 0,0002.

Chalcopyrite (CuFeS2) is one of the primary minerals processed on an industrial scale for copper production and often dominates copper concentrates sent for pyrometallurgical processing. This study demonstrates the efficient and selective extraction of copper from chalcopyrite concentrate through sulfating roasting, sulfuric acid leaching, and solvent extraction. At a roasting temperature of 700 °C for 1.5 h, chalcopyrite fully decomposes into hematite (Fe2O3) and chalcanthite (CuSO4). Leaching the calcine with a 0.02 M sulfuric acid solution transfers most of the copper to the aqueous phase, while iron concentrates in the solid residue. Additionally, precious metals concentrate in the residue after leaching of the calcine, with the following content in g/t: Pd – 41.61, Pt – 5.65, Ag – 96.22, Au – 4.81. The removal of iron from the leach solution using solvent extraction with di-2-ethylhexyl phosphoric acid was highly effective: with a 25 % extractant solution and an organicto-aqueous ratio of 1:1 over two stages, the iron concentration in the aqueous phase dropped from 3.05 to 0.01 g/dm3, and with an organic-toaqueous ratio of 1:2 over four stages, it decreased to 0.006 g/dm3. After iron purification and solution evaporation, copper sulfate was obtained with the following composition (%): CuSO4·5H2O – 99.84 (equivalent to 25.42 % copper), Ni – 0.014, Al – 0.007, Fe – 0.0003, As – 0.0002.

медный концентратхалькопиритобжигмедьжелезоэкстракцияблагородные металлыcopper concentratechalcopyriteroastingcopperironextractionprecious metalsReferencesFaris N., Rama R., Chena M., Tardio J., Pownceby M.I., Jones L.A., McMaster S., Webster N.A.S., Bhargava S. The effect of thermal pre-treatment on the dissolution of chalcopyrite (CuFeS2) in sulfuric acid media. Hydrometallurgy. 2017;169: 68—78. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2016.12.006Faris N., Rama R., Chena M., Tardio J., Pownceby M.I., Jones L.A., McMaster S., Webster N.A.S., Bhargava S. The effect of thermal pre-treatment on the dissolution of chalcopyrite (CuFeS2) in sulfuric acid media. Hydrometallurgy. 2017;169: 68—78. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2016.12.006Медведев А.С., Со Ту, Хамхаш А., Гостеева Н.В., Птицын А.М. Вариант переработки сульфидного медного концентрата комбинированным способом (В порядке обсуждения). Цветные металлы. 2010;(1):33—36.Medvedev A.S., So Tu, Khamkhash A., Gosteeva N.V., Ptitsyn A.M. Option for processing copper sulfide concentrate using a combined method (For discussion). Tsvetnye Metally. 2010;(1):33—36. (In Russ.).Ding Z., Yang C., Zhang H., Mei J., Wang J., Yang S. New utilizations of natural CuFeS2 as the raw material of Cu smelting for recovering Hg0 from Cu smelting flue gas. Fuel. 2023;34:126997. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.126997Ding Z., Yang C., Zhang H., Mei J., Wang J., Yang S. New utilizations of natural CuFeS2 as the raw material of Cu smelting for recovering Hg0 from Cu smelting flue gas. Fuel. 2023;34:126997. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.126997Хамхаш А., Медведев А.С., Крылова Л.Н. Изменение фаз минералов при переработке сульфидного медного концентрата. Известия вузов. Цветная металлургия. 2007;(1):35—40.Khamkhash A., Medvedev A.S., Krylova L.N. Changes in the mineral phases during the processing of a copper sulfide concentrate. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2007;(1):35—40. (In Russ.).Васильева А.А., Бодуэн А.Я., Васильев Р.Е. Анализ возможности применения гидрометаллургических методов с целью улучшения переработки медных концентратов. iPolytech Journal. 2022;26(2):320—335. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2022-2-320-335Vasilieva A.A., Boduen A.Ya., Vasiliev R.E. The feasibility of hydrometallurgical methods for enhancing the processing of copper concentrates. iPolytech Journal. 2022;26(2):320—335. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2022-2-320-335Turkmen Y., Kaya E. Leaching of chalcopyrite concentrate in sulphuric acid with the aid of mechanical activation and microwave energy. Asian Journal of Chemistry. 2010;22(10):8107—8116.Turkmen Y., Kaya E. Leaching of chalcopyrite concentrate in sulphuric acid with the aid of mechanical activation and microwave energy. Asian Journal of Chemistry. 2010;22(10):8107—8116.Neira A., Pizarro D., Quezada V., Velásquez-Yévenes L. Pretreatment of copper sulphide ores prior to heap leaching: A review. Metals. 2021;11:1067. https://doi.org/10.3390/met11071067Neira A., Pizarro D., Quezada V., Velásquez-Yévenes L. Pretreatment of copper sulphide ores prior to heap leaching: A review. Metals. 2021;11:1067. https://doi.org/10.3390/met11071067Olubambi P.A., Potgieter J.H. Investigations on the mechanisms of sulfuric acid leaching of chalcopyrite in the presence of hydrogen peroxide. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review: An International Journal. 2009;30:327—345. https://doi.org/10.1080/08827500902958191Olubambi P.A., Potgieter J.H. Investigations on the mechanisms of sulfuric acid leaching of chalcopyrite in the presence of hydrogen peroxide. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review: An International Journal. 2009;30:327—345. https://doi.org/10.1080/08827500902958191Тер-Органесян А.К., Нетрусов А.О., Мильман Б.М., Васильев Р.Е. Комплексная гидрометаллургическая переработка высокомышьяковистых медных концентратов, содержащих благородные металлы. В сб.: Тезисы докладов XXIII Международной Черняевской конференции по химии, аналитике и технологии платиновых металлов (г. Новосибирск, 3—7 октября 2022 г.). Новосибирск: ИНХ СО РАН, 2022. С. 92. https://doi.org/10.26902/Chern-2022-068Ter-Organesyan A.K., Netrusov A.O., Milman B.M., Vasiliev R.E. Complex hydrometallurgical processing of high-arsenic copper concentrates containing noble metals. In: Proceedings XXIII International Chernyaev Conference in chemistry, analytics and technology of platinum metals (Novosibirsk, 3–7 October 2022). Novosibirsk: IIC SB RAS, 2022. P. 92. (In Russ.). https://doi.org/10.26902/Chern-2022-068Wang J., Faraji F., Ghaherman A. Evaluation of ozone as an efficient and sustainable reagent for chalcopyrite leaching: Process optimization and oxidative mechanism. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2021;104:333—344. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2021.08.036Wang J., Faraji F., Ghaherman A. Evaluation of ozone as an efficient and sustainable reagent for chalcopyrite leaching: Process optimization and oxidative mechanism. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2021;104:333—344. https://doi.org/10.1016/j.jiec.2021.08.036Vafaeian S., Ahmadian M., Rezaei B. Sulphuric acid leaching of mechanically activated copper sulphidic concentrate. Minerals Engineering. 2011;24:1713—1716. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2011.09.010Vafaeian S., Ahmadian M., Rezaei B. Sulphuric acid leaching of mechanically activated copper sulphidic concentrate. Minerals Engineering. 2011;24:1713—1716. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2011.09.010Зайцев П.В., Шнеерсон Я.М. Автоклавные процессы переработки медьсодержащего сырья. Цветные металлы. 2016;(1):26—31. https://doi.org/10.17580/tsm.2016.01.04Zaitsev P.V., Shneerson Ya.M. Autoclave processes for treatment copper-containing raw materials. Tsvetnye Metally. 2016;(1):26—31. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/tsm.2016.01.04Меретуков М.А., Струков К.И. Современные гидрометаллургические способы переработки золото-медных и медно-золотых руд. Зарубежный опыт. Цветные металлы. 2023;(1):21—37. https://doi.org/10.17580/tsm.2023.01.03Meretukov M.A., Strukov K.I. Modern hydrometallurgical methods for processing gold-copper and coppergold ores. Foreign experience. Tsvetnye Metally. 2023;(1): 21—37. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/tsm.2023.01.03Насиров У.Ф., Очилов Ш.А., Умирзаков А.А., Турдикулова Г.И., Ботиров Э.А. Метод бактериального кучного выщелачивания для обработки из низкосортной первичной сульфидной медной руды. Journal of Advanced Research and Stability. 2022;Special Issue:259—264.Nasirov U.F., Ochilov Sh.A., Umirzakov A.A., Turdikulova G.I., Botirov E.A. Bacterial heap leaching method for processing low-grade primary copper sulfide ore. Journal of Advanced Research and Stability. 2022;Special Issue:259—264. (In Russ.).Янишевская Е.С., Горячев А.А. Бактериальное выщелачивание основных сульфидных минералов медно-никелевых руд: Обзор. В сб.: Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. Апатиты: Кольский научный центр РАН, 2019;(16):637—642. https://doi.org/10.31241/FNS.2019.16.131Yanishevskya E.S., Goryachev A.A. Bioleaching of major sulfide minerals of copper-nickel ores: A review. In: Proceedings of Fersman Scientific Session of the GI KSC RAS. Apatity: Kola Sci. Center RAS, 2019;(16):637–642. (In Russ.). https://doi.org/10.31241/FNS.2019.16.131Саргсян Л.Е., Оганесян А.М. Активированный сульфатизирующий обжиг халькопиритового концентрата для сернокислотного выщелачивания. Известия вузов. Цветная металлургия. 2010;(5):11—13.Sargsyan L.E., Oganesyan A.M. Activated sulfatizing roasting of chalcopyrite concentrate for sulfuric acid leaching. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2010;(5):11—13. (In Russ.).Рогожников Д.А., Каримов К.А., Дизер О.А., Мамяченков С.В., Набойченко С.С. Комплексная переработка полиметаллических сульфидных промпродуктов предприятий цветной металлургии. Екатеринбург: УМЦ УПИ, 2022. 142 с.Rogozhnikov D.A., Karimov K.A., Dizer O.A., Mamyachenkov S.V., Naboichenko S.S. Complex processing of polymetallic sulfide industrial products of non-ferrous metallurgy enterprises. Ekaterinburg: UMTs UPI, 2022. 142 p. (In Russ.).Бумажнов Ф.Т. Исследование физико-химических закономерностей сульфатизирующего обжига. Записки Горного института. 1966;46(3):47—57.Bumazhnov F.T. Study of the physico-chemical laws of sulfatizing roasting. Zapiski Gornogo Instituta. 1966;46(3):47—57. (In Russ.).Худяков И.Ф., Тихонов А.И., Деев В.И., Набойченко С.С. Металлургия меди, никеля и кобальта. Т. 1: Металлургия меди. М.: Металлургия, 1977. 295 с.Khudyakov I.F., Tikhonov A.I., Deev V.I., Naboichenko S.S. Metallurgy of copper, nickel and cobalt. T. 1: Metallurgy of copper. Moscow: Metallurgiya, 1977. 295 p. (In Russ.).Ванюков А.В., Уткин Н.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья. Челябинск: Металлургия, 1988. 432 с.Vanyukov A.V., Utkin N.I. Complex processing of copper and nickel raw materials. Chelyabinsk: Metallurgiya, 1988. 432 p. (In Russ.).Atesoglu G., Atilgan I. Effect of roasting temperature on the leaching of chalcopyrite concentrate in sulphuric acid. Mining, Metallurgy & Exploration. 2022;39:2199—2208. https://doi.org/10.1007/s42461-022-00669-yAtesoglu G., Atilgan I. Effect of roasting temperature on the leaching of chalcopyrite concentrate in sulphuric acid. Mining, Metallurgy & Exploration. 2022;39:2199—2208. https://doi.org/10.1007/s42461-022-00669-yЖунусова Г.Ж., Алтайбаев Б.Т., Кальянова О.А., Серкебаева С.К., Сыдыканов М.М. Гидролитическая очистка сульфатных растворов от примесей железа, мышьяка, сурьмы, алюминия и кремния. Приоритетные научные направления: от теории к практике. 2013;(8):123—129.Zhunusova G.Zh., Altaibaev B.T., Kalyanova O.A., Serkebaeva S.K., Sydykanov M.M. Hydrolytic purification of sulfate solutions from impurities of iron, arsenic, antimony, aluminum and silicon. Prioritetnye nauchnye napravleniya: ot teorii k praktike. 2013;(8):123—129. (In Russ.).Соколов А.Ю., Касиков А.Г., Багрова Е.Г. Экстракционная очистка сернокислых растворов от железа ди-2-этилгексилфосфорной кислотой. В сб.: Материалы Международной конференции «Инновационные процессы комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья» (Плаксинские чтения) (г. Апатиты, 21—26 сентября 2020 г.). Апатиты: Издательство КНЦ РАН, 2020. С. 270—272.Sokolov A.Yu., Kasikov A.G., Bagrova E.G. Solvent extraction purification of sulfuric acid solutions from iron with di-2-ethylhexyl phosphoric acid. In: Proceedings of International Conference “Innovative processes of complex treatment of natural and man- made mineral raw materials” (Plaksinsky Readings) (Apatity, 21–26 September 2020). Apatity: Publ. KSC RAS, 2020. P. 270–272. (In Russ.).Corrae M.M.J., Silvas F.P.C., Aliprandini P., de Moraes V.T., Dreisinger D., Espinosa D.C.R. Separation of copper from a leaching solution of printed circuit boards by using solvent extraction with D2EHPA. Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2018;35(3): 919—930. https://doi.org/10.1590/0104-6632.20180353s20170144Corrae M.M.J., Silvas F.P.C., Aliprandini P., de Moraes V.T., Dreisinger D., Espinosa D.C.R. Separation of copper from a leaching solution of printed circuit boards by using solvent extraction with D2EHPA. Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2018;35(3): 919—930. https://doi.org/10.1590/0104-6632.20180353s20170144Hirato T., Wu Z.-C., Yamada Y., Majima H. Improvement of the stripping characteristics of Fe(III) utilizing a mixture of di(2-ethylhexyl) phosphoric acid and tri-n-butyl phosphate. Hydrometallurgy. 1992;28:81—93. https://doi.org/10.1016/0304-386X(92)90066-9Hirato T., Wu Z.-C., Yamada Y., Majima H. Improvement of the stripping characteristics of Fe(III) utilizing a mixture of di(2-ethylhexyl) phosphoric acid and tri-n-butyl phosphate. Hydrometallurgy. 1992;28:81—93. https://doi.org/10.1016/0304-386X(92)90066-9Singh D.K., Mishra S.L., Singh H. Stripping of iron (III) from the D2EHPA + TBP extract produced during uranium recovery from phosphoric acid by oxalic acid. Hydrometallurgy. 2006;81:214—218. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2005.12.006Singh D.K., Mishra S.L., Singh H. Stripping of iron (III) from the D2EHPA + TBP extract produced during uranium recovery from phosphoric acid by oxalic acid. Hydrometallurgy. 2006;81:214—218. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2005.12.006Devi N.B., Nayak B. Liquid-liquid extraction and separation of copper (II) and nickel (II) using LIX®984N. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2008;114(11):937—943.Devi N.B., Nayak B. Liquid-liquid extraction and separation of copper (II) and nickel (II) using LIX®984N. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2008;114(11):937—943.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.