способ извлечения сурьмы и мышьяка из раствора биовыщелачивания золотосодержащих концентратов

Формула изобретения

Способ извлечения сурьмы и мышьяка из раствора биовыщелачивания золотосодержащих концентратов, включающий сорбцию сурьмы и мышьяка на анионите, отличающийся тем, что сорбцию ведут на анионите Lewatit К 5517 с последующей десорбцией сурьмы и мышьяка, при этом перед десорбцией проводят сернокислотную отмывку анионита от ярозитного осадка железа сначала промывкой 1,2-1,3%-ной серной кислотой при отношении Т:Ж=1:4, при температуре 45-50°С, скорости движения промывочных растворов в слое анионита 1,0-1,3 м/ч с растворением железа (III), затем промывкой оставшегося железа (III) 3%-ным раствором сульфита натрия при pH 1,5 и Т:Ж=2.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам извлечения сурьмы и мышьяка из растворов биовыщелачивания золотосодержащих концентратов.

В результате процесса сорбции анионов сурьмы и мышьяка из биораствора после биовыщелачивания золотосодержащих концентратов на поверхности анионита осаждается железо (III) в виде ярозитного осадка. Этот осадок затрудняет десорбцию мышьяка и сурьмы из смолы растворами щелочей, а через 3-5 суток процессы перекристаллизации и старения ярозита приводят к закупорке пор анионита и выводу его из эксплуатации.

Для получения чистого элюата сурьмы и регенерации анионита предлагается извлекать сурьму и мышьяк из раствора биовыщелачивания, а также проводить селективную отмывку анионита от железа (III) поэтапно:

- сначала проводят сорбцию сурьмы и мышьяка на анионит Lewatit К 5517 с последующей десорбцией,

- перед десорбцией проводят сернокислотную отмывку анионита от ярозитного осадка железа с растворением железа (III),

- затем промывают оставшееся железо (III) раствором сульфита натрия.

Известен способ регенерации ионообменной смолы, включающий отмывку смолы раствором минеральной кислоты и десорбцию металлов кислыми растворами. Отмывку осуществляют раствором серной кислоты (SU № 890738, МПК C22B 11/04, опубл. 07.03.88 г.).

Недостатком способа является неполная отмывка анионита.

Известен способ регенерации анионитов с использованием в качестве промывных растворов серной кислоты, используют 20-40% раствор серной кислоты (SU № 713573, М.Пк B01D 15/04, опубл. 05.02.80).

Недостатком способа является сложность процесса и неполная отмывка анионита.

Известен способ регенерации насыщенных анионообменных смол, включающий обработку смол раствором минеральной кислоты и отмывку смолы подкисленным раствором, содержащим сульфит натрия (RU № 2310692, МПК C22B 11/00, 3/24, опубл. 2007.11.20.).

Недостатком способа является неполная отмывка ионита.

Известен также способ переработки железистого продукта, включающий его сернокислотную обработку и дальнейшее восстановление железа (III) до двухвалентного состояния (железо (II)) раствором сульфита натрия (RU № 2258088, М.Пк. 7 C22B 3/00, 23/00, опубл. 10.08.2005).

Недостатком способа является невозможность достижения поставленной задачи.

Известен также способ извлечения тяжелых металлов, в том числе сурьмы и мышьяка, из раствора биовыщелачивания золотосодержащих концентратов, включающий сорбцию сурьмы и мышьяка на анионите (RU № 2151208, МПК C22B 11/00, опубл 20.06.2000).

Недостатком способа является невысокая степень извлечения сурьмы и мышьяка из раствора.

Задачей изобретения является селективная отмывка анионита от железа, разделение железа и сурьмы и создание условий для дальнейшей десорбции As и Sb из смолы и регенерация анионита.

Поставленная задача решается тем, что в способе извлечения сурьмы и мышьяка из раствора биовыщелачивания золотосодержащих концентратов, включающем сорбцию сурьмы и мышьяка на анионите, согласно изобретению сорбцию ведут на анионите Lewatit К 5517 с последующей десорбцией сурьмы и мышьяка, при этом перед десорбцией проводят сернокислотную отмывку анионита от ярозитного осадка железа сначала промывкой 1,2-1,3%-ной серной кислотой при отношении Т:Ж=1:4, при температуре 45-50°С, скорости движения промывочных растворов в слое анионита 1,0-1,3 м/ч, с растворением железа (III), затем промывкой оставшегося железа (III) 3%-ным раствором сульфита натрия при pH 1,5 и Т:Ж=2.

Железо из ярозитного осадка на поверхности анионита сначала растворяют слабым раствором серной кислоты, а затем оставшуюся часть Fe (III) восстанавливают до Fe (II) кислым раствором сульфита натрия, который переходит в сернокислый раствор (из остаточного количества осадка). В результате такой обработки поверхность и поры анионита освобождаются от ярозитного осадка Fe (III) и становятся возможными операции десорбции As и Sb.

Технический результат достигается тем, что в способе применяют новый анионит Lewatit К 5517, позволяющий полнее проводить процесс сорбции ионов сурьмы и мышьяка из растворов после биовыщелачивания золотосодержащих концентратов.

Технический результат достигается также тем, что сернокислотную отмывку анионита от железа проводят при температуре 45-50°С, скорости движения промывочных растворов в слое анионита 1,0-1,3 м/ч.

Технический результат достигается также тем, что растворение железа (III) проводят 1,2-1,3%-ной серной кислотой при отношении Т:Ж=1:4.

Технический результат достигается также тем, что восстановление железа (III), из остаточного количества осадка, ведут кислым раствором восстановителя - 3%-ным раствором Na₂SO₃ при pH 1,5 и Т:Ж=2.

Технический результат также заключается в том, что заявляемый способ позволяет осуществить раздельное (селективное) извлечение каждого из элементов, находящихся в растворе совместно.

Заявляемый способ поясняется чертежами, где на:

фиг.1 показано влияние концентрации серной кислоты в растворе на извлечение металлов со смолы Lewatit К 5517 в раствор;

фиг.2 - влияние продолжительности отмывки смолы Lewatit К 5517 1,3%-ным раствором серной кислоты на извлечение металла в раствор (температура 50°С, Т:Ж=1:4);

фиг.3.- зависимость извлечения остаточного количества железа со смолы в раствор от С Na₂SO₃.

Способ осуществляется следующим образом.

Процесс сорбции проводят новым ионитом - Lewatit К 5517 (слабоосновной анионит, функциональная группа - третичный/четвертичный амин, размер зерна - 0,4-1,25 мм, насыпной вес 680 г/дм³, плотность 1,03 кг/ дм³, общая обменная емкость 1,4 экв/дм³ , работает при температуре от +20 до +100°С, рабочий диапазон pH 0÷8, набухание (+20°С) - 17%).

В сорбционную колонну с неподвижным слоем анионита Lewatit К 5517 подают сверху раствор серной кислоты, который под действием гидростатического напора просачивается через зерна анионита и растворяет с их поверхности осадок железа (III). Температуру в колонне поддерживают на заданном уровне за счет циркуляции горячей воды в «рубашке» колонны, а скорость просачивания промывочного раствора регулируют изменением диаметра сливного патрубка. Отработанный раствор с сернокислым железом (III), мышьяком и сурьмой собирают в емкость, определяют объем и состав полученного раствора. Анионит после сернокислотной отмывки от железа обрабатывают кислым раствором восстановителя - сульфита натрия.

Способ был опробован в полупромышленном масштабе на ЗИФ-ЗАО «Полюс» при проведении пилотных испытаний сорбции сурьмы из раствора после фильтрации биокека.

Анионит Lewatit К 5517 после сорбции содержал следующие количества металлов, г/кг сухой смолы: 23,47 Sb; 37,3 As; 128,62 Fe. Отмывка анионита от железа осуществлялась в колонне из нержавеющей стали с водяной «рубашкой». Рабочие размеры колонны: диаметр - 200 мм; высота 1100 мм; объем смолы в колонне составлял 25 дм³ (15,63 кг сухой смолы). Промывочные растворы подавались сверху на смолу разбрызгиванием.

По предлагаемому способу было проведено четыре серии опытов. В первой серии опытов варьировали концентрацию серной кислоты в промывочном растворе при температуре процесса 45-50°С и объеме промывочного раствора в 4 раза больше объема анионита в колонне. Скорость движения раствора в слое анионита составляла 1,06 м/ч. Зависимость извлечения железа, мышьяка и сурьмы из фазы смолы представлена на фиг.1.

Растворение ярозитного осадка железа (III) проходит селективно при концентрации серной кислоты в растворе 1,2-1,5%: извлечение железа в раствор составляет 75-78%, мышьяка ~10%, а сурьмы 2-2,5%.

При концентрации серной кислоты менее 1% степень отмывки анионита от железа становится менее 60%. Повышение концентрации серной кислоты в промывочном растворе более 1,5% приводит к увеличению потерь сурьмы с растворами (( _Sb)_р-р>3%).

Во второй серии опытов изучали влияние отношения Т:Ж на показатели отмывки анионита от ярозитного осадка железа (III) при температуре 50°С, концентрации серной кислоты в растворе 1,3% и скорости просачивания раствора через слой смолы 1,06 м/ч.

Влияние отношения Т:Ж на извлечение металлов из смолы в промывочный раствор приведено в таблице 1.

Таблица 1 - Зависимость извлечения металлов в раствор из анионита Lewatit К 5517 от отношения Т:Ж при промывке ( , температура - 50°С, скорость движения раствора в слое смолы = 1,06 м/ч).

Отношение объема смолы к объему промывочного раствора, Т:Ж	Извлечение металлов в раствор, %
Fe	As	Sb
1:1	32,5	7,5	1,22
1:2	65,2	12,4	1,90
1:3	72,0	13,9	2,06
1:4	76,0	14,3	2,10
1:6	77,5	15,1	2,19
1:10	78,3	15,5	2,24

Оптимальное значение отношения количества объема смолы к количеству промывочного раствора (Т:Ж) составляет 1:4. При таком отношении Т:Ж расход серной кислоты превышает стехиометрическое количество H₂ SO₄ для растворения ярозитного осадка железа (III) на 10-15% и обеспечивает извлечение железа в раствор 76%. Снижение количества промывочного сернокислого раствора (Т:Ж>0,25) снижает эффективность отмывки смолы от железа менее 72%, а переход сурьмы в раствор изменяется незначительно с 2,1% до 2,06%. Повышение количества раствора серной кислоты (уменьшение Т:Ж<0,125) не приводит к существенному улучшению показателей отмывки смолы от железа, но увеличивает расход реагентов.

В третьей серии опытов изменяли скорость движения промывочного раствора в слое анионита (продолжительность промывки). Влияние продолжительности отмывки смолы 1,3%-ным раствором серной кислоты на извлечение металлов в раствор представлено на фиг.2.

При скорости движения раствора в слое анионита 1,0-1,3 м/ч реализуется максимальная степень отмывки смолы от железа 1,3%-ным раствором серной кислоты, при этом _Fe=76%, _As=14,3%, _Sb=2,1%. Увеличение скорости движения раствора более 1,3 м/ч снижает эффективность отмывки смолы от железа ( _Fe<70%) практически при неизменных потерях сурьмы ( _Sb=1,6-1,8%). Снижение скорости движения раствора в слое анионита менее 1 м/ч не оказывает влияние на извлечение железа в раствор ( _Fe=76%=const), но при этом существенно теряется сурьма с промывочными растворами ( _Sb>3%).

Повышение температуры процесса отмывки анионита от железа более 45-50°С (t=80-90°) обеспечивает извлечение железа в раствор до 93-95%, но при этом резко снижается механическая и химическая стойкость анионита Lewatit К 551. Поэтому выбор температуры процесса отмывки 45-50°С обусловлен физико-химическими свойствами сорбента.

Сернокислотная отмывка анионита от железа (III) обеспечивает растворение ярозитного осадка Fe (III) и селективный перевод в раствор 76% железа. Остальное железо со смолы переводят в раствор восстановлением железа (III) до железа (II) и последующим растворением его в сернокислом растворе. Анионит обрабатывают кислым раствором восстановителя. В качестве восстановителя используют сульфит натрия Na₂SO₃, который не десорбирует мышьяк и сурьму из смолы Lewatit К 5517. Учитывая меньшую стоимость сульфита натрия, его доступность, экологическую безвредность и возможность быстрого перевода в Na₂SO₄ продувкой раствора воздухом, используют его в качестве восстановителя.

В четвертой серии опытов при восстановительной отмывке смолы от ярозитного осадка железа (III) варьировали концентрацию сульфита натрия в сернокислом растворе. Зависимость извлечения остаточного количества железа со смолы в раствор от концентрации Na₂SO₃ приведена на фиг. 3.

Кислотность сульфитного раствора для предупреждения гидролиза железа поддерживали на уровне pH 1,5 ( ). Оптимальной концентрацией Na₂SO₃ в растворе является 3%, которая при отношении Т:Ж=2 обеспечивает 98-99%-ную отмывку смолы от железа при минимальном избытке восстановителя (15-20% сверх стехиометрического). При меньшей концентрации сульфита натрия в промывочном растворе (менее 3%) степень отмывки быстро уменьшается и не обеспечивает удаление ярозита со смолы. При восстановительной отмывке смолы от железа извлечение сурьмы в раствор не превышает 0,5-1%, а мышьяка - 2-3%.