ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2022-1-142-153ipolytech-583Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEИсследования по перколяционному выщелачиванию меди из глинистых смешанных медных рудPercolation leaching of clay mixed copper oreshttps://orcid.org/0000-0001-6205-6585КаримоваЛ. М.KarimovaL. M.

Каримова Люция Монировна - доктор технических наук, доцент,  ведущий научный сотрудник   Научно-исследовательской лаборатории.

100000, Караганда, ул. Бухар-Жырау, 48

Lyutsiya M. Karimova - Lyutsiya M. Karimova,  Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor,  Head of the Metallurgy Laboratory.

4, Moskovskaya St., Karaganda 100000

lutsia.08@mail.ruКайралаповЕ. Т.KairalapovY. T.

Кайралапов Ерлан Токпаевич - кандидат технических наук,   старший научный сотрудник   Научно-исследовательской лаборатории.

100000, Караганда, ул. Бухар-Жырау, 48

Yerlan T. Kairalapov - Cand. Sci. (Eng.),   Senior Researcher of the Research Laboratory.

48, Bukhar-Zhyrau St., Karaganda 100000

kairalapov.e@mail.ruТОО «КазГидроМедь»КазахстанKazHydroMed LLPKazakhstan202205042022261142153Copyright © Каримова Л.М., Кайралапов Е.Т., 20222022Каримова Л.М., Кайралапов Е.Т.Karimova L.M., Kairalapov Y.T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/583

Цель – повышение фильтрационных свойств штабеля кучного выщелачивания глинистых, шламистых окисленных и смешанных руд, которые склонны к кольматации и резко снижают просачивание раствора через слой руды. Для проведения лабораторных испытаний по перколяционному выщелачиванию использовалась колонна высотой 2 м и внутренним диаметром 190 мм, в которую была загружена руда массой 89,42 кг крупностью 55-0 мм. С целью устранения кольматации руду загружали слоем высотой 1 м, далее укладывали дренажный слой из пенополистирола и снова насыпали слой руды высотой 1 м. Объектом исследований является руда северного участка Нурказган (Карагандинская обл., Республика Казахстан), в которой медь практически поровну представлена сульфидными (53,48%) и окисленными (46,52%) минералами, из них хризоколла составляет 23,5%. В минеральном составе пробы, определенном с учетом данных оптических и электронномикроскопических исследований, рентгеноструктурного, локального рентгеноспектрального, рентгенофлуоресцентного и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, преобладают породообразующие минералы, составляющие 93,78%, из которых 53,23% приходится на слоистые силикаты –  слюды, хлорит, каолинит. Рудная минерализация представлена как сульфидными фазами (сульфиды меди, пирит), так и оксидными – малахит, гидроксиды железа, оксиды марганца. Содержание легкошламующихся минералов составило 56,30%. Перед началом выщелачивания производили влагонасыщение руды в течение суток. Сверху руду орошали раствором серной кислоты с концентрацией 60 г/дм3. Переработку продуктивных растворов осуществляли по сорбционной схеме (сорбция/десорбция – электролиз). В результате проведения исследований извлечение меди в раствор составило 60,04% с расходом серной кислоты 50,0 кг/т руды при средней скорости орошения 10,58 дм3/(м2∙ч) или 0,1058 дм/ч на свободное сечение трубы. Таким образом, использование послойного штабельного выщелачивания руды с высотой слоя не более 1 м может быть реализовано по схеме «выщелачивание – экстракция/реэкстракция или сорбция/десорбция – электролиз».

The present work addresses the problem of improving the percolation properties of heap leaching piles of clay, slime-oxidised and mixed ores. These ores are prone to colmatation, which hinders percolation of the solution through the ore layer. Laboratory tests on percolation leaching were carried out using a 2 m column having an internal diameter of 190 mm, loaded with 89.42 kg of ore material having a grain size of -55+0 mm. In order to eliminate colmatation, the ore layer was divided into two equal parts by a drainage layer of polystyrene foam. The research object was ore material extracted from the northern Nurkazgan deposit (Karaganda region, Republic of Kazakhstan), in which copper is present in the form of sulphide (53.48%) and oxidised minerals (46.52%), including 23.5% of chrysocolla. The mineral composition of a test sample determined by optical and electron microscopy, X-ray diffraction, local X-ray spectral, X-ray fluorescence and inductively coupled plasma mass spectrometry was characterised by 93.78% of rock-forming minerals, 53.23% of which comprised layered silicates, namely, mica, chlorite and kaolinite. Ore mineralisation was characterised by both sulphide (copper sulphides, pyrite) and oxide (malachite, iron hydroxides and manganese oxides) phases. The content of easy-sliming minerals equalled 56.30%. Prior to leaching, moisture saturation during the period of one day was carried out. The ore was top irrigated with a solution of sulphuric acid having a concentration of 60 g/dm3. Pregnant solutions were processed following a sorption method (sorption/desorption–electrolysis). The copper extraction into the solution yielded 60.04% with a sulphuric acid consumption of 50.0 kg/t ore at an average irrigation rate of 10.58 dm3/(m2h) or 0.1058 dm/h per clear opening. Therefore, heap leaching of ores at a layer height of lower than 1 m can be performed following the "leaching–extraction/re-extraction or sorption/desorption–electrolysis" scheme.

выщелачиваниеколоннарудамедные минералырастворизвлечениеleachingcolumnorecopper mineralssolutionextractionReferencesФазлуллин М. И. Подземное и кучное выщелачивание урана, золота и других металлов. В 2 т., т. 2: Золото. М.: ИД «Руда и металлы», 2005. 328 с.Fazlullin M. I. Underground and heap leaching of uranium, gold and other metals. In 2 vol., vol. 2: Zoloto. Moscow: Ruda i metally; 2005, 328 р. (In Russ.).Дружинина Г. Я., Строганов Г. А., Зырянов М. Н. Кучное выщелачивание золота из предварительно окомкованных руд // Цветные металлы. 1997. № 9. С. 17–19.Druzhinina G. Ya., Stroganov G. A., Zyryanov M. N. Heap leaching of gold from pre-pelletized ores. Tsvetnye metally. 1997;9:17-19. (In Russ.).Рашкин А. В., Авдеев П. Б., Яшкин И. А. Классификация способов управления процессами кучного выщелачивания руд // Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). 2006. Т. 11. № 5. С. 166–169.Rashkin A. V., Avdeev I. A., Yashkin I. A. Classification of ore heap leaching control methods. Vestnik Mezhdunarodnoj akademii nauk ekologii i bezopasnosti zhiznedeyatel'nosti (MANEB) = Vestnik IAELPS. 2006;11(5):166169. (In Russ.).Рашкин А. В., Авдеев П. Б., Яшкин И. А. Рациональное формирование рудного штабеля при кучном выщелачивании руд // Горный информационноаналитический бюллетень. 2005. № 11. С. 252–254.Rashkin A. V., Avdeev P. B., Yashkin I. A. Rational formation of ore piles during heap leaching of ores. Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten' = Mining informational and analytical bulletin. 2005;11:252-254. (In Russ.).Волощук С. Н. Кучное и подземное выщелачивание металлов. М.: Из-во «Недра», 1982. 113 c.Voloschuk S. N. Heap and underground leaching of metals. Moscow: Nedra; 1982, 113 р. (In Russ.). 6. Vodolazov L. I., Drobadenko V. P., Lobanov D. P., Maluhin N. G. Geotechnology. Heap leaching of lean mineral raw materials. Moscow: Moscow State Geological Exploration Institute; 2000, 300 р. (In Russ.).Водолазов Л. И., Дробаденко В. П., Лобанов Д. П., Малухин Н. Г. Геотехнология. Кучное выщелачивание бедного минерального сырья. М.: Из-во МГГРУ им. C. Орджоникидзе, 2000. 300 с.Rashkin A. V., Avdeev P. B., Reznik Yu. N., Shumilova L. V., Yashkin I. A. Method for heap leaching of ores. Patent RF, no. 2283879; 2006. (In Russ.).Пат. № 2283879, Российская Федерация, C22B3/04 C22B11/00. Способ кучного выщелачивания руд / А. В. Рашкин, П. Б. Авдеев, Ю. Н. Резник, Л. В. Шумилова, И. А. Яшкин; заявитель и патентообладатель Читинский государственный университет. Заявл. 20.04.2006; опубл. 20.09.2006. Бюл. № 26.Shumilova L. V., Reznik Yu. N., Rubcov Yu. I. Method of industrial waste ore preparation for heap leaching of gold. Patent RF, no. 2283883; 2006. (In Russ.).Пат. № 2283883, Российская Федерация, С22В 11/00. Способ рудоподготовки техногенных отходов к кучному выщелачиванию золота / Л. В. Шумилова, Ю. Н. Резник, Ю. И. Рубцов; заявитель и патентообладатель Читинский государственный университет. Заявл. 03.03.2005; опубл. 20.09.2006. Бюл. № 26.Sekisov A. G., Reznik Yu. N., Shumilova L. V., Zykov N. V., Lavrov A. Yu., Korolev V. S., Konareva T. G. Preparation method of refractory sulfide ores and concentrates for leaching. Patent RF, no. 2361937, 2009. (In Russ.).Пат. 2361937, Российская Федерация, C22B 11/00, C22B 3/04. Способ подготовки упорных сульфидных руд и концентратов к выщелачиванию / А. Г. Секисов, Ю. Н. Резник, Л. В. Шумилова, Н. В. Зыков, А. Ю. Лавров, В. С. Королев, Т. Г. Конарева; заявитель и патентообладатель Читинский государственный университет. Заявл. 06.12.2007; опубл. 20.07.2009. Бюл. № 28.Fazlullin M. I. Heap leaching of precious metals: monograph. Moscow: Academy of Mining Sciences; 2001, 647 p. (In Russ.).Фазлуллин М. И. Кучное выщелачивание благородных металлов: монография. М.: Из-во АГН, 2001. 647 с.Lewandowski K. A., Kawatra S. K. Binders for heap leaching agglomeration. Mining, Metallurgy & Exploration. 2009;26(1-24):489-492. https://doi.org/10.1007/BF03403413.Lewandowski K. A., Kawatra S. K. Binders for heap leaching agglomeration // Mining, Metallurgy & Exploration. 2009. Vol. 26. No. 1-24. Р. 489–492. https://doi.org/10.1007/BF03403413.Nab B. М. Exploring HPGR technology for heap leaching of fresh rock gold ores. In: IIR Crushing &Nab B. М. Exploring HPGR technology for heap leaching of fresh rock gold ores // IIR Crushing & Grinding Conference (Townsville, 29–30 March 2006). Townsville, 2006. [Электронный ресурс]. URL: https://orway.com.au/wp-content/uploads/2015/10/Technical-ExploringHPGRTechnology.pdf (30.08.2021).Grinding Conference. 29–30 March 2006, T ownsville. Townsville; 2006. Available from: https://orway.com.au/wp-content/uploads/2015/10/Technical-ExploringHPGRTechnology.pdf [Accessed 30th August 2021].Thiel R., Smith M. E. State of the practice review of heap leach pad design issues // Geotextiles and Geomembranes. 2003. Vol. 22. Iss. 6. P. 555-568. https://doi.org/10.1016/j.geotexmem.2004.05.002.Thiel R., Smith M. E. State of the practice review of heap leach pad design issues. Geotextiles and Geomembranes. 2003;22(6):555-568. https://doi.org/10.1016/j.geotexmem.2004.05.002.Bouffard S. C. Agglomeration for heap leaching: equipment design, agglomerate quality control, and impact on the heap leaching process // Minerals Engineering. 2008. Vol. 21. Iss. 15. Р. 1115–1125. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2008.02.010.Bouffard S. C. Agglomeration for heap leaching: equipment design, agglomerate quality control, and impact on the heap leaching process. Minerals Engineering. 2008;21(15):1115-1125. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2008.02.010.Рогожников Д. А., Русалев Р. Э., Дизер О. А., Набойченко С. С. Азотнокислотное вскрытие упорных сульфидных концентратов, содержащих благородные металлы // Цветные металлы. 2018. No 12. С. 38–44. https://doi.org/10.17580/tsm.2018.12.05.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;12:38-44. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/tsm.2018.12.05.Velarde G. Agglomeration control for heap leaching processes // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2005. Vol. 26. Iss. 3-4 Р. 219–231. https://doi.org/10.1080/08827500590943974.Velarde G. Agglomeration control for heap leaching processes. Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2005;26(3-4):219-231. https://doi.org/10.1080/08827500590943974.Lowandowski K. A., Kawatra S. K. Development of experimental procedures to analyze copper agglomeration stability // Minerals and Metallurgical Processing. 2005. Vol. 25. No. 2. Р. 110–116. https://doi.org/10.1007/BF03403395.Lowandowski K. A., Kawatra S. K. Development of experimental procedures to analyze copper agglomeration stability. Minerals and Metallurgical Processing. 2005;25(2):110-116. https://doi.org/10.1007/BF03403395.Кольцов В. Ю., Кринов Д. И., Кузнецов И. В. Использование серной кислоты при окомковании урановых руд перед их кучным выщелачиванием // Горный журнал. 2014. № 7. С. 90–93.Koltsov V. Yu., Krinov D. I., Kuznetsov I. V. Use of sulfuric acid in the time of pelletization of uranium ores before their heap leaching. Gornyj zhurnal. 2014;7:90-93. (In Russ.).Тюпин В. Н., Зайцев Р. В., Барышников В. И., Трухин В. А. Использование энергии взрыва в качестве эффективного и экологически безопасного способа интенсификации кучного выщелачивания урановых и золотосодержащих руд // Безопасность труда в промышленности. 1999. № 6. С. 12–14.Tyupin V. N., Zajcev R. V., Baryshnikov V. I., Truhin V. A. Use of explosion energy as an effective and environmentally safe intensification method of heap leaching of uranium and gold-bearing ores. Bezopasnost' truda v promyshlennosti = Occupational Safety in Industry. 1999;6:12-14. (In Russ.).Секисов А. Г., Шевченко Ю. С., Лавров А. Ю. Взрывоинъекционная подготовка руд к выщелачиванию // Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды: тр. Всерос. конф. с участием иностранных ученых (г. Новосибирск, 9–12 октября 2012 г.). В 2 т. Новосибирск: Изд-во ИГД им. Н.А. Чинакала СО РАН, 2012. Т. 1. С. 283–287.Sekisov A. G., Shevchenko Yu. S., Lavrov A. Yu. Explosive injection preparation of ores for leaching. In: Fundamental'nye problemy formirovaniya tekhnogennoj geosredy: trudy Vserossijskoj konferencii s uchastiem inostrannyh uchenyh = Fundamental problems of technogenic geoenvironment formation: proceedings of AllRussian conference with international participation. 9–12 Оctober 2012, Novosibirsk. In 2 vol. Novosibirsk: Chinakal Institute of Mining of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; 2012, vol. 1, р. 283-287. (In Russ.).Секисов А. Г., Шевченко Ю. С., Лавров А. Ю. Перспективы использования шахтного выщелачивания при разработке золоторудных месторождений // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2016. № 1. С. 116–123.Sekisov A. G., Shevchenko Yu. S., Lavrov A. Yu. Prospects for underground leaching in gold mines. Fizikotekhnicheskie problemy razrabotki poleznyh iskopaemyh = Journal of Mining Sciences. 2016;1:116-123. (In Russ.).Ghorbani Y., Mainza A. N., Petersen J., Becker M., Franzidis J.-P., Kalala J. T. Investigation of particles with high crack density produced by HPGR and its effect on the redistribution of the particle size fraction in heaps // 8th International Comminution Symposium: Proceedings of Comminution 2012. (Cape Town, 17–20 April 2012). Cape Town, 2012. [Электронный ресурс]. URL: http://toc.proceedings.com/15671webtoc.pdf (30.08.2021).Ghorbani Y., Mainza A. N., Petersen J., Becker M., Franzidis J.-P., Kalala J. T. Investigation of particles with high crack density produced by HPGR and its effect on the redistribution of the particle size fraction in heaps. In: 8th International Comminution Symposium: Proceedings of Comminution 2012. 17–20 April 2012, Cape Town. Cape Town; 2012. Available from: http://toc.proceedings.com/15671webtoc.pdf [Accessed 30th August 2021].Пат. 2350665, Российская Федерация, C22B 3/18, C22B 11/08. Способ кюветно-кучного выщелачивания металлов из минеральной массы / А. Г. Секисов, Ю. Н. Резник, Н. В. Зыков, Л. В. Шумилова, А. Ю. Лавров, Д. В. Манзырев [и др.].; заявитель и патентообладатель Забайкальский государственный колледж. Заявл. 05.16.2007; опубл. 27.03.2009. Бюл. № 9.Sekisov A. G., Reznik Yu. N., Zykov N. V., Shumilova L. V., Lavrov A. Yu, Manzyrev D. V., et al. Method for cuvette-heap leaching of metals from minerals. Patent RF, no. 2350665; 2009. (In Russ.).Chen Qiusong, Zhang Qinli, Xiao Chongchun, Chen Xin. Backfilling behaviour of a mixed aggregate based on construction waste and ultrafine tailings // PloS one. 2017. Vol. 12. No. 6. Р. e0179872. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0179872.Chen Qiusong, Zhang Qinli, Xiao Chongchun, Chen Xin. Backfilling behaviour of a mixed aggregate based on construction waste and ultrafine tailings. PloS one. 2017;12(6):e0179872. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0179872.Рогожников Д. А., Тропников Д. Л., Мамяченков С. В., Дизер О. А. Совершенствование процесса сульфатизирующего обжига трудновскрываемого медно-цинкового сульфидного сырья // Металлург. 2017. № 8. С. 92–97.Rogozhnikov D. A., Tropnikov D. L., Mamyachenkov S. V., Dizer O. A. Perfection of sulphatization roasting process of refractory copper-zinc sulphide raw material. Metallurg. 2017;8:92-97. (In Russ.).Захарьян С. В., Рогожников Д. А., Каримова Л. М., Набойченко С. С., Дизер О. А. Исследование гидрометаллургической переработки растворов выщелачивания обожженного медного концентрата // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 5. С. 207–213. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-5-207-213.Zakharyan S. V., R.ogozhnikov D. A., Karimova L. M., Naboichenko S. S., Dizer O. A. Study of hydrometallurgical processing of roasted copper concentrate leach solutions. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2018;22(5):207-213. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-5-207-213.Захарьян С. В., Гедгагов Э. И., Юн А. Б. Повышение экологической безопасности на предприятиях цветной металлургии // Экология и промышленность России. 2018. Т. 22. № 1. С. 26–32. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2018-1-26-32.Zaharyan S., Gedgagov E., Yun A. Increase in an ecological safety at the entities of non-ferrous metallurgy due to use of sorption processes. Ekologia i promyshlennost Rossii = Ecology and Industry of Russia. 2018;22(1):26-32. (In Russ.). https://doi.org/10.18412/1816-0395-2018-1-26-32.Юн А. Б., Захарьян С. В., Каримова Л. М., Терентьева И. В., Серикбай А. У. Исследования по азотнокислому выщелачиванию чернового медного концентрата ЖОФ из руд текущей добычи ТОО «Корпорация Казахмыс» // Абишевские чтения–2016; Инновации в комплексной переработке минерального сырья: материалы науч.-практ. конф. (г. Алматы, 21– 22 января 2016 г.). Алматы: Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан, 2016. С. 581–583.Yun A. B., Zahar'yan S. V., Karimova L. M., Terent'eva I. V., Serikbaj A. U. Studies of nitric acid leaching of rough copper concentrate from Zhezkazgan deposit from the ores of current production of Kazakhmys Corporation LLP. In: Abishevskie chteniya–2016; Innovacii v kompleksnoj pererabotke mineral'nogo syr'ya: materialy nauchno-prakticheskoj konferencii = Abishevskie Readings – 2016; Innovations in complex processing of mineral raw materials: Proceedings of the scientific and practical conference. 21–22 January 2016, Almaty. Almaty: National center on complex processing of mineral raw materials of the Republic of Kazakhstan; 2016, р. 581-583.Пат. 6649, Республика Казахстан. Способ перколяционного выщелачивания меди из глинистых окисленных и смешанных медных руд / Т. О. Олейникова, В. П. Зеленский, И. В. Терентьева, Л. М. Каримова, В. П. Малышев, Е. Т. Кайралапов; заявитель и патентообладатель РГП «Национальный институт интеллектуальной собственности». Опубл. 08.07.2021.Oleinikova T. O., Zelensky V. P., Terentyeva I. V., Karimova L. M., Malyshev V. P., Kajralapov E. T. Method of percolation leaching of copper from clayey oxidized and mixed copper ores. Patent RK, no. 6649; 2021. (In Russ.).

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