ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2022-4-677-687ipolytech-651Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯMETALLURGYГидрометаллургические технологии переработки мышьяковистого сырьяHydrometallurgical technologies of processing arsenic raw materialsВасильевР. Е.VasilievR. E.

Васильев Роман Евгеньевич, аспирант

199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., 2, Россия

Roman E. Vasiliev, Postgraduate Student

2, 21st Line, St. Petersburg 199106, Russia

vasilroman2308@ya.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3580-4394БодуэнА. Я.BoduenA. Ya.

Бодуэн Анна Ярославовна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры металлургии

199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., 2, Россия

Anna Ya. Boduen, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Associate Professor of the Metallurgy Department

2, 21st Line, St. Petersburg 199106, Russia

Boduen_aya@pers.spmi.ruВасильеваА. А.VasilievaA. A.

Васильева Анна Андреевна, аспирант

199106, г. Санкт-Петербург, 21-я линия В.О., 2, Россия

Anna A. Vasilieva, Postgraduate Student

2, 21st Line, St. Petersburg 199106, Russia

fml0914@mail.ruСанкт-Петербургский горный университетРоссияSaint Petersburg Mining UniversityRussian Federation202202012023264677687Copyright © Васильев Р.Е., Бодуэн А.Я., Васильева А.А., 20232023Васильев Р.Е., Бодуэн А.Я., Васильева А.А.Vasiliev R.E., Boduen A.Y., Vasilieva A.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/651

Цель – проведение литературного обзора способов переработки высокомышьяковистого медного сырья, позволяющих перевести мышьяк в малорастворимые и устойчивые соединения. Анализ существующих технологий переработки высокомышьяковистого медного сырья, которые базируются преимущественно на применении гидрометаллургических методов, проводился на основе обзора отечественной и зарубежной научной литературы. Показано, что применение гидрометаллургических способов переработки позволяет перевести опасные для окружающей среды компоненты продуктов переработки в инертные твердые отходы, избегая образования газообразных выбросов. Проведенный литературный анализ позволил подробно рассмотреть способы утилизации мышьяка из технологического процесса переработки сырья. Установлено, что это – методы окисления и осаждения мышьяка в виде малорастворимых и устойчивых соединений. Рассмотрены методы окисления мышьяка, подразумевающие использование таких веществ, как кислород, пероксид водорода, озон, смесь кислорода и диоксида серы, гипохлорит натрия. Проанализированы способы, в которых окисление осуществляется посредством ионов железа и перманганата, бактерий (биоокисление), а также за счет введения катализатора процесса – активированного угля. Показано, что основными методами осаждения являются нейтрализация известью, осаждение сульфидов, соосаждение мышьяка с помощью ионов железа, осаждение скородита, технология инкапсуляции. В результате анализа рассмотренных способов намечены перспективные пути решения проблемы переработки высокомышьяковистых медных концентратов, которая связана с экологическими требованиями к выбросам мышьяка в окружающую среду: комплексная переработка данного типа сырья при помощи автоклавного окисления. Данный способ позволит не только эффективно осаждать мышьяк в виде малотоксичного соединения – скородита, но и выделить ценные компоненты (медь, золото, серебро) с их последующим извлечением в самостоятельные готовые продукты. Полученные результаты позволили задать направление для дальнейшего углубленного изучения проблемы.

Methods presented in Russian and foreign scientific literature sources for processing high-arsenic copper raw materials to convert arsenic into low-soluble and stable compounds are reviewed. Hydrometallurgical processing methods are shown to be applicable for converting environmentally hazardous components into inert solid wastes while avoiding the formation of gaseous emissions. The isolation of arsenic when processing raw materials involves its oxidation and precipitation in the form of low-soluble and stable compounds. Methods for arsenic oxidation using oxygen, hydrogen peroxide, ozone, mixture of oxygen and sulphur dioxide, sodium hypochlorite are compared. Methods of oxidation by iron and permanganate ions, bacteria (biooxidation), as well as by introducing an activated carbon catalyst, are also considered. Precipitation approaches include neutralization by lime, precipitation of sulphides, co-precipitation of arsenic with iron ions, precipitation of scorodite, and encapsulation technology. As a result of the performed analysis, the authors present a promising approach for solving the problem of processing high-arsenic copper concentrates to comply with standards governing arsenic emissions into the environment, including the comprehensive processing of these raw materials using autoclave oxidation. In addition to the ensuring effective precipitation of arsenic in the form of a low-toxic compound (scorodite), this method can be used to isolate valuable components (copper, gold, silver) with their subsequent extraction into individual finished products. The obtained results establish a direction for a further in-depth study of the problem.

мышьякмедные концентратыокисление мышьякаосаждение мышьякакомплексная переработкаarseniccopper concentratesarsenic oxidationarsenic precipitationcomplex processingReferencesЗайцев П. В., Кравченко Н. А. Гидрометаллургическое извлечение меди и серебра из концентратов флотации смешанной руды // Цветные металлы. 2020. № 9. P. 84–91. https://doi.org/10.17580/tsm.2020.09.07.Zaitsev P. V., Kravchenko N. A. Hydrometallurgical recovery of copper and silver from flotation concentrates obtained from mixed ore. Tsvetnye Metally. 2020;9:84-91. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/tsm.2020.09.07.Mikula K., Izydorczyk G., Skrzypczak D., Moustakas K., Witek-Krowiak A., Chojnacka K. Value-added strategies for the sustainable handling, disposal, or value-added use of copper smelter and refinery wastes // Journal of Hazardous Materials. 2021. Т. 403. Р. 123602. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123602.Mikula K., Izydorczyk G., Skrzypczak D., Moustakas K., Witek-Krowiak A., Chojnacka K. Value-added strategies for the sustainable handling, disposal, or value-added use of copper smelter and refinery wastes. Journal of Hazardous Materials. 2021;403:123602. https://doi.org/10.1016/j.jhaz-mat.2020.123602.Селиванов Е. Н., Новиков Д. О., Беляков В. В., Скопов Г. В. Распределение мышьяка по продуктам пирометаллургической переработки медно-цинкового концентрата // Цветные металлы. 2020. Vol. 1. P. 14–18. https://doi.org/10.17580/tsm.2020.01.02.Selivanov E. N., Novikov D. O., Belyakov V. V., Skopov G. V. Distribution of arsenic between the pyrometallurgical products of copper-zinc concentrate. Tsvetnye Metally. 2020;1:14-18. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/tsm. 2020.01.02Бодуэн А. Я., Петров Г. В., Кобылянский А. А., Булаев А. Г. Сульфидное выщелачивание медного концентрата с высоким содержанием мышьяка // Обогащение руд. 2022. № 1. С. 14–19. https://doi.org/10.17580/or.2022.01.03.Boduen A. Ya., Petrov G. V., Kobylyansky A. A., Bulaev A. G. Sulphide leaching of high-grade arsenic copper con-centrates. Obogashchenie Rud. 2022;1:14-19. (In Russ.). https://doi.org/10.17580/or.2022.01.03.Strauss J. A., Bazhko V., Ventruti G., Liguo X., Gomez M. A. Arsenic behavior during the treatment of refractory gold ores via POX: characterization of Fe-AsO4-SO4 precipitates // Hydrometallurgy. 2021. Vol. 203. P. 105616. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105616.Strauss J. A., Bazhko V., Ventruti G., Liguo X., Gomez M. A. Arsenic behavior during the treatment of refractory gold ores via POX: characterization of Fe-AsO4-SO4 precipitates. Hydrometallurgy. 2021;203:105616. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105616.Bissen M., Frimmel F. H. Arsenic – a Review. Part II: Oxidation of arsenic and its removal in water treatment // Acta hydrochimica et hydrobiologica. 2003. Vol. 31. Iss. 2. P. 97–107. https://doi.org/10.1002/aheh.200300485.Bissen M., Frimmel F. H. Arsenic – a Review. Part II: Ox-idation of arsenic and its removal in water treatment. Acta hydrochimica et hydrobiologica. 2003;31(2):97-107. https://doi.org/10.1002/aheh.200300485.Ritcey G. M. Tailings management in gold plants // Hydrometallurgy. 2005. Vol. 78. Iss. 1-2. P. 3–20. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2005.01.001.Ritcey G. M. Tailings management in gold plants. Hydrometallurgy. 2005;78(1-2):3-20. https://doi.org/10. 1016/j.hydromet.2005.01.001.Jia Yongfeng, Demopoulos G. P. Coprecipitation of arsenate with iron (III) in aqueous sulfate media: effect of time, lime as base and co-ions on arsenic retention // Water Research. 2008. Vol. 42. Iss. 3. P. 661–668. https://doi.org/10.1016/j.watres.2007.08.017.Jia Yongfeng, Demopoulos G. P. Coprecipitation of arsenate with iron (III) in aqueous sulfate media: effect of time, lime as base and co-ions on arsenic retention. Water Research. 2008;42(3):661-668. https://doi.org/10.1016/j.watres.2007.08.017.Prucek R., Tuček J., Kolařík J., Filip J., Marušák Z., Sharma V. K., Zbořil R. Ferrate(VI)-induced arsenite and arsenate removal by in situ structural incorporation into magnetic iron (III) oxide nanoparticles // Environmental Science & Technology. 2013. Vol. 47. Iss. 7. P. 3283–3292. https://doi.org/10.1021/es3042719.Prucek R., Tuček J., Kolařík J., Filip J., Marušák Z., Sharma V. K., Zbořil R. Ferrate(VI)-induced arsenite and arsenate removal by in situ structural incorporation into magnetic iron (III) oxide nanoparticles. Environmental Science & Technology. 2013;47(7):3283-3292. https://doi. org/10.1021/es3042719.Hao Linlin, Liu Mengzhu, Wang Nannan, Li Guiju. A critical review on arsenic removal from water using iron-based adsorbents // The Royal Society of Chemistry. 2018. Vol. 3. Iss. 69. P. 39545–39560. https://doi.org/10.1039/C8RA08512A.Hao Linlin, Liu Mengzhu, Wang Nannan, Li Guiju. A critical review on arsenic removal from water using iron-based adsorbents. The Royal Society of Chemistry. 2018;3(69): 39545-39560. https://doi.org/10.1039/C8RA08512A.Khuntia S., Majumder S. K., Ghosh P. Oxidation of As(III) to As(V) using ozone microbubbles // Chemosphere. 2014. Vol. 97. P. 120–124. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.10.046.Khuntia S., Majumder S. K., Ghosh P. Oxidation of As(III) to As(V) using ozone microbubbles. Chemosphere. 2014;97:120-124.https://doi.org/10.1016/j.chemosphere. 2013.10.046.Dodd M. C., Vu Ngoc Duy, Ammann A., Le Van Chieu, Kissner R., Pham Hung Viet, et al. Kinetics and mechanistic aspects of As(III) oxidation by aqueous chlorine, chloramines, and ozone: relevance to drinking water treatment // Environmental Science & Technology. 2006. Vol. 40. Iss. 10. P. 3285–3292. https://doi.org/10.1021/es0524999.Dodd M. C., Vu Ngoc Duy, Ammann A., Le Van Chieu, Kissner R., Pham Hung Viet, et al. Kinetics and mechanistic aspects of As(III) oxidation by aqueous chlorine, chloramines, and ozone: relevance to drinking water treatment. Environmental Science & Technology. 2006;40(10):3285-3292. https://doi.org/10.1021/es0524999.Zhang W., Singh P., Muir D. M. SO2/O2 as an oxidant in hydrometallurgy // Minerals Engineering. 2000. Vol. 13. Iss. 13. P. 1319–1328. https://doi.org/10.1016/S0892-6875(00)00115-1.Zhang W., Singh P., Muir D. M. SO2/O2 as an oxidant in hydrometallurgy. Minerals Engineering. 2000;13 (13):1319-1328. https://doi.org/10.1016/S0892-6875(00) 00115-1.Lee Giehyeon, Song Kyungsun, Bae Jongseong. Permanganate oxidation of arsenic(III): reaction stoichiometry and the characterization of solid product // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2011. Vol. 75. Iss. 17. P. 4713–4727. https://doi.org/10.1016/j.gca.2011.02.043.Lee Giehyeon, Song Kyungsun, Bae Jongseong. Per-manganate oxidation of arsenic(III): reaction stoichiometry and the characterization of solid product. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2011;75(17):4713-4727. https://doi.org/10.1016/j.gca.2011.02.043.Lafferty B. J., Ginder-Vogel M., Sparks D. L. Arsenite oxidation by a poorly crystalline manganese-oxide 1. Stirred-flow experiments // Environmental Science & Technology. 2010. Vol. 44. Iss. 22. P. 8460–8466. https://doi.org/10.1021/es102013p.Lafferty B. J., Ginder-Vogel M., Sparks D. L. Arsenite oxidation by a poorly crystalline manganese-oxide 1. Stirred-flow experiments. Environmental Science & Technology. 2010;44(22):8460-8466. https://doi.org/10.1021/ es102013p.Sorlini S., Gialdini F. Conventional oxidation treatments for the removal of arsenic with chlorine dioxide, hypochlorite, potassium permanganate and monochloramine // Water Research. 2010. Vol. 44. Iss. 19. P. 5653–5659. https://doi.org/10.1016/j.watres.2010.06.032.Sorlini S., Gialdini F. Conventional oxidation treatments for the removal of arsenic with chlorine dioxide, hypochlorite, potassium permanganate and monochloramine. Water Research. 2010;44(19):5653-5659. https://doi.org/10.1016/j.watres.2010.06.032.Patente no. 10077487, United States of America. Method for arsenic oxidation and removal from process and waste solutions / Yeonuk Choi, A. G. Gharelar, N. Ahern. Depose 28.05.2014; publ. 04.12.2014.Choi Yeonuk, Gharelar A. G., Ahern N. Method for arsenic oxidation and removal from process and waste solutions. Patent US, no. 10077487; 2014.Адамов Э. В., Панин В. В. Биотехнология металлов: реальность и перспективы // Записки Горного института. 2005. Т. 165. С. 10–11.Adamov E. V., Panin V. V. Biotechnology of metals: reality and prospects. Zapiski Gornogo Instituta = Journal of Mining Institute. 2005;165:10-11. (In Russ.).Marsden J. O. Overview of gold processing techniques around the world // Mining, Metallurgy & Exploration. 2006. Vol. 23. Iss. 3. P. 121–125. https://doi.org/10.1007/BF03403198.Marsden J. O. Overview of gold processing techniques around the world. Mining, Metallurgy & Exploration. 2006;23(3):121-125. https://doi.org/10.1007/BF03403198.Теляков Н. М., Дарьин А. А., Луганов В. А. Перспективы применения биотехнологий в металлургии и обогащении // Записки Горного института. 2016. Т. 217. С. 113–124.Telyakov N. M., Daryin A. A., Luganov V. A. Prospects of biotechnologies application in metallurgy and enrichment. Zapiski Gornogo Instituta = Journal of Mining Institute. 2016;217:113-124. (In Russ.).Bulaev A., Elkina Y., Melamud V. Copper and zinc bioleaching from arsenic-containing polymetallic concentrate // 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019 (Sofia, 9–11 December 2019). Sofia, 2019. Vol. 19. Iss. 6.3. Р. 83–88. https://doi.org/10.5593/sgem2019V/6.3/S08.011.Bulaev A., Elkina Y., Melamud V. Copper and zinc bioleaching from arsenic-containing polymetallic concentrate. In: 19th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2019. 9–11 December 2019, Sofia. Sofia; 2019, vol. 19, iss. 6.3, р. 83-88. https://doi.org/10.5593/sgem2019V/6.3/S08.011.Nan Xin-yuan, Cai Xin, Kong Jun. Pretreatment process on refractory gold ores with as // The Iron and Steel Institute of Japan. 2014. Vol. 54, Iss. 3. P. 543–547. https://doi.org/10.2355/isijinternational.54.543.Nan Xin-yuan, Cai Xin, Kong Jun. Pretreatment process on refractory gold ores with as. The Iron and Steel Institute of Japan. 2014;54(3):543-547. https://doi.org/10.2355/isi-jinternational.54.543.Качор О. Л., Сарапулова Г. И., Богданов А. В. Исследование возможности иммобилизации подвижных форм мышьяка в техногенных субстратах // Записки Горного института. 2019. Т. 239. С. 596–602. https://doi.org/10.31897/PMI.2019.5.596.Kachor O. L., Sarapulova G. I., Bogdanov A. V. Investigation of the possibility of immobilisation of mobile forms of arsenic in technogenic soils. Zapiski Gornogo Instituta = Journal of Mining Institute. 2019;239:596-602. (In Russ.). https://doi.org/10.31897/PMI.2019.5.596.Zhu Y. N., Zhang X. H., Xie Q. L., Wang D. Q., Cheng G. W. Solubility and stability of calcium arsenates at 25оC // Water, Air, and Soil Pollution. 2006. Vol. 169. P. 221–238. https://doi.org/10.1007/s11270-006-2099-y.Zhu Y. N., Zhang X. H., Xie Q. L., Wang D. Q., Cheng G. W. Solubility and stability of calcium arsenates at 25оC. Water, Air, and Soil Pollution. 2006;169:221-238. https://doi.org/10.1007/s11270-006-2099-y.Nazari A. M., Radzinski R., Ghahreman A. Review of arsenic metallurgy: treatment of arsenical minerals and the immobilization of arsenic // Hydrometallurgy. 2017. Vol. 174. P. 258–281. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2016.10.011.Nazari A. M., Radzinski R., Ghahreman A. Review of arsenic metallurgy: treatment of arsenical minerals and the immobilization of arsenic. Hydrometallurgy. 2017;174:258-281. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2016.10.011.Filippou D., St-Germain P., Grammatikopoulos T. Recovery of metal values from copper–arsenic minerals and other related resources // Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review. 2007. Vol. 28. Iss. 4. P. 247–298. https://doi.org/10.1080/08827500601013009.Filippou D., St-Germain P., Grammatikopoulos T. Recovery of metal values from copper–arsenic minerals and other related resources. Mineral Processing and Ex-tractive Metallurgy Review. 2007;28(4):247-298. https://doi.org/10.1080/08827500601013009.Мамяченков С. В., Анисимова О. С., Костина Д. А. Совершенствование процесса осаждения трисульфида мышьяка из промывных вод серно-кислотного производства медеплавильных заводов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2017. Iss. 2. С. 36–42. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-2-36-42.Mamyachenkov S. V., Anisimova O. S., Kostina D. A. Improvement of arsenic trisulfide precipitation from sulfuric acid production flush waters at copper works. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya = Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2017;(2):36-42. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-2-36-42.Zhang Shaojian, Peiffer Stefan, Liao Xiaoting, Yang Zhengheng, Ma Xiaoming, He Di. Sulfidation of ferric (hydr) oxides and its implication on contaminants transformation: a review // Science of The Total Environment. 2022. Vol. 816. Р. 151574. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.151574.Zhang Shaojian, Peiffer Stefan, Liao Xiaoting, Yang Zhengheng, Ma Xiaoming, He Di. Sulfidation of ferric (hydr) oxides and its implication on contaminants transformation: a review. Science of The Total Environment. 2022;816:151574. https://doi.org/10.1016/j.sci-totenv.2021.151574.Riveros P. A., Dutrizac J. E., Spencer P. Arsenic disposal practices in the metallurgical industry // Canadian Metallurgical Quarterly. 2001. Vol. 40. Iss. 4. P. 395–420. https://doi.org/10.1179/cmq.2001.40.4.395.Riveros P. A., Dutrizac J. E., Spencer P. Arsenic disposal practices in the metallurgical industry. Canadian Metallurgical Quarterly. 2001;40(4):395-420. https://doi.org/10.1179/cmq.2001.40.4.395.Adelman J. G., Elouatik S., Demopoulos G. P. Investigation of sodium silicate-derived gels as encapsulants for hazardous materials – the case of scorodite // Journal of Hazardous Materials. 2015. Vol. 292. P. 108–117. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.03.008.Adelman J. G., Elouatik S., Demopoulos G. P. Investigation of sodium silicate-derived gels as encapsulants for hazardous materials – the case of scorodite. Journal of Hazardous Materials. 2015;292:108-117. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2015.03.008.Corkhill C. L., Vaughan D. J. Arsenopyrite oxidation – a review // Applied Geochemistry. 2009. Vol. 24. Iss. 12. P. 2342–2361. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2009.09.008.Corkhill C. L., Vaughan D. J. Arsenopyrite oxidation – a review. Applied Geochemistry. 2009;24(12):2342-2361. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2009.09.008.Lattanzi P., Da Pelo S., Musu E., Atzei D., Elsener B., Fantauzzi M. Enargite oxidation: a review // Earth-Science Reviews. 2008. Vol. 86. Iss. 1-4. P. 62–88. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2007.07.006.Lattanzi P., Da Pelo S., Musu E., Atzei D., Elsener B., Fantauzzi M. Enargite oxidation: a review. Earth-Science Reviews. 2008;86(1-4):62-88. https://doi.org/10.1016/ j.earscirev.2007.07.006.Zhao Yu, Zhao Hongbo, Abashina T., Vainshtein M. Review on arsenic removal from sulfide minerals: an emphasis on enargite and arsenopyrite // Minerals Engineering. 2021. Vol. 172. Р. 107133. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.107133.Zhao Yu, Zhao Hongbo, Abashina T., Vainshtein M. Review on arsenic removal from sulfide minerals: an emphasis on enargite and arsenopyrite. Minerals Engineering. 2021;172:107133. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2021.107133.Касымова Д. Р., Фокина С. Б. Влияние параметров автоклавной переработки упорного сульфидного золотосодержащего сырья на переход мышьяка в жидкую фазу // Металлургия XXI столетия глазами молодых: сб. докл. III Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых и студентов (г. Донецк, 25 мая 2017). Донецк: Изд-во Донецкого национального технического университета, 2017. С. 227–229.Kasymova D. R., Fokina S. B. Influence of pressure treatment parameters of refractory sulphide gold-containing raw materials on arsenic transition to the liquid phase. In: Metallurgiya XXI stoletiya glazami molodyh: sbornik dokladov III Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj kon-ferencii molodyh uchenyh i studentov = Metallurgy of the 21st century through the eyes of the young: Collected re-ports of the 3d International scientific and practical confer-ence of young scientists and students. 25 May 2017, Doneck. Doneck: Donetsk National Technical University; 2017, р. 227-229. (In Russ.).Conner J. R., Hoeffner S. L. A Critical Review of Stabilization/Solidification Technology // Environmental Science and Technology. 1998. Vol. 28. Iss. 4. P. 397–462. https://doi.org/10.1080/10643389891254250.Conner J. R., Hoeffner S. L. A Critical review of stabilization/solidification technology. Environmental Science and Technology. 1998;28(4):397-462. https://doi.org/10.1080/10643389891254250.

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