Гидрометаллургические технологии переработки мышьяковистого сырья

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.

1. Зайцев 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.

2. 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.

3. 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.

4. Бодуэн 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. Адамов Э. В., Панин В. В. Биотехнология металлов: реальность и перспективы // Записки Горного института. 2005. Т. 165. С. 10–11.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.

27. 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.

28. 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.

29. 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.

30. 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.

31. 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.

32. 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.

33. 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.

34. 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.

35. 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.