نقش کاربرد همزمان کنترل الکتروشیمیایی پتانسیل اکسایش و کاهش و مواد افزودنی بر بازیابی لیچینگ اتمسفری کالکوپیریت

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین

2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین

چکیده

از جمله مشکلات فرآیند لیچینگ در محیط سولفاته به عنوان یک محیط معمول برای لیچینگ کالکوپیریت، بازیابی و نرخ انحلال پایین فرآیند به دلایل مختلف است. در این مقاله، عوامل و پارامترهای مختلفی مانند کنترل پتانسیل محلول، اثر مواد افزودنی سیلیس و اکسید روی، سرعت همزنی پالپ و در نهایت اثر دما بر فرآیند لیچینگ کالکوپیریت در محیط سولفاته بررسی شده است. برای اعتباربخشی به نتایج به دست آمده در شرایط مختلف، سطح کالکوپیریت پس از لیچینگ، با روش SEM-EDS آنالیز سطحی شد. شرایط ثابت آزمایش‌ها شامل غلظت سولفوریک اسید 0/4 مول بر لیتر و غلظت آهن 0/11 مول بر لیتر بوده است. بر اساس نتایج به دست آمده، تنظیم پتانسیل در محدوده 430-410 میلی‌ولت (پلاتین- نقره/کلرید نقره) نسبت به حالت لیچینگ بدون اعمال پتانسیل، منجر به افزایش بازیابی کالکوپیریت از 15/2 به 24 درصد در مدت زمان 24 ساعت شد. علاوه بر این، در این پتانسیل، حضور 20 گرم بر لیتر ماده افزودنی سیلیس در پالپ به واسطه حذف لایه مقاوم از سطح کالکوپیریت مطابق تصاویر SEM با دو مکانیزم سایش و برخورد، باعث افزایش بازیابی فرآیند لیچینگ تا حدود 31 درصد شد. نتایج همچنین نشان داد که اکسید روی به دلیل تشکیل یک لایه رسوب سفید رنگ بر سطح کالکوپیریت، کاهش بازیابی کالکوپیریت را به همراه داشته است. در شرایط بهینه پارامترهایی مانند محدوده پتانسیل محلول 430-410 میلی‌ولت، مقدار سیلیس 20 گرم بر لیتر، سرعت همزنی 850 دور بر دقیقه و دمای 90 درجه سانتی‌گراد، بازیابی کالکوپیریت به حدود 52 درصد (51/90 درصد) افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The role of redox potential and additives on the recovery of chalcopyrite in atmospheric leaching

نویسندگان [English]

  • R. Ahmadi 1
  • G.R. Karimi 1
  • M. Jafari 2
1 Assistant Professor, Dept. of Mining Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin
2 M.Sc Student, Dept. of Mining Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin
چکیده [English]

Leaching of chalcopyrite in sulfate environment is o common, and problems which may be dealt with are low recovery and low dissolution rates. In this paper, various factors and parameters such as electrochemical potential, effect of silica additive and zinc oxide, stirring speed of pulp and finally the effect of temperature on leaching process of chalcopyrite in sulfate environment have been investigated. In order to confirm the results in different conditions, the chalcopyrite mineral surface was analyzed after leaching using SEM-EDS method. the experimental conditions which were kept constant were: concentration of sulfuric acid 0.4 mol/l and iron concentration of 0.19 mol /l. Based on the results obtained, under condition of potential at 410- 430 mv (platinum- silver/ silver chloride), the recovery of chalcopyrite was increased from 15.2 % to 24%. In addition, adding 20 g/l silica additive in the pulp led to an increase of up to 31%in in recovery. This is due to the removal of a chalcopyrite surface resistant layer in accordance with SEM images with two abrasion and collision mechanisms. Also, the results showed that zinc oxide could reduce chalcopyrite recovery, due to the formation of a white sediment layer on the surface of chalcopyrite. Under optimal parameters condition such as redox potential of 410- 430 mv, silica addition of 20 g/l, stirring speed of 850 rpm and temperature at 90 ˚C, chalcopyrite recovery could increase to 52% (51.9%).

کلیدواژه‌ها [English]

  • Atmospheric Leaching
  • chalcopyrite
  • Electrochemical potential
  • additives
  • silica
  • zinc oxide

[1]     Zeng, W., Qiu, G., and Chen, M. (2013). Investigation of Cu–S intermediate species during electrochemical dissolution and bioleaching of chalcopyrite concentrate”. Hydrometallurgy, 134–135: 158–165.

[2]     Xian, Y. J., Wen, S. M., Deng, J. S., Liu, J., and Nie, Q. (2012). Leaching chalcopyrite with sodium chlorate in hydrochloric acid solution”. Canadian Metallurgical Quarterly, 51: 133-140.

[3]     Mahajan, V., Misra, M., Zhong, K., and Fuerstenau, M. C. (2007). Enhanced leaching of copper from chalcopyrite in hydrogen peroxide glycol system”. Minerals Engineering, 20, 670-674.

[4]     Baba, A. A., Ayinla, K. I., Adekola, F. A., Gosh, M. K., Ayanda, O. S., Bale, R. B., Sheik, A. R., and Pradhan, S. R. (2012), A Review on Novel Techniques for Chalcopyrite Ore Processing”. International Journal of Mining Engineering and Mineral Processing, 1(1): 1-16.

[5]     Fuentes-Aceituno, J. C., Lapidus, G. T., and Doyle, F. M.,(2008). A kinetic study of the electro-assisted reduction of chalcopyrite, Hydrometallurgy, 92, 26–33.

[6]     Zhao, H., Wang, J., Qin, W., Hu, M., Zhu, S., and Qiu, G. (2015).Electrochemical dissolution process of chalcopyrite in the presence of mesophilic microorganisms”. Minerals Engineering, 71: 159–169.

[7]     Eghbalnia, M., and Dixon, D. G. (2011). Electrochemical study of leached chalcopyrite using solid paraffin-based carbon paste electrodes”. Hydrometallurgy, 110: 1–12.

[8]     Ghahremaninezhad, A., Radzinski, R., Gheorghiu, T., Dixon, D. G., and Asselin, E. (2015). A model for silver ion catalysis of chalcopyrite (CuFeS2) dissolution”.Hydrometallurgy, 155: 95–104.

[9]     Sandstrom, A., Shchukarev, A., and Paul, J. (2005). XPS Characterisation of Chalcopyrite Chemically and Bio-leached at High and Low Redox Potential”. Mineral Engineering, 18: 505-515.

[10]  Hiroyoshi, N., Miki, H., Hirajima, T., and Tsunekawa, M. (2001). Enhancement of chalcopyrite leaching by ferrous ions in acidic ferric sulfate solutions”. Hydrometallurgy, 60: 185–197.

[11]  Jafari, M., Karimi, G. R., and Ahmadi,  R. (2017). Improvement of chalcopyrite atmospheric leaching using controlled slurry potential and additive treatments, Physicochem”. Physicochemical Problems of Mineral Processing, 53(2): 1228−1240.

[12]  لطفعلیان، م.؛ رنجبر، م.؛ فضائلی‌پور، م. ح.؛ شفیعی، م.؛ منافی، ز.؛ 1394؛ "افزایش بازیابی مس در بیولیچینگ کنسانتره کالکوپیریتی با کنترل الکتروشیمیایی پالپ در حالت پیوسته". نشریه علوم و مهندسی جداسازی، دوره هفتم، شماره 1، ص 43-35.

[13]  Córdoba, E. M., Muñoz, J. A., Blázquez, M. L., González, F., and Ballester, A. (2008d). Leaching of chalcopyrite with ferric ion. Part IV: the role of redox potential in the presence of mesophilic and thermophilic bacteria”. Hydrometallurgy, 93(3–4): 106–115.

[14]  Córdoba, E. M., Muñoz, J. A., Blázquez, M. L., González, F., and Ballester, A. (2008b). Leaching of chalcopyrite with ferric ion. Part II: Effect of redox potential”. Hydrometallurgy, 93: 88-96.

[15]  Sato, H., Nakazawa, H., and Kudo, Y. (2000). Effect of silver chloride on the bioleaching of chalcopyrite concentrate”. International Journal of Mineral Processing, 59: 17–24.

[16]  Hu, Y. H., Qiu, G. Z., Wang, J., and Wang, D. Z. (2002). The effect of silver-bearing catalysts on bioleaching of chalcopyrite”. Hydrometallurgy, 64: 81–88.

[17]  Liang, C. L., Xia, J. L., Zhao, X. J., Yang, Y., Gong, S. Q., Nie, Z. Y., Ma,C. Y., Zheng, L., Zhao, Y. D., and Qiu, G. Z. (2010). Effect of activated carbon on chalcopyrite bioleaching with extreme thermophile Acidianus manzaensis”. Hydrometallurgy, 105: 179–185.

[18]  Bevilaqua, D., Lahti, H., Suegama, P., Garcia Jr, O., Benedetti, A., Puhakka, J., and Tuovinen, O. (2013). Effect of Na-chloride on the bioleaching of a chalcopyrite concentrate in shake flasks and stirred tank bioreactors”. Hydrometallurgy, 138: 1–13.

[19]  Carneiro, M. F. C., and Leão, V. A. (2007). The role of sodium chloride on surface properties of chalcopyrite leached with ferric sulphate”. Hydrometallurgy, 87: 73–82.

[20]  Xiao, L., Liu, J. S., Fang, Z., and Qiu, G. Z. (2008). Mechanism of electro-generating leaching of chalcopyrite-MnO2 in presence of Acidithiobacillus thiooxidans”. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 18: 1458-1462.

[21]  Dixon, D. G., Mayne, D. D., and Baxter, K. G. (2008). GalvanoxTM- A novel galvanically assisted atmospheric leaching technology for copper concentrates”. Canadian Metallurgical Quarterly, 47: 327-336.

[22]  Nazari, G., Dixon, D. G., and Dreisinger, D. B. (2011). Enhancing the kinetics of chalcopyrite leaching in the Galvanox™ process”. Hydrometallurgy, 105: 251–258.

[23]  Misra, M., and Fuerstenau, M. C. (2005). “Chalcopyrite leaching at moderate temperature and ambient pressure in the presence of nanosize silica”. Minerals Engineering journal, 18(3).

[24]  Ghahremaninejad, A., Dixon, D., and Asselin, E. (2012). Electrochemical and XPS analysis of chalcopyrite (CuFeS2) dissolution in sulfuric acid solution”. Electrochimica Acta, 87: 97−112.

[25]  Yang, Y., Liu, W. H., and Chen, M. (2013). A copper and iron K-edge XANES study on chalcopyrite leached by mesophiles and moderate thermophiles”. Minerals Engineering, 48: 31−35.

[26]  Zhao, H., Wang, J., Qin, W., Hu, M., and Qiu, G. (2015b). Electrochemical Dissolution of Chalcopyrite Concentrates in Stirred Reactor in the Presence of Acidithiobacillus ferrooxidans”. International Journal of Electrochemical Science, 10: 848 – 858.

[27]  Klauber, C. (2008). A critical review of the surface chemistry of acidic ferric sulphate dissolution of chalcopyrite with regards to hindered dissolution”. International Journal of Mineral Processing, 86: 1–17.

[28]  Rodrıguez, Y., Ballester, A., Blazquez, M., Gonzalez, F., and Munoz, J. (2003). New information on the chalcopyrite bioleaching mechanism at low and high temperature”. Hydrometallurgy, 71: 47–56.

[29]  Dong, Y. B., Lin, H., Zhou, S., Xu, X., and Zhang, Y. (2013). Effects of quartz addition on chalcopyrite bioleaching in shaking flasks”. Minerals Engineering, 46–47: 177–179.

[30]           جعفری، م.؛ صبوری، ع.؛ چمنی، ا.؛ 1390؛ "سنتز کامپوزیت Al2O3-ZnOبا سطح ویژه بالا به عنوان کاتالیست جاذب گوگرد". فصلنامه فرآیندهای نوین در مهندسی مواد، سال ششم، شماره 1، ص 33-25.

[31]  Berry, V. K., Murr, L. E., and Hiskey, J. B. (1978). Galvanic interaction between chalcopyrite and pyrite during bacterial leaching of low-grade waste”.Hydrometallurgy, 3 (4): 309–326.

[32]  Córdoba, E. M., Muñoz, J. A., Blázquez, M. L., González, F., and Ballezter, A. (2008a). Leaching of chalcopyrite with ferric ion. Part I: General aspects”.Hydrometallurgy, 93(3−4): 81−87.

[33]  Tshilombo, A. F., Petersen, J., and Dixon, D. G. (2002). The influence of applied potentials and temperature on the electrochemical response of chalcopyrite during bacterial leaching”. Minerals Engineering, 15(11): 809-813.