Selective leaching of multimetal tailings
Matveinen, Maria (2014)
Diplomityö
Matveinen, Maria
2014
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014060326172
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014060326172
Tiivistelmä
Depletion of high grade mineral resources, tightening of environmental
regulations and the environmental impact of acid mine drainage caused by sulfidic
minerals continuously increase the interest in processing tailings and other mine
waste. Treating waste requires additional capital and operational input, but the
decrease in size and need of tailings ponds and permits decrease the overall costs.
Treatment and utilization of the tailings could also bring added revenue by the
recovery of valuables.
Leaching of metal sulfides is very demanding and time consuming and hence
process conditions need to be carefully optimized. The leaching of sulfides is
affected by for example the choice of leaching agent, its concentration and
temperature, pH, the redox potential, pressure, pulp density and particle size
distribution. With reference to the mine case study the leaching of nickel and
copper sulfides, especially the primary minerals pentlandite and chalcopyrite were
investigated.
Leaching behavior and recoveries for nickel, copper and iron were found out by
sulfuric and citric acid leaching experiments using tailings samples of high and
low sulfur content. Moderate recoveries were obtained and citric acid seemed
more attractive. Increase in temperature and decrease in pulp density had positive
effect on the recovery and pH was also proven to have a significant effect on the
recovery of valuables.
The rate determining step was determined through kinetic modeling in case of all
valuables separately. Leaching was controlled by diffusion. The investigated
multimetal tailing showed moderate potential in recovering of metal valuables
from low grade tailing deposits. The process conditions should however be further
optimized. Kaivosjätteiden käsittelyyn liittyvän lainsäädännön tiukentuminen, rikkaiden
kaivosesiintymien väheneminen sekä sulfidimineraalien aiheuttamien
happovuotojen ympäristövaikutukset kasvattavat jatkuvasti mielenkiintoa
rikastushiekan ja muun kaivosjätteen hyödyntämiseen. Liuottamalla arvometalleja
rikastushiekkajätteestä voidaan altaiden määrää ja kokoa pienentää sekä
rikastushiekkajätteen käsittelystä tehdä mahdollisesti taloudellisesti kannattavaa.
Metallien liukenemiseen vaikuttavat muun muassa liuotin ja sen konsentraatio,
prosessiolosuhteet (pH, lämpötila, paine, hapetus-pelkistyspotentiaali) sekä
kiintoainepitoisuus ja liuotettavan aineen partikkelikoko. Sulfidimineraalit ovat
yleisesti ottaen hitaita liukenemaan sekä arvometallit vaikeasti talteenotettavissa.
Liuotusolosuhteiden optimoinnilla voidaan arvometallien talteenottoon vaikuttaa.
Esimerkkikaivoksesta löytyvien sulfidien mukaisesti työssä keskitytään nikkeli- ja
kuparisulfidien, erityisesti kuparikiisun ja pentlandiitin liuotukseen.
Nikkelin, kuparin ja raudan liuotusta tutkittiin kahdelle rikkipitoisuudeltaan
eroavalle rikastushiekkanäytteelle rikkihapossa ja sitruunahapossa,
huoneenlämmössä ja ilmanpaineessa. Työn tuloksena nikkeliä ja kuparia saatiin
liuotettua sekä rikkihappoon että sitruunahappoon kohtalaisesti, sitruunahapon
vaikuttaessa lupaavammalta. Lämpötilan noston ja kiintoainepitoisuuden laskun
osoitettiin vaikuttavan liukenemiseen positiivisesti ja pH:lla osoitettiin olevan
suuri vaikutus liukenemiseen.
Kineettisellä mallinnuksella osoitettiin liukenemisen rajoittavan tekijän olevan
diffuusio mineraalipartikkelin pinnalla. Tutkitulla monimetallirikastushiekalla on
selkeää potentiaalia arvometallien talteenoton suhteen, kunhan prosessiolosuhteet
optimoidaan tarkasti.
regulations and the environmental impact of acid mine drainage caused by sulfidic
minerals continuously increase the interest in processing tailings and other mine
waste. Treating waste requires additional capital and operational input, but the
decrease in size and need of tailings ponds and permits decrease the overall costs.
Treatment and utilization of the tailings could also bring added revenue by the
recovery of valuables.
Leaching of metal sulfides is very demanding and time consuming and hence
process conditions need to be carefully optimized. The leaching of sulfides is
affected by for example the choice of leaching agent, its concentration and
temperature, pH, the redox potential, pressure, pulp density and particle size
distribution. With reference to the mine case study the leaching of nickel and
copper sulfides, especially the primary minerals pentlandite and chalcopyrite were
investigated.
Leaching behavior and recoveries for nickel, copper and iron were found out by
sulfuric and citric acid leaching experiments using tailings samples of high and
low sulfur content. Moderate recoveries were obtained and citric acid seemed
more attractive. Increase in temperature and decrease in pulp density had positive
effect on the recovery and pH was also proven to have a significant effect on the
recovery of valuables.
The rate determining step was determined through kinetic modeling in case of all
valuables separately. Leaching was controlled by diffusion. The investigated
multimetal tailing showed moderate potential in recovering of metal valuables
from low grade tailing deposits. The process conditions should however be further
optimized.
kaivosesiintymien väheneminen sekä sulfidimineraalien aiheuttamien
happovuotojen ympäristövaikutukset kasvattavat jatkuvasti mielenkiintoa
rikastushiekan ja muun kaivosjätteen hyödyntämiseen. Liuottamalla arvometalleja
rikastushiekkajätteestä voidaan altaiden määrää ja kokoa pienentää sekä
rikastushiekkajätteen käsittelystä tehdä mahdollisesti taloudellisesti kannattavaa.
Metallien liukenemiseen vaikuttavat muun muassa liuotin ja sen konsentraatio,
prosessiolosuhteet (pH, lämpötila, paine, hapetus-pelkistyspotentiaali) sekä
kiintoainepitoisuus ja liuotettavan aineen partikkelikoko. Sulfidimineraalit ovat
yleisesti ottaen hitaita liukenemaan sekä arvometallit vaikeasti talteenotettavissa.
Liuotusolosuhteiden optimoinnilla voidaan arvometallien talteenottoon vaikuttaa.
Esimerkkikaivoksesta löytyvien sulfidien mukaisesti työssä keskitytään nikkeli- ja
kuparisulfidien, erityisesti kuparikiisun ja pentlandiitin liuotukseen.
Nikkelin, kuparin ja raudan liuotusta tutkittiin kahdelle rikkipitoisuudeltaan
eroavalle rikastushiekkanäytteelle rikkihapossa ja sitruunahapossa,
huoneenlämmössä ja ilmanpaineessa. Työn tuloksena nikkeliä ja kuparia saatiin
liuotettua sekä rikkihappoon että sitruunahappoon kohtalaisesti, sitruunahapon
vaikuttaessa lupaavammalta. Lämpötilan noston ja kiintoainepitoisuuden laskun
osoitettiin vaikuttavan liukenemiseen positiivisesti ja pH:lla osoitettiin olevan
suuri vaikutus liukenemiseen.
Kineettisellä mallinnuksella osoitettiin liukenemisen rajoittavan tekijän olevan
diffuusio mineraalipartikkelin pinnalla. Tutkitulla monimetallirikastushiekalla on
selkeää potentiaalia arvometallien talteenoton suhteen, kunhan prosessiolosuhteet
optimoidaan tarkasti.