Сибирские химики подобрали ключ к «капризной» руде

Часто встречающийся в Западной Сибири минерал валериит богат медью, никелем и платиновыми металлами, но не поддается стандартным методам их извлечения. Красноярские химики нашли способ выделить из него до 80% металла, сообщили в пресс-службе Красноярского научного центра СО РАН.

Уникальная структура валериита напоминает слоеный пирог и придает минералу устойчивость к флотации, обычно применяемой при обогащении таких руд. Учёные Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета установили, что в кислой среде свойства валериита меняются, делая металлы доступными для извлечения.

Валлериит — это редкий минерал со слоистым строением и богатым химическим составом. Он имеет важное промышленное значение благодаря высокому содержанию ценных металлов. Наиболее крупные промышленные месторождения валлериита расположены в Западной Сибири: в частности, в Норильском рудном районе и Кингашском рудном узле. 

В этих рудах валлериит служит важным носителем меди, никеля и платиновых металлов. Однако обогащение валлериитсодержащих руд сталкивается с серьезными технологическими проблемами из-за уникальной кристаллической структуры валлериита, напоминающей «слоеный пирог» с чередующимися сульфидными и гидроксидными слоями, которые проявляют различные свойства по отношению к растворам реагентов. В результате он теряется в отходах, снижая эффективность извлечения меди и никеля и делая руды экономически нерентабельными для переработки.

Ученые Красноярского научного центра СО РАН совместно с коллегами из Сибирского федерального университета выяснили, как можно эффективно добывать медь из валлериита. Ученые установили, что извлечение ценных металлов из валлериита можно улучшить при помощи кислой среды. Она изменяет поверхностные свойства минерала за счет частичного растворения гидроксидных слоев минерала и доступа реагентов к богатым медью сульфидам. 

Такой подход позволил извлечь до 59% меди без предварительной обработки и до 80% после дополнительной обработки сернистым натрием. При этом в щелочной среде извлечение оставалось на уровне 10–15%.

«Наша команда показала, что плохая флотируемость валлериита — это не приговор, а всего лишь особенность его поверхностной химии, которую можно обратить себе на пользу, — отметил кандидат химических наук доцент старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Роман Борисов. — Мы детально изучили, как ведут себя природные образцы этого минерала, и показали: управляя кислотностью среды, можно «снимать» гидрофильную оболочку, открывая прямой доступ реагентам к ценным сульфидам. Да, лабораторная гидротермальная обработка пока выглядит энергозатратной для практического использования на обогатительных фабриках. Но главный вывод уже сделан: даже одно лишь подкисление без сложной предварительной подготовки дает колоссальный рост извлечения. Теперь наша задача — оптимизировать температурные режимы и параметры процесса, чтобы эта технология стала экономически выгодной и легко встроилась в реальные производственные цепочки обогатительных фабрик».

«Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и циклическая вольтамперометрия позволили нам оценить состояние поверхности валлериита на глубину порядка нескольких нанометров, — пояснил кандидат химических наук заведующий лабораторией гидрометаллургических процессов Института химии и химической технологии СО РАН Максим Лихацкий. — Мы подтвердили, что медь на поверхности минерала находится в сульфидной форме и остается электрохимически активной именно в кислой среде. Также мы явно увидели увеличение вклада сульфидной серы и меди после гидротермальной обработки в среде сульфида натрия, что является ключевым изменением в состоянии поверхности, необходимым для повышения извлечения меди».

Это открытие стало логичным продолжением предыдущих успехов красноярской команды, которая ранее научилась создавать синтетические аналоги минералов группы валлериита в лабораторных условиях. Теперь же ученые успешно перешли от модельных образцов к реальным, «капризным» норильским рудам, открыв путь к более полной, безотходной и рентабельной переработке богатств сибирских недр.

Результаты исследования опубликованы в журнале Minerals Engineering.