Material composition of sulfuric acid leaching products of copper smelting slag flotation tailings

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Research subject. The flotation tailings of the dump cast slag of the Sredneuralsk Copper Smelter (“SUMZ”) were leached with sulfuric acid at a concentration of 300 g/dm3 at 90°C for at least 15 hours.Aim. To study the material composition of leaching products of copper smelting slag flotation tailings. Based on the data obtained, we will describe the processes that occurred during the leaching of this type of waste. Material and methods. The methods used were X-ray fluorescence and spectral analysis (EDX-8000 and CPM-35), mass spectrometry with inductively coupled plasma (NexION 300S), powder X-ray diffraction (DRON-3 and D8 ADVANCE), scanning electron microscopy (TESCAN MIRA LMS (S6123) with INCA Energy 450 X-MaxEDS spectrometer).Results. It has been established that sulfuric acid leaching of copper smelting slag flotation tailings is accompanied by a decrease in the content of zinc, copper, manganese, arsenic and an increase in the sulfur content in the cake, mainly consisting of SiO2 (32.5 wt %) and Fe2O3 (18.0 wt %). X-ray phase analysis of the leaching product revealed the following mineral phases: minerals of the pyroxene group, amorphous silica, gypsum, barite, minerals of the spinel group, sulfides, sulfate forms of ferrous iron, represented by melanterite and ssomolnokite, ferric sulfate – kokimbit, which oxidizes and dehydrates over time, turning into jarosite. According to scanning electron microscopy, the phase composition of cakes is represented by an association of silica, crystalline sulfur, oxygen-containing compounds of iron, lead, zinc, copper and their sulfides. It has been established that zinc is present in all newly formed ferruginous phases. Arsenic is associated with silica. Copper is found in sulfur secretions. Crystalline sulfur is usually found in combination with sulfides. We identified rare earth mineralization represented by cerium, neodymium, lanthanum phosphate, as well as neodymium phosphate in association with niobium and bismuth. The phase composition of cakes is a reflection of the chemical processes occurring during leaching – electrochemical oxidation of sulfides, acid hydrolysis of silicates, ion exchange reactions.Conclusion. The obtained data on the chemical and mineralogical composition of the products of sulfuric acid leaching of copper smelting slag flotation tailings are of interest for the development of effective methods for their use and disposal, taking into account the ecological consequences for the environment.

About the authors

A. L. Kotelnikova

A.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, UB RAS

Email: kotelnikova@prm.uran.ru

E. S. Zolotova

A.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, UB RAS

Email: zolotova@igg.uran.ru

D. S. Reutov

Institute of Metallurgy, UB RAS

Email: reutov-ds@mail.ru

References

  1. Белогуб Е.В., Щербакова Е.П., Никандрова Н.К. (2005) Сульфаты Урала. Миасс: ИМин УрО РАН, 128 с.
  2. Блинов И.А., Белогуб Е.В., Новоселов К.А., Филиппова К.А. (2011) Техногенная гипергенная минерализация Верхне-Аршинского свинцово-цинкового месторождения (Башкортостан). Башкирский хим. журн., 18(4), 136–144.
  3. Гавриленко В.В., Сахоненок В.В. (1986) Основы геохимии редких литофильных металлов. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 172 с.
  4. Гирина О.А. (1998) Пирокластические отложения современных андезитовых вулканов Камчатки и их инженерно-геологические особенности. Владивосток: Дальнаука, 174 с.
  5. Емлин Э.Ф., Рылова Л.П. (1986) Геохимическая миграция цинка и кадмия при промышленном освоении колчеданных месторождений. Свердловск: изд-во НТО горное, 64 с.
  6. Ерохин Ю.В., Козлов П.С. (2010) Фаялит из шлаков Среднеуральского медеплавильного завода (г. Ревда). Минералогия техногенеза, 11, 32-40.
  7. Котельникова А.Л., Золотова Е.С., Рябинин В.Ф. (2022) Миграция элементов из отходов переработки медеплавильных шлаков в систему торф–растения. Литосфера, 22(1), 135-147. https://doi.org/10.24930/1681-9004-2022-22-1-135-147
  8. Котельникова А.Л., Рябинин В.Ф. (2018) Особенности вещественного состава и перспективы использования отхода вторичной переработки отвальных медеплавильных шлаков. Литосфера, 18(1), 133-139. https://doi.org/10.24930/1681-9004-2018-18-1-133-139
  9. Листова Л.П., Бондаренко Г.П. (1969) Растворимость сульфидов свинца, цинка и меди в окисленных условиях. М.: Наука, 184 с.
  10. Макаров А.Б., Гуман О.М., Долинина И.А. (2010) Минеральный состав отходов переработки отвальных шлаков Среднеуральского медеплавильного завода и оценка их потенциальной экологической опасности. Вестн. Урал. отд-я РМО, 7, 80-86.
  11. Никитина Л.П. (1978) Миграция металлов с активных вулканов в бассейн седиментации. М.: Наука, 80 с.
  12. Пуртов В.К., Ятлук Г.М. (1982) Экспериментальные исследования процессов мобилизации петрогенных компонентов в гидротермальных системах. Свердловск: ИГГ УрО РАН, 61 с.
  13. Путятин Ю.В. (2019) Влияние кислотности дерновоподзолистой супесчаной почвы на накопление 90Sr сельскохозяйственными культурами. Почвоведение и агрохимия, (1), 211-219.
  14. Реутов Д.С., Котельникова А.Л., Халезов Б.Д., Кориневская Г.Г. (2015) Поиск технологии извлечения цинка, меди и утилизации песков из твердых отходов, полученных после флотации медеплавильных шлаков. Проблемы недропользования, 2(5), 79-84.
  15. Реутов Д.С., Халезов Б.Д. (2015) Поиск оптимальных условий сернокислотного выщелачивания для извлечения меди и цинка из хвостов флотации медеплавильных шлаков. Бутлеровские сообщения, 44(2), 199-203.
  16. Современные технологии переработки техногенного сырья. (2019) (Под общ. ред. К.В. Булатова, Г.И. Газалеевой). Екатеринбург: Урал. рабочий, 200 с.
  17. Стась Н.Ф. (2013) Изучение взаимодействия железных руд с кислотами. Фундамент. исследования, (1) (ч. 2), 422-427.
  18. Халезов Б.Д. (2013) Кучное выщелачивание медных и медно-цинковых руд. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 332 с.
  19. Хожиев Ш.Т. (2020) Разработка эффективной технологии извлечения меди из конверторных шлаков. J. Advan. Engin. Technol., (1), 50-56.
  20. Чантурия В.А., Вигдергауз В.Е. (1993) Электрохимия сульфидов. Теория и практика флотации. М.: Наука, 206 с.
  21. Чантурия В.А., Макаров В.Н., Макаров Д.В. (2005) Экологические и технологические проблемы переработки техногенного сульфидсодержащего сырья. Апатиты: КНЦ РАН, 218 с.
  22. Челищев Н.Ф. (1973) Ионообменные свойства минералов. М.: Наука, 203 с.
  23. Щербакова Е.П. (2000) Современное минералообразование в техногенных водоемах сульфатного типа (Южный Урал). Минералогия техногенеза – 2000. Миасс: ИМин УрО РАН, 169-171.
  24. Fedorov S.A., Amdur A.M. (2021) Review of Man-Made and Secondary Raw Materials of Platinum-Group Metals and their Classification. Metallurgist, 65, 808-814. https://doi.org/10.1007/s11015-021-01218-6
  25. Kasikov A.G., Shchelokova E.A., Timoshchik O.A., Sokolov A.Y. (2022) Utilization of Converter Slag from Nickel Production by Hydrometallurgical Method. Metals, 12, 1934. https://doi.org/10.3390/met12111934
  26. Kolesnikov A., Fediuk R., Amran M. et al. (2022) Modeling of Non-Ferrous Metallurgy Waste Disposal with the Production of Iron Silicides and Zinc Distillation. Materials, 15(7), 2542. https://doi.org/10.3390/ma15072542
  27. Makhathini T.P., Bwapwa J.K., Mtsweni S. (2023) Various Options for Mining and Metallurgical Waste in the Circular Economy: A Review. Sustainability, 15(3), 2518. https://doi.org/10.3390/su15032518
  28. Men D., Yao J., Li H. et al. (2023) The potential environmental risk implications of two typical non-ferrous metal smelting slags: contrasting toxic metal (loid) s leaching behavior and geochemical characteristics. J. Soils Sedim., 23, 1944-1959. https://doi.org/10.1007/s11368-023-03468-0
  29. Meng C., Tian D., Zeng H. et al. (2019) Global soil acidification impacts on belowground processes. Environ. Res. Lett., 14(7), 074003. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab239c
  30. Muravyov M.I., Fomchenko N.V., Usoltsev A.V., Vasilyev E.A., Kondrat’eva T.F. (2012) Leaching of copper and zinc from copper converter slag flotation tailings using H2SO4 and biologically generated Fe2(SO4)3. Hydrometallurgy, 119, 40-46. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2012.03.001
  31. Naz M., Dai Z., Hussain S. et al. (2022) The soil pH and heavy metals revealed their impact on soil microbial community. J. Environ. Manag., 321, 115770. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115770
  32. Seyrankaya A. (2022) Pressure leaching of copper slag flotation tailings in oxygenated sulfuric acid media. ACS omega, 7(40), 35562-35574. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c02903
  33. Urosevic D.M., Dimitrijevic M.D., Jankovic Z.D., Antic D.V. (2015) Recovery of copper from copper slag and copper slag flotation tailings by oxidative leaching. Physicochem. Probl. Miner. Process, 51. https://doi.org/10.5277/ppmp150107
  34. Zhai Q., Liu R., Wang C. et al. (2022) Mineralogical characteristics of copper smelting slag affecting the synchronous flotation enrichment of copper and arsenic. J. Environ. Chem. Engin., 10(6), 108871. https://doi.org/10.1016/j.jece.2022.108871
  35. Zolotova E., Ryabinin V. (2019) Elements Distribution in Soil and Plants of an Old Copper Slag Dump in the Middle Urals, Russia. Ecol. Quest., 30(4), 41-47. http://dx.doi.org/10.12775/EQ.2019.026

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Kotelnikova A.L., Zolotova E.S., Reutov D.S.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».