Selective leaching of multimetal tailings

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.