СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СУЛЬФИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ, СОДЕРЖАЩИХ БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ
TREATMENT METHOD OF SULPHIDE CONCENTRATES CONTAINING PRECIOUS METALS

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов (БМ), в частности к переработке гравитационных сульфидных концентратов, содержащих благородные металлы.
В процессе обогащения руд и песков, содержащих БМ, получают богатые гравитационные концентраты, так называемые «золотые головки», представляющие собой смесь минералов и обломков горных пород, представленную сульфидами (пирит, арсенопирит, галенит, халькопирит, сфалерит и т.п.), оксидами и гидрооксидами железа (магнетит, гематит, лимонит, гетит), железным скрапом (натираемым в процессе измельчения руды) и группой оксидов кремния, алюминия, кальция, магния. Благородные металлы (золото, серебро и металлы платиновой группы) сравнительно крупными размерами присутствуют, как правило, в самородном виде. Массовая доля БМ в гравитационных концентратах в зависимости от степени доводки составляет, в среднем 5,0-20,0% в сумме.
Известен способ извлечения благородных металлов из гравитационных концентратов (SU №1649815, МКП С22В 11/02, опубликовано 09.01.1995), включающий окислительный обжиг концентрата при температуре 500-700°С, полученный огарок смешивают с карбонатом натрия, кремнеземсодержащим флюсом - кварцевым песком и углеродистым восстановителем и плавят при температуре 1200°С с получением сплава БМ и шлака.
Общими признаками заявляемого способа с аналогом являются использования при плавке шихты, содержащей карбонат натрия и кремнеземсодержащий флюс.
2
Недостатками данного способа являются высокие затраты, связанные с улавливанием и утилизацией оксида серы (SO) обжиговых газов, повышенные потери БМ с пылью операции обжига и получения загрязненных сплавов и тугоплавких шлаков от плавки огарков концентрата.
В качестве прототипа принят способ переработки концентратов, содержащих БМ и сульфиды (RU №2395598, МПК С22В 11/02, опубликовано 27.07.2010).
По известному способу концентрат, содержащий БМ и сульфиды, подвергают термической обработке в смеси с нитратом и карбонатом натрия в соотношении 1:(0,5-1,6):(0,1-0,4) при температуре 400-600°C с получением спека, который выщелачивают в воде с последующим отделением от раствора нерастворимого осадка и его сушкой, далее осадок плавят при температуре 1200°C с карбонатом натрия, кремнеземсодержащим флюсом и углеродистым восстановителем с добавлением буры и оксида кальция с получением сплава БМ и шлака.
Общими признаками заявляемого способа с прототипом являются компоненты, входящие в состав смеси, направляемой на плавку с нерастворимым осадком, а именно: карбонат натрия, кремнеземсодержащий флюс, бура.
Недостатками данного способа являются высокие затраты, связанные с применением высоких температур, значительной массой получаемых и направляемых на плавку нерастворимых твердых остатков, а также получение недостаточно чистого сплава БМ.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение затрат на переработку сульфидных концентратов, содержащих БМ, повышение извлечения БМ в сплав и получение более чистого по благородным металлам сплава.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в исключении операции термического разложения, в уменьшении количества проплавляемой шихты и в повышении содержания БМ в сплаве при плавке смеси на получение сплава БМ.
Технический результат достигается тем, что в способе переработки сульфидных концентратов, содержащих БМ, включающем выщелачивание с последующим отделением от раствора нерастворимого осадка, его сушкой и последующей плавкой с карбонатом натрия, кремнеземсодержащим флюсом, бурой с получением сплава благородных металлов и шлака, согласно изобретению выщелачиванию подвергают исходный концентрат и ведут его раствором азотной кислоты, а плавку осуществляют с добавлением в состав смеси хлористого натрия.
Отличием предлагаемого технического решения от прототипа является исключение операции термообработки, введение новой операции выщелачивания исходного концентрата раствором азотной кислоты и введение в состав смеси на плавку хлористого натрия с получением сплава благородных металлов и шлака.
4
Физико-химическая сущность заявляемого способа основывается на том, что азотная кислота является эффективным окислителем и при взаимодействии с сульфидами образует водорастворимые соединения цветных металлов. Исключением является сульфид свинца (галенит), который разлагается с образованием нерастворимого сульфата свинца (PbSO). После азотнокислого выщелачивания сульфидного концентрата («золотой головки»), получают раствор, в который переходит большинство металлов примесей (в том числе и составляющие техногенного скрапа - железо и медь), и твердый осадок (кек), в котором концентрируются БМ, нерастворимые оксиды (кремния, железа, алюминия и т.п.) и сульфат свинца. При последующей плавке высушенного нерастворимого осадка (кека) в сплав вместе с БМ переходит и часть свинца, поскольку в широко используемых шамотных или карбидокремниевых тиглях в процессе плавки создается восстановительная среда. Для снижения перехода свинца в сплав на плавку в шихту добавляют хлорид натрия, при этом в процессе плавки образуется летучий хлорид свинца по реакции:
4
2
4
2
PbSO+2NaCl→NaSO+РbСl↑
Эффект сокращения потерь благородных металлов и уменьшения затрат на переработку происходит:
- за счет исключения высокотемпературной операции термообработки и, как следствие, исключения пылеобразования;
- за счет снижения массы проплавляемого твердого осадка и, следовательно, уменьшения массы получаемых шлаков;
- за счет низкого извлечения БМ в раствор азотнокислого выщелачивания (массовая концентрация золота в растворе не превышает 0,01 мг/л, а серебра 1-2 мг/л).
С целью снижения содержания свинца в сплаве к известной легкоплавкой шихте, состоящей из карбоната натрия, буры и кремнеземсодержащего флюса, добавляют необходимо и достаточно хлористого натрия на 10-20% больше стехиометрического количества по представленной реакции получения хлорида свинца.
Условия азотнокислого выщелачивания исходного концентрата выбраны по результатам экспериментальных данных и зависят от крупности и минерального состава исходного концентрата. Относительно низкие значения массовой доли сульфидов (10-40%) и крупности менее 0,3 мм (-0,3 мм) дают возможность проводить азотнокислое выщелачивание при массовой концентрации азотной кислоты 350-400 г/л, при соотношении Ж:Т=5-6:1 и температуре 60-70°С. При относительно высокой массовой доле сульфидов (60-90%) и крупности менее 0,5 мм (-0,5 мм) исходного концентрата, необходимо и достаточно проводить азотнокислое выщелачивание при массовой концентрации азотной кислоты 500-550 г/л, при соотношении Ж:Т=7-8:1 и температуре 60-80°С.
Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного исключением операции термообработки, введением новой операции выщелачивания раствором азотной кислоты и составом смеси на плавку с получением сплава благородных металлов и шлака.
Для доказательства соответствия заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень», проводилось сравнение с другими техническими решениями, известными из источников, включенных в уровень техники.
Заявляемый способ переработки сульфидных концентратов, содержащих благородные металлы, соответствует требованию «изобретательского уровня», так как обеспечивает снижение затрат на переработку концентратов и повышение содержания благородных металлов в получаемом сплаве, что не следует явным образом из известного уровня техники.
Примеры использования заявляемого способа.
Для экспериментальной проверки заявляемого способа использовали гравитационные сульфидные концентраты - «золотые головки», полученные при обогащении золотосодержащих руд. Составы концентратов приведены в таблице 1.
Таблица 1
Состав гравитационных концентратов
Вид концентрата
Массовая доля, %
Аu
Ag
FeS<sub>2 </sub>пирит
FeAsS<sub>2 </sub>арсенопирит
CuFeS<sub>2 </sub>халькозин
PbS галенит
Техноген. скрап
Сумма SiO<sub>2</sub>. Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>. Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
А
8,7
1,9
31,0
0,5
0,1
5,8
33,0
19,0
Б
4,3
1,4
80,0
0,1
1,5
3,0
3,3
6,1
Исходные концентраты выщелачивали раствором азотной кислоты (350-550 г/л) в стеклянной колбе с мешалкой при температуре 60-80°С, продолжительность выщелачивания составляла 6-8 ч. Пульпу фильтровали, нерастворимый осадок (кек) промывали водой, сушили и взвешивали.
Высушенный кек смешивали с флюсами, далее шихту помещали в шамотный тигель и плавили в шахтной печи сопротивления с карбидокремниевыми электронагревателями в течение 45-60 мин при температуре 1200-1250°С.
По окончании плавки тигель извлекали из печи и охлаждали. Продукты плавки - шлак и сплав БМ выбивали из тигля и взвешивали. Промежуточные и конечные продукты опытов анализировали на содержание элементов пробирным, химическим и атомно-абсорбционным методами анализа.
Результаты опытов переработки гравитационных концентратов заявляемым способом приведены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Результаты опытов по азотнокислому выщелачиванию гравитационных концентратов
Вид концентрата
Условия выщелачивания концентрата
Полученные продукты
Извлечение в раствор, %
Масса концентрата, г
Массовая концентрация HNO<sub>3</sub>, г/л
Ж:Т
Время, ч
Температура, °С
Масса кека, г
Объем раствора, л
Массовая концентрация в растворе, мг/л
Au
Ag
Рb
Au
Ag
Pb
95,0
350
5,5:1
6
60-70
44,2
0,5
н/о
2,0
85
0
0,045
0,88
А
117,9
400
5,5:1
6
60-70
52,7
0,75
н/о
1,5
96
0
0,049
1,22
102,0
500
7:1
8
70-80
22,3
1,2
н/о
0,8
53
0
0,056
2,4
Б
101,5
550
7:1
8
70-80
21,1
1,05
0,008
0,52
72
0
0,038
2,86
Результаты примеров по азотнокислому выщелачиванию (табл.2) показывают на возможность полного разложения сульфидов и техногенного скрапа (натертого при измельчении металлического железа от шаров) и получение нерастворимых осадков по массе меньше исходного концентрата в 2 и в 5 раз. Причем для менее крупного гравитационного концентрата - А достаточно вести азотнокислое выщелачивание с массовой концентрацией кислоты 350-400 г/л, а для концентрата более крупного и содержащего больше сульфидов, соответственно, 500-550 г/л.
Таблица 3
Результаты опытных плавок кеков (нерастворимых осадков), полученных после азотнокислого выщелачивания гравитационных концентратов
№ плавки (вид концентрата)
Шихта плавки
Продукты плавки
Извлечение, %
Масса кека, г
флюсы, г
шлак
сплав
Бура
Сода
Кварц
NaCl
Масса, г
Содержание, г/т
Масса, г
Массовая доля, %
Аu
Ag
Аu
Ag
Pb
Аu
Ag
1 (А)
44,2
17,5
15,0
7,5
-
69,0
790
370
13,02
63,44
13,82
21,7
99,33
98,56
2 (А)
52,7
15,0
10,0
7,0
3,7
64,6
41
810
12,93
79,32
17,32
2,4
99,97
97,68
3 (Б)
22,3
8,0
5,0
7,0
1,2
20,7
59
760
6,4
68,53
22,31
8,1
99,98
98,88
4 (Б)
21,1
8,0
5,0
7,0
1,8
20,0
150
850
5,91
73,84
24,04
1,7
99,93
98,8
Плавка высушенного кека по предлагаемому способу: плавка №2 и плавка №4 (табл.3) дает возможность получить сплав с массовой долей благородных металлов 96,6-97,8%. При этом массовая доля в сплаве свинца не превышает 3,0% (согласно действующему ТУ 117-2-7-75 свинца в сплаве должно быть не более 5,0%).
В случае плавки кека по известной шихте (т.е. без добавления хлористого натрия), плавка №1 (табл.3), а также добавление в шихту недостаточного количества хлористого натрия (80% от стехиометрического количества) плавка №3 (табл.3), приводит к получению сплавов с повышенной массовой долей свинца, соответственно, 21,7% и 8,1%, поэтому эти сплавы требуют дополнительной очистки в процессе аффинажа.
Сопоставление технологических показателей заявляемого и известного способов переработки проведено для концентратов групп Б, из-за близкого содержания в них галенита (PbS).
По заявляемому способу переработки общие затраты будут меньше:
- за счет снижения (более чем в 4 раза) массы проплавляемой шихты;
- за счет исключения термической операции исходного концентрата при температуре 400-600°С.
В таблице 4 приведены сравнительные данные переработки гравитационных концентратов заявляемым способом и способом, принятым за прототип.
Таблица 4
Сравнительные данные переработки гравитационных концентратов
Показатель
Достигнутая величина
Примечание
прототип
заявляемый способ
Степень извлечения БМ в сплав (Au/Ag), %
99,34/98,39
99,97/98,8
-
Сумма БМ в сплаве
85,4-94,7
96,6-97,8
-
Выход нерастворимого осадка от массы исходного концентрата, %
76,9
20,8
По заявляемому способу проплавляемый осадок меньше в 3,7 раза
Масса флюсов, необходимых для плавки 100 г исходного концентрата
118
21,8
-
Использование изобретения позволяет повысить извлечение благородных металлов, получить слиток с высоким содержанием благородных металлов, а также снизить затраты на переработку сульфидных концентратов.