СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ В СУЛЬФИДНЫХ РУДАХ И ПРОДУКТАХ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ
METHOD OF IDENTIFICATION OF NOBLE METALS IN SULFIDE ORES AND THEIR PROCESSING PRODUCTS

Изобретение относится к области аналитической химии благородных металлов (БМ), в частности к пробирному анализу, и может быть использовано для определения золота и металлов платиновой группы (МПГ) в сульфидных рудах и продуктах их переработки.
Известен способ пробирного концентрирования золота и платиновых металлов в медно-никелевом коллекторе, разработанный для анализа сульфидных медно-никелевых руд [1]. Способ включает окислительный обжиг навески пробы руды при 850°С в течение 7 часов, смешивание огарка с оксидом меди (CuO), карбонатом натрия, тетраборатом натрия, силикатным стеклом и крахмалом, тигельную плавку шихты при 1200°С с получением шлака и медно-никелевого сплава. Сплав растворяют в соляной кислоте, сорбируют благородные металлы из раствора на активированном угле и сорбенте ПВБ-МП-20Т и определяют содержание атомно-эмиссионным методом. Недостатками способа являются высокие затраты, обусловленные окислительным обжигом навески пробы руды и растворением всей массы медно-никелевого сплава, получаемого при тигельной плавке.
Известен способ определения благородных металлов в сульфидных рудах и продуктах их переработки, который принят за прототип, как наиболее близкое к заявляемому техническое решение [2].
По известному способу навеску пробы анализируемого материала подвергают предварительной обработке - обжигу или выщелачиванию в кислотах с целью разложения сульфидов и вывода цветных металлов. Остаток от разложения пробы смешивают с оксидом свинца, карбонатом натрия, силикатным стеклом, тетраборатом натрия, нитратом натрия или калия, оксидом кальция, нитратом или хлоридом серебра и углеродистым восстановителем с получением смеси. Смесь плавят при температуре 1100-1300°С с получением шлака и свинцового сплава - веркблея. Продукты плавки разделяют, веркблей купелируют до серебряного или золотосеребряного королька. Содержание благородных металлов в корольке определяют химическими и физико-химическими методами.
Недостатком известного способа являются высокие затраты, связанные с проведением операций предварительной обработки навески пробы анализируемого материала перед пробирной плавкой.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является сокращение затрат на определение благородных металлов в сульфидных рудах и продуктах их переработки с использованием метода пробирной плавки. Поставленная задача решается за счет технического результата, который заключается в сокращении длительности пробирного анализа навески пробы анализируемого материала.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения благородных металлов в сульфидных рудах и продуктах их переработки, включающем смешивание навески пробы анализируемого материала с нитратом натрия или калия, оксидом свинца, карбонатом натрия, силикатным стеклом, тетраборатом натрия, оксидом кальция, нитратом или хлоридом серебра и углеродистым восстановителем с получением смеси, плавку смеси при температуре 1100-1300°С с получением шлака и свинцового сплава - веркблея, охлаждение и разделение продуктов плавки, купелирование веркблея до серебряного или золотосеребряного королька и определение содержания благородных металлов в корольке химическими и физико-химическими методами, согласно изобретению приготовленную смесь перед плавкой подвергают термообработке при температуре 400-600°С в течение 20-30 минут.
Отличием предлагаемого технического решения от прототипа является введение операции термообработки смеси для пробирной плавки анализируемого материала при температуре 400-600°С.
Физико-химическая сущность заявляемого способа основывается на окислительном разложении сульфидов железа и цветных металлов, содержащихся в пробе анализируемого материала, селитрой до оксидов при температуре 400-600°С и последующем растворении оксидов металлов в шлаке с повышением температуры до регламентированной величины процесса плавки шихты. Разложение сульфидов при термообработке шихты протекает преимущественно по реакции типа (1):
2
4
Углеродистый восстановитель, вводимый в шихту (мука или крахмал), при температуре 400-600°С обугливается и с повышением температуры восстанавливает свинец из оксида до металлического, который затем коллектирует благородные металлы, образуя веркблей. Продукты разложения сульфидов - оксиды железа, меди, никеля, цинка и других цветных металлов на стадии плавки шихты при температуре 1100-1300°С не восстанавливаются вследствие связывания в устойчивые шлаковые силикатные комплексы и незначительного их содержания в образующемся шлаке. Сульфат натрия (NaSO), получаемый при разложении сульфидов, растворяется в шлаке, а при высоком количестве часть его отделяется в отдельную солевую фазу расплава.
Диапазон температур - 400-600°С, при котором проводится термообработка смеси для пробирной плавки материала, выбран на основании результатов специальных исследований. Установлено, что при температуре ниже 400°С разложение сульфидов селитрой протекает не полностью, а при температуре выше 600°С происходит интенсивное выгорание углеродистого восстановителя - муки или крахмала, что в результате снижает качество пробирной плавки пробы и анализа в целом.
2
2
2
3
2
2
2
3
В заявляемом способе пробирная плавка ведется на легкоплавкий и обладающий высокой экстрагирующей способностью к оксидам железа и цветных металлов нейтральный шлак на основе системы: NaO-SiO-BO-CaO, содержащий, в среднем, в мас.%: 37-42 NaO; 28-32 SiO; 18-22 BO; 8-12 CaO. Количество селитры и других флюсов на пробирную плавку пробы анализируемого материала берется в расчете на полное окислительное разложение сульфидов в навеске и образование шлака указанного состава.
Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного введением новой операции - термообработки смеси для пробирной плавки анализируемого материала при температуре 400-600°С. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
Для доказательства соответствия заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень» проводилось сравнение с другими техническими решениями, известными из источников, включенных в уровень техники.
Заявляемый способ определения благородных металлов в сульфидных рудах и продуктах их переработки соответствует требованию «изобретательский уровень», так как обеспечивает сокращение затрат на определение благородных металлов в сульфидных рудах и продуктах их переработки, что не следует явным образом из известного уровня техники.
Примеры использования заявляемого способа
Для экспериментальной проверки заявляемого способа использовали стандартные для пробирной плавки реагенты, руды месторождений «Шануч» (Камчатская область) - «А», «Чинейское» (Северное Забайкалье) - «Б» и гравиоконцентрат руды месторождения «Сухой Лог» (Иркутская область) - «В», измельченные до крупности менее 0,315 мм. Состав материалов приведен в таблице 1.
Таблица 1Состав анализируемых материалов
Содержание компонентов: г/т; массовая доля, %
Наименование материала
Au
Pt
Pd
Cu
Ni
S<sub>общ.</sub>
Fe (FeS<sub>2</sub>)
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
SiO<sub>2</sub>
·ΣCaO, Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, MgO
Руда «Шануч» «А»
0,27
0,35
0,34
1,03
6,4
21,4
12,6
19,8
26,1
7,2
Руда «Чинейское» «Б»
1,12
1,74
6,73
1,72
0,02
6,65
4,9
5,3
54,6
25,1
Гравиоконцентрат «Сухой Лог» «В»
258,4
-
-
0,07
0,01
20,4
17,2
3,8
36,9
19,7
Компоненты шихты взвешивали на технических весах с точностью взвешивания 0,1-0,01 г и усредняли на листе кальки. Приготовленную шихту помещали в шамотовый пробирный тигель ПТ-2. Низкотемпературную обработку шихты и пробирную плавку проводили в шахтной тигельной печи сопротивления с карбидокремниевыми электронагревателями. Контроль температуры в шахте печи вели с использованием платинородиевой термопары ТПР. Печь разогревали до температуры в камере печи ~1250°С. Затем питание печи отключали и приоткрывали крышку камеры. По снижении температуры в камере печи до ~600°С тигли с шихтой загружали в камеру печи, прикрывали крышку и выдерживали в течение 20-30 минут. За указанный период температура в камере печи понижалась до 400-450°С, визуально наблюдалось разложение селитры, спекание и подплавление шихты в тиглях. По завершении стадии низкотемпературной термообработки шихты включали питание печи, поднимали температуру в камере печи до 1100-1150°С (оп.5, 6) или до 1250-1300°С (оп.1-4) и выдерживали тигли с расплавом в течение 20-25 минут. Затем тигли извлекали из печи и выливали расплав в конические стальные изложницы. Продукты плавки - шлак и свинцовый сплав после охлаждения извлекали из изложницы и разделяли по границе раздела. Полученный веркблей купелировали на магнезитовых капелях до серебряного или золотосеребряного королька. Содержание благородных металлов в анализируемых пробах затем определяли известными методами - обработкой королька в разбавленной азотной кислоте и взвешиванием золотой корточки либо полным растворением королька в кислотах и анализом полученного раствора атомно-абсорбционным или атомно-эмиссионным методами анализа. Состав шихт пробирной плавки руд и гравиоконцентрата заявляемым способом и результаты анализа по содержанию благородных металлов представлены в таблице 2.
Таблица 2Состав шихт пробирной плавки и результаты анализа материалов заявляемым способом
№опы-та
Состав шихты, г
Масса продуктов, г
Содержание БМ в пробе, г/т
Руда (тип)
Глет (PbO)
Селитра NaNO<sub>3</sub>
СодаNa<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
Бура плавл.
Стекло
CaO
Мука
AgNO<sub>3</sub>, мг
Шлак
Веркблей
Au
Pt
Pd
1
25,0 «А»
40,0
40,0
20,0
40,0
50,0
12,0
21,0
10,0
187,0
28,0
0,28
0,36
0,35
2
25,0 «А»
40,0
38,0
20,0
40,0
50,0
12,0
20,0
10,0
188,6
26,7
0,28
0,35
0,36
3
25,0 «Б»
40,0
30,0
35,0
40,0
50,0
12,0
15,0
10,0
194,0
25,3
1,13
1,74
6,75
4
25,0 «Б»
40,0
27,0
38,0
40,0
50,0
12,0
14,0
10,0
195,7
23,8
1,12
1,75
6,74
5
25,0 «В»
40,0
45,0
15,0
40,0
50,0
12,0
22,0
-
184,5
27,2
258,7
-
-
6
25,0 «В»
40,0
43,0
17,0
40,0
50,0
12,0
21,0
-
187,4
25,9
258,5
-
-
Примеры использования способа-прототипа
Для сравнения показателей заявляемого способа и способа прототипа провели опыты определения благородных металлов в вышеуказанных материалах с использованием операций предварительной обработки исходных проб с целью разложения сульфидов.
3
Пример 1. Навеску пробы руды месторождения «Шануч» массой 25,0 г поместили в графитовый тигель с крышкой и обжигали в муфельной печи при температуре 650°С в течение трех часов. Огарок массой 22,4 г выщелачивали в 60 мл 8М соляной кислоты при температуре 90-95°С в течение двух часов. Полученный раствор сливали, нерастворимый остаток промывали подкисленной водой, фильтровали и сушили. Высушенный остаток от разложения пробы массой 9,7 г смешали с флюсами - 40,0 г глета, 50,0 г соды, 30,0 г буры, 8,0 г стекла, 3,0 г муки, 10,0 мг AgNO. Шихту помещали в тигель ПТ-2, плавили в шахтной тигельной печи при температуре 1250-1300°С в течение 40 минут и выливали расплав в коническую стальную изложницу. Веркблей массой 31,9 г купелировали, полученный серебряный королек растворяли в кислотах и определяли содержание благородных металлов в полученном растворе атомно-абсорбционным или атомно-эмиссионным методами анализа. По результатам анализа в руде содержалось, в г/т: 0,27 золота; 0,35 платины; 0,34 палладия.
3
Пример 2. Навеску пробы руды месторождения «Чинейское» массой 25,0 г поместили в шамотовую лодочку и обжигали в муфельной печи при температуре 450-500°С в течение трех часов. Огарок пробы массой 22,9 г смешали с флюсами - 40,0 г глета, 50,0 г соды, 30,0 г буры, 8,0 г стекла, 3,0 г муки, 5,0 мг AgNO. Шихту помещали в тигель ПТ-2, плавили в шахтной тигельной печи при температуре 1250-1300°С в течение 40 минут и выливали расплав в коническую стальную изложницу. Веркблей массой 30,4 г купелировали, полученный серебряный королек растворяли в кислотах и определяли содержание благородных металлов в полученном растворе атомно-абсорбционным или атомно-эмиссионным методами анализа. По результатам анализа в руде содержалось, в г/т: 1,12 золота; 1,74 платины; 6,73 палладия.
Пример 3. Навеску пробы гравиоконцентрата руды месторождения «Сухой Лог» массой 25,0 г поместили в шамотовую лодочку и обжигали в муфельной печи при температуре 450-500°С в течение трех часов. Огарок пробы массой 21,5 г смешали с флюсами - 40,0 г глета, 50,0 г соды, 30,0 г буры, 8,0 г стекла, 3,0 г муки. Шихту помещали в тигель ПТ-2, плавили в шахтной тигельной печи при температуре 1100-1150°С в течение 40 минут и выливали расплав в коническую стальную изложницу. Веркблей массой 31,1 г купелировали, полученный золотосеребряный королек выщелачивали в растворе азотной кислоты и взвешивали золотую корточку. По результатам анализа в гравиоконцентрате содержалось 258,4 г/т золота.
Полученные данные показывают, что результаты анализа руд и гравиоконцентрата по содержанию благородных металлов заявляемым способом и способом-прототипом имеют высокую сходимость, но общие затраты на анализ заявляемым способом снижены, ориентировочно, на 10-15% за счет сокращения длительности пробирного анализа вследствие ликвидации операций предварительной обработки навесок проб анализируемого материала перед пробирной плавкой - обжига и кислотного разложения.
Для доказательства критерия «промышленное применение» заявленный способ испытан в укрупненном масштабе и планируется к использованию в аналитическом центре ОАО «Иргиредмет».
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Данилова Ф.И., Федотова И.А., Назаренко P.M. Пробирно-химико-спектральное определение металлов группы платины и золота в сульфидных медно-никелевых рудах и продуктах их переработки. Заводская лаборатория, 1982, 48, №8, с.9-10.
2. Пробоотбирание и анализ благородных металлов, под ред. Барышникова И.Ф. - М.: Металлургия, 1968, с.131-134, 151-158, 316-320 - прототип.