Способ переработки концентратов, содержащих благородные металлы

 

Изобретение относится к металлургии благородных металлов, в частности к пирометаллургической переработке концентратов, содержащих золото и серебро. Способ переработки концентратов, содержащих благородные металлы, заключается в том, что исходный концентрат смешивают с бурой, оксидом кальция и кремнеземсодержащим флюсом, смесь плавят и полученные продукты - шлак и золотосеребряный сплав охлаждают и разделяют. Новым является то, что в состав смеси на плавку добавляют сульфат натрия, углеродистый восстановитель, в качестве кремнеземсодержащего флюса используют кварцевый песок или силикатное стекло и в процессе плавки получают дополнительный сульфидный продукт - штейн. Способ позволяет повысить эффективность за счет повышения содержания золота и серебра в целевых сплавах. 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов (БМ), в частности к пирометаллургической переработке концентратов, содержащих золото и серебро.

Целевыми продуктами гравитационной обогатительной переработки золотосодержащих песков и руд являются шлиховое золото и "золотые головки". Состав получаемых концентратов по группе примесных компонентов в значительной степени определяется характером и составом исходного сырья.

В процессе переработки золотосодержащих песков, содержащих пирит (FeS₂), apceнопирит (FeAsS), халькопирит, (CuFeS₂), галенит (PbS) и т.п., сульфидные компоненты преимущественно концентрируются в так называемом промпродукте доводки шлихов, а также в шлиховом золоте. При этом в промпродукте доводки шлихов содержится до 8-10% золота и серебра, 5-15% сульфидов, остальное - оксидные минералы - магнетит (Fе₃О₄), ильменит (FеТiO₃), кварц (SiO₂) и т.п. В шлиховом золоте содержится до 1-4% сульфидов, 3-8% оксидных минералов, остальное золото и серебро.

При гравитационной переработке окисленных золотосодержащих руд в "золотой головке" в среднем содержится 10-25% золота и серебра, 50-60% оксидных минералов - магнетит, лимонит (Fe₂О₃•Н₂О), кварц и другие и до 10-20% металлического железа (скрап), самородная медь, оксидные соединения цветных металлов.

Известен способ переработки золотосодержащих концентратов, включающий окислительный обжиг материала при 500-700^oС и последующую плавку огарка в смеси с содой, кварцевым песком и углеродистым восстановителем с получением золотосеребряного сплава и шлака [1]. Недостатками способа являются существенные потери благородных металлов с пылевозгонами при окислительном обжиге и значительные, до 20%, потери серебра со шлаком при плавке огарка.

Известен способ переработки концентратов, содержащих благородные металлы, который принят за прототип, как наиболее близкое к заявляемому техническое решение [2].

По известному способу исходный концентрат смешивают с бурой, оксидом кальция и кремнеземсодержащим флюсом, содержащим кварцевый песок, смесь плавят при температуре 1200-1300^oС и полученные конденсированные продукты - шлак и металлический золотосеребряный сплав после осаждения разделяют по границе раздела.

Недостатком известного способа является невысокая степень селекции благородных металлов от железа и цветных металлов, что выражается в повышенном содержании цветных металлов и железа в целевом золотосеребряном сплаве.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности переработки концентратов, содержащих благородные металлы, за счет повышения содержания золота и серебра в целевых сплавах, получаемых в процессе плавки исходных концентратов.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении селективности золота и серебра от цветных металлов и железа путем концентрирования последних в сульфидной фазе и эффективного разделения охлажденного штейна и металлического золотосеребряного сплава.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе переработки концентратов, содержащих благородные металлы, включающем смешивание исходного концентрата с бурой, оксидом кальция и кремнеземсодержащим флюсом, плавку смеси с получением золотосеребряного сплава и шлака и разделение конденсированных продуктов плавки, согласно изобретению смесь дополнительно содержит сульфат натрия и углеродистый восстановитель, а в качестве кремнеземсодержащего флюса используют кварцевый песок или силикатное стекло при следующем соотношением, мас.%: Бура - 15-30 Оксид кальция - 1,8-3,0 Кремнеземсодержащий флюс - 3,2-33,2 Сульфат натрия - 2-10 Углеродистый восстановитель - 0,3-1,5 Концентрат, содержащий благородные металлы - Остальное при этом в процессе плавки получают дополнительный конденсированный продукт - штейн, который после охлаждения легко отделяется от шлака и золотосеребряного сплава.

Отличием предлагаемого технического решения от прототипа является состав смеси на плавку исходного концентрата и получение нового конденсированного продукта плавки - штейна.

Назначение компонентов смеси на плавку исходного концентрата следующее. Бура (Na₂B₄O₇•10H₂O) используется как легкоплавкая основа образующегося шлака. Оксид кальция применяется как добавка, повышающая межфазное натяжение на границе шлак - штейн - металл, способствующая коалесценции капель золотосеребряного сплава и штейна и выделению их из шлаковой фазы. Кварцевый песок или силикатное стекло вводятся для связывания в устойчивые силикатные комплексы шлакообразующих компонентов исходных концентратов и как источник кремнезема для протекания реакцией сульфидирования. Сульфат натрия используется для образования сульфида натрия и сульфидирования цветных металлов и железа. Углерод является восстановителем в реакциях сульфидирования.

Физико-химическая сущность процесса разделительной плавки в заявляемом способе основывается на ограниченной взаимной растворимости в жидком и твердом состоянии металлического золота и серебра и полисульфидной системы типа Na₂S-Me_nS_m, где Me - железо, медь, свинец, цинк и другие.

Состав и формирование штейновой фазы при плавке является процессом регулируемым и определяется составом исходного концентрата БМ, количеством флюсов и добавок в шихте. При нагревании и плавке шихты протекают реакции с выделением в качестве промежуточных продуктов сульфида натрия и элементарной серы по реакциями 1-3:

Выделяющаяся во всем объеме полурасплавленной шихты сера взаимодействует с металлическим железом, цветными металлами и их соединениями, образуя устойчивые сульфиды по реакциям 4-5:


Расплавляясь при температуре 1100-1200^oС, первичные сульфиды, содержавшиеся в исходных концентратах БМ, и вторичные сульфиды, образовывавшиеся по реакциям 1, 4, 5, формируют штейновую фазу расплава. Шлакообразующие оксиды растворяются в легкоплавком шлаке на основе системы B₂O₃-Na₂O-SiO₂-CaO-CaF₂-Fe_nO_m. Золото и серебро образуют металлический золотосеребряный сплав, который выделяется в виде самой тяжелой фазы расплава. По окончании плавки и охлаждения расплава конденсированные продукты легко разделяются по границе ликвационного разделения фаз. Золотосеребряный сплав является целевым продуктом, шлак - условно отвальным. Штейн содержит в среднем около 1,0-1,5% золота и до 5-6% серебра, является промежуточным продуктом и перерабатывается известными способами с целью доизвлечения БМ.

Верхние и нижние пределы содержания в смеси буры, оксида кальция и кремнеземсодержащего флюса обеспечивают при плавке концентратов БМ, соответственно с высоким и низким содержанием шлакообразующих компонентов, образование нейтрального шлака с относительно низкой температурой плавления. Выход за предельные содержания буры, оксида кальция и кремнеземсодержащего флюса в смеси приводит к увеличению остаточного содержания БМ в шлаке при расходе ниже заявляемого предела вследствие его тугоплавкости. Увеличение содержания буры в смеси более 30%, оксида кальция более 3% и кремнеземсодержащего флюса выше 33,2% нецелесообразно, так как не улучшает показателей плавки.

Верхний и нижний предел содержания сульфата натрия в смеси обеспечивают при плавке образование необходимого и достаточного количества сульфида натрия для его содержания в штейне на уровне 5-10% и полноту сульфидирования металлического железа и цветных металлов при переработке концентратов соответственно с высоким и низким содержанием данных компонентов. При содержании сульфата натрия ниже 2% возрастает содержание примесей в золотосеребряном сплаве вследствие неполноты их сульфидирования. Превышение содержания сульфата натрия за 10% приводит к повышенному сульфидированию серебра и увеличению его остаточного содержания в штейне.

Количество вводимого в шихту углеродистого восстановителя 0,3-1,5% по опытным данным обеспечивает полноту протекания процессов сульфидирования примесей и образования необходимого и достаточного количества сульфида натрия соответственно при низком и высоком расходе сульфата натрия.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного введением новых компонентов в состав смеси на плавку - сульфата натрия, углеродистого восстановителя и силикатного стекла и получением нового конденсированного продукта - штейна.

Для доказательства соответствия заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень" проводилось сравнение с другими техническими решениями, известными из источников, включенных в уровень техники. Использование углеродистого восстановителя в смеси на плавку концентрата БМ известно по аналогу [1], где углерод применяется для восстановления Fе₂О₃ до FeO, что снижает температуру плавления шлака и остаточное содержание в нем БМ. В заявляемом способе углеродистый восстановитель расходуется на образование штейна, что придает способу новые свойства и новый эффект, выражающийся в повышении селекции золота и серебра от цветных металлов и железа.

Заявляемый способ переработки концентратов, содержащих благородные металлы, соответствует требованию "изобретательского уровня", так как обеспечивает высокую степень селекции золота и серебра от цветных металлов и железа при плавке концентратов БМ. В результате повышается эффективность переработки концентратов, содержащих благородные металлы, что не следует явным образом из известного уровня техники.

Примеры использования заявляемого способа
Для экспериментальной проверки заявляемого способа использовали флюсы и добавки, измельченные до крупности менее 0,3 мм, и золотосодержащие концентраты. Концентрат "А" - промпродукт доводки шлихов, полученный при конечной очистке шлихового золота. Концентрат "Б" - шлиховое золото, полученное при гравитационной переработке золотосодержащих песков. Концентрат "В" - "золотая головка", полученная при гравитационном обогащении золотосодержащей окисленной руды. Составы концентратов приведены в таблице 1.

Приготовили шесть шихт, каждая массой 100,0 г, три из которых соответствовали заявляемым, а три запредельным составам. Каждую шихту загружали в шамотовый тигель, расплавляли и выдерживали при температуре 1250^oС в течение 60 мин в тигельной печи с карбидкремниевыми электронагревателями. По окончании плавки тигли извлекали из печи и охлаждали. Продукты плавки - шлак, штейн и золотосеребряный сплав выбивали из тигля. разделяли по границе ликвационного раздела фаз, взвешивали и анализировали на содержание элементов пробирным и химическим методами анализа.

Данные по составам шихт, выходам продуктов плавки, содержанию в них золота, серебра и неблагородных элементов приведены в таблице 2.

В оп. 1, 5 вместо оксида кальция (СаО) использовали фторид кальция (CaF₂), соединение с аналогичными, что и СаO, свойствами, но позволяющие получать более жидкотекучие шлаки.

Полученные данные показывают, что заявляемый способ позволяет при плавке концентратов БМ получать целевые сплавы с высоким содержанием золота и серебра вследствие эффективного выделения железа и цветных металлов в сосуществующую сульфидную фазу - штейн и последующего разделения этих продуктов. Как следует из полученных результатов, заявляемый способ обеспечивает получение целевых сплавов с суммарным содержанием золота и серебра 92,94-99,42%. Переход от заявляемых (оп.1-3) к запредельным составам смесей на плавку концентратов БМ приводит к ухудшению показателей процесса либо вследствие снижения степени селекции золота и серебра от неблагородных элементов, либо по причине нерационального перерасхода реагентов.

Пример использования способа-прототипа
Для сравнения показателей заявляемого способа и способа-прототипа провели опыт переработки концентрата "В" по технологии способа-прототипа. Смесь на плавку содержала, (мас.%, граммы): 36,0 концентрата "В"; 37,0 буры; 22,0 кварцевого песка; 5,0 оксида кальция. Плавку, разделение и анализ продуктов провели по вышеуказанной методике.

В результате плавки получили 8,4 г сплава БМ и 73,8 г шлака. Целевой сплав БМ содержал, в мас.%: 53,18 золота; 16,95 серебра; 17,86 меди; 0,77 свинца; 9,57 железа. В шлаке соответственно содержалось, мас.%: 0,143 золота; 0,119 серебра; 1,88 меди; 0,03 свинца.

Сравнение достигнутых показателей от использования заявленного и известного способов представлено в таблице 3.

Данные таблицы 3 показывают, что использование заявляемого способа позволяет получать целевые сплавы БМ с более высоким содержанием золота и серебра, за счет чего существенно сокращаются затраты на последующую переработку сплавов при аффинаже.

Для доказательства критерия "промышленное применение" следует указать, что заявляемый способ проходит испытания на ряде золотодобывающих предприятий России.

Источники информации
1. Патент СССР 1649815, кл. С 22 В 11/02, 1989.

2. Патент РФ 2086684, кл. С 22 В 11/02, 1997.

Формула изобретения

Способ переработки концентратов, содержащих благородные металлы, включающий смешивание исходного концентрата с бурой, оксидом кальция и кремнеземсодержащим флюсом, плавку смеси с получением золотосеребряного сплава и шлака и разделение продуктов плавки, отличающийся тем, что в состав смеси дополнительно вводят сульфат натрия и углеродистый восстановитель, а в качестве кремнеземсодержащего флюса используют кварцевый песок или силикатное стекло при следующем соотношении, мас. %:
Бура - 15-30
Оксид кальция - 1,8-3,0
Кремнеземсодержащий флюс - 3,2-33,2
Сульфат натрия - 2-10
Углеродистый восстановитель - 0,3-1,5
Концентрат, содержащий благородные металлы - Остальное
при этом плавку ведут с получением в качестве дополнительного продукта - штейна.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3