Способ переработки сульфидных концентратов, содержащих благородные металлы
Владельцы патента RU 2457263:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") (RU)
Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к переработке сульфидных гравитационных концентратов, содержащих благородные металлы. Способ включает выщелачивание с последующим отделением от раствора нерастворимого осадка, его сушкой и последующей плавкой в смеси с карбонатом натрия, кремнеземсодержащим флюсом, бурой с получением сплава благородных металлов и шлака. При этом выщелачиванию подвергают исходный концентрат и ведут его раствором азотной кислоты. Плавку ведут с добавлением в состав смеси хлористого натрия. Выщелачивание концентрата проводят раствором азотной кислоты с массовой концентрацией 350-550 г/л. Хлористый натрий добавляют в смесь для плавки в количестве на 10-20% больше стехиометрического количества по реакции получения хлорида свинца. Техническим результатом является повышение извлечения благородных металлов, получение более чистого сплава и снижение затрат на переработку сульфидных концентратов. 2 з.п. ф-лы, 4 табл., 1 пр.
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.
Недостатками данного способа являются высокие затраты, связанные с улавливанием и утилизацией оксида серы (SO2) 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.
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 (PbSO4). 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:
PbSO4+2NaCl→Na2SO4+РbСl2↑
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 | FeS2 пирит | FeAsS2 арсенопирит | CuFeS2 халькозин | PbS галенит | Техноген. скрап | Сумма SiO2. Al2O3. Fe2O3 | |
| 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 концентра та |
Условия выщелачивания концентрата | Полученные продукты | Извлечение в раствор, % | ||||||||||
| Масса концентрата, г | Массовая концентрация HNO3, г/л | Ж:Т | Время, ч | Температура, °С | Масса кека, г | Объем раство ра, 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 концентра та) |
Шихта плавки | Продукты плавки | Извлечение, % | |||||||||||
| Масса кека, г | флюсы, г | шлак | сплав | |||||||||||
| Бура | Сода | Кварц | Na Cl |
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.
1. Способ переработки сульфидных концентратов, содержащих благородные металлы, включающий выщелачивание с последующим отделением от раствора нерастворимого осадка, его сушкой и последующей плавкой в смеси с карбонатом натрия, кремнеземсодержащим флюсом, бурой с получением сплава благородных металлов и шлака, отличающийся тем, что выщелачиванию подвергают исходный концентрат и ведут его раствором азотной кислоты, а плавку осуществляют с добавлением в состав смеси хлористого натрия.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание концентрата ведут раствором азотной кислоты с массовой концентрацией 350-550 г/л.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в шихту для плавки нерастворимого осадка добавляют хлористый натрий в количестве на 10-20% больше стехиометрического количества по реакции получения хлорида свинца.
