СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КОНЦЕНТРАТОВ ГРАВИТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИХ БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ Российский патент 2000 года по МПК C22B11/02 C22B5/10 

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к пирометаллургической переработке концентратов благородных металлов.

В сырьевом балансе производства золота и серебра существенную долю составляют концентраты гравитационного обогащения, так называемые "золотые головки", получаемые при первичной переработке золотосодержащих руд. Указанные концентраты характеризуются высоким, до 60-80%, содержанием сульфидных и сульфоарсенидных компонентов, преимущественно пирита (FeS₂) и арсенопирита (FeAsS). Содержание золота в концентратах составляет в среднем 5-10 %, серебра 2-10%. Золото находится в основном в виде природного золотосеребряного сплава с соотношением золота к серебру на уровне 3-4:1. Значительная доля серебра присутствует в форме сульфида типа Ag₂S. Особенностью данных продуктов является относительно высокое содержание в них металлического железа и его оксидов, так называемый "железный скрап", образующийся в результате механического истирания деталей обогатительных установок, шаров и тросов. Суммарное содержание металлического железа и его оксидов в концентратах находится в пределах 5-30%.

Известен способ переработки концентратов гравитационного обогащения, включающий окислительный обжиг материала при 500-700^oC и последующую плавку огарка в смеси с содой, кварцевым песком и углеродистым восстановителем с получением золотосеребряного сплава и шлака /1/. Недостатками аналога являются образование большого количества токсичных газов и пылевозгонов при окислительном обжиге концентратов, потери благородных металлов с пылевозгонами и существенные, до 20%, потери серебра со шлаком при плавке огарка на железонатриевый шлак.

Известен способ переработки концентратов гравитационного обогащения, который принят за прототип, как наиболее близкое к заявляемому техническое решение /2/.

По известному способу концентрат подвергают окислительному обжигу при 500-700^oC, полученный огарок смешивают с содой, силикатным стеклом, бурой, глетом и углеродистым восстановителем, смесь плавят с получением веркблея и шлака. Продукты разделяют и веркблей затем купелируют на получение целевого золотосеребряного сплава.

Недостатками известного способа переработки концентратов гравитационного обогащения являются потери золота и серебра с пылевозгонами и загрязнение окружающей среды токсичными соединениями серы и мышьяка при окислительном обжиге концентратов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности технологии переработки концентратов гравитационного обогащения путем повышения степени извлечения благородных металлов в целевые сплавы и уровня экологической чистоты производства.

Поставленная задача решается за счет технического результата, который заключается в снижении потерь благородных металлов с пылевозгонами, значительного сокращения количества образующихся газов и пылевозгонов, а также извлечения основной доли золота и серебра в богатый золотосеребряный сплав непосредственно при разделительной плавке исходного концентрата гравитационного обогащения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе переработки концентратов гравитационного обогащения, содержащих благородные металлы, включающем плавку материала с добавками силикатного стекла, буры, глета и углеродистого восстановителя с получением веркблея и шлака, охлаждение, разделение продуктов и последующее купелирование веркблея с получением целевого сплава благородных металлов, согласно изобретению перед плавкой материала на получение веркблея исходный концентрат гравитационного обогащения смешивают с металлическим железом, углеродистым восстановителем, силикатным стеклом, бурой и оксидом кальция, шихту плавят с получением металлического золотосеребряного сплава, первичного штейна и шлака. Продукты охлаждают и разделяют по естественной границе раздела. Первичный штейн затем дробят, смешивают с силикатным стеклом, бурой, глетом, углеродистым восстановителем, металлическим железом и оксидом кальция, шихту плавят с получением вторичного штейна. При этом исходный концентрат гравитационного обогащения, металлическое железо в виде порошка или стружки, углеродистый восстановитель, силикатное стекло, буру и оксид кальция смешивают при следующем соотношении компонентов в смеси, в мас.%:
Железо металлическое - 8-25
Углеродистый восстановитель - 0,5-1,0
Силикатное стекло - 7-20
Бура - 5,5-19
Оксид кальция - 2-5
Концентрат гравитационного обогащения - Остальное
Первичный штейн, силикатное стекло, буру, глет, углеродистый восстановитель, металлическое железо и оксид кальция смешивают при следующем соотношении компонентов в смеси, в мас.%:
Штейн первичный - 30-40
Силикатное стекло - 10-15
Глет - 25-35
Углеродистый восстановитель - 3-4
Железо металлическое - 2-4
Оксид кальция - 2-3
Бура - Остальное
Отличием предлагаемого технического решения от прототипа является введение операции разделительной плавки концентрата гравитационного обогащения и включение металлического железа и оксида кальция в состав шихты на плавку первичного штейна.

Разделительная плавка исходного концентрата гравитационного обогащения с добавками металлического железа, углерода и флюсов обеспечивает извлечение основной доли благородных металлов в целевой золотосеребряный сплав и концентрирование серы и мышьяка в фазе первичного штейна. Последующая плавка первичного штейна в смеси с железом, глетом, углеродом и флюсами позволяет доизвлечь благородные металлы из штейна в веркблей, который затем купелируют с получением целевого серебряно-золотого сплава. Процессы плавки и купелирования, протекающие в конденсированных фазах, не сопровождаются значительными пылегазовыделениями, что в сравнении с прототипом характеризует заявляемый способ лучшими экологическими показателями и более высоким прямым извлечением благородных металлов в целевой сплав.

Физико-химическая сущность процесса разделительной плавки исходного концентрата гравитационного обогащения основывается на десульфуризующей способности металлического железа и ограниченной взаимной растворимости в жидком и твердом состоянии металлического золота, серебра и, соответственно, сульфидов и арсенидов железа типа FeS, FeAs.

При нагревании смеси исходного концентрата с железом, углеродом и флюсами происходит взаимодействие пирита, арсенопирита с железом по реакциям 1,2:
FeS₂ + Fe ⇄ 2FeS (1)
FeAsS + Fe ⇄ FeS + FeAs (2)
Расплавляясь при температуре ~ 1100-1200^oC моносульфид и моноарсенид железа образуют штейновую фазу расплава. Оксиды железа растворяются в легкоплавком шлаке на основе системы Fe_nO_m-SiO₂-Na₂O-B₂O₃-CaO. Основная доля золота и часть серебра образует металлический золотосеребряный сплав, который выделяется в виде самой тяжелой фазы расплава. Специальными исследованиями установлено, что в бинарных системах Au(Ag) - FeS(FeAs) существуют широкие области расслаивания на металлическую золотосеребряную и сульфоарсенидные фазы. В результате путем регулирования состава сульфоарсенидного расплава создаются условия методом ликвационного разделения отделять золото и серебро в металлическую фазу. Таким образом, при плавке исходного концентрата в смеси с металлическим железом, углеродом и флюсами образуются три конденсированных продукта - шлак, первичный штейн и золотосеребряный сплав, разделяющиеся по естественной границе раздела. Золотосеребряный сплав является целевым продуктом, шлак - условно-отвальным. Первичный штейн содержит в среднем около 1,0-1,5% золота и до 4-6% серебра, является промежуточным продуктом и подвергается обеднительной плавке.

Процесс обеднительной плавки первичного штейна реализуется по механизму пирометаллургической экстракции и основан на ограниченной взаимной растворимости металлического свинца и, соответственно, моносульфида и моноарсенида железа и на экстрагирующей способности свинца в отношении золота и серебра. В смесь для плавки первичного штейна входят металлическое железо, глет (PbO), углеродистый восстановитель и шлакообразующие флюсы. Железо вводится с целью разложения сульфида серебра по реакции 3:
Ag₂S + Fe ⇄ 2Ag + FeS (3)
Глет восстанавливается углеродом с образованием металлического свинца по реакции 4:
2PbO + C ⇄ 2Pb + CO₂ (4)
Шлакообразующие флюсы - бура, силикатное стекло и оксид кальция - вводятся для образования легкоплавкой защитной покрышки и для перевода процесса восстановления оксида свинца в область более высоких температур с целью совмещения по температуре процесса плавления штейна (~850-1000^oC) и движения из шлакового расплава капель жидкого свинца, что обеспечивает эффективный контакт фаз и экстракцию благородных металлов свинцом из штейна.

Набор и количество флюсов для плавки исходного концентрата гравитационного обогащения обеспечивает ошлакование шлакообразующих компонентов концентрата с образованием легкоплавкого шлака. Бура, силикатное стекло и оксид кальция берутся в примерном соотношении 4:4:1 соответственно, общее количество флюсов в шихте составляет 14,5-44%. Снижение расхода флюсов ниже заявляемого предела приводит к возрастанию температуры плавления шлаков и, соответственно, увеличению в них остаточного содержания золота и серебра. Увеличение содержания флюсов в шихте более 44% нецелесообразно, так как не улучшает показателей плавки.

Верхний и нижний предел содержания металлического железа в шихте обеспечивает при плавке концентратов, соответственно, с высоким и низким содержанием пирита и арсенопирита полноту процесса десульфуризации и образование устойчивых фаз моносульфида и моноарсенида железа. Выход за предельные содержания металлического железа в шихте приводит к возрастанию содержания благородных металлов в штейновой фазе и снижению извлечения их в целевой металлический сплав. При содержании железа ниже 8 % возрастает содержание золота и серебра в штейне в форме сульфидов. Превышение содержания железа за 25% приводит к образованию тугоплавкого металлизированного штейна также обладающего повышенной растворимостью в отношении металлического золота и серебра.

Количество вводимого в шихту углеродистого восстановителя 0,5-1,0%, по опытным данным, обеспечивает восстановительную среду и предотвращает интенсивное окисление металлического железа при нагреве и плавке смеси.

При переплавке первичного штейна шлакообразующие флюсы - бура, силикатное стекло и оксид кальция - берутся в примерном соотношении 4:4:1, при общем количестве в шихте 27-30%. Количество глета и углеродистого восстановителя в соотношении 9: 1 берется в количестве, обеспечивающем образование веркблея в массовом соотношении к штейну на уровне 1:1-1,5. Как показали специальные исследования, данное количество свинца обеспечивает достаточно полное извлечение золота и серебра в веркблей. При содержании глета в смеси ниже заявляемого предела велико остаточное содержание благородных металлов во вторичном штейне. Превышение содержания глета выше 35% не повышает существенно извлечение золота и серебра в веркблей и является перерасходом реагента.

Количество железа в смеси на переплавку первичного штейна обеспечивает достаточную степень разложения сульфида серебра. При расходе железа менее 2% возрастает остаточное содержание серебра и золота во вторичном штейне, при содержании более 4% повышается температура плавления штейна, что также снижает извлечение благородных металлов в веркблей и в целом расстраивает процесс плавки.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного введением операции разделительной плавки концентрата гравитационного обогащения и включением железа и оксида кальция в состав шихты для плавки первичного штейна. 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 переработки концентратов гравитационного обогащения соответствует требованию "изобретательского уровня", так как обеспечивает значительное сокращение пылевозгонов и потерь благородных металлов с пылями. В результате повышается эффективность переработки золотосодержащих концентратов гравитационного обогащения, что не следует явным образом из известного уровня техники.

Примеры использования заявляемого способа
Для экспериментальной проверки заявляемого способа использовали концентраты гравитационного обогащения, так называемые "золотые головки", составы которых приведены в таблице 1.

Приготовили пять шихт, каждая массой 100,0 г, три из которых соответствовали заявляемым, а две запредельным составам. Каждую шихту загружали в шамотовый тигель, расплавляли и выдерживали при температуре 1250^oC в течение 60 минут в тигельной печи с силитовыми нагревателями. По окончании плавки тигли извлекали из печи и охлаждали. Охлажденные продукты - шлак, первичный штейн и золотосеребряный сплав выбивали из тигля, разделяли по естественной границе раздела, взвешивали и анализировали на содержание элементов пробирным и химическим методами анализа. Первичные штейны опытов А-1, Б-1 и В-1 дробили до крупности менее 5 мм и смешивали с добавками и флюсами. Приготовленные пять шихт, каждая массой 100,0 г, три из которых соответствовали заявляемым, а две запредельным составам, загружали в шамотовые тигли, расплавляли и выдерживали при температуре 1150^oC в течение 60 минут в тигельной печи. По окончании плавки тигли извлекали из печи и охлаждали. Охлажденные продукты - шлак, вторичный штейн и веркблей выбивали из тигля, разделяли по естественной границе раздела, взвешивали и анализировали на содержание металлов пробирным и химическим методами анализа. Веркблей опытов А-1-1, Б-1-1 и В-1-1 купелировали на цементных капелях при температуре 900-950^oC в муфельной печи с силитовыми нагревателями. Полученные серебряно-золотые сплавы взвешивали и анализировали на содержание золота и серебра пробирным методом анализа.

Данные по составам шихт, выходу продуктов плавки, содержанию в них золота, серебра и неблагородных элементов операций разделительной плавки концентратов гравитационного обогащения, обеднительной плавки первичных штейнов и купелирование веркблеев приведены соответственно в таблицах 2, 3, 4. Приведенные данные и расчеты показывают, что использование заявляемого способа примеры А (Б, В)-1-1 позволяют получать целевые сплавы БМ с содержанием золота и серебра в сумме 84,37-95,19%, при этом общее извлечение золота в сплавы составляет 99,68-99,82%, а серебра 96,18-98,26%.

Пылевозгонов, связанных с диссоциацией пирита и арсенопирита при нагреве и плавке шихты практически не образуется, сера и мышьяк на 92-99% концентрируются во вторичном штейне. В этот же промпродукт извлекается 0,16-0,30% золота и 1,70-3,67% серебра.

Плавка исходных концентратов гравитационного обогащения при расходе добавок и флюсов в шихте выше или ниже заявляемых пределов (примеры А-2, В-2, таблица 2) приводит к увеличению содержания золота и серебра в шлаке или первичном штейне и, соответственно, снижает извлечение БМ в целевой золотосеребряный сплав.

Результаты примеров Б-1-2, В-1-2 (таблица 3) показывают, что обеднительная плавка первичного штейна при содержании добавок и флюсов в шихте выше или ниже заявляемых пределов также приводит к возрастанию содержания золота и серебра в шлаке и вторичном штейне, уменьшает извлечение золота и серебра в веркблей и, соответственно, в целевой серебряно-золотой сплав.

Пример использования способа-прототипа
Для сравнения показателей заявляемого способа и способа-прототипа провели опыт переработки концентрата гравитационного обогащения "Б" в соответствии с операциями и режимами прототипного способа.

Получаемые в опыте продукты анализировали на содержание золота, серебра и примесей пробирным и химическим методами анализа.

Для проведения операции окислительного обжига использовали муфельную электрическую печь сопротивления, вентиляционная система которой снабжена специальной камерой пылеулавливания.

Взяли 100,0 г концентрата "Б" крупностью частиц менее 1,0 мм, засыпали материал в противень из нержавеющей стали слоем высотой 8-10 мм и поместили противень в печь, предварительно разогретую до 500^oC. При данной температуре концентрат с периодическим перегребанием для предотвращения спекания и ограниченным доступом воздуха обжигали в течение двух часов. Затем температуру в печи подняли до 700^oC и при более полном доступе воздуха и периодическом перегребании обжигали материал два часа. В результате операции обжига получили 57,3 г огарка концентрата, 11,5 г пылевозгонов и диоксид серы, выделившийся в газовую фазу, расчетное количество которого составило 63,0 г. Огарок концентрата "Б" содержал, в мас.%: 15,85 Au; 13,47 Ag; 68,1 Fe₂O₃. Пылевозгоны содержали, в мас.%: 1,90 Au; 6,80 Ag; 48,8 As₂O₃; 36,4 Fe₂O₃; 2,1 Sb₂O₃.

Полученный огарок массой 57,3 г смешали с флюсами и добавками - 50,0 г соды; 45,0 г стекла; 70,0 буры; 5,5 г глета и 1,5 г древесного угля. Шихту загрузили в шамотовый тигель и проплавили при температуре 1250^oC с выдержкой в течение 60 минут. Охлажденные продукты разделили и взвесили. При этом получили 149,3 г шлака и 22,5 г веркблея. Шлак содержал, в мас.%: 0,002 Au; 0,005 Ag; 0,07 Pb; 25,5 Fe. Содержание металлов в веркблее составило, в мас. %: 40,35 Au; 34,27 Ag; 22,2 Pb; 2,9 Fe.

Веркблей затем прокупелировали на цементной капели в муфельной печи при температуре 950-1000^oC и получили 16,9 г целевого золотосеребряного сплава.

Данные по содержанию и распределению золота и серебра в конечных продуктах опыта приведены в таблице 5, сравнение достигнутых показателей от использования заявляемого и известного способов представлено в таблице 6.

Таким образом, данные таблицы 6 показывают, что использование заявляемого способа переработки концентратов гравитационного обогащения позволяет практически полностью исключить выбросы в газовую фазу диоксида серы и ликвидировать образование большого количества пылевозгонов, содержащих токсичный триоксид мышьяка, что в итоге положительно влияет на экологическое состояние производства. За счет ликвидации образования пылевозгонов обжига, содержащих БМ, повышается прямое извлечение благородных металлов в целевые сплавы, золота в среднем на 2% и серебра на 6,5%.

Для доказательства критерия "промышленное применение" следует указать, что заявляемый способ планируется испытать на ряде золотодобывающих предприятий России в течение 1999-2000 годов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент СССР N 1649815 А1, кл. C 22 B 11/02, 1989.

2. И.Н.Масленицкий, Л.В.Чугаев, В.Ф.Борбат и др. Металлургия благородных металлов.- М.: Металлургия, 1987.- c. 294 - 296 - прототип.

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к пирометаллургической переработке концентратов благородных металлов. Способ переработки концентратов гравитационного обогащения заключается в том, что материал смешивают с глетом, углеродистым восстановителем, флюсами и плавят с последующим разделением веркблея, штейна и шлака, а веркблей затем купелируют на получение целевого серебряно-золотого сплава. Перед плавкой материала на получение веркблея исходный концентрат гравитационного обогащения смешивают с металлическим железом, углеродистым восстановителем и флюсами, плавят с последующим разделением целевого золотосеребряного сплава, первичного штейна и шлака. Первичный штейн затем плавят с добавками металлического железа и оксида кальция. Способ позволяет повысить степень извлечения благородных металлов в целевые сплавы и повысить уровень экологической чистоты производства. 2 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Способ переработки концентратов гравитационного обогащения, содержащих благородные металлы, включающий плавку материала с добавками силикатного стекла, буры, глета и углеродистого восстановителя с получением веркблея и шлака, охлаждение, разделение продуктов и последующее купелирование веркблея с получением целевого сплава благородных металлов, отличающийся тем, что перед плавкой материала на получение веркблея исходный концентрат гравитационного обогащения смешивают с металлическим железом, углеродистым восстановителем, силикатным стеклом, бурой и оксидом кальция, смесь плавят с получением металлического золотосеребряного сплава, первичного штейна и шлака, полученные продукты охлаждают и разделяют по естественной границе раздела, затем к смеси первичного шейна с силикатным стеклом, бурой, глетом и углеродистым восстановителем добавляют металлическое железо и оксид кальция, проводят плавку, при этом получают вторичный штейн, который отделяют от других продуктов плавки по границе раздела. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрат гравитационного обогащения, металлическое железо, углеродистый восстановитель, силикатное стекло, буру и оксид кальция смешивают при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Железо металлическое - 8 - 25
Углеродистый восстановитель - 0,5 - 1
Силикатное стекло - 7 - 20
Бура - 5,5 - 19
Оксид кальция - 2 - 5
Концентрат гравитационного обогащения - Остальное
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что первичный штейн, силикатное стекло, глет, углеродистый восстановитель, железо металлическое, оксид кальция и буру смешивают при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Штейн первичный - 30 - 40
Силикатное стекло - 10 - 15
Глет - 25 - 35
Углеродистый восстановитель - 3 - 4
Железо металлическое - 2 - 4
Оксид кальция - 2 - 3
Бура - Остальное