СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ КОНЦЕНТРАТОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЦВЕТНЫЕ И БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ Российский патент 2003 года по МПК C22B11/02 

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

Целевым продуктом гравитационно-флотационной переработки серебросодержащих руд является флотационный концентрат. Получаемые флотационные концентраты содержат оксидные компоненты: 45-65% SiО₂, 4-8% Аl₂О₃, 7-10% Fе₂О₃, 10-12% суммы CaO, MgO, K₂O, Na₂O, а также 6-18% железа и цветных металлов - свинца, меди и цинка, в форме сульфидов и сульфатов. Золота в концентратах в среднем содержится 5-50 г/т, серебра 6000-25000 г/т.

Известны способы переработки серебросодержащих концентратов в производстве меди и свинца, где концентраты используются в качестве кислого флюса при конвертировании медных штейнов или шахтной плавке свинцовых концентратов. В процессе переработки благородные металлы коллектируются в черновой меди или свинце и извлекаются при рафинировании цветных металлов [1]. Недостатками способов являются существенные потери благородных металлов в многооперационном производстве меди и свинца.

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

По известному способу исходный концентрат подвергают окислительно-восстановительному обжигу при температуре 600^oС до достижения в огарке массового соотношения сульфидной и сульфатной серы на уровне 1:2-3. Полученный огарок смешивают с карбонатом кальция, смесь плавят при температуре 1200^oС и полученные продукты - шлак и целевой металлический сплав, концентрирующий серебро и золото, после охлаждения разделяют по границе раздела.

Недостатками известного способа являются существенные потери благородных и цветных металлов со шлаками - 1,6-2,4% золота и серебра и до 70-90% меди, свинца и цинка.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение извлечения благородных и цветных металлов в целевые продукты при пирометаллургической переработке концентратов БМ, полученных при гравитационно-флотационном обогащении серебросодержащих руд. Поставленная задача решается за счет технического результата, который заключается в снижении остаточного содержания данных металлов в отвальном шлаке и увеличении степени селекции благородных и цветных металлов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе переработки концентратов, содержащих цветные и благородные металлы, включающем смешивание концентрата с карбонатом натрия и карбонатом кальция, плавку смеси с получением шлака и металлического сплава, охлаждение и разделение конденсированных продуктов плавки, согласно изобретению в смесь дополнительно вводят сульфат кальция и углеродистый восстановитель, смесь плавят с получением первичного штейна и отвального шлака, затем после отделения первичный штейн смешивают с металлическим железом, сульфатом натрия и углеродистым восстановителем и плавят смесь с получением вторичного штейна и металлической формы, содержащей благородные металлы. При этом концентрат, карбонат натрия, карбонат кальция, сульфат кальция и углеродистый восстановитель смешивают при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:
Карбонат натрия - 20-30
Карбонат кальция - 15-25
Сульфат кальция - 2-5
Углеродистый восстановитель - 0,5-2,0
Концентрат, содержащий цветные и благородные металлы - Остальное
Первичный штейн, металлическое железо, сульфат натрия и углеродистый восстановитель смешивают при следующем соотношении компонентов в смеси, мас. %:
Железо металлическое - 4-6
Сульфат натрия - 10-12
Углеродистый восстановитель - 1-2
Штейн первичный - Остальное
Отличием предлагаемого технического решения от прототипа является состав смеси на обогатительную плавку концентрата и введение операции осадительной плавки первичного штейна.

Обогатительная плавка исходного концентрата с добавками шлакообразующих флюсов, сульфидизатора и углеродистого восстановителя обеспечивает высокую степень концентрирования цветных и благородных металлов в фазе первичного штейна и получение отвальных шлаков с низким остаточным содержанием цветных и благородных металлов. Последующая осадительная плавка первичного штейна в смеси с железом, сульфатом натрия и углеродистым восстановителем с получением вторичного штейна и металлического сплава позволяет произвести селекцию благородных и цветных металлов. Во вторичном штейне концентрируется железо, медь и цинк, а в металлическую фазу - веркблей - переходит основная доля свинца и благородных металлов.

Обогатительная плавка исходного концентрата в смеси с флюсами и добавками ведется на получение относительно легкоплавкого шлака на основе системы Na₂О-SiО₂-CaO и полиметаллического сульфидного сплава - первичного штейна. Образование штейновой фазы протекает за счет восстановления сульфатов и плавления сульфидов, присутствующих в исходном концентрате, а также вследствие дополнительного сульфидирования металлов по реакциям 1-4




В температурном диапазоне 1100-1200^oС во всем объеме расплавляемой шихты происходит коалесценция и оседание более тяжелых, чем шлак, капель сульфидов металлов. При этом достигается высокая степень коллектирования благородных металлов в формирующуюся штейновую фазу.

Физико-химическая сущность процесса осадительной плавки первичного штейна в заявляемом способе основывается на более высоком сродстве железа к сере в сравнении с золотом, серебром и свинцом и на ограниченной взаимной растворимости в жидком и твердом состоянии благородных металлов и свинца и полисульфидной системы Na₂S-Me_nS_m, где Me - железо, медь, цинк.

При нагревании и плавке первичного штейна в смеси с металлическим железом, сульфатом натрия и углеродистым восстановителем протекает реакция образования сульфида натрия (Na₂S) (5) и реакции замещения (6, 7)



Выделяющиеся благородные металлы и свинец образуют тяжелую металлическую фазу, которая отделяется от легкой штейновой фазы по границе ликвационного разделения. По окончании плавки и охлаждении расплава целевые продукты разделяются по границе ликвации. Веркблей в среднем содержит до 35% благородных металлов и около 60% свинца. Вторичный штейн содержит до 3% серебра и 25-30% меди и цинка в сумме. Полученные продукты перерабатываются на профильных предприятиях с извлечением всех ценных компонентов.

Верхние и нижние пределы содержания карбоната натрия и карбоната кальция в шихте на обогатительную плавку обеспечивают образование относительно легкоплавких шлаков соответственно при высоком и низком содержании шлакообразующих компонентов в исходном серебросодержащем концентрате.

Выход за пределы содержания карбоната натрия и кальция в шихте приводит к увеличению остаточного содержания благородных и цветных металлов в шлаке при расходе ниже заявляемого предела вследствие его тугоплавкости. Увеличение содержания карбоната натрия в смеси более 30% и карбоната кальция более 25% нецелесообразно, так как показатели плавки не улучшаются.

Верхний и нижний пределы содержания в смеси сульфата кальция и углеродистого восстановителя, по опытным данным, обеспечивают высокую степень коллектирования цветных и благородных металлов в первичном штейне, соответственно при высоком и низком содержании этих металлов в исходном концентрате. При содержании сульфата кальция ниже 2%, а углеродистого восстановителя менее 0,5% возрастает остаточное содержание благородных металлов в шлаке вследствие недостаточной степени коллектирования их сульфидами цветных металлов и железа. Превышение содержания сульфата кальция выше 5% и углеродистого восстановителя более 2% не увеличивает существенно извлечение благородных металлов в первичный штейн и является перерасходом реагентов.

При осадительной плавке первичного штейна верхний и нижний пределы содержания железа в смеси обеспечивают высокую степень извлечения благородных металлов в веркблей соответственно при высоком и низком суммарном содержании серебра и свинца в первичном штейне. При расходе железа менее 4% снижается извлечение благородных металлов в веркблей, при содержании более 6% возрастает температура плавления вторичного штейна и снижается степень селекции благородных и цветных металлов. В заявляемом способе в качестве металлического железа используются стальная и чугунная стружка или железный скрап, выделяемый магнитной сепарацией в схеме гравитационного обогащения руд, содержащих благородные металлы.

Верхний и нижний пределы содержания сульфата натрия и углеродистого восстановителя в смеси обеспечивают при плавке образование необходимого и достаточного количества сульфида натрия для его содержания в штейне на уровне 5-10%, которое способствует легкому отделению по границам ликвации вторичного штейна и веркблея после охлаждения. При содержании в смеси сульфата натрия и углерода ниже заявляемого предела затрудняется разделение охлажденного вторичного штейна и веркблея. Превышение содержания сульфата натрия за 12% и углерода более 2,0% не улучшает показатели операции.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного введением новых компонентов в состав смеси на обогатительную плавку исходного концентрата - сульфата кальция и углеродистого восстановителя - и введением новой операции - осадительной плавки получаемого 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, содержащих цветные и благородные металлы, соответствует требованию "изобретательского уровня", так как обеспечивает более высокое извлечение благородных и цветных металлов в целевые продукты пирометаллургической переработки исходных концентратов, 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 0,5 мм и флотационные серебросодержащие концентраты Дукатского ГОКа. Составы концентратов с различным содержанием основных компонентов приведены в таблице 1.

Приготовили семь шихт, каждая массой 100,0 г, три из которых соответствовали заявленным, а четыре - запредельным составам. Каждую шихту загружали в шамотовый тигель, расплавляли и выдерживали при температуре 1250^oС в течение 60 минут в тигельной печи с карбидокремниевыми электронагревателями. По окончании плавки тигли извлекали из печи и охлаждали. Продукты плавки - шлак и штейн - выбивали из тигля, разделяли, взвешивали и анализировали на содержание элементов пробирным и химическим методами анализа.

Данные по составам шихт, выходам продуктов обогатительной плавки, содержанию в них благородных и цветных металлов приведены в таблице 2.

Полученные данные показывают, что обогатительная плавка концентратов в заявленном способе позволяет эффективно коллектировать благородные и цветные металлы в первичный штейн и получать шлаки с низким остаточным содержанием металлов: серебра на уровне 0,012-0,018%, цветных металлов от 0,02 до 0,59%. Переход от заявляемых (опыты 1-3) к запредельным составам смесей на плавку концентратов приводит к ухудшению показателей процесса либо вследствие увеличения потерь благородных и цветных металлов со шлаками, либо по причине нерационального перерасхода реагентов.

Первичные штейны, полученные по условиям опытов 1, 2, 3, дробили до крупности менее 2 мм и смешивали с чугунной стружкой и порошком сульфата натрия и древесным углем. Приготовленные пять шихт, каждая массой 100,0 г, три из которых соответствовали заявленным, а две запредельным составам, загружали в графитошамотовые тигли ТГН-3. Поверх шихты в качестве защитной покрышки от окисления и возгонки сульфидных расплавов в каждый тигель насыпали 50 г шлаков, полученных в опытах обогатительной плавки концентратов. Тигли с шихтой выдерживали при температуре 1150^oС в течение 60 минут в тигельной печи. По окончании плавки тигель извлекали из печи и сливали расплав в чугунную круглую коническую изложницу. Полученные целевые продукты - вторичный штейн и веркблей - после охлаждения разделяли по границам раздела, взвешивали и анализировали на содержание металлов пробирным и химическим методами анализа.

Результаты опытов осадительной плавки первичных штейнов приведены в таблице 3.

Результаты примеров А-1-1, Б-1-1 и В-1-1 (таблица 3) показывают, что осадительная плавка штейна первичного позволяет эффективно разделять золото, серебро и свинец от меди, цинка и железа. При содержании добавок в смеси на плавку выше или ниже заявляемых пределов показатели селекции металлов снижаются, в штейне возрастает остаточное содержание серебра и свинца, уменьшается выход веркблея (примеры А-1-2, В-1-2).

Пример использования способа-прототипа.

Для сравнения показателей заявляемого способа и способа прототипа провели опыт переработки концентрата "Б" по технологии способа прототипа. Концентрат массой 100,0 г смешали с порошком древесного угля массой 5,0 г. Смесь усреднили, загрузили в керамический противень толщиной слоя до 10,0 мм и обжигали в муфельной электропечи при температуре 600^oС в течение 40 минут. Полученный огарок массой 103,7 г смешали с карбонатом натрия - 60,0 г и карбонатом кальция - 52,0 г. Плавку, разделение и анализ продуктов провели по методике, изложенной в примерах переработки концентратов заявляемым способом.

В результате плавки получили 2,8 г целевого металлического сплава и 158,4 г шлака. Целевой сплав содержал 0,109 % золота, 61,26 % серебра, 8,41 % меди, 26,35 % свинца, 0,12 % цинка. В шлаке соответственно содержалось 0,4 г/т золота, 232,0 г/т серебра, 0,61 % меди, 1,78 % свинца, 3,09 % цинка.

Сравнение достигнутых показателей от использования заявленного и известного способов переработки концентрата "Б" представлено в таблице 4.

Данные таблицы 4 показывают, что использование заявленного способа позволяет повысить извлечение в целевые продукты - штейн вторичный плюс веркблей - золота и серебра на 0,76% и цветные металлы на 76,1 - 88,7%. За счет исключения весьма затратной и трудоемкой операции обжига примерно на 10-15% сокращаются общие затраты на переработку исходного концентрата.

Для доказательства критерия "промышленное применение" заявленный способ испытан в укрупненном масштабе, запланированы его полупромышленные испытания на базе ОАО "Иргиредмет".

Источники информации
1. Лодейщиков В.В. Рациональное использование серебросодержащих руд./ В. В.Лодейщиков, К.Д. Игнатьева. - М.: Недра, 1973. - С. 134-160.

2. Патент РФ 2162897 МКИ¹ С 22 В 11/02. Способ извлечения благородных металлов из серебросодержащих концентратов./ С.Б.Полонский, В.И.Седых, И.М. Седых (Россия) 99125854/02; Заяв. 07.12.22, опубл. 10.02.2001 г., Бюл. 4 - прототип.

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к пирометаллургической переработке концентратов, содержащих серебро и золото. Способ переработки концентратов, содержащих цветные и благородные металлы, заключается в том, что концентрат смешивают с карбонатом натрия и карбонатом кальция, смесь плавят и полученные - шлак и металлический сплав, коллектирующий благородные металлы, охлаждают и разделяют. Новым является то, что в состав смеси на плавку добавляют сульфат кальция и углеродистый восстановитель, плавку ведут на получение первичного штейна. Полученный штейн первичный затем смешивают с металлическим железом, сульфатом натрия и углеродистым восстановителем, смесь плавят и полученные целевые конденсированные продукты - штейн вторичный и металлический сплав - веркблей - охлаждают и разделяют. Технический результат заключается в снижении остаточного содержания металлов в отвальном шлаке и увеличении селекции благородных и цветных металлов. 2 з.п.ф-лы, 4 табл.

1. Способ переработки концентратов, содержащих цветные и благородные металлы, включающий смешивание концентрата с карбонатом натрия и карбонатом кальция, плавку смеси, охлаждение и разделение продуктов плавки, отличающийся тем, что в смесь дополнительно вводят сульфат кальция и углеродистый восстановитель, смесь плавят с получением первичного штейна и отвального шлака, затем первичный штейн смешивают с металлическим железом, сульфатом натрия и углеродистым восстановителем и смесь плавят с получением вторичного штейна и металлической фазы, содержащей благородные металлы.2. Способ по п.1 отличающийся тем, что концентрат, карбонат натрия, карбонат кальция, сульфат кальция и углеродистый восстановитель смешивают при следующем соотношении компонентов в смеси, мас.%:

Карбонат натрия 20,0-30,0

Карбонат кальция 15,0-25,0

Сульфат кальция 2,0-5,0

Углеродистый восстановитель 0,5-2,0

Концентрат, содержащий цветные и благородные металлы Остальное

Железо металлическое 4,0-6,0

Сульфат натрия 10,0-12,0

Углеродистый восстановитель 1,0-2,0

Штейн первичный Остальное