СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ Российский патент 2009 года по МПК C22B11/02 

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам извлечения металлов платиновой группы, в частности, из труднообогащаемых материалов, таких как отвалы разрабатываемых месторождений.

Все способы обогащения минеральных руд основаны на «раскрытии» минеральных фаз и перераспределении полезного минерала по заданным физическим и химическим свойствам.

Известен способ извлечения металлов платиновой группы, включающий плавку исходного материала на основе халькогенидов неблагородных металлов, содержащих металлы платиновой группы, в присутствии углеродистого восстановителя и добавок с одновременным использованием соединений натрия и продуктов, содержащих металлические сплавы на основе железа. В качестве соединений натрия использовали карбонат натрия, сульфит натрия или тиосульфат натрия с последующим концентрированием извлекаемых металлов в металлической, в частности железной, фазе. Выделенный данный продукт измельчали, перерабатывали как концентрат аффинажного производства (RU 2112064 С, С22В 11/02, 27.05.98 г.).

Недостатком этого способа является то, что получаемый продукт является многокомпонентным тяжелым сплавом, требующим для выделения из него металлов платиновой группы большого расхода кислот, идущих на растворение основы в последующем аффинажном производстве, а также необходимость использования большого числа разнообразного оборудования.

В настоящее время получены подтверждения широкого распространения металлов платиновой группы (МПГ), в частности платины, в титаномагнетитовых рудах и в углеродистых черных сланцах, в которых вхождение МПГ находится на нано- и микроуровнях и обусловлено их равномерной рассеянностью. Получить промышленный концентрат МПГ путем механического воздействия на минералы метасоматических руд не удается. Химические методы гидрометаллургии для извлечения МПГ не эффективны.

Из уровня техники известен способ, технический результат которого - увеличение степени извлечения благородных металлов за счет увеличения при эвтектическом плавлении степени извлечения в сплав микродисперсных фаз (наночастиц) и атомов благородных металлов, находящихся в дислокациях (линейных дефектах) и микротрещинах кристаллических решеток исходных материалов. Для этого материал, из которого извлекают благородные металлы, смешивают с шихтой щелочного состава и проводят эвтектическое плавление смеси с получением сплава данных металлов. Смесь непосредственно перед плавлением подвергают механоактивации в течение 0,0833-2 часов при поддержании отношения подводимой мощности механической энергии к удельной поверхности смеси в интервале 0,0133-25 Вт×кг×м^-2. Эвтектическое плавление смеси ведут при температурах, лежащих в диапазоне выше 500°С. Отношение массы шихты к массе материала выбирают в интервале 0,75-2, а в качестве шихты используют смеси тетрабората натрия с карбонатом натрия, тетрабората натрия с бикарбонатом натрия, тетрабората натрия с карбонатом натрия и монооксидом свинца, тетрабората натрия с бикарбонатом натрия и монооксидом свинца (RU №2272084, МПК С22В 11/02, публ. 2006. 0320).

Причинами, препятствующими широкому использованию способа, являются:

- необходимость применения в процессе монооксидов свинца, что делает процесс экологически опасным,

- низкий процент извлечения МПГ из титаномагнетитовых руд при использовании этого способа.

Известен способ извлечения металлов платиновой группы, принятый за прототип, включающий плавку исходного материала в присутствии углеродистого восстановителя с последующим концентрированием извлекаемых металлов в железной фазе. Согласно изобретению в качестве исходного материала используют шихту, содержащую не менее 2 г/т металлов платиновой группы, силикатные, железные и сульфидные компоненты, углеродистый восстановитель берут в избытке для полного восстановления оксидных составляющих железа и металлов платиновой группы, плавку ведут до образования гетерогенного расплава сульфидной, силикатной и железной фаз с последующим отделением железной фазы, концентрирующей металлы платиновой группы, и подвергают ее окислительной обработке по полного выделения металлов платиновой группы (доменная и конверторная плавка) (RU 2224034, МПК С22В 11/02, публ. 2004.02.20).

Недостатком этого способа является необходимость полного восстановления оксидов железа, в результате продуктом извлечения получается многокомпонентный сплав на основе железа с низким содержанием в нем металлов платиновой группы. Поэтому для получения товарного продукта требуется обогащение данного сплава в 50-100 раз с помощью окислительной плавки в кислородном конверторе.

Кроме того, указанный способ не обеспечивает извлечение металлов платиновой группы, находящихся в рудных материалах и техногенных отходах в виде комплексных микровключений с углеродом, серой и кислородом, так называемых кластерах.

Технической задачей изобретения является создание условий, при которых возможно извлечение металлов платиновой группы из материалов, содержащих эти металлы в кристаллической решетке веществ, или в структурных углеродистых кластерах, или в ином виде, недоступном для их полноценного анализа, выделения и концентрирования.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение степени извлечения металлов платиновой группы из природных материалов экологически безопасными методами.

При этом обеспечивается повышение эффективности использования природных ресурсов, вовлечение в промышленную переработку с целью извлечения металлов платиновой группы целого ряда новых материалов:

- метасоматитов различных формационных типов, относимых к забалансовым рудам и породам,

- промпродуктов, эфелей, шламов, золошлаковых отходов ТЭС, работающих на буром и каменных углях.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе извлечения металлов платиновой группы, включающем плавку шихты, состоящей из материалов, содержащих металлы платиновой группы в железосодержащих компонентах, углеродистого восстановителя и шлакообразующих материалов, с концентрацией извлекаемых металлов в железной фазе, плавку шихты осуществляют в предварительно разогретой до температуры 1600-1700°C плазменно-дуговой печи постоянного тока с катодом, установленным на подине печи, в зону устойчивой дуги которой равномерно вводят шихту, плавят, выдерживают расплав при той же температуре до образования жидкотекучего расплава и концентрации его в зоне катода, при этом количество углеродистого восстановителя составляет 5-30% от необходимого расчетного количества для полного восстановления железа. При этом в качестве углеродистого восстановителя используют платиносодержащие углеродистые материалы, а в качестве материалов, содержащих металлы платиновой группы в железосодержащих компонентах, используют упорные платиносодержащие материалы.

Металлургическая переработка ведется в плазменно-дуговой печи постоянного тока специальной конструкции.

В зону устойчивой электрической дуги печи, внутреннее пространство которой разогрето предварительно до 1600-1700°C, вводится равномерно однородная смесь измельченных платиносодержащих оксидных материалов, платиносодержащих углеродных восстановителей и флюсов.

Электрическая мощность дуги подбирается таким образом, чтобы ее было достаточно для расплавления вводимой смеси в зоне дуги и получения жидких расплавов с температурой 1600-1700°C. При температуре ниже 1600°C вязкость шлака будет достаточно высокой, что будет затруднять концентрацию расплава Fe-Pt на подине печи; температура выше 1700°C может привести к снижению эксплуатационных свойств футеровки печи или необходимости применения высокоогнеупорных футеровочных материалов.

В зоне дуги происходит разрушение устойчивых микрокомплексов, содержащих металлы платиновой группы и оксидов железа, и образование ионов этих металлов и железа. Под действием электростатического и гравитационных полей ионы железа и металлов платиновой группы концентрируются в зоне катода, установленного в подине печи.

Количество углеродистого восстановителя составляет 5-30% от расчетного количества, необходимого для полного восстановления железа, чем обеспечивается частичное восстановление железа и обогащение получаемого расплава. Содержание восстановителя менее 5% не обеспечит количества восстановленного железа, необходимого для растворения платины; при содержании более 30% повышается тугоплавкость расплава и затруднение его слива.

Использование платиносодержащего углеродистого восстановителя позволяет дополнительно повысить процент извлечения металлов платиновой группы.

Количество и состав флюсов подбирается таким образом, чтобы обеспечить низкую вязкость жидкого расплава оксидов (шлака) при температуре 1600-1700°C.

В связи с неограниченной растворимостью в железе в жидком состоянии металлов платиновой группы на подине печи образуется однородный расплав железо-металлы платиновой группы. Для слива сплава, железо-металлы платиновой группы используется нижнее сливное отверстие, а для слива шлаков - верхнее сливное отверстие.

Полученный металлоконцентрат содержит более 1% металлов платиновой группы и из него на аффинажных предприятиях обычными химическими или электрохимическими методами извлекаются МПГ в чистом виде.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. В качестве исходной шихты брали:

1. 940 кг обогащенного титаномагнетита с содержанием окислов железа 70%, других примесей, состоящих из окислов Si, Ti, Al и др., в количестве 30% от обшей массы. По результатам анализов установлены следующие содержания МПГ, г/т.

Таблица 1. Метод анализа Pt Pd Rh Микропробирный нейтронно-активационный 1,88     Пробирно-атомно-эмиссионный 0,04 0,08 >0,02 Атомно-абсорбционный <0,02      

2. 30 кг коксованного недожога углей Павловского разреза Приморского края, полученного в результате сжигания углей на Владивостокской ТЭЦ-2, что составляет 30% от минимально необходимого количества углерода для полного восстановления железа в титаномагнетите.

Результаты анализов содержания металлов платиновой группы в недожоге углей приведены в таблице 2.

Таблица 2. Метод анализа Pt, г/т Pd г/т Rh г/т Атомно-абсорбционный 1,6 0,2 0,2 Пробирная плавка, атомная абсорбция 3,0 0,3 0,3

3. 300 кг негашеной извести производства ОАО «Жигули».

4. 30 кг вспененного вермикулита Кокшаровского месторождения.

Все компоненты шихты перемешали до однородной смеси и загрузили в бункер питателя, всего 1300 кг. Плазменно-дуговая печь предварительно была разогрета до температуры 1700°C на электропроводящей шихте. При работающей печи в режиме напряжение - 100 В, сила тока - 7000 А, в зону дуги с помощью питателя равномерно в течение 3 часов было введено 1300 кг шихты. После окончания ввода шихты расплав в печи был выдержан в течение 20 минут. Затем через верхнее сливное отверстие был слит жидкий шлак, около 1240 кг, а через нижнее сливное отверстие 47 кг расплава железо-металлы платиновой группы.

По данным анализов полученный металлоконцентрат имеет следующие содержания МПГ, г/т: в сплаве / в пересчете на исходный.

Таблица 3. Метод анализа Pt Pd Rh LA-ICP/MS 11280/40,8 1545/5,25 712/2,42 ICP/MS 11681/42,25 2671/9,08 979/3,33

В пересчете на суммарное содержание МПГ в исходных материалах шихты полученные содержания МПГ превышают показатели входных анализов в 20 раз, поэтому вычислить процент извлечения МПГ с помощью применяемого способа невозможно ввиду несовершенства лабораторных методов анализа на МПГ для углеродистых техногенных материалов и железосодержащих руд.

Пример 2. В качестве исходной шихты брали:

1. Восстановитель: 40 кг сланцев, количество углерода - 50% (20 кг), 5%. от необходимого расчетного количества для полного восстановления железа. Результаты анализов на содержание МПГ(г/т) приведены в Таблице 1.

Таблица 1. Метод анализа Pt Pd Rh Атомно-абсорбционный 0,5 0,2 0,2 Пробирная плавка, атомная абсорбция 2,0 0,4 0,4

2. 800 кг титаномагнетита, оксидов железа 75% и примесей, состоящих из оксидов Si, Ti, Al и др., в сумме составляющих >20% от общей массы. По результатам проведенных анализов установлены следующие содержания МПГ (г/т):

Таблица 2. Метод анализа Pt Pd Rh Микропробирный нейтронно-активационный 1,88     Пробирно-атомно-эмиссионный 0,04 0,08 >0,02 Атомно-абсорбционный <0,02    

3. 200 кг негашеной гранулированной извести производства ОАО «Жигули».

4. 40 кг вспененного вермикулита Кокшаровского месторождения.

Все компоненты шихты перемешали до однородной смеси и загрузили в бункер питателя, всего 1080 кг шихты. Плазменно-дуговая печь была предварительно разогрета до температуры 1600°C на электропроводящей шихте.

При работающей в автоматическом режиме печи (U=100В; I=7000А) в зону дуги с помощью питателя равномерно в течение 2,5 часов была введена вся шихта. После окончания ввода шихты расплав в печи был выдержан в течение 20 мин.

Затем через верхнее сливное отверстие был слит жидкий шлак около 1000 кг, а через нижнее сливное отверстие - 41 кг расплава железо-металлы платиновой группы.

По данным анализов полученный металлоконцентрат имеет следующие содержания МПГ, г/т: в сплаве / в пересчете на исходный материал.

Таблица 3. Метод анализа Pt Pd Rh LA-ICP/MS 10448/51,0 1065/5,2 1220/5,9 ISP/MS 10600/51,2 1080/5,3 1320/6,3

В пересчете на суммарное содержание МПГ в исходных материалах шихты полученные содержания МПГ превышают показатели входных анализов в 25 раз, поэтому вычислить процент извлечения МПГ с помощью применяемого способа невозможно ввиду несовершенства лабораторных методов анализа на МПГ для углеродистых техногенных материалов и железосодержащих руд.

Из приведенных примеров следует, что полученные содержания МПГ превышают показатели входных анализов в 20-25 раз. Реальное извлечение МПГ составляет 40-45 г с 1 т обрабатываемых руд.

Изобретение относится к металлургическому способу извлечения металлов платиновой группы (МПГ), в частности, из труднообогащаемых материалов, таких как отвалы разрабатываемых месторождений. Способ включает плавку шихты, состоящей из материалов, содержащих металлы платиновой группы в железосодержащих компонентах, углеродистого восстановителя и шлакообразующих материалов, с концентрацией извлекаемых металлов в железной фазе. Плавку шихты осуществляют в предварительно разогретой до температуры 1600-1700°С плазменно-дуговой печи постоянного тока с катодом, установленным на подине печи, при равномерном введении шихты в зону устойчивой дуги. После введения шихты ее плавят и выдерживают расплав при той же температуре до образования жидкотекучего расплава и концентрации его в зоне катода. При этом количество углеродистого восстановителя составляет 5-30% от необходимого расчетного количества для полного восстановления железа. Техническим результатом изобретения является повышение степени извлечения МПГ из материалов, содержащих эти металлы в кристаллической решетке веществ, или в структурных углеродистых кластерах, или в ином виде, недоступном для их полноценного анализа, выделения и концентрирования. 2 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Способ извлечения металлов платиновой группы из материалов, содержащих металлы платиновой группы в железосодержащих компонентах, включающий плавку шихты, состоящей из материалов, содержащих металлы платиновой группы в железосодержащих компонентах, углеродистого восстановителя и шлакообразующих материалов, с концентрацией извлекаемых металлов в железной фазе, отличающийся тем, что плавку шихты осуществляют в предварительно разогретой до температуры 1600-1700°С плазменно-дуговой печи постоянного тока с катодом, установленным на подине печи, при равномерном введении шихты в зону устойчивой дуги, плавят ее и выдерживают расплав при той же температуре до образования жидкотекучего расплава и концентрации его в зоне катода, при этом количество углеродистого восстановителя составляет 5-30% от необходимого расчетного количества для полного восстановления железа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродистого восстановителя используют платиносодержащие углеродистые материалы.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве материалов, содержащих металлы платиновой группы в железосодержащих компонентах, используют упорные платиносодержащие материалы.