СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СУЛЬФИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ, СОДЕРЖАЩИХ БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ Российский патент 2012 года по МПК C22B11/00 C22B3/06 

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.

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.

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.