способ переработки сульфидных концентратов, содержащих благородные металлы

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 SiO 2. 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.