Патент на изобретение №2164256

(54) СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СПЛАВОВ, СОДЕРЖАЩИХ БЛАГОРОДНЫЕ И ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к металлургии благородных металлов, в частности к пирометаллургической переработке сырья и концентратов золота и серебра. Способ переработки сплавов, содержащих благородные и цветные металлы, заключается в том, что исходный сплав смешивают с флюсом, содержащим карбонат натрия, оксид кальция, стекло, смесь расплавляют, расплав продувают кислородсодержащим газом, полученные рафинированный сплав благородных металлов и шлак затем охлаждают и разделяют. Новым является то, что в состав шлакообразующего флюса добавляют буру, а в качестве стекла используют силикатное стекло. Способ позволяет повысить эффективность процесса за счет снижения остаточного содержания золота и серебра в шлаке и повышения содержания в нем оксидов цветных металлов. 3 табл.

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов (БМ), в частности к пирометаллургической переработке сырья и концентратов золота и серебра.

Большая группа золотосеребряного сырья и концентратов – цементационные цинковые осадки, катодные осадки, вторичное сырье и промпродукты аффинажа перерабатываются с использованием операции обогатительной плавки. Целевым продуктом плавки является золотосеребряный сплав, состав которого в значительной степени зависит от состава исходного материала. Общее содержание золота и серебра в сплавах составляет в среднем 30-70%, остальное – цветные металлы. Для повышения содержания благородных металлов сплавы перед гидрометаллургической переработкой продувают окислительным газом в расплаве.

Известен способ переработки золотосеребряных сплавов путем обработки расплава газообразным хлором /1/. Цветные металлы при хлорировании переходят в хлоридовозгоны и частично в хлоридный шлак. Недостатками аналога являются высокие затраты, связанные с использованием хлора, а также необходимость последующей переработки хлоридного шлака и хлоридовозгонов, содержащих серебро.

Известен способ переработки золотосеребряных сплавов, который принят за прототип, как наиболее близкое к заявляемому техническое решение /2/.

По известному способу сплав, содержащий благородные и цветные металлы, смешивают с флюсом, включающим карбонат натрия, оксид кальция, стекло, смесь расплавляют и расплав продувают кислородсодержащим газом. Конденсированные продукты процесса – обогащенный целевой сплав благородных металлов и рафинировочный шлак затем разделяют.

Недостатками известного способа являются невысокая степень селекции благородных металлов от цветных, что выражается в повышенном содержании цветных металлов в целевом золотосеребряном сплаве и высоком содержании благородных металлов в рафинировочном шлаке. Причиной указанного недостатка является достаточно высокая, для условий реализации процесса, температура плавления наводимого рафинировочного шлака.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности переработки золотосодержащих сплавов окислительным рафинированием за счет снижения остаточного содержания золота и серебра в рафинировочном шлаке и повышения содержания в этих шлаках оксидов цветных металлов.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении селективности благородных металлов от цветных, вследствие понижения температуры плавления наводимого рафинировочного шлака.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе переработки сплавов, содержащих благородные и цветные металлы, включающем смешивание исходного сплава с флюсом, содержащим карбонат натрия, оксид кальция, стекло, расплавление смеси и продувку расплава кислородсодержащим газом, согласно изобретению флюс дополнительно содержит буру, в качестве стекла – силикатное стекло при следующем соотношении, мас.%:
Бура – 50-60
Оксид кальция – 5-10
Силикатное стекло и/или карбонат натрия – Остальное
причем смешивание проводят при массовом соотношении исходного сплава и флюса 1:(1-3).

Отличием предлагаемого технического решения от прототипа является состав флюса и уточнение его расхода на единицу рафинируемого сплава БМ.

В заявляемом способе используемый флюс позволяет получать неагрессивные шлаки с температурой плавления не выше 1000^oC, что позволяет при окислительном рафинировании золотосеребряных сплавов эффективно растворять в шлаках оксиды цветных металлов и снизить в них остаточное содержание благородных металлов.

Назначение компонентов флюса следующее. Бура (натрий тетраборнокислый Na₂B₄O₇ 10H₂O) используется как легкоплавкая основа образующегося нейтрального шлака, обладающая высокой экстрагирующей способностью к оксидным комплексам цветных металлов. Оксид кальция применяется как компонент флюса, повышающий межфазное поверхностное натяжение на границе шлак – металл, способствующий коалесценции капель золотосеребряного сплава и выделению их из шлаковой фазы. Силикатное стекло применяется как кислый компонент флюса с целью связывания в устойчивые силикатные комплексы типа [nMe’O mSiO₂] оксидов цинка, свинца, железа, проявляющих преимущественно щелочные свойства. Карбонат натрия как щелочной компонент флюса вводится для связывания оксидов мышьяка, сурьмы, висмута, олова, имеющих кислый характер с образованием легкоплавких соединений типа Na_nMe”O_m. Конкретный состав флюса берется исходя из состава рафинируемого сплава в расчете на образование нейтрального шлака.

Расход флюса в заявляемом способе определяется содержанием цветных металлов в исходном сплаве и оптимальным содержанием этих элементов в рафинировочных шлаках. Исследованиями установлено, что при содержании указанных примесей в рафинировочных шлаках выше 25-30% наблюдается заметная диссоциация некоторых оксидов цветных металлов или их испарение и переход в газовую фазу. Опытным путем установлено, что при содержании примесей в исходных сплавах на уровне 30-70% необходимое и достаточное количество флюса для максимального экстрагирования их оксидов в устойчивую шлаковую систему составляет 1-3 массовых частей на 1 массовую часть рафинируемого сплава.

Оптимальная продолжительность процесса окислительного рафинирования зависит от многих факторов – состава и массы рафинируемого сплава, состава и расхода кислородсодержащего газа, устройства агрегата, в котором ведется процесс. Визуально протекание процесса можно оценивать по цвету и физическим свойствам рафинированного сплава. В частности, приобретение сплавом устойчивого золотисто-серебряного цвета, высокой ковкости и пластичности свидетельствует о низком содержании примесей в сплаве и завершении процесса рафинирования.

Компоненты флюса – бура, оксид кальция, силикатное стекло (и/или карбонат натрия) берутся в примерном соотношении 6:1:3, соответственно.

По опытным данным снижение содержания буры и оксида кальция во флюсе приводит к возрастанию содержания золота и серебра в рафинировочном шлаке вследствие повышения его температуры плавления и снижения величины межфазного поверхностного натяжения. Превышение суммарного содержания буры и оксида кальция выше 70% приводит к снижению эффективности ошлакования примесей цветных металлов.

Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного составом флюса и его расходом на единицу рафинируемого сплава. 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 сплавов, содержащих благородные и цветные металлы, соответствует требованию “изобретательского уровня”, так как обеспечивает более высокие степени селекции благородных металлов от цветных и извлечения золота и серебра в целевой сплав, что не следует явным образом из известного уровня техники.

Примеры использования заявляемого способа
Для экспериментальной проверки заявляемого способа использовали золотосеребряные сплавы, составы которых приведены в таблице 1.

Опыты по рафинированию золотосеребряных сплавов проводили по следующей методике. Навеску сплава БМ массой 100,0 г загружали в корундовый тигель. Затем в тигель засыпали навеску флюса, состоящую из смеси порошков буры, оксида кальция, силикатного стекла и/или карбоната натрия. Тигель с материалом помещали в электрическую тигельную печь с силитовыми нагревателями и выдерживали при температуре 1150-1200^oC в течение 10 минут. Затем расплав продували воздухом с постоянным расходом при помощи вводимой в расплав корундовой трубки, подсоединенной к системе сухого сжатого воздуха. Продувку осуществляли в течение 30 минут. По окончании продувки расплав отстаивали в течение 10 минут и сливали в чугунную изложницу. Охлажденные продукты – рафинированный золотосеребряный сплав и шлак разделяли, взвешивали и анализировали на содержание элементов пробирным и химическим методом анализа.

Данные по составам смесей на рафинирование, выходу продуктов, содержанию и распределению в них золота, серебра и цветных металлов, металлоидов и железа приведены в таблице 2, примеры 1-5. Приведенные данные и расчеты показывают, что использование заявляемого способа, примеры 1-3, позволяет обогащать сплавы по содержанию золота и серебра в среднем в 1,4-2,7 раза с извлечением в рафинированный сплав 99,917-99,985% золота и 99,793-99,951% серебра. В рафинировочный шлак переходит 68,3-85,6% меди и до 97,6% электроотрицательных цветных металлов.

Использование флюса выше или ниже заявляемого предела по составу и расходу (примеры 4, 5) приводит к снижению степени селекции золота и серебра от цветных металлов, снижает извлечение БМ в целевой сплав или сопровождается перерасходом флюса на рафинирование.

Пример использования способа-прототипа
Для сравнения показателей заявляемого способа и способа-прототипа провели опыт окислительного рафинирования сплава “Б” в соответствии с режимами прототипного способа. В качестве флюса использовали смесь порошков оксида кальция, силикатного стекла и карбоната натрия. Количество компонентов флюса брали из расчета, чтобы при плавке получить примерно такую же массу рафинировочного шлака, как в примере N 2.

Результаты опыта – выход продуктов, содержание и распределение в них элементов представлены в таблице 2, пример 6.

Сравнение достигнутых показателей от использования заявляемого (пример 2) и известного способов представлено в таблице 3.

Данные таблицы 3 показывают, что использование заявляемого способа переработки сплавов, содержащих благородные и цветные металлы, позволяет в целом увеличить степень селекции золота и серебра от цветных металлов путем повышения содержания благородных металлов в целевом золотосеребряном сплаве и увеличением степени ошлакования примесей, а также снизить содержание благородных металлов в рафинировочных шлаках.

Для доказательства критерия “промышленное применение” следует указать, что заявляемый способ планируется испытать на ряде золотодобывающих предприятий России в 2000-2001 годах.

Источники информации
1. Масленицкий И.Н., Чугаев Л.В., Борбат В.Ф. и др. Металлургия благородных металлов. – М.: Металлургия, 1987. – С. 312- 315.

2. Плаксин И.Н. Металлургия благородных металлов.- М.: Металлургиздат, 1958. – С. 330 – прототип.

Формула изобретения

Способ переработки сплавов, содержащих благородные и цветные металлы, включающий смешивание исходного сплава с флюсом, содержащим карбонат натрия, оксид кальция, стекло, расплавление смеси, продувку расплава кислородсодержащим газом, отличающийся тем, что флюс дополнительно содержит буру, в качестве стекла – силикатное стекло, при следующем соотношении, мас.%:
Бура – 50 – 60
Оксид кальция – 5 – 10
Силикатное стекло и/или карбонат натрия – Остальное
причем смешивание проводят при массовом соотношении исходного сплава и флюса 1 : (1 – 3).

РИСУНКИ