Патент на изобретение №2169201

(54) ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВА БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии благородных металлов, в частности к пирометаллургической переработке концентратов благородных металлов, в частности к шихте при получении сплава благородных металлов. Шихты содержит силикатное стекло, фторид кальция и исходный концентрат. Новым является то, что шихта дополнительно содержит нитрат натрия. Изобретение позволяет повысить содержание благородных металлов в целевых сплавах при обогатительной плавке концентратов. 3 табл.

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

В сырьевом балансе производства золота и серебра существенную долю составляют концентраты с относительно высоким содержанием цветных металлов. В эту группу, в частности, входят концентраты гравитационного обогащения, так называемые “золотые головки”, получаемые при первичной переработке частично окисленных золотосодержащих руд верхних горизонтов месторождения и цинковые осадки, получаемые при цементационной обработке золотосодержащих цианистых растворов металлическим цинком. Указанные концентраты характеризуются относительно невысоким содержанием золота и серебра в сумме от 5 до 40% и серы от 0,2 до 10%. Особенностью данных продуктов является значительное содержание в них (от 35 до 70%) цветных металлов – свинца, цинка, меди, сурьмы, олова, а также железа. Причем данные примеси находятся в различных формах: в виде металлов, оксидов, карбонатов, сульфатов и сульфидов. Определенную долю концентратов (от 6 до 32%) составляют шлакообразующие оксиды кремния, магния, алюминия, кальция.

Данные концентраты перерабатывают преимущественно методом обогатительной плавки с получением целевого сплава благородных металлов.

Известна шихта для получения золотосеребряного сплава, включающая соду, буру, кварцевый песок и плавиковый шпат /1/. Основным недостатком данной шихты является повышенный пылеунос при нагревании и плавке шихты вследствие образования большого количества газов и паров воды, выделяющихся при разложении карбоната натрия и гидратированной буры.

Известна шихта для получения сплава благородных металлов, которая принята за прототип, как наиболее близкое к заявляемому техническое решение /2/. Известная шихта включает концентрат, содержащий благородные металлы, силикатное стекло и фторид кальция (CaF₂).

Недостатком шихты-прототипа для переработки концентратов, где цветные металлы присутствуют в металлической или сульфидной форме, является то, что в процессе плавки образуются сплавы с высоким содержанием цветных металлов, что обуславливает затем значительные затраты на переработку этих сплавов при аффинаже.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности переработки концентратов БМ с высоким содержанием цветных металлов, а именно повышение содержания благородных металлов в целевых сплавах при обогатительной плавке исходных концентратов.

Поставленная задача решается за счет технического результата, который заключается в повышении селективности процесса плавки за счет увеличения степени ошлакования примесей цветных металлов.

Указанный технический результат достигается тем, что известная шихта, включающая силикатное стекло, фторид кальция и концентрат, содержащий благородные и цветные металлы, согласно изобретению дополнительно содержит нитрат натрия (NaNO₃) при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Силикатное стекло – 25-48
Фторид кальция – 5-10
Нитрат натрия – 7-25
Концентрат, содержащий благородные и цветные металлы – Остальное
Назначение флюсов в заявляемой шихте следующее:
Силикатное стекло вводится как основа образующегося силикатно-натриево-кальциевого шлака, обладающего высокой экстрагирующей способностью по отношению к оксидам цветных металлов. Фторид кальция (флюорит или плавиковый шпат) применяется как флюс, понижающий вязкость шлака и повышающий межфазное натяжение на границе шлак-металл, способствующий коалесценции капель сплава благородных металлов и выделению их из шлаковой фазы. Нитрат натрия вводится как окислитель и основной флюс.

В процессе нагревания шихты при температуре выше 300^oC нитрат натрия разлагается по реакции 1.

Выделяющийся кислород энергично окисляет цветные металлы, образующиеся оксиды затем растворяются в шлаке. Продуктами плавки шихты являются целевой сплав благородных металлов и шлак. За счет дополнительного окисления и ошлакования цветных металлов при нагреве и плавке шихты достигается эффект более высокой селекции благородных металлов от цветных и получение целевого сплава с более высоким содержанием золота и серебра.

Количество флюсов в заявляемой шихте в основном определяется составом исходного концентрата и берется в расчете на образование шлака с оптимальными физико-химическими свойствами, достижение высокой степени извлечения золота и серебра в целевой сплав и селекции благородных металлов от цветных.

Специальными исследованиями установлено, что предельное суммарное содержание оксидов цветных металлов и железа в шлаке на основе системы Na₂O-SiO₂-CaO при температуре 1250-1350^oC составляет в среднем 35%. При превышении указанного содержания наблюдается диссоциация оксидов цветных металлов, особенно меди, повышается содержание в шлаке золота и серебра.

Также установлено, что необходимое и достаточное содержание фторида кальция в продуктивном шлаке системы SiO₂-Na₂O-CaO-CaF₂-Me_nO_m (где Me – Fe, Cu, Zn, Sb, Sn и др.) составляет 5-12%. При этом достигается снижение температуры плавления шлака до 1000-1100^oC, оптимальная величина вязкости и поверхностного натяжения шлакового расплава.

Верхний и нижний пределы содержания силикатного стекла в шихте обеспечивают при плавке концентратов соответственно с высоким и низким содержанием цветных металлов и железа образование устойчивых оксидных шлаковых комплексов этих металлов. Выход за предельные содержания силикатного стекла в шихте приводит к увеличению остаточного содержания благородных металлов в шлаке при расходе ниже заявляемого предела вследствие его тугоплавкости. Увеличение содержания стекла в шихте более 48% нецелесообразно, так как не улучшает показателей плавки.

Верхний и нижний пределы содержания в шихте фторида кальция обеспечивают при плавке оптимальную вязкость и поверхностные свойства шлакового расплава и относительно низкое остаточное содержание в шлаке благородных металлов.

Снижение содержания фторида кальция в шихте менее 5 % увеличивает вязкость образующегося шлака и снижает его поверхностное натяжение, что приводит к возрастанию остаточного содержания благородных металлов в шлаке. Увеличение содержания фторида кальция в шихте более 10% нецелесообразно, так как не улучшает показателей процесса.

Верхний и нижний пределы содержания нитрата натрия в шихте обеспечивают при плавке концентратов соответственно с высоким и низким содержанием цветных металлов и железа полноту их окисления и ошлакования.

Снижение содержания нитрата натрия в шихте менее 7,0% приводит к увеличению содержания цветных металлов в целевом золотосеребряном сплаве и, соответственно, уменьшает селективность процесса. Увеличение содержания нитрата натрия в шихте свыше 25% нецелесообразно, так как не повышает существенно степень селекции, но сопровождается заметным переходом в шлак серебра.

Сопоставительный анализ заявляемой шихты с прототипом показывает, что заявляемый состав шихты отличается от известного введением нового компонента – нитрата натрия. 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”.

Заявляемая шихта для получения сплава благородных металлов соответствует требованию “изобретательского уровня”, так как обеспечивает более высокую степень селективности процесса плавки и снижение затрат на переработку более богатых по благородным металлам сплавов при аффинаже. В результате повышается эффективность переработки концентратов благородных металлов, что не следует явным образом из известного уровня техники.

Примеры использования заявляемой шихты
Для экспериментальной проверки заявляемой шихты использовали измельченное силикатное оконное стекло, фторид кальция, нитрат натрия и концентраты благородных металлов. Концентрат “А” – цинковый осадок, полученный при восстановительной обработке порошком цинка золотосодержащих цианистых растворов. Концентраты “Б” и “В” – концентраты гравитационного обогащения, малосульфидные “золотые головки”, полученные при первичной переработке золотосодержащих руд верхних горизонтов месторождений. Составы концентратов приведены в табл. 1.

Приготовили семь шихт, каждая массой 100,0 г, три из которых соответствовали заявляемым, а четыре – запредельным составам. Каждую шихту загружали в шамотовый тигель, расплавляли и выдерживали при температуре 1300^oC в течение 60 минут в тигельной печи с силитовыми нагревателями. По окончании плавки тигли из печи извлекали и охлаждали. Охлажденные продукты – шлак и сплав благородных металлов выбивали из тигля и разделяли по естественной границе раздела и взвешивали. Пробу от сплавов брали высверливанием стружки в трех точках слитка, шлаки измельчали в порошок до крупности менее 0,3 мм. Продукты анализировали на содержание элементов с использованием пробирного и химического методов. Данные по составам шихт, выходу продуктов плавки, содержанию в них благородных и цветных металлов приведены в табл. 2.

Полученные данные показывают, что заявляемая шихта (оп. 1-3) позволяет получать высокие технологические показатели при обогатительной плавке концентратов благородных металлов. Высокая селективность процесса плавки достигается за счет двух основных факторов – интенсивного окисления примесей цветных металлов при разогреве шихты и образования шлака с оптимальными физико-химическими свойствами, эффективно растворяющего образующиеся оксиды. Расчеты на основе полученных результатов показывают, что извлечение неблагородных металлов в шлак составляет, %: цинка и железа 99,9; свинца 91,2-99,5; олова и сурьмы 89,0-97,3; меди 33,7-75,4. Остаточное содержание золота в шлаках составляет 0,014 – 0,019%; серебра – 0,087-0,104%. Содержание в целевых сплавах золота и серебра составляет 87,83-91,92% в сумме. Переход от заявляемых (оп. 1-3) к запредельным составам шихт (оп. 4-7) приводит к ухудшению показателей обогатительной плавки либо вследствие нерационального перерасхода флюсов, либо по причине возрастания потерь серебра и золота со шлаками.

Пример использования шихты-прототипа
Для сравнения показателей заявляемой шихты и шихты-прототипа провели опыт обогатительной плавки концентрата “А” по составу прототипной шихты. Шихта содержала, в граммах (%): силикатного стекла 48,0; фторида кальция 6,0; концентрата “А” 46,0. Плавку, разделение и анализ продуктов провели по вышеуказанной методике.

В результате плавки получили 3,8 г сплава благородных металлов и 95,7 г шлака. Целевой сплав БМ содержал, массовая доля, %: золота 46,75; серебра 26,74; меди 18,41; свинца 6,58; цинка 0,63; железа 0,05; серы 0,07. В шлаке, соответственно, содержалось, массовая доля, %: золота 0,018; серебра 0,092; меди 0,61; свинца 8,20; цинка 24,39; железа 0,19; серы 0,1.

Сравнение достигнутых показателей от использования заявленной (оп. 1) и известной шихт представлено в табл. 3.

Таким образом, данные таблицы 3 показывают, что использование заявляемой шихты для получения сплава благородных металлов позволяет в целом увеличить степень селекции благородных металлов от цветных путем повышения степени ошлакования примесей цветных металлов и содержание золота и серебра в целевых сплавах. Кроме того, примерно на 20% снижаются общие затраты на переработку обогащенных сплавов при аффинаже.

Для доказательства критерия “промышленное применение” следует указать, что заявляемую шихту планируется испытать на ряде золотодобывающих предприятий России в 2000 году.

Источники информации
1. Масляницкий И.Н., Чугаев Л.В., Борбат В.Ф. и др. Металлургия благородных металлов. – М.: Металлургия, 1987. -С. 183-185.

2. Патент 2109829 РФ, МПК C 22 B 11/02 Шихта для получения сплава благородных металлов /С. Г. Рыбкин, А. И. Карпухин. Заявлено 16.12.96/ Опубл. 27.04.98. Бюл. И. N 12, 1998.

Формула изобретения

Шихта для получения сплава благородных металлов, включающая силикатное стекло, фторид кальция и концентрат, содержащий благородные и цветные металлы, отличающаяся тем, что шихта дополнительно содержит нитрат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Cиликатное стекло – 25-48
Фторид кальция – 5-10
Нитрат натрия – 7-25
Концентрат, содержащий благородные и цветные металлы – Остальное

РИСУНКИ