Чугаев Л.В. Металлургия благородных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

Плазменная плавка характеризуется высокими и сверхвысокими

температурами, при которых вещество находится в газононизированном

состоянии. Для пирометалдургических операций наиболее устойчивой

является плазма на основе аргона или его смеси с водородом лнбо

азотом, образуемая электрическим разрядом постоянного тока в ду-

говых либо струйных плазмотронах. Коэффициент полезного действия

плазмотронов невелик — дуговых 10—15, струйных 2—3 %. Принци-

пиальные схемы основных типов плазменных установок показаны на

.рис. 151—152.

Рис. 151. Принципиальные схемы основных типов плазменных установок:

1 — корпус печн; 2 — плазмотрон; 3 — преобразователь тока; 4 — сеть переменно-

то тока; 5 — переключатель с дугового иа струйный режим; 6 — расходуемый

электрод (компактная шихта); 7 — катушка для перемешивания расплава; 8 —

аподовый электрод; 9—кристаллизатор; 10, 11— шихта, расплав; 12 — слиток

421s

Плазменные установки по сравнению с плавильными агрегатами

других типов имеют следующие преимущества:

1) плазменная струя может состоять из любой необходимой смеси

газов, что позволяет поддерживать в печи любую атмосферу — окис-

лительную, восстановительную, нейтральную;

2) плазменный переплав в сочетании с кристаллизацией расплавов

в водоохлаждаемых кристаллизаторах исключает необходимость огне-

упорной футеровки печи и слитков. Это выгодно отличает плазменную

Рис. 152. Плазмотрон с медным водоохлаждаемым анодом:

/ — винт для регулировки положения катода; 2 — подвижной держатель

катода с токоподводом; 3 — изолятор из плавленного базальта; 4 — теф-

лонный изолятор; 5—изолятор из пластмассы; 6 — стартер; 7—катод;

8 — анод (сопло)

422s

•плавку от высокотемпературной электроиндукционной тигельной плав-

ки как открытого, так и закрытого, особенно вакуумного, исполнения,

где возможно такое загрязнение;

3) условия дегазации в плазменных установках с нейтральной ат-

мосферой приближаются к условиям дегазации при плавке в вакуум-

ных электроиндукционных и электроннолучевых печах, оборудованных

дорогостоящими откачивающими системами, так как парциальные дав-

ления кислорода, водорода и азота в атмосфере плазменной установки

с плазмотроном, работающим на инертном газе, невелики. Так, плавка

Рис. 153. Вакуумные электронно-лучевые миогопушечные установки для

переплавки металлов и сплавов с полунепрерывной отливкой слитков (а)

и для зонной плавки (б):

/ — корпус печи; г—компактная шихта; 3 — сыпучая шихта; 4 — загруз-

чик сыпучей шихты; 5 — электронные пушки; 6 — фокусирующие катушки;

7 — отклоняющие катушки; 8 — пластинчатые экраны—конденсаторы лету-

чих примесей; 9 — линии сфокусированных пучков; 10 — кристаллизатор;

//— отливаемый слиток; 12 — очищаемый слиток; 13 — водоохлаждаемые

экраны для гашения электронных пучков, прошедших мимо слитка; 14 —

смотровые окна

в атмосфере нейтрального газа (—0,05 % активных газов) термоди-

намически эквивалентна процессу в вакууме 0,5 мм рт. ст.;

4) плавка в плазменных установках, в отличие от вакуумной в

установках любого типа (индукционных, дуговых, электроннолучевых),

благодаря атмосферному давлению в рабочем пространстве печи со-

провождается значительно меньшими испарениями (и, следовательно,

потерями) как основных, так и легирующих (особенно легколетучих)

•компонентов;

5) достигаются высокие и легко регулируемые температуры, обе-

спечивающие надежную стабильность процесса;

423s

6) создаются весьма высокие скорости плавления вследствие кон-

центрации энергии в малом объеме, значительной скорости потока

плазмы и очень быстрой передачи тепла нагреваемым металлам и спла-

вам при сравнительно небольшой потере энергии на излучение;

7) обеспечивается простота конструктивно-технологического оформ-

ления, значительно сокращаются капитальные затраты на изготовле-

ние по сравнению с вакуумными индукционными и электронно-лучевы-

ми установками.

Электронно-лучевая плавка (рис. 153), осуществляемая в глубоком

вакууме, является одним из перспективных методов переплавки дра-

гоценных металлов и сплавов с наиболее высокими температурами

плавления, особенно для зонной пирометаллургической перекристалли-

зации платины и металлов платиновой группы.

Электронная оптика позволяет весьма точно регулировать пара-

метры поддержания нужной зоны плавления. Так, ширину, глубину и

температуру зоны плавления можно регулировать, изменяя количество

и угол наклона подводимой энергии к площади сфокусированного пуч-

ка. Возможность изменения скорости расплавления создает благо-

приятные условия для выгорания летучих примесей. При этом по

сравнению с дуговой плавкой улучшаются также условия кристалли-

зации расплава. Слитки могут быть выплавлены не только из ком-

пактной, но и из порошкообразной шихты. Применение в электронно-

лучевых установках электронного пучка, требующего глубокого вакуу-

ма и позволяющего развивать весьма высокие температуры (до

5000 °С), обеспечивает достижение высокой степени очистки расплавов

и кристаллизуемых из них слитков от газовых и других примесей.

Вместе с тем, необходимость глубокого вакуума в электронно-лучевых

печах является и наиболее существенным их недостатком (как любой

вакуумной печи), поскольку вакуум существенно влияет на летучесть

не только примесей, но и компонентов сплавов, и чем он глубже, тем

больше потери металлов. Если для цветных и черных металлов и спла-

вов этим фактором можно в значительной мере пренебречь, то при

определении целесообразности электронно-лучевой плавки драгоценных

металлов и сплавов этот фактор имеет первостепенное значение и его

нельзя игнорировать.

Не случайно, что в пирометаллургическом производстве драгоцен-

ных металлов электроино-лучевая плавка, несмотря на ее преимуще-

ства, пока применяется крайне ограниченно — только для получения

особо чистых металлов способом зонной перекристаллизации,

§ 6. Переработка вторичного платинусодержащего сырья

Как правило, все разновидности вторичного платинусодержащего сырья

перерабатывают на аффинажных и металлургических предприятиях.

Сырьем для аффинажных заводов служат лом изделий из платины и

сплавов благородных и цветных металлов; платиновые концентраты

(не менее 10—15 % Pt и Pd), получаемые на заводах вторичных бла-

городных металлов при переработке бедного сырья, в частности, от-

работанных платиновых катализаторов; выломки футеровок печей для

плавки благородных металлов и т. п.

На металлургические заводы направляют сырье, сравнительно бед-

ное по содержанию платиновых металлов, например, отработанные ка-

тализаторы некоторых типов, содержащие 0,05—0,5 % Pt и Pd.

Одним из распространенных видов вторичного платинусодержаще-

го сырья являются отработанные платиновые катализаторы химичес-

424s

ких и нефтехимических производств. В качестве носителя (основы) в

таких катализаторах используют оксид алюминия, силикагель, алюмо-

силикаты и другие материалы. Платиновые и палладиевые катализато-

ры на основе оксида алюминия — это преимущественно гранулы цилинд-

рический (диаметр 2—12, высота 2—10 мм) и шарообразной (диаметр

3—5 мм) формы, а также компактные сотово-сетчатые изделия. Содер-

жание платины и палладия в них изменяется от 0,05 до 10%. Ниже

приведены составы отработаного катализатора АП — 56, %:

Pt А1

SiO, Fe„0

С1

С Прочие

Гидрирование .... 0,44 87,0 1,35 0,11 0,05 0,05 5,6

Нефтепереработка . . . 0,44 80,6 1,10 0,10 1,63 0,30 9,3

Переработку отработанных катализаторов на основе оксида алю-

миния условно осуществляют двумя методами обеспечивающими: 1) вы-

деление основы (А1

) С получением концентрата благородных ме-

таллов; 2) извлечение благородных металлов, ие затрагивая при этом

основы.

К методам первой группы относятся различные варианты сульфа-

тизации. Так называемая «сухая» сульфатизация осуществляется сма-

чиванием материала концентрированной серной кислотой, взятой в трех-

кратном избытке по отношению к твердому, и прокаливанием при

300 °С. Процесс осуществляют в подовых печах с механическим пере-

гребаиием или во вращающихся трубчатых печах. Охлажденный спек

выщелачивают водой. Выход нерастворимого остатка составляет 12—

13 % массы исходного материалы. При переработке катализатора

АП—56 содержание платины в кеке выщелачивания повышается до

4,6—4,8 %. Если растворение спека вести в 10 %-ном растворе H

то содержание платины в полученном концентрате достигает 7,5—

•8,5 %.

В целях повышения качества концентратов предложена комбини-

рованная технологическая схема, включающая предварительное серно-

кислотное выщелачивание оксида алюминия в 10—12 %-ном растворе

H2SO4, обжиг кека при 550—600 °С и повторное выщелачивание огарка

в сернокислом растворе. Технология обеспечивает получение концент-

рата. содержащего до 20—22 % платины. В соответствии с другим

вариантом этой технологии нерастворимый остаток первого выщелачи-

вания смешивают с углем и нагревают в атмосфере, не содержащей

•окислителя, до 750—800 °С. Полученный огарок подвергают второму

сернокислотному выщелачиванию с получением, в конечном счете, 25—

30 % платинового (палладиевого) концентрата.

При реализации метода сульфатизицаии во всех описанных выше

вариантах наблюдается частичный переход платины и палладия в ра-

створ. Это обусловлено присутствием в исходном катализаторе сор-

бированного молекулярного хлора, вследствие чего при сульфатизации

создаются условия для образования хлоридных комплексов платиновых

металлов. Из-за наличия на поверхности носителя адсорбированных

минеральных солей, например, галогенидов, возможно также растворе-

ние платины и палладия с участием в качестве окислителя кислорода

воздуха. Особо следует отметить, что «сухая» сульфатизация, прово-

димая в условиях высоких температур (300 °С), как правило, приводит

к активной ионизации и образованию воднорастворимых соединений

палладия и платины.

Из всех рассмотренных вариантов технологии сернокислотного

обогащения только последний обеспечивает невысокий переход платины

425s

в раствор, что обусловлено проведением обжига в восстановительной)

атмосфере.

К первой группе относятся также щелочные методы, основанные

на способности оксида алюминия взаимодействовать со щелочами с

образованием воднорастворимых алюминатов натрия. Так, сплавлением

отработанных катализаторов с NaOH и последующим выщелачиванием

сплава в воде можно получить концентрат, содержащий 18—22 % Pt

или Pd.

Спекание отработанных катализаторов с кальцинированной содой

при 1200—1250 °С, охлаждение и последующее выщелачивание в ра-

створе едкого натра при 90—95 °С позволяют получать концентраты,

содержащие от 14 до 34 % Pt.

Известен способ выщелачивания оксида алюминия в автоклаве-

раствором NaOH пр 160—175 °С и давлении 0,6—0,7 МПа с получением

концентрата, содержащего 8—9 % Pt или Pd.

Методами второй группы используются, в основном, приемы хлор-

ной металлургии, в частности, перевод платины и палладия в раствор

в виде хлоридных комплексов. Оксид алюминия при этом остается

индиферрентным к воздействию хлор-агентов. Из раствора платиноиды

осаждают цементацией алюминием, цинком или магнием.

Из отработанных катализаторов платина и палладий могут быть-

извлечены плавкой на медный сплав. Для ошлакования тугоплавкого-

оксида алюминия в шихту вводят известь и плавиковый шпат (CaF

для образования коллектирующей фазы — порошковую медь. Плавку

ведут при 1500—1550 °С. Медный сплав, в котором концентрируются;

платиновые металлы, направляют в аффинаж. Шлаки с невысоким со-

держанием благородных металлов возвращают в рудный передел.

Значительные трудности возникают при переработке выломок фу-

теровок печей, представляющих собой огнеупорные материалы, плавя-

щиеся при температурах свыше 1500 °С (магнезит).

После предварительного размалывания выломки могут перераба-

тываться плавкой на свинцовый сплав совместно с другими материа-

лами (сорами), относительно бедными по платиновым металлам при

больших количествах оборотных легкоплавких шлаков. Иногда вылом-

ки направляют на медеплавильные или свинцовоплавильные заводы,,

где их добавляют в шихту медной или свинцовой плавки, Благород-

ные металлы при этом концентрируются в медном штейне или в свин-

цовом сплаве.

Возможны и другие методы переработки выломок, в частности,,

гравитационный и флотационный с извлечением благородных металлов

в виде богатых концентратов.

РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Базилевский В. М. Вторичные драгоценные металлы. М.: Металлург-

издат, 1947, 379 с.

Баймаков Ю. В., Журин А. И. Электролиз в гидрометаллургии. М.:

Металлургия, 1977. 336 с.

Барченков В. В. Основы сорбционной технологии извлечения золо-

та и серебра из руд. М.: Металлургия, 1982. 128 с.

Бек Р. Ю., Варенцов В. К-, Маслий А. Я. и др. — В кн.: Гидроме-

таллургия золота. М.: Наука, 1980, с. 173—179.

Благородные металлы: Справочник/Под ред. Савицкого Е. М. М.:

Металлургия, 1984. 592 с.

Вольдман Г. М. Основы экстракционных и ионообменных процессов

в гидрометаллургии. М.: Металлургия, 1982. 376 с.

Вторичные драгоценные металлы / Под ред. Базилевского В. М.

М.: Цветметинформация, 1971. 206 с.

Громов Б. В. Введение в химическую технологию урана. М.: Атом-

издат, 1978, 336 с.

Гучетль И. С., Друкер Е. Я., Барышников И. Ф. Переработка упор-

ных золотосодержащих руд и концентратов. М.: Цветметинформация,

1972, 60 с.

Зеленое В. И. Методика исследования золотосодержащих руд. М.:

Недра, 1978. 302 с.

Зеликман А. Н„ Вольдман Г. М., Беляевская Л. В. Теория гидро-

металлургических процессов. М.: Металлургия, 1983. 424 с.

Ивановский М. Д. Влияние некоторых компонентов жидкой фазы на

скорость растворения золота и серебра в цианистых растворах. Труды/

Московский институт цветных металлов и золота им. М. И. Калинина.

М.: Металлургиздат, 1958, № 31, с. 283—297.

Ивановский М. Д. — В кн.: Обогащение руд и песков благородных

металлов. М.: Наука, 1971, с. 89—97.

Каковский И. А. Теоретические исследования в области гидрометал-

лургии благородных металлов. — Изв. вузов. Цветная металлургия,

1979, № 3, с. 45—55.

Каковский И. А., Поташников Ю. М. Кинетика процессов растворе-

ния. М.: Металлургия, 1975, 224 с.

Каковский И, А., Черкасов Г. Ф. О механизме взаимодействия ме-

ди, серебра и золота с водными растворами цианистого калия. — Изв.

вузов. Цветная металлургия, 1974, № 4, с. 87—91.

Колодин С. М. — В кн.: Основы металлургии. Т. V. М.: Металлур-

гия, 1968, с. 322—374.

Ласкорин Б. Н. — В кн.: Гидрометаллургия. Автоклавное выщела-

чивание, сорбция, экстракция. М.: Наука, 1976, с. 7—19.

Ласкорин Б. Н., Вялков В. И., Доброскокин В. В. — В кн.: Гидро-

металлургия золота. М.: Наука, 1980, с. 173—179.

Ласкорин Б. Н., Садовникова Г. И., Петрова Л. Н. и др.—ЖПХ, в. 8,

1974, с. 1747—1750.

Ласкорин Б. Н„ Токарев Н. П., Водолазов Л. И. — В кн.: Ионо-

обменная технология. М.: Наука, 1965, с. 55—62.

Лодейщиков В. В. — В кн.: Гидрометаллургия золота. М.г Наука,

1980, с. 5—18.

Лодейщиков В. В. Извлечение золота из упорных руд и концентра-

тов. М.: Недра, 1968, 204 с.

Лодейщиков В. В., Игнатьева К. Д. Рациональное использование

серебросодержащих руд. М.: Недра, 1973, 224 с.

427s

Меретуков М. А. Процессы жидкостной экстракции и ионобмениой-

сорбции в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1978, 120 с.

Меретуков М. А., Стрижко Л. С. Современное состояние производ-

ства золота за рубежом. М.: Цветметинформация, 1985, 59 с.

Металлургия осмия/Синицын Н. М„ Кунаев А. М„ Пономарева Е. И.

и др./Алма-Ата: Наука, 1981, 186 с.

Обогащение золотосодержащих песков и конгломератов/Зсшя-

тин О. В., Лопатин А. Г., Санникова Н. П., Чугунов А. Д. j М.: Недра,

1975, 262 с.

Петровская Н. В. Самородное золото. Общая характеристика, ти-

поморфизм, вопросы генезиса. М.: Наука, 1973, 347 с.

Пещевицкий Б. И., Еренбург А. М„ Белеванцев В. П., Казаков В. П,

Изв. СО АН СССР, серия хим. наук. вып. 4, № 9, 1970, с. 75—83.

Плаксин И. Н. Гидрометаллургия. Избранные труды. М.: Наука,

1972, 278 с.

Полькин С. И., Адамов Э. В., Панин В. В. Технология бактериаль-

ного выщелачивания цветных и редких металлов. М.: Недра, 1982, 288 с.

Правила технической эксплуатации технологического оборудования:

золотоизвлекательных фабрик. М.: МЦМ СССР, 1978, 128 с.

Пунишко А. А. Современное состояние и перспективы применения

сорбционных процессов в гидрометаллургии золота. М.: Цветметинфор-

мация, 1974, 60 с.

Пунишко А. А., Ласкорин Б. Н„ Чернов В. К. и др. — Цветная ме-

таллургия. Бюл. НТИ, 1975, № 3, с. 15—19.

Разумов К. А., Перов В. А. Проектирование обогатительных фаб-

рик. М.: Недра, 1982, 518 с.

Скобеев И. К., Сименас И. С. Коллоидно-химические явления в

процессах гидрометаллургии и обезвоживания. Труды / Иргиредмет,

Иркутск: Восточно-Сибирское кн. изд. 1972, № 27, с. 3:—13.

Сошникова Л. А., Купченко М. М. Переработка медеэлектролитных,

шламов. М.: Металлургия, 1978, 200 с.

Справочник по обогащению руд. Основные процессы. М.: Недра,.

1980, 399 с.

Справочник по обогащению руд. Специальные и вспомогательные

процессы, испытание обогатимости, контроль и автоматика. М.: Недра,.

1983, 376 с.

Телегина Л. Е. — Цветные металлы, 1984, № 4, с. 93—99.

Телегина Л. Е., Давыдова Л. А. Современное состояние ионооб-

менной технологии извлечения золота из руд за рубежом. М/. Цветмет-

информация, 1983, 37 с.

Техника и технология извлечения золота из руд за рубежом / Под.

ред. Лодейщикова В. В. М.: Металлургия, 1973, 288 с.

Тюфтин Е. П, Промывка гидрометаллургических пульп. М.: Метал-

лургия, 1970, 224 с.

Федоренко Н. В. Развитие исследований платиновых металлов в

России. М.: Наука, 1985, 264 с.

Филимонова Л. А., Зеленое В. И. Методы обезвреживания стоков

и водооборот при переработке золотосодержащих руд. М.: Цветмет-

информация, 1979, 38 с.

IJIuepuH Г. Н,, Стрижко В. С. Технологические расчеты процессов и.

оборудования золотоизвлекательных заводов. Красноярск: Красноярский

ИЦМ им. М. И. Калинина, 1976, 92 с.

Шохин В. Н., Лопатим- А. Г. Гравитационные методы обогащения,

М.: Недра, 1980, 400 с.

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ

Агрегация 134

Активация 235

Амальгамация:

процесс

— диффузии ртути в золоте 58

— смачивания золота ртутью 58

способы

— внешняя 65, 66

— внутренняя 63, 65

оборудование

— бочка 63

— шлюз 65

Анион иты 196

— сильноосновные 192

— слабоосновные 192

— смешанной основности (полн-

функциональные) 192. 193

— селективность 200

— физико-химические свойства 198

Анодные шламы 292, 320, 323

обезмеживание 299

окисление халькогенитов 299

окислительный обжиг 300

состав 298

схема переработки 324

Аурат 17

Аурит 14

Аффинаж 18, 37, 328, 415, 416

— золота 338, 339, 341

ассиметричным током 331

• основной катодный процесс

328

пассивация 89, 329

электролиз 328, 355

— ванны для электролитического

золота 334

— серебра 312

технология 313

хлорированием 312

электролизом 315

Аэрация:

песков 129

пульпы 101

Берлинская лазурь 112

Блеклые руды 37

Вакуум-ресивер 175, 176

Веркблей 295

Вторичное серебросодержащее

сырье, характеристика 344

Выщелачивание 137, 138, 139

— автоклавное 282, 283

— бактериальное 283, 284

— золота 73

во внутренней диффузионной

области 104

— просачиваннем 129, 130, 131

— сорбционное 290, 293

применением ионитов 293.

Выщелачивания система 139

непрерывная 139, 140

периодическая 138

Галогениды:

золота (I) 15

— (Ill) 17, 19;

серебра 22

Гидроксид:

золота (I) 14

— (III) 17, 19

серебра 22

Гидролиз:

подавления 108

степень 107, 108, 109

Гидроциклон короткокорпусный 55

Гравитационный концентрат:

амальгамация 294

окислительный обжиг 295

осаждение серебра 296

плавка на железонатриевый>

шлак 295

Деаэрация (см. Обескислорожива-

ние) 169

Десорбция (см. Элюирование) 212:

Диффузионный контроль 76—78

Диффузия гелевая 200

— пленочная 200

Доре-металл 311

Драга 11, 382

Единовременная загрузка (смолы>

207, 208

Емкость:

ионита 204, 205

смолы 206

сорбента 204, 206, 208

степень использования 205, 206'

Загрузка, способы:

гидравлический 130

сухой 129, 130

Закон:

Генри 78, 86

Фарадея 98

Фика 76

429s

Золото:

«в рубашке» 294

выделения из анодных шламов

302, 303

обжигово-селенидные

303

сульфатизирующим

обжигом 304

«ржавое» 294

тонкодисперсное 104

'Ил 106, 217

•— вторичный 105

— первичный 105

"Иониты 194

— обменная емкость 194

— равновесная 194

рабочая 194

Ионогенная группа 191

"Ионообменный процесс, механизм

200

Ионофиксированные, свойства 190,

191

Кизельгур 173, 178

Кинетика:

растворения золота 89

— серебра 86, 88

химическая 74

Кларк 28

Коагуляция 134

— глинистых пульп 291

"Колонны:

непрерывного действия 225

промывные 222

регенерационные 221

Конгломераты золотоносные 31

Константа:

Генри 78

гидролиза цианистых растворов

107, 108

диссоциации 107

равновесия 107

— реакции цианирования золо-

та 72

серебра 72

универсальная газовая 80

Фарадея 70, 98

"Концентратор барабанный 55

Концентрационный стол, дека 53

Концентрация градиент 77

'Комплексные соединения:

золота (I) 16

— (III) 18, 70, 73

железа 112

меди 116

27—7 Об 430

серебра 22

Кристаллическое серебро, обра-

ботка 358, 359

Крупность золота 35, 36

Координационное число 198

Ксантогенат 269, 270

Машина флотационная 144

Мельницы:

Аэрофол 39

Каскад 41

Мембрана:

анионитовая 229

ионитовая 228, 230

катионитовая 229

Металлы высокой чистоты 327,

415

Механизм растворения электрохи-

мический 91, 92

Нернста уравнения 70

Обескислороживание (см. Деаэра-

ция) 169, 170

Обжиг концентратов окислитель-

ный 272, 273, 280

в печах кипящего слоя

279

подовых (Эдвардса)

275, 276, 277

двухстадийный 275

одностадийный 275

с последующим цианиро-

ванием огарка 275

хлорирующий 280, 281

Обогащение гравитационное 43, 44,

49, 127, 249

Осадки, обработка 180, 181, 182

кислотная 183

непосредственная плавка 184

окислительный обжиг с по-

следующей плавкой 184

Отсадочные машины:

МОД 45

Кливленд 47

воздушно-пульсационная 47

Отстаивание пульпы 135

Пемзование ртути 60, 63, 67

Пептизация 134

Плавка:

на серебрянозолотой сплав 307

приемная 311

Плазменные установки, примене-

ние 422, 423

Платина, двойная сульфатизация