Плавка золотосодержащих концентратов

Концентраты, полученные при переработке первичного сырья и поступающие на пирометаллургическую обработку, условно делятся на четыре основные группы:

1.Продукты гидрометаллургической переработки золото- и серебросодержащих руд и концентратов.

2.Катодные и цементационные осадки; продукты гравитационного обогащения золотосодержащих руд.

3.«Золотые головки»;

4.Шлиховое золото и промпродукты доводки шлихов; продукты обогатительной переработки серебряных и комплексных серебросодержащих руд — гравитационные и флотационные концентраты.

Указанные продукты характеризуются разнообразным вещественным составом, содержанием драгоценных металлов и объемами производства. Нередко характер производства концентратов носит сезонный характер. Все это обуславливает различие технологических схем переработки концентратов, используемого оборудования, мощности плавильных установок.

Плавка катодных и цементационных осадков

Стандартная и наиболее распространенная технологическая схема переработки катодных и цементационных осадков, получаемых на золотоизвлекательных фабриках (ЗИФ), установках кучного выщелачивания (КВ), включает две основные операции:

- прокалку (или окислительный обжиг) при t = 400÷700 °С;

- последующую плавку на лигатурное золото.

В процессе обжига концентратов протекают полная дегидратация материала, окисление неблагородных металлов, разложение сульфидов и выгорание углерода.

В случаях, когда исходные цементационные осадки характеризуются весьма высоким содержанием цветных металлов, вводится дополнительная операция кислотного выщелачивания. Исходные осадки выщелачивают в растворе кислоты, преимущественно серной, с переводом в раствор основной доли меди, цинка и других неблагородных металлов. Отфильтрованные и отмытые осадки затем обжигают и плавят.

Для плавки преимущественно используется универсальная шихта, разработанная в ОАО «Иргиредмет», обеспечивающая получение богатого лигатурного золота и образование нейтрального легкоплавкого шлака с высокой растворимостью по оксидам железа и цветных металлов и позволяющая при плавке цементационных цинковых осадков отказаться от их предварительного кислотного выщелачивания.

Переработка «золотых головок»

«Золотые головки» характеризуются наиболее сложным и вариабельным химическим составом. В институте «Иргиредмет» и непосредственно на золотодобывающих предприятиях проводились исследования и испытания по разработке и промышленному освоению оптимальных вариантов технологии переработки этих продуктов.

Наибольшее распространение в промышленной практике получила технологическая схема «окислительный обжиг — плавка огарка». По указанной технологии перерабатывают «золотые головки», сульфидные компоненты которых в основном представлены сульфидами и сульфоарсенидами железа, преимущественно пиритом (FeS2) и арсенопиритом (FeAsS). При окислительном обжиге концентратов сера и мышьяк переходят в газовую фазу в виде летучих оксидов SO2, As2O3, которые улавливаются в системе пылегазоочистки. Огарки золотых головок с высоким содержанием оксида железа (Fe2O3) плавят с получением лигатурного золота и шлака.

Золотые головки с высоким содержанием сульфидов свинца, в основном галенита (PbS), перерабатывают по подобной схеме, но полученное при плавке огарков лигатурное золото подвергают купелированию. Продуктом технологии является высокопробное лигатурное золото. Дополнительной переплавкой капелей с восстановителем получают черновой свинец.

Для золотых головок с высоким содержанием сульфида сурьмы — антимонита (Sb2S3) разработана технология комплексной переработки с получением товарной металлической сурьмы. Технология включает выщелачивание концентрата сульфидно-щелочным раствором с последующим выделением из раствора сурьмы электролитическим методом. Как выщелачивания концентрата сушат и плавят с флюсами на лигатурное золото.

Промышленная практика показала, что существенными недостатками обжиговой технологии переработки сульфидно-мышьяковых концентратов являются относительно высокая задолженность золота с мышьяковистыми пылями и возгонами (до 0,1÷0,3%) и значительные затраты на захоронение арсенатов кальция и железа. В целях преодоления этих недостатков в Иргиредмете была разработана и испытана новая безобжиговая технология переработки сульфидно-мышьяковистых золото- и серебросодержащих концентратов. В сравнении с традиционной схемой она имеет ряд существенных преимуществ. В частности, улучшаются условия труда персонала, так как в процессе термообработки смеси «золотой головки» с реагентами не требуется перемешивания шихты, сокращаются затраты на создание системы пылегазоочистки передела плавки вследствие радикального снижения выделений диоксида серы, триоксида мышьяка и пыли в газовую фазу; сокращается задолженность золота и серебра в пылях, значительно снижаются затраты на захоронение мышьяковистых отходов, при этом осадок трисульфида мышьяка может являться ликвидным продуктом.

Плавка шлихового золота

Необходимость в освоении технологии плавки шлихового золота обусловлена нуждами золотодобывающих предприятий малого и среднего масштаба в доведении технологической схемы до логического завершения — получения в качестве товарного продукта компактного лигатурного золота. Опробование лигатурного золота в слитке позволяет осуществить точное определение содержания и учет драгметаллов и сводит к минимуму ощутимую отрицательную аффинажную разницу при проведении окончательных расчетов между аффинажными заводами и поставщиками.

Как правило, плавка стандартного доведенного шлихового золота с флюсами в нейтральном режиме не вызывает особых трудностей. Получаемые шлаки измельчают и направляют в схему доводки шлихов.

Отрицательное влияние на результаты плавки шлихового золота оказывают сульфиды железа и цветных металлов, иногда присутствующие в исходном продукте. Образующаяся при плавке штейновая фаза плотным слоем покрывает верхнюю плоскость слитка лигатурного золота, что осложняет отбор пробы и анализ сплава в целом. Удаление штейна со слитка механическим путем весьма трудоемко и сопряжено с потерями драгметаллов. Для плавки шлихового золота с примесями сульфидов разработан вариант технологии, при котором в состав шихты вводится сульфат натрия и углеродистый восстановитель. Образующийся в этом случае штейн легко удаляется со слитка смачиванием в воде. Слитки лигатурного золота получаются чистые, без посторонних включений. Штейн в виде порошка накапливают и перерабатывают известными способами. Данная технология внедрена Иргиредметом в 2003 г. на предприятии в Забайкалье.

Чрезвычайно мешает плавке шлихового золота присутствие в нем осмирида — природного сплава осмия с иридием. Массовая доля осмия в нем составляет в среднем 20÷40%, остальное — иридий. Характерной особенностью этого минерала является высокая температура плавления — 2700÷2800°С и ограниченная растворимость в золоте при температуре 1100÷1200° С. Присутствие осмирида в шлиховом золоте, даже на уровне 0,5÷1,0%, осложняет плавку шлихового золота по традиционной технологии.

В ОАО «Иргиредмет» разработана и испытана в полупромышленном масштабе технология плавки шлихового золота, содержащего осмирид, которая позволяет получать однородный по составу слиток лигатурного золота, содержащий в сумме менее 0,05% осмия и иридия. Испытания показали, что разработанная технология позволяет с высокой степенью селекции разделять золото от осмия и иридия, извлекаемых в ликвидный продукт.

Переработка серебросодержащих концентратов

С самого начала XXI века возник постоянно возрастающий интерес к разработке серебросодержащих полиметаллических руд, месторождения которых находятся в северо-восточном регионе России. При обогащении руд в товарные гравитационные и флотационные концентраты извлекаются серебро и золото, а попутно с ними — сульфиды железа и тяжелых цветных металлов, в первую очередь свинца.

Необходимость в создании эффективной технологии переработки сульфидных серебросодержащих концентратов была продиктована отсутствием в регионе металлургических предприятий, способных перерабатывать подобные концентраты по пирометаллургической схеме. Разработанная ОАО «Иргиредмет» пирометаллургическая технология позволяет экономически эффективно осуществлять переработку сульфидных свинцово-серебряных концентратов непосредственно в районе их производства в сравнительно малом масштабе, начиная с объемов на уровне 2050 т концентратов в сутки.

Аппаратурное оформление плавильных переделов

Несмотря на то, что пирометаллургическая переработка концентратов сводится преимущественно к проведению двух основных операций — термической обработки материала при температуре 200÷700°С (сушки, прокалки, обжига) и плавки материала на лигатурное золото при температуре 1150÷1250 °С, аппаратурное оформление и технологическая реализация процессов на каждом предприятии осуществляется индивидуально.

Для проведения сушки,  прокалки и обжига концентратов оптимальны камерные печи сопротивления.

Плавка концентратов драгоценных металлов имеет определенные особенности, вытекающие из задач минимизации безвозвратных потерь золота и серебра, получения богатого по драгметаллам слитка и шлака, с относительно низким остаточным содержанием драгметаллов в широком диапазоне производительности по проплаву. Перечисленные особенности предъявляют к плавильным установкам следующие основные требования:

-минимальное количество печных газов и возгонов, образующихся при разогреве и плавке шихты;

-минимальное количество отработанных огнеупорных материалов, пропитанных драгоценными металлами;

-эффективный подвод тепла к шихте и расплаву, отсутствие высокого градиента температур в реакционной зоне;

-благоприятные условия для отстаивания и разделения продуктов плавки;

-достаточная широта модельного ряда плавильных печей по производительности.

Многолетняя практика работы золотодобывающих предприятий и аффинажных заводов показала, что в наибольшей степени указанным требованиям отвечают высокочастотные индукционные тигельные плавильные установки, где тепловыделяющим элементом является материал графитсодержащего тигля и руднотермические печи (РТП), в которых тепло выделяется в слое шлака при прохождении через него электрического тока.

Индукционные печи эффективны для переработки наиболее богатых концентратов, таких как шлиховое золото, катодные осадки, огарки «золотых головок», суммарная массовая доля драгметаллов в которых выше 30%, при суточном проплаве до 10 кг. Необходимыми условиями их успешной эксплуатации являются должная квалификация персонала, качественное энергоснабжение с выдерживанием параметров по частоте и напряжению, наличие воды с низкой минерализацией для охлаждения, доступная связь с заводом-изготовителем для сервисного обслуживания печи, возможность приобретения качественных тиглей. Такие условия могут быть созданы практически только в условиях крупных золотоизвлекательных и обогатительных фабрик, находящихся вблизи от круглогодично функционирующих транспортных магистралей и имеющих устойчивое водо- и стабильное по частоте и напряжению электроснабжение.

Руднотермические печи наиболее эффективно применяют главным образом для плавки бедного сырья и в условиях минимального сервисного обслуживания. Их преимуществами являются:

-надежность конструкции,

-простота обслуживания,

-сравнительно невысокая стоимость и небольшие габариты,

-низкая стоимость обслуживания, так как плавка не требует тиглей и периодической замене подлежит только шамотный кирпич ванны,

-источниками электропитания служат серийные понижающие печные или сварочные трансформаторы переменного тока,

-предусмотрена возможность регулирования условий плавки (нейтральная, окислительная или восстановительная).

Перечисленные особенности руднотермических печей позволяют использовать их как на небольших россыпных предприятиях, добывающих десятки килограммов золота в год, так и в составе крупных ЗИФ с добычей золота, исчисляемой тоннами в год.

В настоящее время выпускается нескольких моделей печей разной конструкции и производительности, технические характеристики которых приведены в таблице.

Технические характеристики руднотермических печей

Чтобы оценить целесообразность плавки концентратов в ваших условиях и получить предварительную оценку необходимых капиталовложений, пришлите нам краткие сведения о концентрате, объемах переработки, условиях работы.

Лаборатория металлургии ОАО «Иргиредмет»

Факс: (3952) 33-08-33, тел./факс: (3952) 33-08-51

Тел.: (3952) 33-08-53 — зав. группой пирометаллургии Ю.Л. Николаев