Плавка шлихового золота — это просто!

В последние годы плавка шлихового золота и сдача на аффинаж золота в слитках предприятиями, ведущими разработку россыпных месторождений золота, являются действиями достаточно тривиальными. Зачем это делается — тоже очевидно: это получение конечной продукции в виде слитков лигатурного золота, минимизация аффинажной разницы, минимизация потерь золота и трудозатрат, связанных с таким процессом, как «отдувка», и, наконец, извлечение золота из тяжелых тонких концентратов, для которых «отдувка» — абсолютно неэффективна (обогатительная плавка). На эту тему существует достаточно публикаций, в том числе и на сайте «Золотодобыча»: https://zolotodb.ru/article/10712; https://zolotodb.ru/article/12497.

В то же время многие ошибочно полагают, что для организации плавки, как финишного процесса технологической цепочки доводки шлихового золота, требуется дорогостоящее оборудование, сложным образом оснащенное помещение, высокопрофессиональный персонал, разработка техрегламента научным институтом. На самом деле, не «боги горшки обжигают» — все достаточно просто.

Оборудование

Для плавки суточной кассы небольшой и даже средней артели достаточно настольной плавильной печки мощностью 3 кВт с питанием от сети 220 В. Выбор стоит между индукционной печью и печью с нагревательным (карбид-кремниевым) элементом, моделей коих на рынке великое множество.

Индукционные печи обеспечивают более быстрый нагрев, но стоят в 4–5 раз дороже и требуют водяного охлаждения (аквариумная помпа с циркуляцией воды по замкнутому циклу в открытом сосуде). Для них используются графитовые тигли. Печи с нагревательным элементом более инертны, но дешевле и позволяют использовать как графитовые, так и керамические тигли.

Самое главное при выборе оборудования — это объем тигля. 240 мл (условно 4 кг по золоту) — вполне достаточно для цикла плавки одного-двух килограммов концентрата за раз. Ну а если тигель имеет объем 550 мл (10 кг по золоту), то легко можно проплавить 3–4 кг достаточно бедного концентрата и до 6 кг богатой «золотой головки».

Существуют модели печей, позволяющие использовать тигли разных типоразмеров. Печь должна иметь откидывающуюся или легкосъемную крышку (бывают с прорезью), чтобы можно было визуально проконтролировать процесс и перемешать расплав.

Аксессуары:

- клещи для подъема тигля и последующего разлива расплава;

- палочка из кварцевого стекла диаметром 6–8 мм для перемешивания расплава

- изложница, в которую будет разливаться расплав; изложница — лучше конусная, по объему тигля, и чем массивнее, тем лучше (отвод тепла). Может быть изготовлена токарем или кузнецом. Желательно закалить, иначе при интенсивной эксплуатации возможно ее «лужение» золотом и приваривание слитка.

- и в качестве СИЗ — сварочные перчатки.

Плавильный угол

Что плавить

Отдутое или не отдутое шлиховое кассовое золото с содержанием минеральной примеси («грязи») 3–15% — вообще без проблем: добавили флюс, засыпали, проплавили, разлили, отбили шлак, промаркировали слиток.

Концентрат с содержанием золота 20–70% — тут весь нюанс в подборе компонентов шихты. Для исследовательских целей на настольном оборудовании можно плавить и извлекать в слиток все золото, даже из чрезвычайно бедных продуктов (1–2% по золоту), но это уже следующий уровень мастерства.

Шихта

Задача плавки — получить в тигле золото-серебряный расплав, который под действием силы тяжести за счет разницы в плотности сформирует жидкий слой на дне тигля (а в последствие изложницы), а остальные минеральные компоненты также перевести в расплав (чем более легкий и менее вязкий — тем лучше), который всплывет в тигле наверх, а потом застынет в изложнице над слитком в виде шлака и будет легко отколот. Для этого перед плавкой в концентрат добавляют шихтующие компоненты как раз для понижения температуры, вязкости расплава и перевода всех ненужных примесей в шлак.

Основа шихты — бура (тетраборат натрия), бывает десятиводная и безводная. Первая обладает чрезвычайно небольшим удельным весом, что увеличивает объем шихты и, соответственно, уменьшает загрузку тигля. Кроме того, при нагревании, до начала расплавления, десятиводная бура существенно увеличивается в объеме, поэтому безводная бура для начинающих предпочтительнее. Количество буры определяется долей «грязи» в концентрате. Вообще при всех расчетах шихты из концентрата просто нужно исключить содержащееся там золото и иметь ввиду только массу «грязи». Аптекарская точность для количества буры не нужна. И тут как раз тот случай, когда «кашу маслом не испортишь». Добавьте в шихту столько буры по массе, сколько у вас «грязи» в концентрате, и не ошибетесь. А если что-то не понравится при плавке, просто досыпьте еще в ходе процесса в расплав.

Наибольшую емкость по оксидам металлов (прежде всего, железа, магния, титана) имеет шлак боросиликатный. Поэтому если в концентрате нет силикатных минералов (например, граната, пироксена), не лишним будет добавить в шихту кварцевого песка (толченого стекла) из расчета 15–25% от массы буры. Больше не нужно, так как оксид кремния тугоплавкий, а кварцевый расплав обладает большой вязкостью. Для снижения вязкости расплава и лучшей собираемости золота в капли, особенно при плавке бедных концентратов, добавьте в шихту пищевой соды и/или оксида кальция (негашеной извести) из расчета 5–7% от массы буры. В конечном шлаке с учетом массы «грязи» и кварцевого песка получится этих компонентов по 2–3%.

Селитра (натриевая или калиевая) используется, если в концентрате присутствуют в небольшом количестве черные и цветные металлы для их окисления в ходе плавки и последующего коллектирования шлаком. Не рекомендую увлекаться. Можно использовать только при плавке богатых по золоту (от 90%) концентратов и в количестве не более 30 граммов на тигель объемом 240 мл. Иначе столкнетесь с вспениванием шлака с десятикратным увеличением его объема. Но определенные проблемы чистоты конечного слитка селитра иногда помогает решить.

Шихта составляется и тщательно перемешивается в любой посуде, желательно с использованием весов для контроля массы добавляемого компонента. Но, повторюсь, аптекарская точность тут абсолютно ни к чему.

Процесс плавки

Прежде всего, ставите изложницу на прогрев (на обычную электронагревательную плиту). Разлив в холодную изложницу недопустим, в том числе и из соображений техники безопасности. Засыпаете подготовленную шихту в тигель, помещаете его в печь и включаете нагрев. Время до начала расплавления первых компонентов шихты (750 °С) составляет от 20 (индукционная печь) до 30 минут. А дальше визуально контролируете процесс. В индукционной печи термодатчик (термопара) может быть помещен только в тигель — это нам не подходит. Поэтому температуру контролируете визуально по цвету расплава (достаточно скачать в интернете, распечатать и повесить рядом с печью шкалу цветовых переходов накала). В печах с нагревательным элементом термопара расположена снаружи тигля, так что текущая температура отображается на электронном блоке управления; более того, доступно управление процессом с помощью программирования скорости нагрева. Если вся шихта не влезла в тигель, — не беда. После расплавления и соответствующего уменьшения объема заполнения тигля можно добавить остатки ложкой прямо в расплав. Это не криминал. Перегревать расплав не нужно, тем более, что графитовые тигли неизбежно окисляются и теряют в массе при каждой плавке, особенно при температурах выше 1100 °С. Достиг расплав температуры 1000–1050 °С (светло-оранжевый/темно-желтый), перестал пениться — оцените его вязкость кварцевой палочкой: если недостаточно жидкий, придется добавить буры, но обычно бывает все в порядке. Попробуйте перемешать до дна: если на дне что-то твердое, значит поторопились — золото еще не набрало температуру и пока в кристаллическом состоянии (чем выше проба золота, тем выше температура плавления, у чистого золота — 1063 °С).

Изложница

Подождите минут пять, пусть даже цвет изменится до светло-желтого. А если на дне отчетливо ощущается жидкий слой золота, ощутимо выталкивающий палочку вверх за счет архимедовой силы — отлично, все у вас получилось. Аккуратно перемешайте расплав и дайте 5 минут осесть последним каплям перед розливом. В это время снимите изложницу с плиты, поставьте на металлический поддон и смажьте ее горячую внутреннюю поверхность графитовой смазкой (!). Можно разливать (не забудьте одеть сварочные перчатки). Первые капли расплава шлака лить (капать) очень аккуратно, потому что даже горячая изложница за счет мгновенного застывания первой порции шлака и соответствующей дегазации может «стрельнуть» расплавом, как из пушки. Ну а дальше равноускоренным движением — быстро, но без суеты.

Когда шлак застынет, что фиксируется по появлению на его поверхности воронки компенсационной усадки, опрокиньте изложницу на железный поддон и выбейте слиток и шлак легким ударом изложницы о поддон или ударом молотка по дну изложницы, если иначе не получается. Слиток обычно сам отделяется от шлака, еще горячим его рекомендуется сразу бросить в холодную воду. Слиток очень быстро остынет, а шлак сыпется. Остатки шлака отбиваются молотком, слиток зачищается в воде капроновой щеткой.

Слиток

Первая плавка на холодном тигле занимает от 1 до 1,5 часов, а последующие, когда шихта засыпается в уже разогретый в ходе первой плавки тигель, — минут 40.

Если рука дрогнула, помимо основного слитка, капли золота могут застыть в шлаке. Не беда — дробите шлак в дробилке или молотком, немножко доводите на лотке или концентрационном столе и добавляете в шихту при следующей плавке. Обычно потери с каплями — 0,5–2,0 грамма на разлив, вне зависимости от массы слитка.

Подводные камни

Их тем больше, чем более бедный концентрат вы плавите. А связаны они с минеральным составом «грязи» и решаются подбором шихтующих компонентов и/или предварительной обработкой концентрата. Окислы (магнетит, гематит и пр., ильменит, касситерит), силикаты (гранат, пироксен), фосфаты (монацит, апатит), карбонаты (барит)) проблем не вызывают и легко переходят в шлак при стандартной шихте. Циркон (хоть и силикат) абсолютно не плавится, но проблем не создает — остается в виде взвеси в шлаке и только при ураганном относительном содержании немножко мешает и то только в изложнице при разливе. Облагораживается в ходе плавки, кстати! Сульфиды в расплаве образуют отдельный слой тяжелого сульфидного шлака, который называется штейн. При этом пирит — тоже минерал малопроблемный, пиритовый штейн легко откалывается от слитка золота. А вот с сульфидами цветных металлов хуже, в особенности с галенитом. Мало того, что галенитовый штейн накапливает в себе золото до 7% от собственной массы, он еще очень плохо откалывается от золотого слитка. Более того, в ходе плавки свинец из галенита имеет свойство восстанавливаться и, соответственно, переходить в золотосеребряный слиток, особенно при плавке в графитовом тигле. Получается форменное безобразие. Пытаться плавить бедный по золоту концентрат с высоким содержанием галенита с селитрой никому не советую. Результата не добьётесь, а проблем наживете. Самое эффективное решение — растворение галенита (и других сульфидов) перед плавкой концентрата в разбавленной (30%) азотной кислоте. Параллельно растворяются техногенные медь и железо при их наличии. Финишный слиток плавки концентрата после травления сульфидов в азотной кислоте по чистоте отвечает природной пробе золота россыпи.

Еще неприятные минералы (по литературе) — шеелит и вольфрамит. Не зря последний называют буквально «волчья пена». Не сталкивался — врать не буду. Но верю, потому как пришлось как-то плавить бедный по золоту продукт, состоящий в значительной степени из техногенной сечки победитовых коронок (вольфрамокобальтовый сплав и карбид вольфрама). Это было более чем неприятно. Как бороться с вольфрамом, не знаю, но пока и нужды нет.

Пожалуй, все. Дальше сами. У большинства получится сразу. Ну а у кого возникнут проблемы, тем придется обратиться к настоящим специалистам. Например, в лабораторию металлургии Иригиредмета. Там ваш материал изучат, и шихту подберут, и режимы плавки разработают.

P.S. Автор не имеет специального образования и не претендует на сколько-нибудь глубокое понимание процессов, происходящих в тигле в ходе металлургической плавки золотосодержащих шлихов.

-3+17

• Содержание сайта
• Комментарии
• Главная страница