Результат интеллектуальной деятельности: Способ комплексной переработки золотосодержащих сульфидных мышьяковистых концентратов

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для извлечения золота, железа, цветных и редких металлов из золотосодержащих полиметаллических сульфидных мышьяковистых концентратов и руд, в частности пиритных огарков (отходов производства серной кислоты) с вкраплением тонкодисперсного золота.

Целью изобретения является способ переработки сульфидных золотосодержащих мышьяковистых концентратов и руд, обеспечивающий практически полное извлечение золота, повышенное извлечение черных, цветных, благородных металлов и уменьшение отрицательного воздействия на окружающую среду.

Поставленная задача решается комплексной переработкой, например, огарка, содержащего ~ (в % по массе); SiO₂ - 18,4; Al₂O₃ - 3,15; TiO₂ - 0,1; K₂O - 0,3; Na₂O - 0,5; MgO - 0,7; MnO - 0,04; CaO - 1,2; BaO - 0,6; P₂O₅ - 0,03; PbO - 0,06; SrO - 0,01; Cu - 0,23; Zn - 0,28; общего содержания (в % по массе) Fe - 48,5; S - 1,5; As - 0,1; а также Au 1,8 г/т и Ag l3,4 г/т. При этом золото в цианируемой форме, в подобного рода минеральных образованиях не превышает 68,3%, а остальное - в виде чрезвычайно тонких вкраплений, а также частично в виде агрегатов с железом, аморфным кремнеземом и сульфидами. Очевидно, что для полноты извлечения золота, из подобных, сложных по составу, минеральных образований необходимо обеспечить максимально возможное раскрытие этих драгоценных металлов.

Известен способ переработки сульфидной золотосодержащей руды (Урванцев А.И. Патент RU 2198948, 2001 г.), включающий измельчение и многостадийное разделение электростатической сепарацией, руды на золотосодержащий продукт и хвосты, с последующим дополнительным обогащением выделяемого золотосодержащего продукта многократным измельчением, классификацией и сепарацией зернистой фракции. Способ сложен и не обеспечивает выделения из рудного тела вкрапленного тонкодисперсного золота, а также других ценных, цветных и благородных металлов.

Известен способ переработки сульфидных руд (Совмен Х.М., Аслануков Р.Я. Способ переработки упорных золотомышьяковых руд и концентратов. Патент RU 2234544, 2003 г.), содержащих пирротин, арсенопирит, антимонит и пирит, включающий дробление и измельчение, флотационное обогащение, бактериальное окисление флотационного концентрата, сорбционное и бактериального выщелачивание, десорбцию золота с насыщенного сорбента, электролитическое выделение золота из элюатов и плавку катодных осадков. Основные недостатки способа - невысокая экономичность, не комплексное использование минерального сырья и неполное извлечение золота из сульфидной руды при повышенном расходе весьма ядовитого цианида.

Известен способ обжига золотосодержащих сульфидных руд - окислительного, окислительно-хлорирующего или сульфидизирующего, обеспечивающего термохимическое вскрытие руды или концентрата при температуре, не превышающей температуру плавления золота, но приводящего к термолизу основных золотосодержащих сульфидных минералов - арсенопирита, пирита, пирротина (Бодуэн А.Я., Фокина С.Б., Петров Г.В., Серебряков М.А. Современные гидрометаллургические технологии переработки упорного золотосодержащего сырья. Современные проблемы науки и образования. 2014. №6).

Известен способ переработки сульфидных золотосодержащих руд с целью вскрытия тонкодисперсного золота с применением окислительно-хлорирующего обжига (Масленицкий И.Н., Чугаев Л.В., Борбат В.Ф. Металлургия благородных металлов. Учебник для ВУЗов. М., Металлургия, 1987, с. 280-281), включающий смешивание концентрата с хлористым натрием в количестве 5-20% от массы концентрата, обжиг в окислительной атмосфере при температуре 500-600°C. Образующийся при обжиге сернистый газ и пары серы в присутствии кислорода вступают в реакцию с хлоридом натрия, при этом выделяется свободный хлор. Последний, обладая высокой химической активностью, взаимодействует с сульфидами и оксидами железа образует FeCl₂ и FeCl₃, которые разлагаются кислородом воздуха до оксида железа и хлора. Свободный хлор вновь вступает в реакцию. Такой механизм способствует образованию пористого гематита, структура которого благоприятна для глубокого проникновения цианида при выщелачивании. При наличии в обжигаемом материале цветных металлов, последние также переходят в хлориды. Для их извлечения, а также отмывки депрессоров золота - серы, сурьмы, мышьяка, водорастворимого сульфата натрия, не прореагировавшего хлорида натрия, огарок перед обжигом кондиционируют, что приводит к повышенному расходу хлорида натрия. При повышенном содержания серы, требуется предварительно осуществить простой окислительный обжиг с получением огарка содержащего 3-5% серы. Кроме того, реализация способа сопровождается образованием токсичных соединений - газообразного хлора, оксидов серы и оксидов трехвалентного мышьяка.

Известен способ извлечения золота, цветных металлов и железа из упорных золотосодержащих руд (C.A. Fleming Hydrometallurgy of Precious Metals Recovery. Hydrometallurgy 30. 127-162. 1992; Patent US №510445. Process for recovering metals from refractory ores. 1992 г.), включающий смешивание металлосодержащей сульфидной руды с хлоридом щелочноземельного металла, например натрия или калия, обжиг шихты при температуре - 350-650°C в атмосфере газообразного хлора или газовой смеси, содержащей хлор и кислород, с получением двух продуктов: золотосодержащего огарка, из которого извлекают золота выщелачиванием, и смеси газообразной серы и газообразных соединений металлов, в том числе мышьяка и сурьмы. В процессе обжига происходит ряд физико-химических превращений, связанных с окислением золотосодержащих сульфидных минералов - арсенопирита, пирита, пирротина и продуктов их термического разложения кислородом. Хлориды железа в присутствии кислорода термически неустойчивы и образуют оксиды. При этом хлор вновь высвобождается в виде газа и может принимать участие в хлорировании следующей порции сульфидов. И хотя хлорирование сульфидов железа напрямую хлоридами щелочных металлов невозможно, присутствие хлор-агента (например, хлорида натрия) в окислительном обжиге облегчает получение оксидов железа и мышьяка через хлорирование сульфидов. Окислительные процессы завершаются образованием сульфата натрия и газообразного хлора.

Недостатки способа окислительно-хлорирующего обжига - невысокая степень удаления мышьяка и сурьмы из сырья из-за образования устойчивых арсенатов и антимонитов железа вокруг золотин, что препятствует доступу реагентов к золоту и снижает его извлечение из огарка в гидрометаллургических операциях. Кроме того, к недостаткам способа можно отнести образование экологически опасных соединений мышьяка и серы, а также высокотоксичного газообразного хлора.

Известен способ (прототип) переработки золотосодержащих мышьяково-сурьмянистых концентратов или руд (Бакшеев С.П., Тупицын С.Н., Кожевников О.В, патент РФ №2398034, 2009). Способ включает приготовление шихты из сульфидных золотосодержащих мышьяково-сурьмянистых концентратов или руд с хлоридом и/или фторидом аммония, обжиг шихты в постоянном потоке безокислительного газа с получением золотосодержащего пирротинового огарка. Выщелачивание золота ведут сорбционным цианированием золотосодержащего пирротинового огарка, а выделенные при обжиге газообразные соединения в виде газообразных сульфида сурьмы и полисульфидов мышьяка подвергают фракционной переработке. Недостатки способа - способность образующегося газообразного хлора и газовых смесей, содержащих хлор и кислород, а также хлоридов железа в присутствии газообразного кислорода хлорировать мельчайшие частицы золота, а также необходимость применения для последующего извлечения золота сложных гидрометаллургических схем с использованием токсичных реагентов.

Заявленный нами метод реализует комплексную переработку сульфидных золотосодержащих мышьяковистых концентратов и продуктов на их основе, например, пиритных огарков, обеспечивает: эффективное извлечение ценных составляющих из сульфидных золотосодержащих концентратов и промежуточных продуктов их переработки (пиритных огарков); повышение извлечения золота; снижение эксплуатационных затрат за счет упрощения технологической схемы; исключение применения в технологии высокотоксичных реагентов; снижение вредного воздействия на окружающую среду.

Технически задача настоящего изобретения решается переработкой золотосодержащих сульфидных мышьяковистых концентратов, включающей шихтование, обжиг в печах с виброкипящим слоем, кондиционирование газовой фазы, водное выщелачивание огарка с извлечением, цветных и редких металлов. Для реализации заявленного способа готовят шихту, смешивая руду и/или концентрат с хлоридом (фторидом или бифторидом) аммония в соотношении 1:0,3-3,0 (по массе), дополнительно в подготовленную шихту вводят уголь в соотношении 1:0,01-0,1 (по массе) и подвергают обжигу в печи с виброкипящим слоем (Членов В.А., Михайлов Н.В. Виброкипящий слой, М., Наука, 1972, 340 с.), образованным газовыми струями ультразвуковых свистков с широким спектром генерируемых частот (Акопян В.Б., Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. М. РГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005, 223 с.), при температуре не выше 280-400°C в течение 1-1,5 минут. При этом в газовой фазе образуется смесь сублиматов FeCl₂+FeCl₃, из которой восстанавливают железо до металла высокой частоты любыми известными восстановителями (углем, водородом, природным газом и т.д.) при температуре 550-600°C.

Применение ультразвуковых свистков обеспечивает интенсификацию физико-химических процессов (в частности, ускорение процессов массо- и теплообмена) при обжиге в виброкипящем слое за счет создания акустического поля с широким спектром частот, в котором частицы отличающихся размеров резонируют с соответствующими их размерам частотами волн в виброкипящем слое. Изобретение позволяет увеличить производительность оборудования по переработке сырья, при обеспечении требуемой степени его превращения, а также создает основу для создания непрерывного процесса переработки золотосодержащих сульфидных мышьяковистых концентратов, в том числе и пиритных огарков.

Огарок после отделения хлорида железа подвергается водному выщелачиванию, при этом в водный раствор практически нацело извлекаются водорастворимые хлориды меди, цинка, кальция, титана, кобальта, свинца, и другие, а кек, после водного выщелачивания цветных и редких металлов, направляется на операцию извлечения золота. При этом, практически все золото после выщелачивания оказывается в свободной, не связанной с рудными или породообразующими минералами форме, что позволяет последующие технологические операции по извлечению этого металла реализовать с использованием, например, стандартных концентраторов типа «Нельсон» либо двухкорпусной центрифуги «Фалькон» для грубой и тонкой сепарации частиц золота (И.А. Енбаев, Б.П. Руднев и др. «Переработка отвальных хвостов и нетрадиционного сырья с применением эффективных обогатительных процессов», М., Недра, 1998, 60 с.), без применения таких токсичных реагентов, как цианиды и тиомочевина.

Изобретение поясняется примерами, не носящими ограничивающего характера.

Пример 1

Готовят шихту, смешивая концентрат и/или руду с хлоридом аммония (NH₄Cl), в соотношении 1:1,5, вводят в смесь уголь в соотношении 1:0,05. Шихту загружают в печь с виброкипящим слоем и обжигают при температуре не выше 400°C в течение 15 минут.

В результате такого обжига получают в газовой фазе сульфиды мышьяка (и отправляют на депонирование), хлориды железа и часть летучих хлоридов редких металлов, а в огарке получают оксиды кремния, сульфаты кальция, бария, оксид алюминия, хлориды нелетучих цветных и редких металлов, и частицы полностью раскрытого золота. В газовой фазе в результате хлорирования образуется хлорид трехвалентного железа (который может быть выведен из процесса и использован, например, в качестве коагулянта для очистки сточных вод, или подвергнут пирогидролизу для получением железистых пигментов, или восстановлен любым известным способом до металлического железа). Огарок направляют на водное выщелачивание растворимых хлоридов цветных и редких металлов, после чего пульпу фильтруют и из фильтрата выделяют сорбцией цветные и редкие металлы. Кек фильтрации после водного выщелачивания распульповывают водой и направляют на центробежные концентраторы для извлечения золота.

Пример 2

Готовят шихту, смешивая концентрат и/или руду с хлоридом аммония (NH₄Cl), в соотношении 1:1,5, вводят в смесь уголь в соотношении 1:0,05. Шихту загружают в печь с виброкипящим слоем, образованным газовыми струями ультразвуковой свистков с широким спектром генерируемых частот (Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М. Иностранная литература, 1957, 576 с.), и обжигают при температуре не выше 400°C в течение 1,5 минут.

В результате такого обжига получают в газовой фазе сульфиды мышьяка (и отправляют на депонирование), хлориды железа и часть летучих хлоридов редких металлов, а в огарке получают оксиды кремния, сульфаты кальция, бария, оксид алюминия, хлориды нелетучих цветных и редких металлов и частицы полностью раскрытого золота. В газовой фазе в результате хлорирования образуется хлорид трехвалентного железа (который может быть выведен из процесса и использован, например, в качестве коагулянта для очистки сточных вод, или подвергнут пирогидролизу для получением железистых пигментов, или восстановлен любым известным способом до металлического железа). Огарок направляют на водное выщелачивание растворимых хлоридов цветных и редких металлов, после чего пульпу фильтруют и из фильтрата выделяют сорбцией цветные и редкие металлы. Кек фильтрации после водного выщелачивания распульповывают водой и направляют на центробежные концентраторы для извлечения золота.

Таким образом, изложенные выше сведения свидетельствуют о том, что заявленное изобретение обладает заявленными выше свойствами, и совокупность отличительных признаков описываемого способа обеспечивает достижение указанного результата.

В результате проведенного анализа уровня техники переработки сульфидных в том числе мышьяковистых золотосодержащих концентратов, продуктов на их основе, в частности пиритных огарков, аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, не обнаружен, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку подобраны новые условия переработки, а также совокупность и очередность технологических воздействий, обеспечивающих глубокую безотходную переработку сульфидных золотосодержащих концентратов, пиритных огарков и других продуктов на их основе, результатом которой является получение ряда цветных и благородных металлов без применения цианистых соединений, основание для создания непрерывной технологии переработки сульфидных золотосодержащих концентратов и пиритных огарков. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Для заявленного способа, в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, нет препятствий его осуществления на практике с использованием современных технических средств. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".