Металлургия платиновых металлов

Борбат В.Ф.

Металлургия, 1977 г.

Переработка сульфидных медно-никелевых руд обычно включает целый ряд операций механического и флотационного обогащения, пирометаллургического обогащения концентратов и гидрометаллургического рафинирования металлов. При этом платиновые металлы в зависимости от принятой технологии концентрируются в тех или иных продуктах, причем поведение каждого из платиновых металлов в этих процессах различно.

Обычно принято считать, что при переработке сульфидных медно-никелевых руд платиновые металлы следуют за цветными и извлекаются так же, как и основные металлы (медь, никель). Как мы увидим далее, эта. в основном справедливо только для платины и палладия и совершенно не соответствует действительности для родия, иридия, рутения, осмия. Ввиду многообразия типов руд и принятых для их переработки технологических схем, мы будем разбирать извлечение платиновых металлов отдельно в цикле обогащения руд, пирометаллургической переработки и в гидрометаллургических процессах.

I. извлечение ПЛАТИНОВЫХ металлов ПРИ ОБОГАЩЕНИИ РУД |[1, 2, 13]

Технологические схемы извлечения платиновых металлов гари обогащении вкрапленных руд определяются формами нахождения этих металлов в данном месторождении. Если платиновые металлы представлены самородной платиной и ферроплатиной, то в технологическую схему обогащения входит операция по получению гравитационного концентрата, содержащего повышенные концентрации платиновых металлов. Если в рудах платиновые металлы, в частности платина, находятся в виде магнитной ферроплатины, то обычно применяют магнитную сепарацию с последующей переработкой богатого продукта либо в отдельном цикле, либо совместно с никелевым концентратом в пирометаллургическом процессе. Первая схема применяется, например, для обогащения платинусодержащих руд Южной Африки. Технологический процесс гравитационно-флотационного обогащения южноафриканских руд включает дробление исходной руды с последующим тонким измельчением ее в две стадии в шаровых мельницах, работающих в замкнутом цикле с гидроциклонами.

Отделение свободных зерен самородной платины производится в цикле измельчения на шлюзах с кордероевым покрытием. Полученные концентраты подвергают перечистке на концентрационных столах с получением гравитационного концентрата, содержащего 30—35% платины, 4—6% палладия и 0,5% других металлов платиновой группы.

Пульпа после выделения гравитационного концентрата сгущается и направляется на флотацию. Конечным продуктом флотации является концентрат, содержащий (%): никеля — 3,5—4,0, меди — 2,0—2,3, железа —15,0, серы — 8,5—10,0, суммы платиновых металлов—ПО— 150 г/т. Этот концентрат поступает в металлургическую переработку. извлечение платиновых металлов в цикле обогащения достигает 82—85%.

Бедная вкрапленная руда месторождения Садбери подвергается дроблению, измельчению с последующей флотацией и магнитной сепарацией. В результате получается никелевый концентрат, содержащий платиновые металлы, медный концентрат, содержащий золото и серебро, и пирротиновый концентрат, практически не содержащий благородных металлов.

При обогащении вкрапленных руд норильских месторождений получаются два концентрата: медный и никелевый. Общее извлечение в эти концентраты платины—до 78%, палладия —до 80%, родия —35—40%, иридия, рутения и осмия —не более 30%. Значительные потери металлов-спутников с хвостами обогащения объясняются тем, что они ассоциированы с пирротином, который уходит в отвал. Как было показано выше, некоторая часть платины также связана с пирротином, поэтому извлечение ее несколько ниже, чем палладия, который в основном рассеян в пентландите. При перефлотации хвостов можно получить дополнительный концентрат, содержащий до 2% никеля, до 10% серы и до 30— 35 г/т платиновых металлов. При этом извлечение платины повышается на 4%, палладия— на 5%. Кроме того, можно ожидать значительного повышения извлечения иридия, родия, рутения, осмия. Однако переработка такого концентрата в металлургическом цикле затруднена ввиду значительного количества в нем железа [1,2].

В богатых сульфидных рудах формы нахождения платиновых металлов чрезвычайно разнообразны, поэтому при обогащении получается несколько различных продуктов, содержащих платиновые металлы.

После обогащения руд в тяжелых средах, селективной флотации, выделения пирротинового концентрата и магнитной сепарации получаются четыре концентрата: никелевый, в который переходит до 60% платины и палладия; медный, в который переходит до 30% этих металлов, золото и серебро; магнетитовый, содержащий в основном платину в виде ферроплатины; пирротимовый, содержащий основную массу иридия, родия, рутения, осмия. Общее извлечение платины и палладия во все концентраты составляет 97—98%. извлечение металлов-спутников при этом может быть не ниже 80—85%. Однако последующая металлургическая переработка пирротинового и малнетитового концентратов затруднена и может быть связана со значительными потерями платиновых металлов [7, с. 381—384; 14].

В последние годы в связи с возросшим спросом на благородные металлы и повышением цен на них во всем мире начали проводить большие работы по повышению извлечения платиновых металлов в цикле обогащения, так как именно здесь теряется основная их масса. Вероятно, в ближайшее время следует ожидать появления новых технологических схем обогащения и переработки отвальных в настоящее время продуктов.

2. извлечение ПЛАТИНОВЫХ металлов В ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

Переработка никелевых концентратов [13]

Никелевый концентрат различных предприятий содержит от 20 до 150 г/т благородных металлов. Дальнейшая его переработка включает ряд пирометаллургачееких операций, позволяющих последовательно концентрировать благородные металлы и в конечном итоге получать продукт, пригодный для гидрометаллургических операций.

Одним из наиболее перспективных способов является окислительно-сегрегационный (рис. 14) [il3, 14]. Поэтому способу концентрат обжигают для удаления серы и шихтуют с 5% хлористого кальция и 15—25% угольной пыли. Полученную шихту обжигают в трубчатых печах при температуре 500—65О°С. Платиновые металлы при этом концентрируются на угле, цветные металлы также коллектируются углем и выделяются при флотации. Обожженную шихту измельчают и подвергают основной и контрольной флотации при расходе бутилового аэрофлота на основную флотацию 80 г/т, контрольную— 40 г/т и соснового масла соответственно 50 и 10 г/т. В результате флотации получается концентрат, обогащенный платиновыми металлами в 15—25 раз. извлечение благородных металлов в этот концентрат 90—95%, цветных металлов 90—92%- Хвосты флотации, практически не содержащие цветных и благородных металлов, являются отвальным продуктом.

Предложенная технология может быть использована для любых бедных продуктов, содержащих платиновые металлы.

3. извлечение ПЛАТИНОВЫХ металлов В ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

Сплавы благородных металлов

В продуктах, содержащих платиновые металлы, находятся обычно медь, никель, железо, сера, селен, теллур, кобальт, марганец. При электролитическом растворении никелевых и медных анодов, в процессах обогащения шламов, переработки магнитной фракции, аффинажных операций поведение платиновых .металлов определяется составом сплава. Поэтому для выбора рационального способа проведения того или иного процесса необходимо знать свойства некоторых сплавов цветных и благородных металлов.

Основные свойства цветных и благородных металлов, присутствующих в продуктах переработки сульфидных медно-никелевых руд, показаны в табл. 15, составленной по различным литературным источникам. Из таблицы следует, что

1) железо образует непрерывные твердые растворы с Ni, Co, Pt, Pd, Ir, Rh, Mn; ограниченные твердые растворы с Сu, Аu, Ru; соединения с Ni, Pt, Pd, Ir, Co, Mn, Se, Те, S; не взаимодействует с Ag;

2) медь образует непрерывные твердые растворы с Ni, Pt, Pd, Au, Mn; ограниченные твердые растворы с Fe, Со, Rh, Ir, Os, As, Zn, Mn, Ag; соединения с Ni, Pd, Pt, Rh, Au, Se, Те, S; не взаимодействует с С;

3) никель обравует непрерывные твердые растворы с Fe, Co, Rh, Pd, Pt, Си, Аи; ограниченные твердые растворы с Ru; соединения с Fe, Co, Mn, Pt, Си, Zn, S, Se, Те; не взаимодействует с Ag;

4) палладий образует непрерывные твердые растворы с Fe, Co, Ir, Rh, Ni, Cu, Ag, Аu, Pt; ограниченные твердые растворы с Ru, Os; соединения с Fe, Cu, As, Zn, Se;

5) поведение платины практически не отличается от поведения в сплавах палладия, однако платина образует ограниченные твердые растворы с серебром;

6) серебро образует со всеми сопутствующими элементами ограниченные твердые растворы и весьма слабо связано с основными составляющими сульфидных медно-никелевых руд—никелем и железом. Поэтому в процессе переработки руд серебро в основном переходит в медные концентраты и перерабатывается вместе с медью.

Известно, что основными факторами, определяющими образование твердых растворов, являются следующие:

1. Соединения должны иметь одинаковый тип кристаллической решетки с близкими значениями ее параметров.

2. В соединениях должен реализоваться одинаковый тип химической связи. Кроме того, два условия могут благоприятствовать образованию твердых растворов:

1) наличие в составе соединений элементов с небольшим значением атомных радиусов или одного общего элемента;

2) одинаковый стехиометрический состав соединений. серебро не удовлетворяет необходимым требованиям

для образования твердых растворов с никелем и железом по параметрам решетки и атомному радиусу, поэтому уже при температуре 1435°С эти металлы не растворяются друг в друге. По этим параметрам серебро ближе к платине, палладию и меди, поэтому его растворяется в меди до 0,35% (ат.), а в палладии до 10% (ат.).