RU2618282C1

RU2618282C1 - Method of processing materials containing platinum metals

Info

Publication number: RU2618282C1
Application number: RU2015145417A
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Птицын; Александр Сергеевич Исаев; Алексей Георгиевич Савин; Валерий Михайлович Парецкий
Original assignee: Алексей Михайлович Птицын
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2017-05-03

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method comprises melting the starting materials in the presence of a carbonaceous reductant to obtain a metal melt containing iron-platinum compound and its subsequent conversion with separation of platinum group metals. The carbonaceous reducing agent is used in the form of solid and gaseous fuels. Melting the starting material is carried out by bubbling oxygen-enriched melt blown out in two stages. In the first stage melting lead to a homogeneous molten state to provide a ratio between the values of the enthalpies of gaseous and solid energy of not less than 0.4, then a second lead smelting step to obtain an emulsion having an iron content of the melt in the metal phase is not less than 40%. Converting the molten metal, iron-containing compound is carried out in two stages. The first step lead to the oxygen-depleted air blast to melt the iron content equal to 25-30%, and a second step for blowing air to the iron content equal to 2-5%.

EFFECT: intensification of processing the material ensuring a high degree of metal extraction.

2 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области металлургии, и может быть использовано при переработке рудного и техногенного сырья с низким (от 2 г/т) содержанием металлов платиновой группы (МПГ).The invention relates to the field of metallurgy, and can be used in the processing of ore and industrial raw materials with a low (from 2 g / t) content of platinum group metals (PGM).

Известен способ извлечения металлов платиновой группы, включающий плавку шихты, состоящей из материалов, содержащих металлы платиновой группы в железосодержащих компонентах, углеродистого восстановителя и шлакообразующих материалов, с концентрацией извлекаемых металлов в железной фазе. Плавку шихты осуществляют в предварительно разогретой до температуры 1600-1700°С плазменно-дуговой печи постоянного тока с катодом, установленным на подине печи, при равномерном введении шихты в зону устойчивой дуги. После введения шихты ее плавят и выдерживают расплав при той же температуре до образования жидкотекучего расплава и концентрации его в зоне катода. При этом количество углеродистого восстановителя составляет 5-30% от необходимого расчетного количества для полного восстановления железа / Патент РФ №2360984, МПК C22B 11/02, опубл. 10.07.2009/.A known method for the extraction of platinum group metals, including melting a mixture consisting of materials containing platinum group metals in iron-containing components, a carbon reducing agent and slag-forming materials, with a concentration of recoverable metals in the iron phase. The charge is melted in a direct current plasma-arc furnace preheated to a temperature of 1600-1700 ° C with a cathode mounted on the bottom of the furnace, with the charge being uniformly introduced into the zone of a stable arc. After the introduction of the charge, it is melted and the melt is held at the same temperature until the formation of a fluid melt and its concentration in the cathode zone. The amount of carbon reducing agent is 5-30% of the required estimated amount for the complete reduction of iron / RF Patent No. 2360984, IPC C22B 11/02, publ. July 10, 2009 /.

Известный способ предусматривает использование плазменно-дугового нагрева, отличается высоким энергопотреблением и низкой производительностью по удельным показателям плавки исходного материала. Поэтому применение известного способа оправдано только для переработки специфических тугоплавких трудновскрываемых платиносодержащих материалов, как правило, искусственного происхождения, например, таких как катализаторы, и содержащих не менее 4 г/т металлов платиновой группы или в которых из-за отсутствия методов невозможно определить в исходном сырье истинное содержание платиноидов. Для переработки рудного материала или хвостов обогатительного производства применение известного способа экономически не оправдано, так как количество электроэнергии при его реализации, затраченное на плавление единицы массы материала, будет превышать экономически целесообразные величины.The known method involves the use of plasma-arc heating, characterized by high energy consumption and low productivity in terms of specific indicators of melting of the source material. Therefore, the application of the known method is justified only for the processing of specific refractory hard-to-open platinum-containing materials, usually of artificial origin, for example, such as catalysts, and containing at least 4 g / t of platinum group metals or in which, due to the lack of methods, it is impossible to determine in the feedstock true platinum content. For the processing of ore material or tailings of the beneficiation plant, the application of the known method is not economically justified, since the amount of electricity spent on melting a unit mass of material will exceed economically feasible values.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ переработки материалов, содержащих платиновые металлы, с низким содержанием платиноидов, включающий плавку исходного материала в присутствии углеродистого восстановителя с получением металлического расплава, содержащего железоплатиновые соединения, и последующее его конвертирование с выделением платиновых металлов в товарный продукт / патент РФ№2224034, МПК C22B 11/02, опубл.20.02.2004 /.The closest analogue to the claimed invention is a method of processing materials containing platinum metals with a low platinum content, comprising melting the starting material in the presence of a carbon reducing agent to obtain a metal melt containing iron-platinum compounds, and its subsequent conversion with the release of platinum metals into a commercial product / patent RF №2224034, IPC C22B 11/02, publ. 02.20.2004 /.

В качестве исходного материала в известном способе используют шихту, содержащую не менее 2 г/т металлов платиновой группы, а также силикатные, железные и сульфидные компоненты, взятые в заявляемых весовых соотношениях, углеродистый восстановитель берут в избытке и плавку ведут до образования гетерогенного расплава сульфидной, силикатной и железной фаз, после чего отделяют железную фазу, концентрирующую металлы платиновой группы, и подвергают ее окислительной термообработке с выделением металлов платиновой группы. Плавку исходного материала в известном способе осуществляют путем подачи воздуха в качестве окислителя в реакционную зону шахтной печи.As a starting material in the known method, a charge is used containing at least 2 g / t of platinum group metals, as well as silicate, iron and sulfide components taken in the claimed weight ratios, the carbon reducing agent is taken in excess and melting is carried out until a heterogeneous sulfide melt is formed, silicate and iron phases, after which the iron phase concentrating the platinum group metals is separated and subjected to oxidative heat treatment with the release of platinum group metals. Melting of the starting material in the known method is carried out by supplying air as an oxidizing agent to the reaction zone of a shaft furnace.

К числу существенных недостатков известного способа следует отнести его низкую экономичность, обусловленную необходимостью применения в качестве энергоносителя и восстановителя дорогостоящего кокса для обеспечения фильтрующего слоевого режима при плавке (по предварительным расчетам, при сегодняшнем уровне цен на платину и кокс, переработка руды в таком процессе будет экономически оправдана только при содержании в ней платины не менее 8 г/т). Кроме того, использование в известном способе метода шахтной плавки не позволяет обеспечить высокую производительность процесса. Все вышеотмеченное в целом делает известный способ малоэффективным.Significant disadvantages of this method include its low cost, due to the need to use expensive coke as an energy carrier and reducing agent to provide a filtering layer mode during smelting (according to preliminary estimates, at the current price level for platinum and coke, ore processing in such a process will be economically It is justified only when the content of platinum in it is at least 8 g / t). In addition, the use in the known method of the method of mine smelting does not allow for high productivity of the process. All of the above generally makes the known method ineffective.

Заявляемое изобретение направлено на разработку высокоэффективного способа, позволяющего интенсифицировать процесс переработки материалов с незначительным содержанием МПГ, обеспечив при этом оптимальную степень их извлечения в условиях высокой удельной производительности процесса.The invention is aimed at developing a highly efficient method that allows to intensify the process of processing materials with a low content of PGM, while ensuring the optimal degree of extraction under conditions of high specific productivity of the process.

Отмеченный выше технический результат достигается способом переработки материалов, содержащих платиновые металлы, с низким содержанием платиноидов, включающем плавку исходного материала в присутствии углеродистого восстановителя с получением металлического расплава на основе железа, содержащего железоплатиновые соединения, и последующее его конвертирование с выделением платиновых металлов в товарный продукт, в котором в качестве углеродистого восстановителя в расплав вводят твердый и газообразный углеводородные энергоносители, а плавку исходного материала осуществляют в барботируемом обогащенным кислородом дутьем расплаве в две стадии, при этом на первой стадии плавку ведут до гомогенного состояния расплава при поддержании соотношения между значениями энтальпий газообразного и твердого энергоносителей составляющего не менее 0,4, после чего на второй стадии плавку ведут до получения эмульсионного расплава с содержанием железа в металлической фазе не менее 40% при поддержании отношения расхода кислорода, поступающего с барботажным дутьем, к расходу углеводородов восстановителей на уровне, обеспечивающем величины H₂/H₂O и CO/CO₂ в отходящих газах второй стадии плавки в пределах 8,0-8,5, и 9,0-10,0 соответственно, при этом соотношение между значениями энтальпий газообразного и твердого энергоносителей поддерживают равным 0,5-0,6.The technical result noted above is achieved by a method of processing materials containing platinum metals with a low platinum content, including melting the starting material in the presence of a carbon reducing agent to obtain a metal melt based on iron containing iron-platinum compounds, and its subsequent conversion with the release of platinum metals into a commercial product, in which solid and gaseous hydrocarbon energy carriers are introduced into the melt as a carbonaceous reducing agent, and the initial material is melted in a melt sparged with oxygen-rich blast in two stages, while in the first stage the melting is carried out to a homogeneous state of the melt while maintaining the ratio between the enthalpies of the gaseous and solid energy carriers of at least 0.4, after which the second stage is melted to obtain an emulsion melt with an iron content in the metal phase of at least 40% while maintaining the ratio of the oxygen flow coming from the bubbler to the hydrocarbon consumption reducing rows at a level ensuring value H ₂ / H ₂ O and CO / CO ₂ in the exhaust gases of the second stage of melting in the range 8.0-8.5, and 9.0-10.0, respectively, the ratio between the values of the enthalpies gaseous and solid energy carriers support equal to 0.5-0.6.

Кроме того, в другом предпочтительном варианте осуществления изобретение характеризуется тем, что конвертирование металлического расплава, содержащего платиноиды, осуществляют в две стадии, при этом на первой стадии процесс ведут на обедненном по кислороду дутье до содержания железа в расплаве, равного 25-30%, после чего на второй стадии конвертирование ведут на воздушном дутье до содержания железа, равного 2-5%.In addition, in another preferred embodiment, the invention is characterized in that the conversion of the metal melt containing the platinoids is carried out in two stages, while in the first stage the process is carried out on an oxygen-depleted blast to an iron content of 25-30% after which in the second stage, the conversion is carried out by air blasting to an iron content of 2-5%.

Помимо этого, изобретение согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления характеризуется тем, что в качестве твердого энергоносителя используют низкосортное углеродсодержащее сырье, а газообразный энергоноситель получают путем газификации твердого.In addition, the invention according to yet another preferred embodiment is characterized in that low-grade carbon-containing raw materials are used as a solid energy carrier, and a gaseous energy carrier is obtained by solid gasification.

Сущность заявляемого способа состоит в следующем.The essence of the proposed method is as follows.

Проведенные исследования позволили установить, что проведение двухстадийной плавки материалов, содержащих платиновые металлы, с использованием процессов барботажного перемешивания расплава и применением кислородного дутья в процессе плавки в присутствии твердых и газообразных углеводородных энергоносителей в заявляемых режимах проведения процесса в сочетании с двухстадийным конвертированием полученного металлического расплава, содержащего платиноиды, позволяет значительно интенсифицировать процесс переработки и получить высокий выход платиноидов. Исследования показали, что на первой стадии плавки за счет интенсивного барботажа расплава, высокой температуры, повышенного содержания кислорода в дутье осуществляется полное расплавление всех компонентов сырья. На второй стадии плавки за счет высокого восстановительного потенциала и интенсивного барботажа при высокой температуре происходит активное восстановление и образование сплава на основе железа как извлекающей фазы для металлов платиновой группы, а также быстрое разделение металлической и шлаковой фаз. Таким образом, обеспечивается высокая интенсивность предлагаемого процесса, которая, как показала практика, при переработке рудного и техногенного сырья, аналогичного по содержанию породообразующим минералам состава, в барботируемом шлаковом расплаве в разы превышает таковую для шахтной плавки в фильтрующем слое шихты, что в совокупности с возможностью использования низкосортных дешевых энергоносителей позволяет экономически эффективно перерабатывать рудные материалы и антропогенные отходы обогатительного, гидрометаллургического и других видов производств с содержанием металлов платиновой группы от 2-х г/т.The studies showed that the two-stage melting of materials containing platinum metals, using the processes of bubble mixing of the melt and the use of oxygen blasting in the process of melting in the presence of solid and gaseous hydrocarbon energy carriers in the inventive modes of the process in combination with two-stage conversion of the obtained metal melt containing platinoids, can significantly intensify the processing process and obtain high cue output of PGM. Studies have shown that at the first stage of melting due to the intensive bubbling of the melt, high temperature, and increased oxygen content in the blast, the complete melting of all components of the feedstock is carried out. At the second stage of smelting, due to the high reduction potential and intense bubbling at high temperature, active reduction and formation of an iron-based alloy as an extracting phase for platinum group metals occurs, as well as a rapid separation of the metal and slag phases. Thus, the high intensity of the proposed process is ensured, which, as practice has shown, during the processing of ore and technogenic raw materials, similar in composition to the rock-forming minerals in the bubbling slag melt, is several times higher than that for mine smelting in the filtering layer of the charge, which together with the possibility the use of low-grade low-cost energy carriers allows cost-effective processing of ore materials and anthropogenic waste of concentrating, hydrometallurgical and other types of industries with the content of platinum group metals from 2 g / m.

Исследования показали, что введение в расплав в качестве углеродистого восстановителя твердого и газообразного углеводородных энергоносителей обеспечивает интенсивное восстановление железа, в котором коллективируются все МПГ. При этом было предложено в качестве твердого энергоносителя использовать низкосортное углеродсодержащее сырье, а газообразный энергоноситель получать путем газификации твердого, что позволяет осуществлять процесс при наличии только одного вида топлива в виде низкосортного угля и тем самым повысить экономичность процесса в целом.Studies have shown that the introduction of solid and gaseous hydrocarbon energy carriers into the melt as a carbon reducing agent provides intensive reduction of iron, in which all PGMs are collected. At the same time, it was proposed to use low-grade carbon-containing raw materials as a solid energy carrier, and to obtain a gaseous energy carrier by solid gasification, which allows the process to be carried out in the presence of only one type of fuel in the form of low-grade coal and thereby increase the efficiency of the process as a whole.

Заявляемые режимы проведения процесса были получены экспериментально. Оказалось, что на первой стадии плавку целесообразно вести до гомогенного состояния расплава при поддержании соотношения между значениями энтальпий газообразного и твердого энергоносителей, составляющего не менее 0,4. Проведение плавки при значении указанного соотношения, меньшем чем 0,4, приводит к неполному сгоранию твердого топлива, накоплению угля на поверхности расплава, загустеванию последнего и потери его гомогенности.The inventive modes of the process were obtained experimentally. It turned out that at the first stage it is advisable to melt to a homogeneous state of the melt while maintaining the ratio between the values of the enthalpies of gaseous and solid energy carriers, which is at least 0.4. Smelting at a value of the specified ratio, less than 0.4, leads to incomplete combustion of solid fuel, the accumulation of coal on the surface of the melt, thickening of the latter and the loss of its homogeneity.

Эксперименты показали, что на второй стадии плавку целесообразно вести до получения эмульсионного расплава с содержанием железа в металлической фазе не менее 40%. При снижении содержания железа ниже 40% из-за недостатка коллектора в извлекающей фазе наблюдалось скачкообразное снижение степени извлечения МПГ в металлическую фазу (с 70 до 35%).The experiments showed that in the second stage it is advisable to melt until an emulsion melt is obtained with an iron content in the metal phase of at least 40%. When the iron content decreased below 40% due to the lack of collector in the extracting phase, an abrupt decrease in the degree of PGM extraction into the metal phase was observed (from 70 to 35%).

Было установлено, что проведение плавки при поддержании отношения расхода кислорода, поступающего с барботажным дутьем, к расходу углеводородов-восстановителей на уровне, обеспечивающем величины соотношений H₂/H₂O и CO/CO₂ в отходящих газах второй стадии плавки, превышающие 8,5, и 10,0 соответственно, наблюдается скачкообразное падение содержания железа в шлаковом расплаве и резкое повышение его вязкости, в результате чего восстановители не усваиваются расплавом, кроме того, усложняется их дожигание на выходе из печного пространства, что в свою очередь усложняет работу котла-утилизатора. В то же время проведение плавки при значениях указанного соотношения, меньших 8,0 и 9,0 существенно увеличивается время, необходимое для достижения заданной глубины восстановления металлов и, следовательно, снижается удельная производительность процесса.It was found that the melting while maintaining the ratio of the flow rate of oxygen supplied with the bubble gas to the flow of reducing hydrocarbons at a level that provides the ratio of H ₂ / H ₂ O and CO / CO ₂ in the exhaust gases of the second stage of melting in excess of 8.5 , and 10.0, respectively, an abrupt decrease in the iron content in the slag melt and a sharp increase in its viscosity are observed, as a result of which the reducing agents are not absorbed by the melt; moreover, their afterburning at the exit from the furnace space is complicated, which in turn, complicates the operation of the recovery boiler. At the same time, melting at values of the specified ratio less than 8.0 and 9.0 significantly increases the time required to achieve a given depth of metal reduction and, therefore, the specific productivity of the process decreases.

Также опытным путем было установлено оптимальное соотношение между значениями энтальпий газообразного и твердого энергоносителей на второй стадии плавки в интервале 0,5-0,6. Оказалось, что проведение плавки при значениях указанного соотношения ниже 0,5 приводит к неусвоению твердого энергоносителя (угля) и загустеванию расплава, а превышение значения 0,6 - к снижению скорости процесса восстановления, по всей видимости, за счет снижения концентрации углерода, участвующего в процессе прямого восстановления расплава.It was also experimentally established the optimal ratio between the values of the enthalpies of gaseous and solid energy carriers in the second stage of melting in the range of 0.5-0.6. It turned out that melting at values of the specified ratio below 0.5 leads to the non-absorption of solid energy (coal) and thickening of the melt, and exceeding the value of 0.6 leads to a decrease in the rate of the reduction process, most likely due to a decrease in the concentration of carbon involved in direct melt reduction process.

В ходе исследований был разработан оптимальный, с точки зрения обеспечения наилучших показателей процесса, двухстадийный режим последующей окислительной термообработки полученного при плавке металлического расплава, содержащего платиноиды.In the course of the research, an optimal, from the point of view of providing the best process performance, two-stage regime of the subsequent oxidative heat treatment of the metal melt containing platinum obtained during melting was developed.

Было установлено, что на первой стадии конвертирование целесообразно проводить на обедненном по кислороду дутье до содержания железа в расплаве, равного 25-30%, что обеспечивает обычную скорость конвертирования без перегрева расплава от выделения большого количества тепла при окислении железа и реализацию щадящего режима работы футеровки фурменного пояса конвертера.It was found that in the first stage it is advisable to carry out the conversion on an oxygen-depleted blast to an iron content in the melt of 25-30%, which provides the usual conversion rate without overheating of the melt from the release of a large amount of heat during iron oxidation and the implementation of a gentle operation mode belt converter.

Эксперименты показали, что при значениях содержания железа в расплаве после первой стадии конвертирования менее 25% происходит замедление процесса конвертирования и образование настылей (конвертер работает «холодно»), тогда как при содержании железа более 30% процесс идет с повышенным выделением тепла, что требует снижения содержания кислорода в дутье.The experiments showed that when the iron content in the melt after the first stage of conversion is less than 25%, the conversion process slows down and build-up occurs (the converter works “cold”), while when the iron content is more than 30%, the process proceeds with increased heat generation, which requires a reduction oxygen content in the blast.

Установлено также, что конвертирование на второй стадии целесообразно проводить на воздушном дутье до содержания железа в товарном сплаве, равного 2-5%.It was also established that the conversion in the second stage should be carried out by air blasting to the iron content in the salable alloy equal to 2-5%.

Эксперименты показали, что при значениях содержания железа в товарном сплаве менее 2% количество МПГ в нем становится соизмеримым с количеством остаточного железа, при этом за счет перенасыщения извлекающей фазы часть МПГ образует сплавы с медью и никелем, что затрудняет их выделение на последующих этапах переработки сплава; при содержании железа в товарном сплаве выше 5% снижается товарная ценность последнего, так как железо является балластом и вредной составляющей на последующих этапах переработки и выделения МПГ. Так, к примеру, при дальнейшем извлечении МПГ, которое наиболее эффективно производить гидрометаллургическим способом, при содержании железа более 5% существенно возрастают потери МПГ.The experiments showed that for iron content in the salable alloy less than 2%, the amount of PGM in it becomes comparable with the amount of residual iron, while due to the supersaturation of the extracting phase, part of the PGM forms alloys with copper and nickel, which makes it difficult to separate them at subsequent stages of processing the alloy ; when the iron content in the salable alloy is above 5%, the commodity value of the latter decreases, since iron is the ballast and a harmful component in the subsequent stages of processing and separation of PGMs. So, for example, with the further extraction of PGM, which is most efficiently produced by the hydrometallurgical method, when the iron content is more than 5%, the loss of PGM increases significantly.

Ниже приведены примеры, подтверждающие возможность осуществления заявляемого изобретения с получением указанного выше технического результата: пример №1, иллюстрирующий осуществление изобретения для переработки оксидной вкрапленной платино-медно-никелевой руды Черногорского месторождения и пример №2, иллюстрирующий осуществление изобретения для переработки отвальных хвостов лежалого пирротинового концентрата (ЛПК) Заполярного филиала ОАО «Норильский никель».The following are examples confirming the possibility of carrying out the claimed invention with obtaining the above technical result: example No. 1 illustrating an embodiment of the invention for processing oxide disseminated platinum-copper-nickel ore of the Chernogorsk deposit and example No. 2 illustrating an embodiment of the invention for processing dump tailings of stale pyrrhotite concentrate (LPK) of the Polar Division of OJSC Norilsk Nickel.

Пример 1.Example 1

В качестве исходного материала взяли 600 г оксидной вкрапленной платино-медно-никелевой руды Черногорского месторождения при следующем содержании компонентов, вес.%: медь (Cu) - 0,37; никель (Ni) - 0,25; железо (Fe) - 10,5; сера (S₂) - 1,56; кремнезем (SiO₂) - 43,0; глинозем (Al₂O₃) - 11,48; оксид магния (MgO) - 13,8; оксид кальция (CaO) - 8,46; сумма МПГ, г/т - 4,59, в том числе: платина (Pt) - 1,23; палладий (Pd) - 3,05.As the starting material was taken 600 g of oxide disseminated platinum-copper-nickel ore of the Montenegrin deposit with the following content of components, wt.%: Copper (Cu) - 0.37; nickel (Ni) 0.25; iron (Fe) - 10.5; sulfur (S ₂ ) - 1.56; silica (SiO ₂ ) - 43.0; alumina (Al ₂ O ₃ ) - 11.48; magnesium oxide (MgO) - 13.8; calcium oxide (CaO) 8.46; the amount of PGM, g / t - 4.59, including: platinum (Pt) - 1.23; palladium (Pd) - 3.05.

300 г руды помещали в алундовый тигель диаметром 40 мм и плавили в вертикальной печи Таммана при температуре 1450°C в атмосфере аргона. Оставшиеся 300 г руды вместе с 30 г угля, содержащего в вес.% 89,9 углерода, 14,3 золы и 0,8 влаги и имеющего низшую рабочую теплотворность 26070 кДж/кг, загружали в тигель с полученным расплавом равными порциями с интервалом 2 мин.300 g of ore was placed in an alundum crucible with a diameter of 40 mm and melted in a vertical Tamman furnace at a temperature of 1450 ° C in an argon atmosphere. The remaining 300 g of ore, together with 30 g of coal, containing wt.% 89.9 carbon, 14.3 ash and 0.8 moisture and having a lower working heat value of 26070 kJ / kg, were loaded into the crucible with the melt in equal portions with an interval of 2 min

Для барботажа расплава через алундовую трубку внутренним диаметром 3 мм осуществляли подачу в него дутья, обогащенного кислородом, состоящего из 8,5 л/мин 95%-ного кислорода и 1,1 л/мин природного газа теплотворностью 34520 кДж/нм³.To bubble the melt through an alundum tube with an inner diameter of 3 mm, an oxygen-enriched blast was supplied into it, consisting of 8.5 l / min of 95% oxygen and 1.1 l / min of natural gas with a calorific value of 34520 kJ / nm ³ .

Плавку вели в течение 10 мин. до полного освоения загружаемого материала с образованием гомогенного расплава без снижения его температуры. При этом соотношение значений энтальпий газообразного и твердого энергоносителей составило 34520*1,1*10*10^-3/26070*30*10^-3=0,485.Melting was carried out for 10 minutes until the complete development of the feed material with the formation of a homogeneous melt without lowering its temperature. The ratio of the values of the enthalpies of gaseous and solid energy carriers was 34520 * 1.1 * 10 * 10 ^-3 / 26070 * 30 * 10 ^-3 = 0.485.

После этого на полученный гомогенный расплав загружали 35 г угля с одновременным барботажем расплава, который осуществляли подачей через отмеченную выше алундовую трубку в расплав дутья, обогащенного кислородом, состоящего из 2,7 л/мин 95%-ного кислорода и 2,7 л/мин природного газа. Плавку вели в течение 5 мин до получения эмульсионного расплава, в структуре которого, как показал анализ, присутствуют мельчайшие включения металлической фазы, содержащей 83% железа. При этом соотношение значений энтальпий газообразного и твердого энергоносителей составило 34520*2,7*5*10^-3/26070*35*10^-3=0,51.After that, 35 g of coal was charged onto the obtained homogeneous melt with simultaneous bubbling of the melt, which was carried out by feeding through the above-mentioned alundum tube into the oxygen-enriched blast melt, consisting of 2.7 l / min of 95% oxygen and 2.7 l / min natural gas. Melting was carried out for 5 min until an emulsion melt was obtained, the structure of which, as analysis showed, contains the smallest inclusions of the metal phase containing 83% iron. The ratio of the values of the enthalpies of the gaseous and solid energy carriers was 34520 * 2.7 * 5 * 10 ^-3 / 26070 * 35 * 10 ^-3 = 0.51.

Состав отходящего газа определяли с помощью хромотографического метода анализа. В указанных выше режимах плавки отходящий газ восстановительной стадии обработки расплава содержал, об.%: водород (H₂) - 55,0; окись углерода (CO) - 30,7; вода (H₂O) - 6,6; углекислый газ (CO₂) - 3,2, то есть величины соотношений H₂/H₂O и CO/CO₂ имели значения 8,3 и 9,6 соответственно.The composition of the exhaust gas was determined using a chromatographic analysis method. In the above melting conditions, the exhaust gas of the reduction stage of the melt processing contained, vol.%: Hydrogen (H ₂ ) - 55.0; carbon monoxide (CO) - 30.7; water (H ₂ O) - 6.6; carbon dioxide (CO ₂ ) - 3.2, that is, the values of the ratios of H ₂ / H ₂ O and CO / CO ₂ had values of 8.3 and 9.6, respectively.

По окончании операции включали электрообогрев печи и расплав подвергали выдержке в течение 20 мин при поддержании температуры 1450°C, после чего тигель охлаждали вместе с печью. При этом образовались расположенные друг над другом металлическая и шлаковая фазы, которые в холодном виде отделяли друг от друга.At the end of the operation, the electric heating of the furnace was switched on and the melt was exposed for 20 min while maintaining a temperature of 1450 ° C, after which the crucible was cooled together with the furnace. In this case, metallic and slag phases were formed, one above the other, which were coldly separated from each other.

Извлечение суммы МПГ в металлическую фазу составило > 75%, в том числе Pt - 68%; Pd - 83%. Состав металлической фазы (штейна), вес.%: Cu - 3,42; Ni - 3,26; Fe - 74,48; S₂ - 11,79; сумма МПГ - 115,38 г/т, в том числе Pt - 27,4 г/т; Pd - 76,83 г/т.The extraction of the amount of PGM in the metal phase was> 75%, including Pt - 68%; Pd - 83%. The composition of the metal phase (matte), wt.%: Cu - 3,42; Ni 3.26; Fe 74.48; S ₂ - 11.79; the amount of PGM - 115.38 g / t, including Pt - 27.4 g / t; Pd - 76.83 g / t.

Полученный штейн расплавляли в алундовом тигле в виде обратного усеченного конуса с диаметром нижнего основания 20 мм в печи Таммана при температуре 1350°C в атмосфере аргона и затем на первой стадии конвертирования продували смесью воздуха и азота, подаваемой в расплав через алундовую трубку с внутренним диаметром 3 мм с расходом воздуха и азота по 5 л/мин каждого в течение ≈ 15 мин до начала загустевания расплава. В этот момент продувку прекращали и отбирали пробу штейна со дна тигля. Поскольку анализ штейна показал, что содержание железа в штейне составило 25,4%, начинали вторую стадию конвертирования воздухом с расходом 4 л/мин. Продувку на второй стадии вели в течение 3-х мин; температуру расплава поддерживали на необходимом уровне - 1350°C.The resulting matte was melted in an alundum crucible in the form of a reverse truncated cone with a bottom base diameter of 20 mm in a Tamman furnace at a temperature of 1350 ° C in an argon atmosphere and then, in the first stage of conversion, it was purged with a mixture of air and nitrogen supplied to the melt through an alundum tube with an inner diameter of 3 mm with an air and nitrogen flow rate of 5 l / min each for ≈ 15 min before the melt thickens. At this point, purging was stopped and a matte sample was taken from the bottom of the crucible. Since the analysis of the matte showed that the iron content in the matte was 25.4%, the second stage of air conversion was started at a flow rate of 4 l / min. Purge in the second stage was carried out for 3 minutes; the melt temperature was maintained at the required level of 1350 ° C.

В результате всего эксперимента было получено 5,9 г конечного файнштейна, содержащего, вес.%: Cu - 49,3; Ni - 23,8; Fe - 2,1; S₂ - 22,46; сумма МПГ - 2186,48 г/т, в том числе: Pt - 534,76 г/т; Pd - 1604,28 г/т. Сквозное извлечение МПГ из руды в товарный файнштейн составило 76,33%, в том числе Pt - 66,23%, Pd - 80,43%.As a result of the whole experiment, 5.9 g of the final Feinstein was obtained, containing, wt.%: Cu - 49.3; Ni - 23.8; Fe - 2.1; S ₂ 22.46; the amount of PGM - 2186.48 g / t, including: Pt - 534.76 g / t; Pd - 1604.28 g / t. The through extraction of PGMs from ore to commodity matte was 76.33%, including Pt - 66.23%, Pd - 80.43%.

Пример 2.Example 2

В качестве исходного материала взяли 600 г отвальных хвостов лежалого пирротинового концентрата (ЛПК) Заполярного филиала ОАО «Норильский никель» при следующем содержании компонентов, вес.%: медь (Cu) - 0,231; никель (Ni) - 0,52; железо (Fe) - 18,0; сера (S₂) - 3,75; кремнезем (SiO₂) - 36,58; глинозем (Al₂O₃) - 12,29; оксид магния (MgO) -7,48; оксид кальция (CaO) - 7,70; г/т: платина (Pt) - 0,95; палладий (Pd) - 1,95.¹(¹ Потери цветных металлов и металлов платиновой группы (МПГ) с данными хвостами связаны главным образом со сростками нерудных минералов с сульфидами, поэтому извлечь эти металлы неметаллургическими методами невозможно. В то же время, все предыдущие попытки вовлечь в переработку хвосты ЛПК с использованием известных металлургических способов не привели к положительному результату из-за невозможности добиться экономически приемлемого коэффицента извлечения МПГ).We used 600 g of dump tailings of stale pyrrhotite concentrate (LPC) of the Polar Division of OJSC Norilsk Nickel with the following content of components, wt.%: Copper (Cu) - 0.231; nickel (Ni) - 0.52; iron (Fe) - 18.0; sulfur (S ₂ ) - 3.75; silica (SiO ₂ ) 36.58; alumina (Al ₂ O ₃ ) - 12.29; magnesium oxide (MgO) -7.48; calcium oxide (CaO) - 7.70; g / t: platinum (Pt) - 0.95; palladium (Pd) - 1.95. ¹ ( ¹ Losses of non-ferrous metals and platinum group metals (PGM) with these tails are mainly associated with intergrowths of non-metallic minerals with sulfides, therefore it is impossible to extract these metals by non-metallurgical methods. At the same time, all previous attempts to involve tails of wood-based timber using known metallurgical methods did not lead to a positive result due to the inability to achieve an economically acceptable recovery factor for PGM).

300 г ЛПК помещали в алундовый тигель диаметром 40 мм и плавили в вертикальной печи Таммана при температуре 1400°C в атмосфере аргона. Оставшиеся 300 г ЛПК вместе с 95 г бурого угля, имеющего низшую рабочую теплотворность 14440 кДж/кг, загружали в тигель с полученным расплавом равными порциями с интервалом 3 мин.300 g of LPC were placed in an alundum crucible with a diameter of 40 mm and melted in a vertical Tamman furnace at a temperature of 1400 ° C in an argon atmosphere. The remaining 300 g of LPC, together with 95 g of brown coal, having a lower working calorific value of 14440 kJ / kg, were loaded into the crucible with the melt in equal portions with an interval of 3 min.

Для барботажа расплава через алундовую трубку внутренним диаметром 3 мм осуществляли подачу в расплав дутья, обогащенного кислородом, состоящего из 10,0 л/мин 95%-ного кислорода и модели генераторного газа, получаемого из бурых углей, состоящего из 3,0 л/мин смеси в равных долях водорода и монооксида углерода общей теплотворностью 12700 кДж/нм³.To bubble the melt through an alundum tube with an internal diameter of 3 mm, oxygen-enriched blasting consisting of 10.0 l / min of 95% oxygen and a model of gas produced from brown coal consisting of 3.0 l / min was supplied to the melt mixtures in equal proportions of hydrogen and carbon monoxide with a total calorific value of 12700 kJ / nm ³ .

Плавку вели в течение 15 мин до полного освоения загружаемого материала с образованием гомогенного расплава без снижения его температуры. При этом соотношение значений энтальпий газообразного и твердого энергоносителей составило: 12700*3,0*15*10^-3/14440*95*10^-3=0,417.Melting was carried out for 15 min until the complete development of the feed material with the formation of a homogeneous melt without lowering its temperature. The ratio of the values of the enthalpies of gaseous and solid energy carriers was: 12,700 * 3.0 * 15 * 10 ^-3 / 14440 * 95 * 10 ^-3 = 0.417.

После этого на полученный гомогенный расплав загружали 90 г угля с одновременным барботажем расплава, который осуществляли подачей через отмеченную выше алундовую трубку в расплав дутья, обогащенного кислородом, состоящего из 2,5 л/мин 95%-ного кислорода и 7,4 л/мин смеси в равных долях водорода и монооксида углерода. Плавку вели в течение 7 мин. до получения эмульсионного расплава, в структуре которого, как показал анализ, присутствуют мельчайшие включения металлической фазы, содержащей 58,7% железа. При этом соотношение значений энтальпий газообразного и твердого энергоносителей составило: 12700*7,4*7*10^-3/14440*90*10^-3=0,580.After that, 90 g of coal was charged onto the obtained homogeneous melt with simultaneous bubbling of the melt, which was carried out by feeding through the above-mentioned alundum tube into the oxygen-enriched blast melt, consisting of 2.5 l / min of 95% oxygen and 7.4 l / min mixtures in equal proportions of hydrogen and carbon monoxide. Melting was carried out for 7 minutes to obtain an emulsion melt, in the structure of which, as analysis has shown, the smallest inclusions of the metal phase containing 58.7% iron are present. The ratio of the values of the enthalpies of gaseous and solid energy carriers amounted to: 12700 * 7.4 * 7 * 10 ^-3 / 14440 * 90 * 10 ^-3 = 0.580.

Состав отходящего газа определяли с помощью хромотографического метода анализа. В указанных выше режимах плавки отходящий газ восстановительной стадии обработки расплава содержал, об.%: водород (H₂) - 46,4; окись углерода (CO) - 39,6; вода (H₂O) - 5,7; углекислый газ (CO₂) - 4,04, то есть величины соотношений H₂/H₂O и CO/CO₂ имели значения 8,1 и 9,8 соответственно.The composition of the exhaust gas was determined using a chromatographic analysis method. In the above melting modes, the exhaust gas of the reduction stage of the melt processing contained, vol.%: Hydrogen (H ₂ ) - 46.4; carbon monoxide (CO) - 39.6; water (H ₂ O) - 5.7; carbon dioxide (CO ₂ ) - 4.04, that is, the values of the ratios of H ₂ / H ₂ O and CO / CO ₂ had values of 8.1 and 9.8, respectively.

По окончании операции включали электрообогрев печи и расплав подвергали выдержке в течение 20 мин при поддержании температуры 1400°C, после чего тигель охлаждали вместе с печью. При этом образовались расположенные друг над другом металлическая и шлаковая фазы, которые в холодном виде отделяли друг от друга.At the end of the operation, the electric heating of the furnace was switched on and the melt was exposed for 20 min while maintaining a temperature of 1400 ° C, after which the crucible was cooled together with the furnace. In this case, metallic and slag phases were formed, one above the other, which were coldly separated from each other.

Извлечение суммы МПГ в металлическую фазу составило > 75%, в том числе Pt - 68%; Pd - 83%. Состав металлической фазы (штейна), вес.%: Cu - 3,23; Ni - 6,46; Fe - 55,34; S₂ - 29,14; сумма МПГ - 74,12 г/т, в том числе Pt - 19,7 г/т; Pd - 51,77 г/т.The extraction of the amount of PGM in the metal phase was> 75%, including Pt - 68%; Pd - 83%. The composition of the metal phase (matte), wt.%: Cu - 3.23; Ni - 6.46; Fe - 55.34; S ₂ - 29.14; the amount of PGM - 74.12 g / t, including Pt - 19.7 g / t; Pd - 51.77 g / t.

Полученный штейн подвергали конвертированию в режиме, аналогичном описанному в примере 1.The resulting matte was subjected to conversion in a manner similar to that described in example 1.

В результате всего эксперимента было получено 6,7 г конечного файнштейна, содержащего, вес.%: Cu - 24,6; Ni - 48,5; Fe - 3,4; S₂ - 22,46; сумма МПГ - 523,14 г/т, в том числе: Pt - 137,86 г/т; Pd - 362,12 г/т. Сквозное извлечение МПГ из руды в товарный файнштейн составило 69,89%, в том числе Pt - 61,11%, Pd - 75,23%.As a result of the whole experiment, 6.7 g of the final Feinstein was obtained, containing, wt.%: Cu - 24.6; Ni - 48.5; Fe - 3.4; S ₂ 22.46; the amount of PGM - 523.14 g / t, including: Pt - 137.86 g / t; Pd - 362.12 g / t. The through extraction of PGM from ore into commodity matte was 69.89%, including Pt - 61.11%, Pd - 75.23%.

Таким образом, заявляемое изобретение успешно решает задачу создания экономичного способа переработки материалов с незначительным содержанием МПГ, обеспечив при этом оптимальную степень их извлечения в условиях высокой удельной производительности процесса.Thus, the claimed invention successfully solves the problem of creating an economical method of processing materials with a low content of PGM, while ensuring the optimal degree of extraction under conditions of high specific productivity of the process.

Claims

1. A method of processing ore materials and waste from ore dressing and hydrometallurgical industries containing from 2 g / t platinum metals and iron, comprising melting the starting materials in the presence of a carbon reducing agent to produce a metal melt containing iron-platinum compounds, and its subsequent conversion with the release of platinum metals, characterized in that the carbonaceous reducing agent is used in the form of solid and gaseous hydrocarbon energy carriers, while melting the source material terial is carried out with bubbling the melt with oxygen-enriched blast in two stages, while in the first stage the melting is carried out to a homogeneous state of the melt, ensuring a ratio between the enthalpies of gaseous and solid energy carriers of at least 0.4, then the second stage of melting is carried out to obtain an emulsion melt with an iron content in the metal phase of at least 40%, while maintaining the ratio of the flow of oxygen supplied with bubbler blast to the flow of hydrocarbon energy at a level ensuring of H ₂ / H ₂ O and CO / CO ₂ in the exhaust gases of the second stage of melting in the range 8.0-8.5, and 9.0-10.0, respectively, and the ratio between the values of the enthalpies of gaseous and solid hydrocarbon energy carriers are maintained equal to 0.5-0.6, and the conversion of a metal melt containing iron-platinum compounds is carried out in two stages, with the first stage being carried out on an oxygen-depleted blast to an iron content in the melt of 25-30%, and the second stage - on air blast to an iron content equal to 2-5%.

2. The method according to p. 1, characterized in that a low-grade carbon-containing raw material is used as a solid energy carrier, and a gaseous energy carrier is obtained by solid gasification.