Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В настоящее время сереброперерабатыва-ющий комплекс России испытывает значительные трудности, связанные с распадом Советского Союза и потерей металлургической базы по переработке концентратов, получаемых из собственно серебряных руд. Такая ситуация привела к тому, что общие объемы производства первичного серебра в России сократились за период с 1993 по 2000 г. более, чем на 25 %.
В наиболее тяжелом положении оказался Дукатский горно-обогатительный комбинат, разрабатывающий уникальное по запасам и содержанию серебра месторождение. До 1993 г. серебросодержащие концентраты Дукатского ГОКа направлялись на Усть-Каменогорский свинцово-цинковый комбинат, однако в современных условиях это оказалось экономически нецелесообразым из-за многократного увеличения транспортных тарифов, монопольного установления стоимости переработки и взимания таможенных пошлин. Попытки руководства комбината организовать переработку концентратов в Канаде не привели к ожидаемым результатам.
Одна из причин кризисной ситуации заключается в том, что по своему вещественному составу дукатские флотоконцентраты не представляют особой ценности для заводов цветной металлургии и, одновременно, являются упорными при цианировании.
В сложившихся условиях организация переработки серебросодержащих концентратов на территории Российской Федерации является важной народнохозяйственной задачей.
Работа выполнена в соответствии с межвузовской научно-технологической программой «Платиновые металлы, золото и серебро России» по направлению «Разработка, проверка и внедрение новых технологических процессов обогащения и переработки упорного, забалансового, ранее не перерабатываемого золото-, серебросодержащего сырья и отвалов», планом НИР Иркутского государственного технического университета по проблеме «Исследование и освоение прогрессивных процессов извлечения драгоценных металлов и алмазов из нестандартных руд, упорных концентратов и продуктов обработки россыпей», а также Грантом Российского фонда фундаментальных исследований РАН № 96-15-98277 «Поддержка научной школы СБ. Леонова» на 1997-1999 гг.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является разработка научных и практических основ рациональной технологии переработки серебросодержащих концентратов, сочетающей высокоэффективные обогатительные и металлургические процессы; создание пирометаллургической технологии извлечения благородных металлов из высококачественных концентратов методом электроплавки на внутренний коллектор.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ. Математическое моделирование физико-химических процессов методом минимизации свободной энергии с помощью про-
граммного комплекса «Селектор-С». Кинетический анализ топохимических процессов. Электровибрационный и двухапектродный контактный методы измерения вязкости и электропроводности расплавов. Твердофазные взаимодействия исследованы методами высокотемпературной рентгенографии и термогравиметрии в сочетании с дифференциально-термическим анализом. Методы изучения состава исследуемого сырья: рентгеноструктурный, микрорентгеноспектральный, лазерной спектроскопии, а также минералогический, пробирный, атомно-абсор-бционный, спектральный и химический. Исследования проведены в лабораторном, укрупненно-лабораторном и опытно-промышленном масштабах.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена необходимость использования в процессе флотационного обогащения упорных серебряных руд колонных флотомашин, в которых реализован принцип самовыравнивания диссипации энергии в объеме флотационного аппарата, что позволяет устранить крупномасштабное вихревое движение и обеспечить оптимальные условия минерализации газовой фазы со значительным увеличением скорости флотации и удельной производительности аппарата. Полученные по данной технологии высококачественный серебросодержа-щий концентрат и промпродукт максимально удовлетворяют требованиям пиро-и гидрометаллургических процессов их переработки.
Разработаны теоретические основы электроплавки высококачественных серебросодержащих концентратов на внутренний коллектор, заключающиеся в установлении неизвестных ранее закономерностей окислительно-восстановительного обжига концентрата и плавки полученного огарка в присутствии флюсов. При этом впервые:
—установлено влияние углерода на протекание окислительно-восстановительных процессов при обжиге концентрата, которое заключается в смещении реакций образования промежуточных соединений и конечных продуктов в системах «Pb-S-O» и «Cu-S-O» в сторону более низких температур;
выявлена последовательность превращений при взаимодействии сульфидов серебра, свинца и меди с карбонатом натрия в присутствии углерода;
изучена кинетика окислительного и окислительно-восстановительного обжига высококачественного серебросодержащего концентрата: определены зависимости скорости окисления сульфидной серы от температуры и установлены кинетические режимы окисления;
установлена взаимосвязь между извлечением благородных металлов в сплав и соотношением в огарке сульфидной и сульфатной серы, что позволяет избежать штейнообразования в процессе плавки и сократить до минимума потери благородных металлов со шлаком;
-для плавки серебросодержащих концентратов с повышенным содержанием кремнезема предложены составы шлаков системы «Si02-Na2O-Ca0», обеспечивающие эффективное протекание ликвационных и восстановительных процессов;
- определены формы потерь цветных и благородных металлов в шлаках
электроплавки, которые связаны со штейновой фазой вторичного происхожде
ния и корольками металла, неуспевшими выделиться в донную фазу.
Впервые изучены рафинирующие свойства синтетических шлаков «SiCh-NaF». На основании построения диаграммы состояния системы «Si02-NaF», исследования вязкости расплавов и технологических испытаний предложен оптимальный состав покровно-рафинирующего флюса, обеспечивающий получение сплава Доре при огневом рафинировании чернового серебра за одну операцию.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. На основе сформулированных в дис-' сертации общих принципов и научных положений разработана рациональная технология переработки серебросодержащих концентратов по комбинированной схеме, включающей сочетание высокоэффективных обогатительных и металлургических процессов, защищенных патентами РФ.
Внедрение на Дукатском ГОКе колонных флотомашин с нисходящим пуль-по-воздушным потоком позволило получить в цикле перечистных операций два товарных серебросодержащих продукта. При этом в высококачественный концентрат, выход которого составил 35-45% от общего объема производства, перешло 75-80% цветных и до 70% благородных металлов. Выход промпродукта с содержанием серебра 6,0-6,8 кг/т составил соответственно 55-65%. Очистка промпродукта от основной массы физических и химических депрессоров благородных металлов позволяет легко перерабатывать последний методом прямого цианирования.
На основании разработанной пирометаллургической технологии переработки высококачественного серебросодержащего концентрата, включающей окислительно-восстановительный обжиг концентрата и электроплавку полученного огарка в присутствии флюсов, институтом «Сибгипрозолото» выполнены технико-экономическое обоснование, а затем рабочий проект строительства цеха пирометаллургической переработки концентратов Дукатского ГОКа на Ангарском электролизном химическом комбинате.
Суммарный экономический эффект, принятый при проектировании и строительстве пирометаллургического производства по переработке высококачественных серебросодержащих концентратов, составляет 855 тыс. $ в год.
комплекс физико-химических исследований, обосновывающий необходимость сознания комбинированной обогатительно-металлургической схемы переработки серебряных руд месторождения «Дукат»;
результаты термодинамического и кинетического анализа процессов при обжиге и плавке высококачественного серебросодержащего концентрата, полученного по комбинированной схеме;
данные лабораторных испытаний по оптимизации режимов обжига и плавки серебросодержащего концентрата на внутренний коллектор;
научно-практические рекомендации по рафинированию чернового серебра синтетическим шлаком системы «SiOr-NaF».
технологические решения по организации комбинированной схемы на Дукатском горно-обогатительном комбинате и Ангарском ЭХК.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы докладывались и обсуждались на Международном совещании «Научные и практические аспекты добычи цветных и благородных металлов» (Хабаровск, 2000 г.), II Конгрессе обогатителей стран СНГ (Москва, 1999 г.), Международных и Всероссийских научно-технических конференциях: «Золото Сибири» (Красноярск, 1999 г.), «Научные основы, методы и технологии разделения минеральных компонентов при обогащении техногенного сырья» (Плаксинские чтения, Иркутск, 1999 г.), «Современное состояние и перспективы развития алюминиевой промышленности» (Иркутск, 1999 г.), «Технологические и экологические аспекты комплексной переработки минерального сырья» (Иркутск, 1998 г.), «Металлургия - 21 век» (Красноярск, 1998 г.), «Проблемы извлечения благородных металлов из руд, отходов обогащения и металлургии» (Екатеринбург, 1997 г.), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Иркутского государственного технического университета.
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 48 научных работ, в том числе 2 монографии и 2 патента РФ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы из 203 наименований, содержит 280 страниц основного текста, включая 63 рисунка и 37 таблиц.