Закономерности распределения благородных металлов между шлаковой и штейновой фазами при плавке сульфидных медных и медно-никелевых концентратов

Цель – проанализировать и структурировать информацию о распределении благородных металлов при пирометаллургической переработке сульфидных медных и медно-никелевых концентратов, приведенную в отечественных и зарубежных научных источниках. Анализ данных по влиянию парциального давления кислорода в системе, и, как следствие, состава получаемых штейнов, температуры ведения процесса и состава шлаковой фазы на распределение металлов платиновой группы, золота и серебра между продуктами плавки проводился на основе обзора отечественной и зарубежной научной литературы. Проведено исследование широкого спектра информации о распределении изучаемых металлов между штейном и шлаком при переработке сульфидных медных и медно-никелевых концентратов. Установлено, что систематическое изучение вопроса о распределении благородных металлов между продуктами плавки с применением современных методов анализа находится все еще на ранних стадиях. В опубликованных научных работах имеется весьма противоречивая информация о поведении золота, серебра и металлов платиновой группы при пирометаллургической переработке сульфидных медных и медно-никелевых концентратов, что связано с различиями в методиках постановки экспериментов, подготовки и анализа проб для анализа, и, как следствие, дальнейшей интерпретации полученных результатов. Кроме того, в научной литературе не встречается данных о влиянии на распределение золота, серебра и металлов платиновой группы между продуктами плавки таких технологических параметров процесса, как содержание магнетита в шлаковой фазе, соотношение между медью и никелем в исходной шихте и получаемых штейнах. Также отмечается отсутствие в научных источниках данных о распределении благородных металлов при ведении процесса пирометаллургического обеднения шлаков окислительной плавки медно-никелевого производства.  Принято решение о поиске оптимальных технологических параметров процесса окислительной плавки сульфидных медных и медно-никелевых концентратов, а также  пирометаллургического обеднения шлаков, гарантирующих наиболее высокие показатели извлечения благородных металлов в целевой продукт.

1. Avarmaa K., O'Brien H., Taskinen P. Equilibria of gold and silver between molten copper and FeOx-SiO2-Al2O3 slag in WEEE smelting at 1300°C // Advances in Molten Slags, Fluxes, and Salts: Proceedings of the 10th International Conference on Molten Slags, Fluxes and Salts. 2016. P. 193–202. https://doi.org/10.1007/978-3-31948769-4_20.

2. Heneo Z., Hector M., Yamaguchi K., Ueda S. Distribution of precious metals (Au, Pt, Pd, Rh and Ru) between copper matte and iron- silicate slag at 1573 K // Sohn International Symposium on Advanced Processing of Metals and Materials: Principles, Technologies and Industrial Practice (San Diego, 27–31 August 2006). San Diego, 2006. Vol. 1. P. 723–729.

3. Avarmaa K., O’Brien H., Johto H., Taskinen P. Equilibrium distribution of precious metals between slag and copper matte at 1250–1350°C // Journal of Sustainable Metallurgy. 2015. Vol. 1. P. 216–228. https://doi.org/10.1007/s40831-015-0020-x.

4. Piskunen P., Avarmaa K., O’Brien H., Klemettinen L., Johto H., Taskinen P. Precious metal distributions in direct nickel matte smelting with low-Сumattes // Metallurgical and Materials Transactions B. 2018. Vol. 49. Iss. 1. P. 98– 112. https://doi.org/10.1007/s11663-017-1115-5.

5. Avarmaa K., O’Brien H., Klemettinen L., Taskinen P. Precious metal recoveries in secondary copper smelting with high-alumina slags // Journal of material cycles and waste management. 2020. Vol. 22. P. 642–655. https://doi.org/10.1007/s10163-019-00955-w.

6. Klemettinen L., Avarmaa K., Taskinen P. Slag chemistry of high-alumina iron silicate slags at 1300°C in WEEE smelting // Journal of Sustainable Metallurgy. 2017. Vol. 3. P. 772–781. https://doi.org/10.1007/s40831-0170141-5.

7. Sukhomlinov D., Taskinen P. Distribution of Ni, Co, Ag, Au, Pt, Pd between copper metals and silica saturated iron silicate slag // Thermodynamic investigation of complex inorganic material systems for improved renewable energy and metals production processes: Proceedings of the European Metallurgical Conference (EMC). 2017. Vol. 3. P. 1029–1038.

8. Roghani G., Takeda Y., Itagaki K. Phase equilibrium and minor element distribution between FeOx-SiO2-MgObased slag and Cu2S-FeS matte at 1573 K under high partial pressures of SO2 // Metallurgical and Materials Transactions B. 2000. Vol. 31. No. 4. P. 705–712. https://doi.org/10.1007/s11663-000-0109-9.

9. Avarmaa K., Johto H., Taskinen P. Distribution of precious metals (Ag, Au, Pd, Pt, and Rh) between copper matte and iron silicate slag // Metallurgical and Materials Transactions B. 2016. Vol. 47. P. 244–255. https://doi.org/10.1007/s11663-015-0498-4.

10. Avarmaa K., Klemettinen L., O'Brien H., Taskinen P. Urban mining of precious metals via oxidizing copper smelting // Minerals Engineering. 2019. Vol. 133. P. 95– 102. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2019.01.006.

11. Sukhomlinov D., Klementtinen L., Avarmaa K., O’Brien H., Taskinen P., Jokilaakso A. Distribution of Ni, Co, precious and platinum group metals in copper making process // Metallurgical and Materials Transactions B. 2019. Vol. 50. P. 1752–1765. https://doi.org/10.1007/s11663019-01576-2.

12. Dinsdale A. SGTE Pure Element Database (UNARY) // Scientific Group Thermodata Europe. 2009. [Электронный ресурс]. URL: https://www.sgte.net/en/free-puresubstance-database (12.10.2021).

13. Shishin D., Hidayat T., Chen J., Hayes P.С., Jak E. Experimental investigation and thermodynamic modeling of the distributions of Ag and Au between slag, matte, and metal in the Cu–Fe–O–S–Si System // Journal of Sustainable Metallurgy. 2019. Vol. 5. No. 2. P. 240–249. https://doi.org/10.1007/s40831-019-00218-w.

14. Yamaguchi K. Distribution of precious metals between matte and slag and precious metal solubility in slag // Proceedings of Copper. 2010. Vol. 3. P. 1287–1295.

15. Shuto H., Okabe T. H., Morita K. Ruthenium solubility and dissolution behavior in molten slag // Materials transactions. 2011. Vol. 52. P. 1899–1904.

16. Morita K., Wiraseranee C., Shuto H., Nakamura S., Iwasawa K., Okabe T. H., et al. Dissolution behaviour of platinum group metals into molten slags // Mineral Processing and Extractive Metallurgy IMM Transactionssection C. 2014. Vol. 123. No. 1. P. 29–34. https://doi.org/10.1179/0371955313Z.00000000070.

17. Nakamura S., Sano N. Solubility of platinum in molten fluxes as a measure of basicity // Metallurgical and Materials Transactions B. 2010. Vol. 28. P. 103–108. https://doi.org/10.1007/s11663-997-0132-1.

18. Wiraseranee C., Yoshikawa T., Okabe T. H., Morita K. Dissolution behavior of platinum in Na2O–SiO2-based slags // Material Transactions. 2014. Vol. 55. No. 7. P. 1083–1090. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2014042.

19. Wiraseranee C., Yoshikawa T., Okabe T. H., Morita K. Effect of Al2O3, MgO and CuOx on the dissolution behavior of rhodium in the Na2O-SiO2 slags // Journal of Mining and Metallurgy, Section B: Metallurgy. 2013. Vol. 49. No. 2. P. 131–138.

20. Токарь Л. Л., Ерцев В. И., Цесарский В. С., Денисов А. Ф., Шевцова Н. В. Изучение закономерностей поведения редких платиновых металлов в системе штейншлак применительно к плавке в расплаве // Автогенные процессы в производстве тяжелых цветных металлов: сб. науч. тр. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1987. С. 86–91.

21. Орлов А. М., Токарь Л. Л., Бруэк В. Н., Быстров В. П., Цесарский В. С. Исследование поведения благородных металлов в процессе испытаний плавки в жидкой ванне сульфидного медно-никелевого сырья // Автогенные процессы в производстве тяжелых цветных металлов: сб. науч. тр. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1987. С. 79–86.

22. Цемехман Л. Ш., Цымбулов Л. Б., Пахомов Р. А., Попов В. А. Поведение платиновых металлов при переработке сульфидного медно-никелевого сырья // Цветные металлы. 2016. № 11. С. 50–56. https://doi.org/10.17580/tsm.2016.11.05.

23. Рябко А. Г., Вайсбурд С. Е., Сорокин В. Г. Механизм образования платинусодержащих участков в составе металлической фазы штейна // Труды Института Гипроникель. 1979. № 52. С. 24–29.

24. Tsymbulov L. B., Knyazev M. V., Tsemekhman L. Sh. Oxide nickel ores smelting of ferronickel in two-zone Vaniukov furnace // Canadian Metallurgical Quarterly. 2011. Vol. 50. Iss. 2. P. 135–144. https://doi.org/10.1179/000844311X12949291727772.

25. Петров Г. В., Грейвер Т. Н., Лазаренков В. Г. Современное состояние и технологические перспективы производства платиновых металлов из хромитовых руд. СПб.: Изд-во «Недра», 2001. 200 с.

26. Александрова Т. Н., O’Коннор С. Переработка платинометалльных руд в России и Южной Африке: состояние и перспективы // Записки Горного института. 2020. Т. 244. C. 462–473. https://doi.org/10.31897/pmi.2020.4.9.

27. Теляков А. Н., Рубис С. А., Горленков Д. В. Разработка эффективной технологии переработки промышленного сырья, содержащего благородные металлы // Записки Горного института. 2011. Vol. 192. C. 88–90.

28. Петров Г. В., Диаките М., Спыну А. Ю. Обзор способов вовлечения в переработку техногенных платиносодержащих отходов горно-металлургического комплекса // Обогащение руд. 2012. № 1. С. 25–28.

29. Gorlenkov D. V., Gorlenkova I. V., Beloglazov I. I., Timofeev V. Y. Selection of complete recovery of precious metals in the processing of copper-nickel alloys in hydrometallurgical way // Materials Science Forum. 2018. Vol. 927. P. 190–194. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.927.190.

30. Wan Xingbang, Kleemola L., Klemettinen L., O'Brien H. On the kinetic behavior of recycling precious metals (Au, Ag, Pt, and Pd) through copper smelting process // Journal of Sustainable Metallurgy. 2021. Vol. 7. No. 3. P. 920–931. https://doi.org/10.1007/s40831-021-00388-6.

31. Nagamori M., Mackey P. Thermodynamics of copper matte converting: part I. Fundamentals of the Noranda process // Metallurgical and materials transactions B. 1978. Vol. 9. P. 255–265. https://doi.org/10.1007/BF02653691.

32. Shuva M. A. H., Rhamdhani M. A., Brooks G. A., Masood S. H., Reuter M. A. Thermodynamics of palladium (Pd) and tantalum (Ta) relevant to secondary copper smelting // Metallurgical and Materials Transactions B. 2017. Vol. 48. Iss. 1. P. 317–327. https://doi.org/10.1007/s11663-016-0839-y.

33. Fonseca R. O. C., Campbell I. H., O’Neill H. St. C., Allen C. M. Solubility of Pt in sulphide mattes: Implications for the genesis of PGE-rich horizons in layered intrusions // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2009. Vol. 73. No. 19. P. 5764–5777. https://doi.org/10.1016/j.gca.2009.06.038.

34. Laurenz V., Fonseca R., Ballhaus C., Sylvester P. J. Solubility of palladium in picritic melts: 1. The effect of iron // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2010. Vol. 74. Iss. 10. P. 2989–2998. https://doi.org/10.1016/j.gca.2010.02.015.

35. Laurenz V., Fonseca R. O. C., Ballhaus C., Jochum K. P., Heuser A., Sylvester P. J. The solubility of palladium and ruthenium in picritic melts: 2. The effect of sulfur // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2013. Vol. 108. P. 172–183. https://doi.org/10.1016/j.gca.2013.01.013.

36. Avarmaa K., Taskinen P., Klemettinen L. Ni–Fe–Co alloy – magnesia-iron-silicate slag equilibria and the behavior of minor elements Cu and P in nickel slag cleaning // Journal of Materials Research and Technology. 2021. Vol. 15. P. 719–730. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.07.112.

37. Avarmaa K., O’Brien H., Johto H., Taskinen P. Equilibrium distribution of precious metals between slag and copper matte at 1250–1350°C // Journal of Sustainable Metallurgy. 2015. Vol. 1. Р. 216–228. https://doi.org/10.1007/s40831-015-0020-x.

38. Nansai K., Nakajima K., Kagakawa S., Kondo Y., Shigetomi Y., Suh Sangwon. Global mining risk footprint of critical metals necessary for low-carbon technologies: the case of neodymium, cobalt, and platinum in Japan // Environmental Science & Technology. 2015. Vol. 49. No. 4. Р. 2022–2031. https://doi.org/10.1021/es504255r.