ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2086685

СПОСОБ ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО РАФИНИРОВАНИЯ ЗОЛОТО- И СЕРЕБРОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

СПОСОБ ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО РАФИНИРОВАНИЯ
ЗОЛОТО- И СЕРЕБРОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

Имя изобретателя: Ермаков А.В.; Сивков М.Н.; Никифоров С.В.; Мазалецкий А.Г.; Горбатова Л.Д.; Дмитриев В.А.; Матюхин П.А.; Афанасьев О.Ю.; Масленников В.С. 
Имя патентообладателя: Акционерное общество открытого типа "Екатеринбургский завод по обработке цветных металлов"
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1995.12.14 

Использование: касается способов пирометаллургического рафинирования благородных металлов или их сплавов. Сущность: способ включает расплавление исходного материала и проведение плавки в две стадии при 1100-1200oC. На первой стадии проводят окислительную плавку с подачей в расплав кислородосодержащего газа в течение 20- 25 мин, а на второй стадии - восстановительную плавку с подачей в расплав восстановительного газа и одновременным перемешиванием расплава в течение 30 мин, при этом отношение площади зеркала металла к массе расплава поддерживают в пределах 0,06 - 0,07. Способ обеспечивает высокую степень рафинирования расплава от примесей и повышение механических свойств сплава благородных металлов.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам пирометаллургического рафинирования благородных металлов или их сплавов.

В настоящее время сырьем заводов по обработке цветных металлов являются в основном отходы ювелирных сплавов (золотых, серебряных) и лом ювелирных производств, содержащие большое количество примесей, в том числе железо, никель, свинец6 цинк и др. Кроме загрязнения сплава эти примеси из-за высокого сродства к кислороду увеличивают его содержание в сплаве (до концентрации 0,06 мас. ), что резко отрицательно влияет на механические и физико-химические свойства сплава: снижается пластичность, текучесть, относительное удлинение и т. д. Это делает невозможным получение из указанных сплавов ювелирных и других изделий без предварительного рафинирования отходов.

Существующие способы переработки металлических отходов, содержащих золото и серебро, преимущественно основаны на гидрометаллургических схемах, ориентированных на извлечение отдельно золота или серебра на первой стадии процесса.

Известен классический аффинаж благородных металлов полное растворение, раздельное осаждение из растворов, плавка чистых металлов, а затем последующее сплавление компонентов в сплав (Плаксин И.Н. "Металлургия благородных металлов", М.1958 с.333). Способ позволяет получить кондиционные по примесям сплавы, но требует существенных экономических затрат и длительного цикла переработки до 3-х месяцев. Кроме того, растворение благородных металлов осуществляется в концентрированных кислотах, что делает способ экологически грязным и требует специального аппаратурного оформления.

Известен аффинаж хлорированием переплав при продувке через расплав хлора. Хлорирование применяется для отделения неблагородных металлов из сплава, но может быть использовано и для полного аффинажа с переводом благородных металлов в хлориды, при этом из состава сплава удаляются последовательно цинк, свинец, железо, медь, серебро и золото (Плаксин И.Н."Металлургия благородных металлов", М.1958, с.332).Однако способ хлоридовозгонки может быть применен при значительных затратах на природоохранительные мероприятия, т.к. хлор отравляет атмосферу цеха. Кроме того, в процессе хлорирования теряется большое количество хлорного золота, рафинирование хлорированием включает дополнительную технологическую операцию - отделение и обработку хлоридов для выделения из них благородных металлов.

Известны другие способы рафинирования и очистки сплавов цветных и благородных металлов.

Известен способ рафинировния металлов и сплавов газами, предусматривающий продувку расплава инертными газами.[1] Способ осуществляется в герметическом объеме, содержащем геттер, при вращении расплава относительно вертикальной оси в пульсирующем режиме. Предлагаемая технология позволяет сократить расход газа, но при использовании инертного газа в качестве рафинирующего расплава удаляются не все примесные элементы.

Известен способ рафинирования серебряного сплава.[2] включающий продувку серебряного сплава воздухом или кислородом, при этом металлы, содержащиеся в серебре, переходят в оксиды, которые затем отделяются за счет плотностей металла и оксидов. Недостатком способа является то, что он не предусматривает раскисление расплава, и содержание кислорода в проаффинированном металле остается выше допустимого, что снижает механические свойства сплава.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому объекту изобретения является способ рафинирования серебра.[3] Способ относится к области металлургии благородных металлов и включает расплавление металла с введением флюса и проведение плавки в две стадии: на первой стадии в воздушной атмосфере и на второй при вдувании в расплав кислородосодержащего газа.

Недостатком известного способа является то, что по прелагаемой технологии можно рафинировать только чистые металлы, а не сплавы. Кроме того, из-за высокого насыщения расплава кислородом снижаются механические свойства готового сплава. К недостаткам способа можно отнести также и введение в расплав флюсующих добавок, что ведет к увеличению потерь благородных металлов с образующимися шлаками или требует дополнительных технологических операций по извлечению их из шлаков.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение степени очистки расплава от примесей, в том числе и кислорода, и повышение механических свойств получаемого сплава благородных металлов, сокращение продолжительности цикла переработки, а также снижение потерь благородных металлов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе рафинирования золото- и серебросодержащих материалов, включающем расплавление исходного материала в огнеупорном тигле и проведение двухстадийной плавки с подачей в расплав рафинирующих газов, на первой стадии проводят окислительную плавку с подачей в расплав кислородсодержащего газа при 110-1200oC в течение 20-25 мин с корректировкой расплава по основным компонентам путем дошихтовки его чистым металлом, а на второй стадии ведут восстановительную плавку с подачей в расплав восстановительного газа и одновременным перемешиванием расплава в течение не менее 30 мин. При этом процесс рафинирования осуществляют при поддержании отношения площади зеркала расплава к массе расплава в пределах 0,06-0,07.

Сущность изобретения состоит в следующем. Цинк, имеющий высокое парциальное давление при температуре ведения процесса 1100-1200oC, переходит в виде металла в газовую фазу и при создании окислительной среды в дальнейшем образует устойчивый оксид цинка ZnO. По-видимому, очистка от примесей благородного сплава имеет следующий механизм: переход в газовую фазу металлического цинка и дальнейшее окисление до ZnO; образование конденсированного оксида PbO и его переход из конденсированного в газообразное состояние; образование устойчивых конденсированных окислов никеля и железа и их переход в шлак.

Для создания условий протекания в расплаве вышеуказанных реакций на первой стадии проводят окислительную плавку, в результате которой происходят дистилляция цинка с последующим его окислением и полное окисление расплава за счет образования оксидов меди и дальнейшего восстановления оксидов меди примесными элементами железа, никеля и свинца. Затем происходит всплывание нерастворимых оксидов железа, никеля и PbO на зеркало расплава, переход в шлаковую фазу оксидов железа и никеля, и в газовую свинца. Все это происходит на фоне увеличения содержания кислорода, максимальное его содержание может достигать 0,3% за счет процесса растворения закиси меди в жидкой меди. Такое количество кислорода при 110-1200oC обеспечивает практически полное окисление всех примесных элементов.

Восстановительная плавка, осуществляемая на второй стадии процесса рафинирования, необходима для удаления из расплава кислорода до требуемой концентрации, обеспечивающей необходимые механические и физические свойства ювелирного сплава. Перемешивание расплава на этой стадии создает постоянно обновляемую реакционную поверхность, что интенсифицирует процесс раскисления расплава. Перемешивание менее 30 мин недостаточно для получения требуемой концентрации кислорода в расплаве (менее 0,0065 мас.), а увеличение свыше 30 мин нецелесообразно, т.к. не повышает показателей степени очистки, но ведет к увеличению потерь благородных металлов.

Заявляемое отношение площади зеркала расплава к его массе является оптимальным по отношению к потерям благородных металлов за счет испарения: если это отношение будет более 0,07, наблюдаются значительные потери золота и серебра (до 9%), а при меньшем 0,06 увеличивается продолжительность рафинирования расплава (табл.1).

Проведение процесса рафинирования с подачей газов в заявленном интервале температур диктуется необходимостью получения расплава перерабатываемого материала (1100oC) и созданием условий образования оксидов (1200oC). При температуре более 1200oC степень очистки не увеличивается, но возрастают потери благородных металлов.

Продолжительность окислительной плавки в течение 20-25 мин является необходимым и достаточным периодом насыщения расплава кислородом, требующимся для окисления меди и примесных элементов. Продолжительность менее 20 мин не обеспечивает полного удаления из расплава железа и никеля, т.к. они окисляются через закись меди с последующим переходом в шлаковую фазу, а при продолжительности более 25 мин происходит значительное увеличение содержания в расплаве кислорода, что приводит к увеличению продолжительности восстановительной стадии и ведет к потерям благородных металлов.

Благодаря проведению обеих стадий рафинирования в одном агрегате решается проблема получения сплава по ГОСТу без дополнительных технологических операций за счет возможности в случае отклонения от ГОСТа корректировки расплава путем простой дошихтовки чистым металлом, осуществляемой на стадии окисления после удаления примесей.

Изобретение отвечает изобретательскому уровню. Рассматривая совокупность его существенных признаков, можно отметить, что они не следуют явным образом из известного уровня техники. При выявлении из совокупности отличительных от наиболее близкого аналога функционально самостоятельных признаков изобретения обнаружено, что все отличительные признаки не проявляют какую-либо самостоятельную функцию (режимные условия и последовательность проведения действий способа), поэтому такие признаки не могут рассматриваться в отрыве от признака, к которому они относятся, и в отрыве от объекта в целом. Учитывая это, следует отметить, что среди объектов того же назначения известной технологии с той же совокупностью признаков не обнаружено. Закономерностей по части определенной последовательности проведения операций, в т.ч. механизма удаления примесей при заявляемых условиях, не обнаружено. Последовательность операций, указанная в заявленном способе, в сочетании с режимом осуществления операций обеспечивает необходимую взаимосвязь и взаимное влияние признаков способа, благодаря чему достигается новый технический результат более высокая степень очистки расплава от примесей и кислорода, что обеспечивает высокие механические свойства ювелирных изделий, получаемых из отходов, содержащих благородные металлы.

Для подтверждения возможности осуществления изобретения приводим примеры реализации способа.

Способ осуществляли следующим образом. Партию отходов ювелирных сплавов и лом, содержащий золото, серебро и медь и загрязненных примесями, мас. железо 0,08; никель 0,06; свинец 0,04; цинк 0,10 расплавляли в тигле на установке МПГ-100. При этом отходы загружали в таком количестве, чтобы отношение площади зеркала расплава к его массе находилось в пределах 0,06-0,07. После достижения заданной температуры расплав продували воздухом и одновременно отбирали огнежидкие пробы для анализа на содержание примесей, кислорода и основных компонентов. Содержание примесей снижалось и одновременно происходило увеличение содержания кислорода. Воздушное дутье проводили в течение 20-25 мин, при этом содержание кислорода в расплаве достигалось до 0,06% а содержание примесей минимальное (табл.2). Через 20-25 мин дутье прекращали. В случае несоответствия ГОСТу по основным компонентам в расплав добавляли нужный чистый металл.

После получения окисленного расплава проводили восстановительную плавку с целью удаления из расплава растворенного в нем кислорода и восстановления оксида меди. Для этой цели в расплав подавали в качестве восстановителя природный газ. Восстановление осуществлялось как за счет водорода, так и угарного газа. Восстановительный газ подавали в расплав в течение 30 мин. За этот период концентрация кислорода в расплаве снижалась до требуемой не выше 0,0065 мас. Стадию восстановительной плавки осуществляли при перемешивании расплава. Анализ проб на содержание кислорода проводили на газоанализаторе ОМАТ-3500 фирмы "Strochlien". Полученный чистый от примесей сплав испытан на механические свойства (табл.3). Сравнительные показатели очистки расплава от примесей по известному и предлагаемому способам приведены в табл.4.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает селективное удаление примесных элементов из металлических отходов, содержащих благородные металлы, без растворения металлической основы и получение сплава, соответствующего ГОСТу для изготовления ювелирных изделий.

По сравнению с известными способ обладает следующими преимуществами:

  • достигается повышение степени удаления примесей и качества готового сплава;

  • сокращается количество технологических стадий;

  • значительно сокращается продолжительность цикла переработки;

  • уменьшается количество безвозвратных потерь благородных металлов;

  • улучшается экологическая обстановка предприятия за счет исключения паров оксидов азота, соляной кислоты и т.д.

В табл.1 данные результаты приведены при условии очистки от примесей, в том числе от кислорода, до требуемого уровня.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ пирометаллургического рафинирования золото- и серебросодержащих отходов, включающий расплавление исходного материала в огнеупорном тигле и двустадийную плавку с подачей в расплав рафинирующих газов, отличающийся тем, что на первой стадии проводят окислительную плавку с подачей в расплав кислородсодержащего газа при 1100 1200oС в течение 20 25 мин при корректировке расплава по основным компонентам путем дошихтовки его чистым металлом, а на второй стадии ведут восстановительную плавку с подачей в расплав восстановительного газа и одновременным перемешиванием расплава в течение не менее 30 мин, при этом рафинирование осуществляют при поддержании отношения площади зеркала расплава к массе расплава 0,06 0,07.

Версия для печати
Дата публикации 14.03.2007гг


вверх