автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Извлечение платиновых металлов при переработке хромитовых руд дунитовых массивов

На правах рукописи

ДИАКИТЕ Мохамед Ламин дит Ладжи

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ХРОМИТОВЫХ РУД ДУНИТОВЫХ МАССИВОВ

Специальность 05.16.02 — Металлургия черных, цветных и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 6 СЕН ¿1)13 005533544

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ -

2013

005533544

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель — доктор технических наук

Петров Георгий Валентинович

Официальные оппоненты:

Федосеев Игорь Владимирович доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический

университет имени Н.Э. Баумана (Калужский филиал)», кафедра химии, профессор

Баркан Михаил Шмерович кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», кафедра геоэкологии, доцент

Ведущая организация - ООО «Институт Гинроникель»

Защита состоится 11 октября 2013 г. в 14 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 10 сентября 2013 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ БРИЧКИН

диссертационного совета Вячеслав Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Минерально-сырьевая база РФ металлов платиновой группы (МПГ) состоит преимущественно из запасов платиноидов в сульфидных медно-никелевых месторождениях Таймырского региона. Производство платиновых металлов из норильских руд, характеризующихся доминирующей палладиевой минерализацией (Рс1:Р1=3:1), в совокупности с уменьшением добычи платины из россыпей в ближайшем будущем не сможет обеспечить сохранение высоких объемов российского экспорта МПГ. Для удержания традиционно сильных позиций на мировом рынке МПГ необходимым и принципиально важным направлением развития российского платинометального комплекса является вовлечение в переработку собственно платиновых руд.

В настоящее время в качестве перспективного платиносодержащего сырья рассматриваются дуниты и хромиты Среднего Урала, Алдана и Камчатки, металлогенический потенциал которых оценивается в 19 тыс. т МПГ. До сих пор в соответствии со сложившейся мировой практикой дуниты зональных комплексов рассматривались как минеральное огнеупорное сырье. С учетом экономической значимости платиносодержащих дунитов и хромитов является актуальным вопрос о разработке технологических методов попутного извлечения из них металлов платиновой группы и хрома.

Различным аспектам геологии, обогащения и металлургической переработки хромитового платиносодержащего сырья посвящены исследования известных российских ученых, среди которых следует выделить работы И.Н. Плаксина С.М. Колодина, Д.А. Додина, Ю.А. Волченко, Л.В. Разина, В.Г. Лазаренкова, В.А. Чантурии, А.П. Козлова, Т.Н. Грейвер, О.Н. Тихонова, Г.В. Петрова.

Диссертационная работа выполнена в рамках проекта АВЦП 1.3.08 «Развитие физико-химических основ ресурсосберегающих процессов и технологий при комплексной переработке сырья цветных металлов» (2008-2012г), а так же проекта по заданию Минобразования РФ по ОЦО 1.11.11Ц «Разработка инновационных

технологий по приоритетному направлению научной школы «Комплексная переработка сырья цветных, благородных и редких металлов» (2011г).

Цель работы. Разработка научно обоснованных технических решений, обеспечивающих получение богатого

платиносодержащего концентрата и кондиционного хромитового концентрата при комплексной переработке хромитсодержащих руд дунитовых массивов Среднего Урала.

Идея работы. Селективное извлечение платиновых металлов и хрома из хромитовых руд может быть достигнуто сочетанием в рамках единой технологии операций гравитационно-магнитного концентрирования и восстановительного сернокислотного выщелачивания.

Задачи исследований:

• выявление особенностей химико-минералогического состава коренной хромсодержащей руды Нижнетагильского дунитового месторождения;

• установление особенностей технологического поведения благородных металлов и хрома при механическом обогащении хромитовой руды и разработка методов их селективного концентрирования;

• определение термодинамических характеристик и кинетических закономерностей процесса восстановительного сернокислотного разложения магнетита;

• определение оптимальных технологических параметров сернокислотного выщелачивания железа из магнитных продуктов обогащения хромитовых руд;

• разработка аппаратурно-технологической схемы извлечения платиновых металлов и хрома из коренной хромитсодержащей руды Нижнетагильского дунитового массива.

Методы исследований. Химический анализ руд и продуктов их переработки выполнен с использованием методов масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (масс-спектрометр «XSeries2») и атомно-абсорбционной спектрометрии (спектрометр «Solaar Мб»). Минеральный состав рудных проб изучался на поляризованном микроскопе Zeiss Axiolab. Микроанализ минералов

выполнен на электронном микроскопе CamScan S4 с энергодисперсионным спектрометром Pentafet SuperATW и системой микроанализа Link ISIS 200.

Экспериментальные исследования выполнялись с использованием обогатительного и гидрометаллургического лабораторного оборудования.

Достоверность полученных данных доказана сходимостью теоретических и экспериментальных результатов, основанной на современных методах физико-химического анализа.

Научная новизна работы.

• Установлено, что при механическом обогащении коренной руды Нижнетагильского дунитового месторождения минералы платиновых металлов совместно с магнетитом, концентрируется в магнитном концентрате, а хром извлекается в проводниковый продукт.

• Выявлены физико-химические закономерности поведения магнетита при восстановительном сернокислотном выщелачивании железистых концентратов.

• Определены оптимальные технологические параметры гидрометаллургического рафинирования магнитных продуктов обогащения коренной и аллювиальной хромитовых руд Нижнетагильского дунитового массива.

Практическая значимость:

• разработан способ механического обогащения коренной хромитовой руды с использованием методов гравитации, мокрой электромагнитной и коронно-электростатической сепарации, обеспечивающий эффективное разделение хрома, железа и платиновых металлов;

• разработан метод сернокислотного восстановительного рафинирования магнитных продуктов обогащения хромитсодержащих руд, обеспечивающий получение богатых платиносодержащих концентратов;

• разработана аппаратурно-технологическая схема комплексной переработки коренной хромитсодержащей руды Нижнетагильского дунитового массива с годовой производительностью 200 тыс.т, внедрение которой обеспечит

получение 15 кг платины в виде товарного концентрата, 6 тыс. т. кондиционного хромитового концентрата, удовлетворяющего требованиям химического производства, с использованием хвостов гравитационного обогащения при производстве хромомагнезитовых огнеупоров.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались: на Всероссийской научной конференции «Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), 2010г.); на V международной научно-практической конференции «Перспективы развития науки и образования» (Таджикистан г. Душанбе, ТТУ, 2011г.); на III Международном конгрессе «Цветные металлы - 2011» (г. Красноярск, 2011г.); на I международной заочной научно-практической конференции «Актуальные научные вопросы: реальность и перспективы» (г. Тамбов, 2011г.); на Всероссийский конкурс «Научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области технических наук», СПНИУ, (г. Санкт Петербург, 2012г.); на II международной заочной научно-практической конференции «Актуальные вопросы в научной работе и образовательной деятельности» (г. Тамбов, 2013г.); на международной конференции «Innovations in Geology, Mining, Processing, Safety, and Environmental Management» (Germany, Freiberg, International university of Resources «IUR», 2013).

Личный вклад автора: заключается в проведении анализа литературных и патентных источников, постановке цели, задач и разработке методик исследований, проведении лабораторных экспериментов по обогащению и восстановительному сернокислотному выщелачиванию, анализе и обобщении полученных результатов, формулировании выводов и научно-технических рекомендацией.

Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах, из них 6 в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов и библиографического списка, включающего 106 наименований. Работа изложена на 114

страницах машинописного текста, содержит 31 таблицу, 29 рисунков.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, доктору технических наук Г.В. Петрову; коллективу кафедры металлургии Национального минерально-сырьевого университета «Горный» за внимание, содействие и поддержку на различных этапах выполнения диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель, идея и решаемые задачи, сформулированы основные защищаемые положения, научная новизна и практическая значимость.

В главе 1 выполнен обзор научно-технической литературы, приведены сведения о современном состоянии сырьевой базы МПГ за рубежом и в России, перспективы ее развития за счет вовлечения в производство нетрадиционных источников платинометального сырья. Обобщены данные о методах переработки разнотипных платиносодержащих концентратов. Поставлены основные научные и практические задачи диссертации; сформулированы основные направления диссертационных исследований.

В главе 2 изложены результаты минералогических исследований хромсодержащей коренной руды нижнетагильского массива. Представлены данные, полученные при изучении распределения платиновых металлов, хрома и железа при его механическом обогащении.

В главе 3 изложены результаты исследований физико-химических закономерностей процесса восстановительного разложения магнетита в сернокислой среде. Разработан метод гидрометаллургического сернокислотного рафинирования магнитных продуктов обогащения коренной и аллювиальной хромитовых руд.

В главе 4 Разработана аппаратурно-технологическая схема комплексной переработки коренной хромитовой руды

производительностью 200 тыс. т в год и выполнена оценка ее экономической эффективности.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Закономерности технологического поведения металлов платиновой группы при обогащении коренной хромитовой руды определяются наличием выраженных магнитных свойств у основных минеральных форм МПГ, выделяемых совместно с магнетитом на стадии электромагнитной сепарации в виде железистого магнитного продукта, обогащенного платиновыми металлами.

Исследования осуществлялись на укрупненной технологической пробе коренной руды Нижнетагильского массива (карьер «Дунитовый») следующего состава, %: 1,64 Сг; 6,24 Бе; 22,52 17,1 БЮ2; 0,21 г/т Р1; 0,08 г/т Юг.

Минералогические исследования выделенных трех фракций (-1,4+0,1; -0,1+0,071; -0,071+0 мм) руды, свидетельствуют, что рудные минералы представлены хромитом 3-х разновидностей (содержание хрома варьируется от 37 до 56% мае.), тонкими включениями сульфидов (миллерита, пентландита, халькозина), а также магнетита (рисунок 1). Магнитная фракция в руде составляет не более 1 -2% об. Платина представлена преимущественно Р^Бе (до 65%) и Р^Си сплавами, обладающими ферромагнитными свойствами.

Изучение поведения хрома, железа и МПГ осуществляли по обогатительной схеме, принятой для руд, содержащих ценные удельно-тяжелые минералы. Схема включает грохочение с рассевом на классы и последующей их отсадкой (-6+3, -3+1 мм) и классификацией (-1+0 мм). Концентраты, промпродукты и хвосты этих операцией после доизмельчения и грохочения на узкие классы (-1+0,4; -0,4+0,2; -0,2+0 мм) подвергались концентрации на столе для выделения "головки", обогащенной МПГ, и хромитовых концентратов. Доработка гравиконцентратов осуществлялась последовательным применением магнитной и коронно-электростатической сепарации (КЭС).

Рисунок 1- Минералы хромитовой руды (фракция -1,4+0,1 мм)

Принятые обозначения на фотографиях: Chi - хлорит; Crmt хромит; Born - борнит; Hb - роговая обманка;МШ - миллерит; Serp серпентин; Mgt - магнетит.

а). Зерна хромита (серый цвет) на фоне нерудных минералов. Фото в режиме отраженного света с

б). Зерна хромита и магнетит. Фото в режиме отраженных электронов

в). Фотография в режиме проходящего света, николи параллельны

г). Фотография в режиме проходящего света, николи скрещены (зерна черного цвета, не пропускающие свет - хромит)

Развернутое гравитационное фракционирование хромитовой руды позволяет обеспечить высокую степень концентрирования минералов хрома и МПГ в гравитационном продукте (до 80% хрома и 70% платины). С использованием мокрой магнитной сепарации из гравиконцентрата выделена сильномагнитная фракция, содержащая до 54% Бе преимущественно в форме магнетита Ре304. Извлечение платины в компактный магнитный продукт (выход 0,35% (таблица 1)) составляет не менее 70% при стократном обогащении относительно исходной руды (содержание платины превышает 20 г/т). Дальнейшая переработка платиносодержащего магнитного продукта обогатительными методами с целью извлечения МПГ без получения богатых промпродуктов затруднительна.

Таблица 1 - Содержание хрома и МПГ в продуктах обогащения коренной хромитовой руды_

Продукт Выход, % Содержание, % (МПГ- г/т)

Сг Р1 Ш1

Гравиконцентрат 10,35 5,30 1,2 0,3

Магнитная фракция 0,35 2,94 22 0,5

Проводники 2,9 14,09 1,3 0,27

Диэлектрики 7,1 1,88 0,15 0,3

Из гравитационных концентратов с помощью электростатической сепарации возможно выделение кондиционных хромитовых концентратов (выход 3%), содержащих 43,5% Сг20з. Хвосты гравитационного обогащения соответствуют требованиям, предъявляемым к сырью для производства хромомагнезитовых и форстеритовых огнеупоров.

2. Степень образования растворимого сульфата железа (II) при разложении магнетита в сернокислой среде определяется концентрацией серной кислоты и расходом железного порошка в качестве восстановителя; восстановительное сернокислотное выщелачивание

магнетитового концентрата обогащения дунитов обеспечивает получение богатого платиносодержащего продукта, удовлетворяющего требованиям аффинажа.

На основании расчетов изменения реакций

взаимодействия оксидов железа с восстановителями (гидразин, сульфит натрия, железо металлическое) в сернокислой среде и анализа опыта их технологического применения показана целесообразность использования порошкообразного Ремет. при выщелачивании магнетита (таблица 2).

Таблица 2 - Взаимодействие магнетита с различными восстановителями в сернокислой среде____

№ Реакции —ДС?298 — ДСзгз -ДСз48

1 Ре304 + Ре + 4Н2804 = 4Ре804 + 4Н20 1198,6 1289,7 1380,8

2 ЗН2504 +Ре304 +N32803 = ЗРе804+№2804 + ЗН20 1015,4 1105,4 1195,4

3 2 Ре304 +К2Н4 +6Н2304 = 6Ре304 +N2 +8Н20 975,1 1047,2 1119,3

Применение в качестве восстановителя железного порошка обеспечит получение богатого платинометального продукта и насыщенных сульфатных растворов, из которых возможно выделение железного купороса.

Взаимодействие магнетита с серной кислотой в присутствии восстановителя приводит к образованию сульфатов железа (II). Окислительно-восстановительный процесс можно описать с помощью распределительной диаграммы, описывающей зависимость молярных долей окисленной и восстановленной форм железа от величины потенциала системы (рисунок 2).

Рассчитанная диаграмма «Е-рН» для процесса восстановления магнетита показывает, что с увеличением величины рН происходит уменьшение разности редокс-потенциалов, а значит, снижается восстановительная способность железа - наибольшая

разница потенциалов достигается сильнокислой области (рисунок 3).

н, в

Рисунок 2 - Распределительная диаграмма системы Ре(Ш)/Ре(П) (а^епп), аРе(ц) - молярные доли форм железа)

при осуществлении процесса в

(III) металлическим железом (ряды

1 и 2- ряды потенциалы систем Ре2+/Ре3+, Ре°/Ре2+ соответственно)

При изменении величины кислотности среды и концентрации растворенных компонентов осаждение Ре (II) из раствора может протекать в форме двухвалентного гидроксида железа (II). Построение диаграммы Рейли «рРе - Г (рН)» позволяет оценить условия начала образования осадка Бе(ОН)2. Воспользуемся формулой:

[7/+] =_^ж_' (1)

V

где [Н+] - концентрация ионов Н+; К5(Ре(ОН)2) -произведение растворимости гидрооксида железа (II).

Подставляя значения К№ = 10~14 и К3(Ре(ОН)2) = 8-Ю"16, получим:

[Я+] = 3,535-10^7С^. (2)

Рассчитаем рН образования осадка Ре(ОН)2 в 0,1 М растворе сульфата железа(П): [Я+] = 1,118-Ю"6^¡С^; рН=5,95.

11

График зависимости рГе - ^рН), будет параллелен оси абсцисс до значения рН 5,95, которое является границей области насыщения, после которой будет происходить выпадение осадка. Для расчета рБе при рН > 5,95 воспользуемся уравнением:

рГе = рК°(Ге(ОН)2) + прН-14п, (3)

где п- основность гидроксида.

Подставляя данные в уравнение (3), получаем зависимость и рассчитываем рБе для различных значений рН (рисунок 4):

рГе = 2рН-12,9. (4)

Проведенная теоретическая оценка взаимодействия магнетита с металлическим железом в сернокислотной среде показывает, что рабочая область процесса ограничена разностью окислительно-восстановительного потенциала, которая при достижении рН близкого к 4 стремится к нулю. Образование осадка гидроксида железа возможно в среде близкой к нейтральной. С увеличением концентрации раствора ионов железа(П) рН гидратообразования осадка будет смещаться в кислую область.

рн

Рисунок 4 - Кривая насыщения для 0,1 М водного раствора Бе (II)

Исследование физико-химических закономерностей сернокислотного восстановительного разложения осуществлялось на модельном магнетитовом концентрате следующего состава, %: 52,1 Бе; 1,2 15,1 8Ю2; 24,9 А1203. Контрольные эксперименты

выполнялись на платинометальной сильномагнитной фракции (СМФ), выделенной при обогащении хромитовой руды Нижнетагильского дунитового массива следующего состава (%): 5,8Сг; 54,6 Fe; 3,32 MgO; 2,6 Si02; 2,7 А1203; 1050,0 г/т Pt.

Исследовалось влияние основных технологических параметров выщелачивания на поведение железа: расхода восстановителя до 3-х кратного от теоретически необходимого количества (реакция 1, таблица 2), продолжительности 0,5 - 1,5 час, концентрация серной кислоты 50 - 250 г/л, температуры 20-75 °С. Опыты проводились в термостатированном стакане с механическим перемешиванием.

Результаты экспериментов свидетельствуют, что увеличение продолжительности выщелачивания оказывает существенное значение на показатели вскрытия магнетитового концентрата: при кислотности 250 г/л H2SO4 увеличение времени процесса до 90 мин сопровождается повышением перехода железа в сернокислый раствор на 20-25%, что позволяет обеспечить практически полное удаление железа (рисунок 5).

Значительное влияние на показатели процесса оказывает расход восстановителя, что особенно заметно при высокой кислотности (250 г/л) раствора: извлечение железа в раствор достигает 90% (рисунок 6).

При повышении температуры процесс существенно интенсифицируется: увеличение температуры с 25 до 70 °С количественные показатели растворения железа возрастают почти в 3 раза с 35,3 до 89,5%. При этом выход нерастворимого остатка составляет 20,86% от исходной шихты (рисунок 7).

Проведение восстановительного выщелачивания при кислотности 250 г/л, 3-кратном избытке восстановителя и температуре 70 °С сопровождается переходом в сульфатный раствор основных породообразующих компонентов магнитного концентрата, за исключением кремнезема: в нерастворимом остатке остается не более 45% MgO и 15% А120з (рисунок 8).

55

0,5 0,75 1 1,25 1,5 Продолжительность, час

Рисунок 5 - Извлечение железа в раствор в зависимости от продолжительности и концентрации

серной кислоты (ряды 1 и 2-концентрации H2S04 -150 и 250г/л соответственно)

65

1 2 3 4 5

Расход восстановителя, от т.н.

Рисунок 6 - Извлечение железа в раствор в зависимости от расхода восстановителя и концентрации серной кислоты (ряды 1 и 2-концентрации H2S04 -150 и 250г/л соответственно)

g 85

■ Ряд 1 А Ряд 2

Рассчитанное на основе экспериментальных данных значение кажущейся энергии активации восстановительного выщелачивания (Е = 21 кДж/моль) свидетельствует, что процесс осуществляется в диффузионной области.

90

80

70 -

60 -

50

40

30

20 30 40 50 60 Температура, °С

70

Рисунок 7 - Извлечение железа в раствор в зависимости от температуры

Извлечение в раствор,%

/таг

84,54

MgO

А1203

Рисунок 8 - Поведение железа и породообразующих компонентов при выщелачивании модельного концентрата.

Химическое кондиционирование СМФ, выделенной при обогащении аллювиальной хромитовой руды, при оптимальных параметрах (навеска 80 г, концентрация серной кислоты - 200 г/л, 2 кратный избыток металлического железа от теор. необх., температура 70°С, продолжительность 1,5 часа, ж:т=10:1) выход нерастворимого остатка составляет 12,9% при практически полном извлечении железа и хрома в сернокислый раствор (по данным анализа раствора на уровне 95,1 и 98,9% соответственно). Содержание платины в кеке составило 0,59 %, родия - 130 г/т.

На основании результатов исследований разработана аппаратурно-технологическая схема (рисунок 9) комплексной переработки коренной хромитовой руды Нижнетагильского дунитового массива. Исходная руда без дополнительного измельчения подвергается грохочению с последующей отсадкой. Концентраты отсадки крупных фракций после измельчения до крупности -2+0 мм и грохочения смешиваются с мелкой фракцией грохотов и поступают на гидравлическую классификацию. Выделенные фракции различной крупности обогащаются на концентрационных столах. Объединенный гравитационный концентрат подвергается разделению методами мокрой магнитной и электростатической сепарации с получением хромитового концентрата, сильномагнитного продукта, обогащенного МПГ, и диэлектрической фракции, представляющей собой породообразующие магнезиальные силикаты. Хвосты гравитационного обогащения после классификации используются при производстве огнеупоров или стройматериалов.

Магнитный продукт, выделенный на обогатительной стадии, подвергается гидрометаллургической переработке методом восстановительного сернокислотного выщелачивания с получением богатого платинометального концентрата, содержащего более 100 г/т Р1).

В работе выполнены соответствующие расчеты и произведен выбор необходимого оборудования для аппаратурного оформления разработанной технологической схемы.

Рисунок 9 - Аппаратурно-технологическая схема извлечения МПГ и хрома из коренной хромитовой руды Нижнетагильского

дунитового массива

1,5- грохот, 2- осадочная машина, 3- шаровая мельница, 4- гидравлический классификатор, 6- концентрационный стол, 7- магнитный сепаратор, 8- спиральный классификатор, 9- сгуститель, 10- вакуум-фильтр, 11- коронно-электростатический сепаратор, 12- реактор, 13- перемеш. устройство, 14- фильтр-пресс, 15- туннельная сушилка.

Внедрение разработанной аппаратурно-технологической схемы с годовым объемом переработки 200 тыс. т бедной коренной руды (1,64 % Сг и 0,21 г/т П) на предприятиях по производству хромомагнезитовых огнеупоров дополнительно обеспечит получение 15 кг платины в виде товарного концентрата и 6 тыс. т хромитового концентрата.

Использование технологии для переработки богатой руды, содержащей 43,4 % Сг203 и 1,76 г/т Р1, позволит получить 23 тыс. т хромового концентрата и 160 кг платины в виде богатого платинового концентрата (0,6% РЦ, близкого к требованиям аффинажного производства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой поставлена и решена актуальная задача извлечения платиновых металлов и хрома из хромитовых руд Нижнетагильского дунитового месторождения, что существенно позволит расширить сырьевую базу редких металлов.

Выполненные исследования позволили установить, что:

1. Гравитационно-магнитное концентрирование платиновых металлов обеспечивает получение компактного железистого продукта (выход 0,35%), содержащего более 20 г/т Р1 при стократном обогащении относительно исходной хромитовой руды. Коронно-электростатическая сепарация немагнитной фракции гравитационного концентрата обеспечивает выделение кондиционного хромитового концентрата (выход 3%), содержащего 43,5% Сг20з.

2. Термодинамический анализ системы [Ре304 (НгБС^) - Ремет.-Н20] с построением диаграмм Пурбе и рБе - А[рН) свидетельствует, что равновесные условия существования сульфата железа (II) при восстановительном сернокислотном разложении магнетита определяется редокс-потенциалом и рН среды, а также условиями формирования малорастворимого гидрата двухвалентного железа.

3. Гидрометаллургическая переработка магнитного продукта обогащения коренной хромитовой руды при оптимальных

условиях сернокислотного восстановительного выщелачивания (концентрация серной кислоты - 200 г/л, 2 кратный избыток металлического железа, температура 70°С, продолжительность 1,5 часа, ж:т=10:1) обеспечивает практически полной перевод железа в сульфатный раствор с получением платиносодержащего концентрата, содержащего не менее 100 г/т платины.

4. Сернокислотное восстановительное рафинирование магнитного концентрата, выделенного из аллювия Нижнетагильского дунитового месторождения, обеспечивает получение платинометального концентрата, содержащего 0,59 % Pt и 130 г/т родия и соответствующего требованиям аффинажного производства.

5. Разработанная технология комплексной переработки хромитовых руд дунитовых массивов обеспечивает получение богатого платиносодержащего концентрата и качественного хромитового концентрата, удовлетворяющего требованиям химического производства. Технология характеризуется высокими показателями извлечения хрома и благородных металлов. Внедрение разработанной аппаратурно-технологической схемы на действующих предприятиях по производству хромомагнезитовых огнеупоров с годовым объемом переработки 200 тыс. т обеспечит в зависимости от типа руды получение от 15 до 160 кг платины и от 6 до 23 тыс. т хромитового концентрата.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Петров Г.В. Вовлечение в переработку техногенных платиносодержащих отходов горно-металлургического комплекса/ Г.В. Петров, M.JI.JI. Диаките, А.Ю. Спыну // Обогащение руд, 2012. №1. С. 25-28.

2. Петров Г.В. Концентрирование благородных металлов из техногенного сульфидного медно-никелевого сырья / Г.В. Петров, M.JI.JI. Диаките, В.Н. Ковалев // М.: Металлург, 2012. №3. С.75-78.

3. Диаките M.JI.JI. Определение пробности рудного золота из дунитов с применением лабораторного концентратора нельсона и лабораторного микропанера / M.JI.JI.

Диаките, Г.В. Петров // Записки Горного института, 2012. Т. 196. С. 125-127.

4. Диаките M.JI.JI. Обогащение мелкого и тонкого золота / М.Л.Л. Диаките, М.В. Никитин // Записки Горного института, 2009. Т. 182. С. 152-154.

5. Диаките М.Л.Л. Определение пробности рудного золота на основе предварительного концентрирования / М.Л.Л. Диаките, М.В. Никитин // Обогащение руд, 2010. №3. С. 19-21.

6. Петров Г.В. Концентрирование благородных металлов при переработке шлакопылевых отходов сульфидных руд / Г.В.Петров, А.Я. Бодуэн, М.Л.Л. Диаките и dp.il Записки Горного института, 2013. Т. 202. С. 164-167.

7. Diakite Mohamed L.L. Les perspectives d'extraction des métaux de platine et de chrome à partir des dunites / Mohamed L.L. Diakite G.V. Petrov //France: Paris: Revue de Métallurgie "EDP sciences" 2011, volume 108 №7-8. P. 447-450.

8. Петров Г.В. Разработка технологии извлечения благородных металлов из техногенного сульфидного медно-никелевого сырья / Г.В. Петров, В.Н. Ковалев, М.Л.Л. Диаките // Сборник докладов третьего международного конгресса ««Цветные металлы-2011»». Красноярск, 2011. С.423-427.

9. Петров Г.В. Восстановительное сернокислотное выщелачивание платиносодержащих магнитных продуктов обогащения / Г.В. Петров, М.Л.Л. Диаките, В.Н. Ковалев // Сборник докладов третьего международного конгресса «Цветные металлы-2011». Красноярск, 2011. С.428-429.

10. Диаките М.Л.Л. Современные способы извлечения платиновых металлов из отходов переработки платиносодержащих руд / М.Л.Л. Диаките // Сборник докладов пятой международной научно-практической конференции «Перспективы применения инновационных технологий и усовершенствования технического образования в высших учебных заведениях стран СНГ» Таджикистан: Душанбе, 2011. С. 150-152.

11. Петров Г.В. Химическое обогащение платиносодержащих концентратов / Г.В. Петров, М.Л.Л. Диаките, А.Ю. Спыну // Сборник докладов по материалом междунар. заоч. науч.-практ.

конф. « Актуальные научные вопросы: реальность и перспективы». Тамбов, 2012. С. 127-129.

12.Диаките МЛЛ. Разработка научных основ и комплексной технологии переработки техногенных горнометаллургических отходов с извлечением цветных и благородных металлов / M.JI.JI. Диаките, Г.В. Петров, А.Ю. Спыну // Всероссийский конкурс научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области технических наук, материалы работ победителей и лауреатов СПНИУ. Санкт Петербург, 2012. С.231-232.

13. Petrov G.V. Sulfation refinement of sulphide products from processing of technogenic waste containing platinum metals / G.V. Petrov, M.L.L. Diakite, I.I. Mardari / Сборник докладов Международной заочной научно-практическая конференции «Актуальные вопросы в научной работе и образовательной деятельности». Тамбов, 2013. С. 7-8.

14.Diakite M.L.L. Obtaining of rich concentrates in metals of platinum when refining by sulfation / M.L.L. Diakite, G.V. Petrov // Scientific reports on resource issues 2013. International University of Resources Freiberg. Germany: Freiberg, 2013. P. 170-173.

РИЦ Горного университета. 30.08.2013. 3.480. Т.100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНИРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

На правах рукописи

04201362179

Диаките Мохамед Ламин дит Ладжи

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ХРОМИТОВЫХ РУД ДУНИТОВЫХ МАССИВОВ

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук Г.В. Петров

Санкт-Петербург - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................................................5

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МИРОВОГО ПЛАТИНОМЕТАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ....................10

1.1 Основные тенденции развития мирового рынка металлов платиновой группыЮ

1.2 Особенности развития российской минерально-сырьевой базы и технологий переработки платиносодержащего сырья...................................................................14

1.2.1 Производство концентратов драгоценных металлов при переработке сульфидных медно-никелевых руд..............................................................................16

1.2.2 Концентрирование металлов платиновой группы из хромитсодержащих руд22

1.3 Переработка полиметаллических концентратов, содержащих благородные металлы: практика и исследования..............................................................................28

1.3.1 Переработка сульфидных платинометальных концентратов.........................29

1.3.2 Переработка железосодержащих концентратов...............................................32

1.4 Постановка задачи и выбор направлений исследований....................................36

ГЛАВА 2 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПОВЕДЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ И ХРОМА ПРИ ОБОГАЩЕНИИ КОРЕННОЙ ХРОМИТОВОЙ РУДЫ НИЖНЕТАГИЛЬСКОГО ДУНИТОВОГО МАССИВА......................................................................................40

2.1 Краткая геолого-минералогическая характеристика дунитового Нижнетагильского массива Среднего Урала..............................................................40

2.2 Изучение минералогического состава хромсодержащей коренной руды Нижнетагильского массива..........................................................................................43

2.2.1 Методика минералогических исследований......................................................43

2.2.2 Результаты и их обсуждение..............................................................................45

2.3 Изучение распределения платиновых металлов и хрома при механическом обогащении коренной хромитовой руды....................................................................49

2.3.1 Методика работы.................................................................................................49

2.3.2 Результаты и их обсуждение...............................................................................51

2.4 Выводы по второй главе.........................................................................................57

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО СЕРНОКИСЛОТНОГО ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ЖЕЛЕЗА ИЗ МАГНИТНОГО ПРОДУКТА ОБОГАЩЕНИЯ ДУНИТОВ......59

3.1 Термодинамический анализ поведения магнетита в сернокислой среде... 59

3.1.1 Выбор восстановителя магнетита в сернокислых растворах..........................60

3.1.2 Термодинамическая оценка равновесий в системе |Тез04 - (Н2804) - Ремст -Н20].................................................................................................................................62

3.2 Исследование физико-химических закономерностей сернокисло-тного восстановительного разложения магнитного платиносодержащего концентрата 70

3.2.1 Методика работы..................................................................................................70

3.2.2 Результаты и их обсуждение..............................................................................71

3.3 Выводы по третьей главе........................................................................................80

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ПОПУТНОМУ ИЗВЛЕЧЕНИЮ ХРОМА И ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ РУД НИЖНЕТАГИЛЬСКОГО ДУНИТОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ. .. 82

4.1 Технология комплексной переработки хромитсодержащих руд Нижнетагильского дунитового месторождения.........................................................82

4.2 Аппаратурно-технологические решения...............................................................85

4.2.1 Получение качественного хромитового концентрата и обогащенного платиновыми металлами магнитного продукта..............................................86

4.2.2 Гидрометаллургическое рафинирование магнитного продукта с получением богатого платинометального концентрата..................................................................92

4.3 Предварительная оценка экономической эффективности переработки хромитовых руд Нижнетагильского дунитового месторождения............................97

4.4 Выводы по четвертой главе.................................................................................100

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................................................101

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................103

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Минерально-сырьевая база РФ металлов платиновой группы (МПГ) состоит преимущественно из запасов платиноидов в сульфидных медно-никелевых месторождениях Таймырского региона. Производство платиновых металлов из норильских руд, характеризующихся доминирующей палладиевой минерализацией (Р<1:Р1=3:1), в совокупности с уменьшением добычи платины из россыпей в ближайшем будущем не сможет обеспечить сохранение высоких объемов российского экспорта МПГ. Для удержания традиционно сильных позиций на мировом рынке МПГ необходимым и принципиально важным направлением развития российского платинометального комплекса является вовлечение в переработку собственно платиновых руд.

В настоящее время в качестве перспективного платиносодержащего сырья рассматриваются дуниты и хромиты Среднего Урала, Алдана и Камчатки, металлогенический потенциал которых оценивается в 19 тыс. т МПГ. До сих пор в соответствии со сложившейся мировой практикой дуниты зональных комплексов рассматривались как минеральное огнеупорное сырье. С учетом экономической значимости платиносодержащих дунитов и хромитов является актуальным вопрос о разработке технологических методов попутного извлечения из них металлов платиновой группы и хрома.

Различным аспектам геологии, обогащения и металлургической переработки хромитового платино содержащего сырья посвящены исследования известных российских ученых, среди которых следует выделить работы И.Н. Плаксина С.М. Колодина, Д.А. Додина, Ю.А. Волченко, Л.В. Разина, В.Г. Лазаренкова, В.А. Чантурии, А.П. Козлова, Т.Н. Грейвер, О.Н. Тихонова, Г.В. Петрова.

Диссертационная работа выполнена в рамках проекта АВЦП 1.3.08 «Развитие физико-химических основ ресурсосберегающих процессов и технологий при комплексной переработке сырья цветных металлов» (2008-2012г), а так же проекта по заданию Минобразования РФ по ОЦО 1.11.11Ц «Разработка инновационных технологий по приоритетному направлению научной школы «Комплексная переработка сырья цветных, благородных и редких металлов» (2011г).

Цель работы. Разработка научно обоснованных технических решений, обеспечивающих получение богатого платиносодержащего концентрата и кондиционного хромитового концентрата при комплексной переработке хромитсодержащих руд дунитовых массивов Среднего Урала.

Идея работы. Селективное извлечение платиновых металлов и хрома из хромитовых руд может быть достигнуто сочетанием в рамках единой технологии операций гравитационно-магнитного концентрирования и восстановительного сернокислотного выщелачивания.

Задачи исследований:

• выявление особенностей химико-минералогического состава коренной хромсодержащей руды Нижнетагильского дунитового месторождения;

• установление особенностей технологического поведения благородных металлов и хрома при механическом обогащении хромитовой руды и разработка методов их селективного концентрирования;

• определение термодинамических характеристик и кинетических закономерностей процесса восстановительного сернокислотного разложения магнетита;

• определение оптимальных технологических параметров сернокислотного выщелачивания железа из магнитных продуктов обогащения хромитовых руд;

• разработка аппаратурно-технологической схемы извлечения платиновых металлов и хрома из коренной хромитсодержащей руды Нижнетагильского дунитового массива.

Методы исследований. Химический анализ руд и продуктов их переработки выполнен с использованием методов масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (масс-спектрометр «XSeries2») и атомно-абсорбционной спектрометрии (спектрометр «Solaar Мб»). Минеральный состав рудных проб изучался на поляризованном микроскопе Zeiss Axiolab. Микроанализ минералов выполнен на электронном микроскопе CamScan S4 с энергодисперсионным спектрометром Pentafet SuperATW и системой микроанализа Link ISIS 200.

Экспериментальные исследования выполнялись с использованием стандартного лабораторного оборудования.

Достоверность полученных данных доказана сходимостью теоретических и экспериментальных результатов, основанной на современных методах физико-химического анализа.

Научная новизна работы.

• Установлено, что при механическом обогащении коренной руды Нижнетагильского дунитового месторождения минералы платиновых металлов совместно с магнетитом, концентрируется в магнитном концентрате, а хром извлекается в проводниковый продукт.

• Выявлены физико-химические закономерности поведения магнетита при восстановительном сернокислотном выщелачивании железистых концентратов.

• Определены оптимальные технологические параметры гидрометаллургического рафинирования магнитных продуктов обогащения коренной и аллювиальной хромитовых руд Нижнетагильского дунитового массива.

Практическая значимость.

• Разработан способ механического обогащения коренной хромитовой руды с использованием методов гравитации, мокрой электромагнитной и коронно-электростатической сепарации, обеспечивающий эффективное разделение хрома, железа и платиновых металлов.

• Разработан метод сернокислотного восстановительного рафинирования магнитных продуктов обогащения хромитсодержащих руд, обеспечивающий получение богатых платиносодержащих концентратов.

• Разработана аппаратурно-технологическая схема комплексной переработки коренной хромитсодержащей руды Нижнетагильского дунитового массива с годовой производительностью 200 тыс.т, внедрение которой обеспечит получение 15 кг платины в виде товарного концентрата, 6 тыс. т. кондиционного хромитового концентрата, удовлетворяющего требованиям химического производства, с использованием хвостов гравитационного обогащения при производстве хромомагнезитовых огнеупоров.

Основные защищаемые положения:

1. Закономерности технологического поведения металлов платиновой группы при обогащении коренной хромитовой руды определяются наличием выраженных магнитных свойств у основных минеральных форм МПГ, выделяемых совместно с магнетитом на стадии электромагнитной сепарации в виде железистого магнитного продукта, обогащенного платиновыми металлами.

2. Степень образования растворимого сульфата железа (II) при разложении магнетита в сернокислой среде определяется концентрацией серной кислоты и расходом железного порошка в качестве восстановителя; сернокислотное восстановительное рафинирование магнитного концентрата обогащения дунитов обеспечивает получение богатого платино содержащего продукта, удовлетворяющего требованиям аффинажа.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались: на Всероссийской научной конференции «Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), 2010г.); на V международной научно-практической

конференции «Перспективы развития науки и образования» (Таджикистан г. Душанбе, ТТУ, 2011г.); на III Международном конгрессе «Цветные металлы -2011» (г. Красноярск, 2011г.); на I международной заочной научно-практической конференции «Актуальные научные вопросы: реальность и перспективы» (г. Тамбов, 2011г.); на Всероссийский конкурс «Научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области технических наук», СПНИУ, (г. Санкт Петербург, 2012г.); на II международной заочной научно-практической конференции «Актуальные вопросы в научной работе и образовательной деятельности» (г. Тамбов, 2013г.); на международной конференции «Innovations in Geology, Mining, Processing, Safety, and Environmental Management» (Germany, Freiberg, International university of Resources «IUR», 2013).

Личный вклад автора: заключается в проведении анализа литературных и патентных источников, постановке цели, задач и разработке методик исследований, проведении лабораторных экспериментов по обогащению и восстановительному сернокислотному выщелачиванию, анализе и обобщении полученных результатов, формулировании выводов и научно-технических рекомендацией.

Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в 14 печатных работах, из них 6 в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов и библиографического списка, включающего 106 наименования. Работа изложена на 114 страницах машинописного текста, содержит 31 таблицу, 29 рисунков.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, доктору технических наук Г.В. Петрову; коллективу кафедры металлургии Национального минерально-сырьевого университета «Горный» за внимание, содействие и поддержку на различных этапах выполнения диссертационной работы.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МИРОВОГО ПЛАТИНОМЕТАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Основные тенденции развития мирового рынка металлов платиновой

группы

Металлы платиновой группы (МПГ) весьма ценные полезные ископаемые, используемые в автомобильной, ювелирной, электронной, химической и нефтехимической отраслях промышленности, самолетостроении, ракетостроении, ряде областей науки, а также в новейших технологиях. В ближайшие десятилетия платиноиды могут стать основным видом сырья для водородной энергетики [1].

Ресурсы. Платиновые металлы отличаются крайне низкими средними содержаниями в земной коре, но при этом в определенных геологических условиях образуют значительные локальные скопления вплоть до промышленных месторождений. Разведанные мировые запасы металлов платиновой группы составляют около 18900 тонн.

»

Структура распределения мировых запасов МПГ по странам мира не претерпевает существенных изменений на протяжении уже нескольких десятилетий. Большая часть запасов (почти 70% мировых) подсчитана по крупным месторождениям ЮАР. Ориентировочно ресурсы платины в России оцениваются в 3780 тонн. В целом разведанные запасы платиноидов в России в 2007 г. сократились на 0,7%. В основном они сосредоточены в комплексных медно-никелевых рудах на территории Норильского рудного района [2].

По объему собственной ресурсной базы металлов платиновой группы Россию опережают только ЮАР, Зимбабве и США. Мировое потребление платины (более 100 тонн в год) нередко превышает ее добычу. В таком случае оно

покрывается за счет старых запасов, а также регенерации платины из отработавших свой ресурс промышленных материалов [3-8].

В настоящее время основной объем запасов металлов платиновой группы приходится на руды 2-х типов месторождений - собственно платинометальные малосульфидные и комплексные сульфидные медно-никелевые. Меньшее значение имеют платиновые россыпи, отработка которых становится все менее рентабельной, а также колчеданно-полиметаллические, медно-порфировые и другие месторождения, из которых платиноиды могут добываться попутно.

Потребление. Постоянное увеличение спроса на платиноиды вызвано яркой спецификой их физико-химических свойств, таких как высокая электро- и теплопроводность, тугоплавкость, малая химическая активность, стойкость к коррозии, уникальные каталитические свойства, а также способность сохранять все это в широком диапазоне температур, давлений и составов агрессивных сред

[2, 9].

Основной сферой использования платиноидов является автомобилестроение, где металлы востребованы в качестве катализаторов реакций нейтрализации вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомашин. В 2011г на долю этого сектора пришлось без учета России (где объемы, а в особенности структура потребления металлов платиновой группы не поддаются достоверным оценкам) почти 50% мирового спроса на МПГ (249,2т из 505) [8,9]. В электронной промышленности платина применяется при производстве компьютерных жестких дисков, различных кремнийорганических соединений, палладий - в многослойных керамических конденсаторах и интегральных микросхемах. Значительное количество МПГ используется в химической отрасли, в основном в процессе промышленного получения азотной кислоты. Чистые платина и палладий, а также сплавы на их основе востребованы при изготовлении особо чистых стекол для жидкокристаллических и электроннолучевых дисплеев, оптических и других специальных стекол; с испол�