ООО «Институт Гипроникель», Санкт-Петербург, Россия

Д. М. Богатырев, научный сотрудник лаборатории пирометаллургии, эл. почта: BogatyrevDM@nornik.ru
Л. Б. Цымбулов, директор департамента по исследованиям и разработкам, член-корреспондент РАЕН, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: TsymbulovLB@nornik.ru
С. С. Озеров, ведущий научный сотрудник лаборатории пирометаллургии, канд. техн. наук, эл. почта: OzerovSS@nornik.ru

Приведены результаты исследования поведения благородных металлов при окислительной плавке сульфидного медно-никелевого концентрата в условиях, моделирующих плавку в печи Ванюкова. Подтвержден известный ход зависимости влияния удельного расхода кислорода на состав получаемого штейна. Также рассмотрено влияние состава штейна на выход продуктов плавки. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о преимущественном концентрировании благородных металлов в штейновой фазе. На основании химического анализа полученных проб штейнов и шлаков вычислены коэффициенты распределения благородных металлов между продуктами плавки, а также рассмотрено влияние состава получаемых штейнов на изменение коэффициентов распределения. Проведено сравнение рассчитанных значений коэффициентов распределения благородных металлов с известными промышленными данными. Установлено, что диапазон рассчитанных коэффициентов распределения благородных металлов увеличивается в ряду Ag → Au → Ru → Ir → Pt (Pd, Rh). По результатам исследования закаленных проб шлака методами растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа (РЭМ – РСМА) установлен вероятный характер распределения форм потерь благородных металлов. Полученные по результатам исследования шлака методами РЭМ – РСМА данные о характере распределения благородных металлов указывают на возможное присутствие в объеме железосиликатного расплава золота в форме металлической растворимости. На основании проведенных исследований даны рекомендации по ведению процесса окислительной плавки, обеспечивающие минимальные потери благородных металлов со шлаками.

1. 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, Iss. 2. P. 240–249. DOI: 10.1007/s40831-019-00218-w
2. Jonkion M. Font, Mitsuhisa Hino, Kimio Itagaki. Minor elements distribution between iron-silicate base slag and Ni3S2 – FeS matte under high partial pressures of SO₂ // Materials Transactions JIM. 1998. Vol. 39, Iss. 8. P. 834–840. DOI: 10.2320/matertrans1989.39.834
3. Avarmaa K., O’Brien H., Taskinen P. Equilibria of gold and silver between molten copper and FeO_x – SiO₂ – Al₂O₃ slag in WEEE smelting at 1300 ^oC // Advances in Molten Slags, Fluxes, and Salts: Proceedings of the 10th International Conference on Molten Slags, Fluxes and Salts. 2016. P. 193–202. DOI: 10.1007/978-3-319-48769-4_20
4. Avarmaa K., O’Brien H., Johto H., Taskinen P. Equilibrium distribution of precious metals between slag and copper matte at 1250–1350 ^oC // Journal of Sustainable Metallurgy. 2015. Vol. 1, Iss. 3. P. 216–228. DOI: 10.1007/s40831-015-0020-x
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, Iss. 5. P. 642–655. DOI: 10.1007/s10163-019-00955-w
6. 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.
7. Sukhomlinov D., Klementtinen L., Avarmaa K., O’Brien H. et al. Distribution of Ni, Co, precious and platinum group metals in copper making process // Metallurgical and Materials Transactions B. 2019. Vol. 50, Iss. 1. P. 1752–1765. DOI: 10.1007/s11663-019-01576-2
8. 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, Iss. 3. P. 772–781. DOI: 10.1007/s40831-017-0141-5
9. 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.
10. Ванюков А. В., Зайцев В. Я. Теория пирометаллургических процессов. — М. : Металлургия, 1973. — 504 с.
11. Цемехман Л. Ш., Фомичев В. Б., Ерцева Л. Н. и др. Атлас минерального сырья, технологических промышленных продуктов и товарной продукции ЗФ ОАО ГМК «Норильский никель». — М. : Издательский дом «Руда и Металлы», 2010. — 336 с.
12. Девочкин А. И. и др. Атлас минерального сырья, технологических промышленных продуктов и товарной продукции ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель» / под общ. ред. чл-корр. РАЕН, д-ра техн. наук, проф. Л. Б. Цымбулова. — СПб. : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2021. — 398 с.
13. Aspola L., Matusewicz R., Haavanlammi K., Hughes S. Outotec Smelting Solutions for the PGM Industry // Fifth International Platinum Conference “A catalyst for change”. Sun City, South Africa, 17–21 September 2012. P. 239–250.
14. Cole S., Ferron C. J. A review of the beneficiation and extractive metallurgy of the platinum group elements, highlighting recent process innovations // SGS Minerals Services Technical Paper. 2002-03. P. 1–43.
15. Crundwell F. K., Moats M., Ramachandran V., Robinson T., Davenport W. D. Extractive metallurgy of nickel, cobalt and platinum-group metals. — Amsterdam : Elsevier, 2011. P. 199–214.
16. Jones R. T. Platinum smelting in South Africa // South African Journal of Science. 1999. Vol. 95 (11). P. 525–534.
17. Jacobs M. Process description and abbreviated history of Anglo Platinum’s Waterval Smelter // Proceedings of the Southern African Pyrometallurgy 2006 International Conference, Cradle of Humankind, South Africa, 5–8 March 2006. P. 17–28.
18. Jones R. T. ConRoast: DC arc smelting of dead-roasted sulphide concentrates // Sulfide Smelting 2002, USA, 17–21 February, TMS Annual Meeting. P. 435–456.
19. Mostert J. C., Roberts P. N. Electric smelting of Ni – Cu concentrates containing platinum group metals at Rustenburg Platinum Mines Ltd. // TMS Paper selection. 1978. New York. The Metallurgical Society of AIME. Paper 48. P. 290–299.
20. Богатырев Д. М., Петров Г. В., Цымбулов Л. Б. Пирометаллургические технологии переработки сульфидных медно-никелевых руд с высоким содержанием металлов платиновой группы: современное состояние и перспективы развития // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2022. Т. 20, № 1. С. 14–24.
21. Laurenz V., Fonseca R. O. C., Ballhaus C., Jochum K. P. et al. The solubility of palladium and ruthenium in picritic melts: 2. The effect of sulfur // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2013. Vol. 108. P. 172–183. DOI: 10.1016/j.gca.2013.01.013
22. Shuto H., Okabe T. H., Morita K. Ruthenium solubility and dissolution behavior in molten slag // Materials transactions. 2011. Vol. 52, Iss. 10. P. 1899–1904. DOI: 10.2320/matertrans.M-M2011821

23. Fonseca R. O. C., Mallmann G., O’Neill H. St. C., Campbell I. H., Laurenz V. Solubility of Os and Ir in sulfide melt: Implications for Re/Os fractionation during mantle melting // Earth and Planetary Science Letters. 2011. Vol. 311, Iss. 3. P. 339–350. DOI: 10.1016/j.epsl.2011.09.035
24. Swinbourne D. R., Yan S., Salim S. The solubility of gold in metallurgical slags // Mineral Processing and Extractive Metallurgy. 2005. Vol. 114, No. 1. P. 23–29.
25. Ерцева Л. Н. Исследование твердофазных превращений, происходящих при нагреве сульфидного медно-никелевого сырья, и разработка на основе полученных данных усовершенствованных технологических процессов его переработки : автореф. дис. … докт. техн. наук. — М. : Гинцветмет, 2001. — 40 с.
26. Пигарев С. П. Строение и свойства шлаков процесса непрерывного конвертирования медных никельсодержащих штейнов и концентратов : дис. … канд. техн. наук. — Санкт-Петербург, 2013. — 209 с.
27. Piskunen P., Avarmaa K., O’Brien H., Klemettinen L. et al. Precious metal distributions in direct nickel matte smelting with low-Cu mattes // Metallurgical and Materials Transactions B. 2018. Vol. 49. P. 98–112.
28. Piskunen P., Avarmaa K., Johto H., Latostenmaa P. Fundamental process equilibria of base and trace elements in the DON smelting of various nickel concentrates // Extraction 2018: Proceedings of the First Global Conference on Extractive Metallurgy. P. 313–324.