Сульфидно-металлический сплав
О П И СЖЙИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Саюз Саветских
Социалистических
Республии
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства №
М. Кл. С 22с 9/06
С 22b 7/00
С 22Ь 23/00
Заявлено 15.11.1971 (№ 1631801/22-1) с присоединением заявки ¹
Приоритет
Опубликовано 23.V.1973. Бюллетень № 24
Дата опубликования описания 6Х111.1973
Комитет по делам изобретений и открытий при Совете тйинистров
СССР
УДК 669.243:669.245 (088.8) Авторы изобретения Г. С. Викторович, Г. М. Денисова, С. С. Тавастшерна и 1О. А. Карасев
Заявитель
СУЛЬФИДНО-МЕТАЛЛИЧЕСКИ Й СПЛАВ
Медь
Никель
Железо
Сера
8 — 72
3 — 80
3 — 40
2 — 22
5 при соотношении содержаний медь ж ел ез о: (се р а — ) ) 1,75.
4 компонентов
Пример 1. При 1250 С в атмосфере аргоПредлагаемый сплав отличается от извест- на приготовляют сплавы, составы которых ного тем, что QHI содержит, /p. 30 приведены в табл. 1.
Изобретение относится к области цветной металлургии, .в частности к процессам переработки медно-никелевых файн штейнов, концентратов и штейнов, вторичных металлов, например медноникелевых и железоникелевых металлических сплавов, шлаков и пылей, а также различимых гидрометаллургических растворов, н апример никелевых электролитов для извлечения содержащихся в них металлов.
Известен сульфидно-металлический сплав н а основе системы медь-никель-сера, содержащий железо и имеющий отношение содержания меди к сере не выше 4, включающий сульфидную составляющую на основе халькозина и металлическую фазу на осипове никеля.
Недостатки известного сплава заключаются в неполном сосредоточении никеля в металлической фазе, низкой ее реакционн ой способности и неполной вскрываемости, а также невозможности переработки сплава магнитной сепарацией, что приводит к необходимости повышения концентраций и расходов реаген тов, а также параметров процессов при его металлургической переработке, преследующей цель селективного от меди извлечения никеля.
10 Это более полно сосредотачивает,никель в металлической фазе сплава, повышает ее реакционную способность и вскрываемость, а также повышает эффективность металлургических процессов.
Сущность изобрететпия поясняется следующими экспериментальными наблюдениями и результатами.
При отношении содержания меди к сере в
20 сплаве не выше 4 и вышеуказанном его особом составе предотвращается сульфидирование никеля; особенна в том случае, когда температура получения или термообработки сплава превышает 600 С. Этим обеспечивается бо25 лее полное сосредоточение никеля в металлической фазе.
383753
Таблица 1
Соотно пения содержаний
Содержание, ¹ сплава
Ре: S ——
Cu: S
S Fe
14,9
14,6
14,4
13,7
13,1
4,0
4,0
4,0
4,0
4,0
6
13
11
59,6
58,4
57,4
54,8
52,5
25,5
25,0
24,4
23,3
22,4
1,96
3,93
8,00
11,9
Таблица 3
Соотношение содержаний
Содержание.
Pfo сплава
Fe: Cu
Fe Cu:S
Сн Nj
3,63
3,50
3,30
3,57
3,00
3,04
3,38
3,05
25,1
24,0
23,3
22,0
22,4
22,0
22,2
22,0
2,19
3,67
5,03
7,29
7,54
8,74
10,9
I5,2
1,49
1,75
1,75
4,41
1,75
2,17
4,66
4,22
МI
22
17
М2
18
МЗ
М4
М5
56,91
56,3
54,9
55,4
52,5
51,1
51,1
46,3
15,7
16,2
16,6
15,5
17,5
16,8
15,1
15,2
Таблица 2
Соотношения содержаний
Содержание, о„
Pfо сплава
Си
15,3
15,0
14,8
15,3
13,6
11,8
1,22
3,10
5,10
8,80
12,8
29,0
25,0
24,5
24,0
18,1
22,0
13,9
3,80
3,82
3,81
3,78
3,79
3,80
1,74
4,43
7,30
10,0
18,0
45,0
7
3
58,4
57,3
56,3
57,8
51,6
44,6
Таблица 4
М5
М2 18 МЗ
М4
22
2,08
71,7
3,95
24,1
0,98
69,7
5,20
25,4
NI
С,t
Fe
7,02
3,50
2,25
71,3
2,75
23,1
6,73
5,75
1,10
66,1
8,25
23,1
8,52
2,65
10,8
65,3
0,60
Образцы этих сплавов весом около 100 г тонким слоем разливают в массивные холодные изложницы, затем нагревают и подвергают термообработке в течение 4,5 — 5,0 час при
700 — 900 С, после чего закаляют в воде, измельчают на 100 /О минус 0,075 мм и мокрой магнитной сепарацией выделяют сульфидную составляющую.
Химический анализ показывает, что для оплавов 4, 6, 13, 11 и 12 содержание никеля в их сульфидн ой составляющей равно, о/О. 15,1;
10,1; 4,68; 1,91 и 1,29 соответственно.
Повышение содержания железа в сплаве при постоянном и близком к величине 1,75
Си соотношении Fe: (S — — ) дает меньший эф4 фект снижения содержания никеля в сульфид30 ной составляющей сплава. Однако этот эффект усиливают путем повышения величин|ы указанн ого соотношения даже и при меньших значениях отношения содержания меди к сере в сплаве, как это видно из примера 2.
Пример 2. Точно таким же путем, как и в примере 1, получают образцы измельченных сплавов, составы которых приведены в табл. 2.
Fe Cu S р. S "I 45
4 /
Химический анализ сульфидной составляющей, выделенной из сплавов 5,7, 8,3, 10 и 2 таким же путем, как и в примере 1, показывает, что содержание никеля в н ей составляет, о/о. 13,3; 6,14; 4,0; 2,37; 1,55 и 0,35 соответственно.
С другой стороны, при одинаковых содержаниях железа в сплаве, но при повышении отношения Cu:S происходит уменьшение содержания н икеля в сульфидной составляющей, тогда как одинаково низкое содержан|ие никеля в сульфидной составляющей при величинах Cu:S значительно меньших 4 имеет место при повышении содержания железа в сплаве, и меньшие содержания железа требуются в том случае, когда отношение Cu: S ближе к 4. Эти закономерности в поведен ии компонентов сплава иллюстрируются вышеприведенными данными и данными табл. 3 и
4, в которых содержатся результаты химических анализов, соответственно образцов сплавов и их сульфидных составляющих, получен ных точно так же, как и в примере 1.
Примечание: образцы М1, М2, МЗ, М4 и М5 содержат Tel< oe 0,6 " 0 К06и. u а.
Содержание меди в металлической фазе сплава зависит от двух факторов. Оно снижается, при прочих равных условиях, с умен ьСи шением соотношения Fe: (S ) и подоб4 ным же образом изменяется с уменьшением отношения Cu: S. Например, в образцах сплавов М2, М5 и МЗ (см. табл. 3) металлическая фаза содержит, /о. 22,2; 8,1 и 5,5 меди, 60,0;
61,5 и 71,3 никеля и 15,9; 28,8 и 20,8 железа соответственно.
383753
Имеется обратная зависимость содержания никеля в сульфидпой составляющей сплава от содержания железа в его металлической фазе.
Для того, чтобы получить в сульфидной составляющей одинаковое содержание н икеля, при повышен пи общего содержания никеля в сплаве необходимо при прочих равных условиях иметь более высокое содержание железа в сплаве, поскольку оно в металлическую фазу переходит в большей степени, чем в сульфидную составляющчю.
В качестве пеагента для пповепки химической активности и вскпываемости металлической фазы нового сплава применяют водный
DBcTBop с концентпапиями сепной кислоты
39,6 г/л и меди в виде ее сернокислой соли
10,2 г/л. Обпаботк змельченных на 100% мин ус 0 075 мм обпазпсв спчавов пповодят при Ж:Т=ЗО:1, темпепат па 85 — 88 С и пподувке через перемешиваемую суспензию кислопода.
Металлическая фаза сплавов. хапактеризхСи ющихся соотношением Fe: (S — — ) 1,75.
4 обладает большей химической активностью и вскрываемостью, чем сплавов. для котовых это соотношение равно или меньше 1.75.
Если одн овременно с повышением величины этого соотношения увеличивается содепжание железа в сплаве при постоянном отн ошении CU:S, то вскпываемость металлической фазы или увеличение никеля в водном растворе существенно возпастает. Напримеп, ппи обпаботке в течение 30 мин обпазцов Ml. 8,10 и 12 извлечение никеля из сплава в раствор составляет в %. 79.6; 89.5; 95.3; 98,8, à cozenжан е в келя в счль@идных остатках. о/о.. 9,6:
3,38; 1.65 и 0,71 соответственно. В этих we остатках содеПжан ие меди находится в пределах 67 — 73 /, железа 0.23 — 3,30% и серы
23,6 — 28,4О/„, причем извлечение железа из сплава в раствор колеблется в пределах 80—
90 /ч. а извлечение меди составляет в /o. 32,3;
10 7; 21,7: 35,6 соответственно.
Повышение извлечения никеля в паствоп ппи одновременном существенном уменьшении перехода в раствор меди достигается п тем уменьшения отношения Cu: S с одновпеменным увеличением содержания железа ппп поСи стоянном соотношении Ге: (S — — ) в сплаве.
Например, при обработке в вышеуказанных условиях образцов М2, М4 и М5 извлечение никеля в раствор повышается с 93.5 до 96.4 /, тогда как извлечение меди соответственно снаряжается с 32,9 до 14,4О/о. Ппи этом содепжание никеля и меди в сулыйидHом остатке составляет в о/о. 3,40; 1,50; 1,40; и 68.9; 70,3;
69,0 соответственно, а содепжание серы находится в пределах 24,0 — 25,8 /о. Во всех этих случаях извлечение железа из сплавов в раствор находится в пределах 79 — 82 //>.
Оказывается, что металлическая фаза сплава способна очень быстро Растворяться даже
З0
65 в слабокислых водных растворах с высокой концентрацией никеля, благодаря чему происходит глубокая нейтрализация кислоты, сопровождающаяся очисткой таких растворов от железа при одновременном их пополнении никелем, как это видно из примера 3.
Пример 3. Сплавы Мl, МЗ и М5, измельченные на 100О/о минус 0,063 л л, обрабатывают при 85 — 88 С водным раствором, содержащим, г/л: 12,0 серной кислоты, 60.0 никеля в ниде сернокислой соли, 1,0 меди, 7,0 железа и
40.0 натрия в виде х.лористой соли, ппи Ж: T=
=20:1 и продувке кислопода чепез перемешиваемую с спензпю. Уже чепез 20 мин. кислотность раствопов снижается до величины пН от 3.5 до 4,8. Чепез 60 мин от начала обработки пН достигает величины 4.8 — 6,0, ппи этом концентпаппя >кечеза в растворе составчяет всего 0,05 — 0.07 г/л во всех случаях, а кон пентпация меди в растворе не выше 0.4—
0.7 г/л.
Если таксою обработку спчавов пподолжить дальше, то ппоисходпт обильное обпазование легкофильтр юшегося сепо-зеленого кристаллического осадка со,чей никеля. Этот осадок с очень высокой скопостью растворяется в водном паствопе выше казанного состава и уже через 5 мин т нача,ча раствопителя рН раствора повышается до 5.5 — 6.2. Такой осадок можно испо.чьзовать для целого ряда гидромета,члх Пгических приемов.
Вышеппиведенн ые данные свидете.чьствуют о весьма высокой химической активности и вскрываемостп металлической фазы нового сплава. Вместе с тем, аналогичные свойства металлической фазы нового сплава проявляются еще и B ее способности цементировать мечь из водных растворов солей.
П и и м е и 4. Раствор такого же состава, как и в примере 3, ппи 90 С в течен le 30 мин пепемешивают с измельченными до 100 /о минус 0,075 мм образцами М2, МЗ. М4 и М5 при Ж:Т=30:1. В конце такой обработки no". ÷àþò растворы, в которых концентпация меди составляет в г/.г: 0,004; 0,003; 0,002;
0,002, соответственно. Если использовать сплав Ml, состав которого не удовлетворяет особенностям изобретения, то в тех же условиях конечная концентрация меди в растворе составляет 0,260 г/л, т. е. в 65 — 130 раз выше.
Новый сплав после измельчения может быть подвергнут разделению на металлизированную и сульфидную составляющие при помощи магнитной сепарации.
Пример 5. Образец 3 (см. табл. 2) приготавливают и подвергают термообработке точи о таким же путем, как ll в примере 1, измельчают на 100 /о минхс 0,044 мл и пропускают через стандартный тпубчатый магнитный анализатор 25БСЭ прп силе тока
0.25 а. Мокрая магнитная сепарация в одну стадию дает выход немагнитн ого сульфидного продукта 65,4 /о от массы сплава. Этот сульфидный продукт имеет состав, /о. 64,9 меди, 7,35 железа и только 2,37 никеля. Извлечение
383753 в сульфидный концентрат составляет 73,3 /о меди и только 8,6О/О никеля.
Если сплав 3 после термообработки н е закаливают, а медленно охлаждают до обычной температуры вместе с печью, то выход сульфидной составляющей составляет всего 5,05 /о при содержании в ней 64,8 /О меди и 3,4 /о никеля, т. е. разделения н е происходит.
В тех же условиях, что и в примере 5, магнитная сепарация образца сплава 4 (см. табл. 1) подвергается аналогичной термообработке с последующей закалкой и измельчением, не дает н икакого разделения, так как выход немагн итной фракции составляет около
96О/о. Повышение силы тока до 1 а позволяет выделить немагнитный продукт с его выходом
47,5О/о. Однако в этом продукте содержание н икеля составляет 15,2О/о, а меди 62 — 63 /о.
Таким образом, сплав 4, состав которого не удовлетворяет особенностям изобретения, при магнитной сепарации дает неудовлетворительHlbIe результаты.
При прочих равных условиях, наиболее сильное влияние на результаты магнитной сепарации сплавов оказывает соотношение
Си
Fe: (S — — ). Предпочтительно, это соотн оше4 ние повысить за счет повышения отношения
Cu: S при пониженном содержании железа. С другой стороны, для магнитной сепарации больше подходят сплавы, в которых одновременно с более высоким содержанием железа имеет место меньшее отношен ие Cu: S. Повышение содержания железа и величины
Си, Fe: (S ) в сплавах делает их более туго4 плаэкими и поэтому создает возможность проведения термообработки при повышевных температурах. Последнее позволяет во много раз сократить продолжительность термообработки.
Термообработке нового сплава для последующего проведения магнитнюй сепарации должно предшествовать его быстрое замораживание, если твердый сплав получается из жидкой фазы. Этим предотвращается появление макронеоднородностей, обусловленных ликвацией и ухудшающих показатели магнитной сепарации. Поэтому жидкий сплав перед термообработкой лучше всего сгран улировать или разделить в тонкие листы, чем к тому же предотвращается образование вкраплений сульфида никеля, появляющихся в матрице при замедленном охлаждении сплава ниже 600—
700 С.
При высокотемпературной термообработке сплавов происходит существенное увеличение размеров даже самых мелких частиц металлической фазы, вкрапленных в небольшом количестве в матрице на основе сульфида меди.
Так, например, .при прогревании образцов
N2, МЗ, М4 и М5 в течение 10 час при 950 С
q Последующей закалкой от этой температуры
65 вторичные точечные включения металлической фазы увеличиваются в поперечнике примерно в 10 раз, достигнув величины 20 — 30 мк, а крупные первичные ден дритные кристаллы металлической фазы уплотняются и приобретают округлые очертания.
Таким образом, описываемому сплаву присущи высокая степень сосредоточения никеля в металлической фазе, ее высокая химическая активн ость, вскрываемость и обособление в виде частиц с размерами, достаточными для применения спосооов механического разделения сплава на металлизированную и сульфидную составляющие, а также более высокая тем пер а тура пл а влен ия и возможность получения прочных отливок, не имеюших пор. Кроме того, в металлической Фазе т<оллективуется. и почавляюшее количество кобалг.та, а также дгагопенных металлов, если они в виде поимесей солев>катся в сплаве.
Эти свойства сплава позволяют поименять его в целом ряде ппопессов, поедн азначениых чля извлечения никеля. а также кобальта. мели, железа и доагоценных металлов. К их числч, напримео. можно отнести механическое обогащение, карбонилпропесс, гидпометалл огню, гидроэлектрометаллупгию и т. д. во всем многообразии их вавиантов.
Сплав может применятьсяя не только в твердом состоянии. но и в виде пасплава в пипометаллувгических пооцессах, в которых имеет место взаимодействие с льфидно-металлического расплава с оксидным. в особенности, с высокожелезистым. В этом случае сплав обеспечивает эффективное разделение т казанных пасплавов с одновременным снижением химических потерь цветных металлов с высокожелезистыми шлаками, в частности с вюститными, а затем он может замораживаться, подвергаться термообработке и певерабатываться в твердом состоянии.
Вместе с тем сплав может подвергаться и дробной коисталлизации, а также ликвации или зейгерованию для отделения металлической фазы от сульфидной. Его можно применять в твердом состоянии и для отделения цветных металлов от компонентов пустой породы и различных шлаков, для очистки сульфидных медийных концентратов от никеля, для дробления высоконикелистых и высоко>келезистых металлизированных материалов, а также для изготовления растворимых анодов в электрогидрометаллургических процессах извлечения меди и никеля.
Перечисленные свойства предложенного сплава обеспечивают снижение расходов реагентов и параметров процессов при его металлургической переработке, например кислотности растворов и давления кислорода при селективноM Bb:ùåëà÷èBàíèè никеля и кобальта, давлен ия окиси углерода и температуры при карбонилировании и т. д., что приводит к повышению эффективности соответствующих металлургических процессов.
383753
Медь
Никель
Железо
Сера
8 — 72
3 — 80
3 — 40
2 — 22
Предмет изобретения
Составитель А. Брикер
Texpeд 3. Тараненко Корректор М. Гарцевич
Редактор T. Горячева
Заказ 2142/3 Изд. № 1559 Тираж 632 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
Сульфидин-металлический сплав на основе системы медь-никель-сера, содержащий железо и имеющий отношение содержания меди к сере не выше 4, отличающийся тем, что, с целью более полного сосредоточения н икеля в металлической фазе сплава, повышения ее реакционной способности и вскрываемости, а также повышения эффективности металлургических процессов, сплав содержит, /о.
5 при соотношении содержаний компонентов: медь железо: (сера — ) ) 1,75.
10
