cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ "МИСИС"10.17073/0021-3438-2020-5-4-12cvmet-1177Research ArticleМеталлургия цветных металловMetallurgy of Non-Ferrous MetalsПрямое восстановление тяжелых цветных металлов из сульфидных соединенийDirect reduction of heavy non-ferrous metals from sulfide compoundsЧекушинВ. С.ChekushinV. S.

докт. техн. наук, профессор кафедры металлургии цветных металлов

660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79

Dr. Sci. (Eng.), prof. of the Department of metallurgy of non-ferrous metals

660041, Krasnoyarsk, Svobodnyi pr., 79

doz.008@rambler.ruОлейниковаН. В.OleynikovaN. V.

докт. техн. наук, доцент, профессор кафедры металлургии цветных металлов

660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79

Dr. Sci. (Eng.), associate prof., prof. of the Department of metallurgy of non-ferrous metals

660041, Krasnoyarsk, Svobodnyi pr., 79

aurumntc@gmail.comБакшеевС. П.BaksheevS. P.

канд. техн. наук, зав. лабораторией пирометаллургических процессов

660118, г. Красноярск, ул. Полигонная, 15

Cand. Sci. (Eng.), head of pyrometallurgy laboratory

660118, Krasnoyarsk, Polygonnaya str., 15

ДонцовА. В.DontsovA. V.

аспирант кафедры металлургии цветных металлов

660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79

postgraduate student of the Department of metallurgy of non-ferrous metals

660041, Krasnoyarsk, Svobodnyi pr., 79

alexandr.v.dontsov@gmail.comСибирский федеральный университет (СФУ)РоссияSiberian Federal University (SFU)Russian FederationИсследовательский центр АО «Полюс Красноярск»РоссияR&D Centre JSC «Polus Krasnoyarsk»Russian Federation20202010202005412Copyright © Чекушин В.С., Олейникова Н.В., Бакшеев С.П., Донцов А.В., 20202020Чекушин В.С., Олейникова Н.В., Бакшеев С.П., Донцов А.В.Chekushin V.S., Oleynikova N.V., Baksheev S.P., Dontsov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1177

Обобщены результаты многолетней работы авторского коллектива по проблеме прямого восстановления тяжелых цветных металлов непосредственно из сульфидных соединений, содержащихся в концентратах (свинец) и продуктах металлургического производства (медь, никель) – белом матте, медном и никелевом концентратах разделения файнштейна. В современных технологиях восстановительный процесс включает конверсию сульфидов металлов в кислородные соединения (окислительный и агломерирующий обжиг) с восстановлением металлов углеродсодержащими реагентами (уголь, СО), а также восстановление меди и, частично, свинца из расплавов оксидов сульфидами. Операции конверсии сульфидов, а также восстановления связаны с выделением серо- и углеродсодержащих соединений (SO2, SO3, CO, CO2) и, следовательно, с необходимостью улавливания и утилизации газообразных и твердых продуктов. Предложен принципиально новый процесс прямого восстановления металлов из сульфидов с использованием в качестве восстановителя собственной сульфидной серы. Осуществление восстановительного процесса происходит через возможное образование короткозамкнутых электродных пар в системе 2Mez+–zS2– , обусловленное реализацией донорно-акцепторных взаимодействий, прежде всего π-связывания. Успешная реализация процесса возможна при отводе продуктов (продукта) электрохимической реакции, в частности S0. В качестве такого реагента предложена каустическая сода. На примере ряда вышеприведенных производственных материалов показана возможность восстановления металлов при температурах 550700 °С с достижением глубокого извлечения их (более 99 %). Продукт окисления сульфидной серы – элементная сера – взаимодействует с расплавом каустической соды и накапливается в ней в виде нелетучих натриевых соединений.

The paper summarizes the results of work done by the group of authors over many years on the direct reduction of heavy non-ferrous metals directly from sulfide compounds contained in concentrates (lead) and metallurgical products (copper, nickel) – white matte, copper and nickel concentrates of converter matte separation. In modern technology the recovery process itself includes the conversion of metal sulfides into oxygen compounds (oxidizing and sintering roasting) with the reduction of metals by carbon-containing reagents (coal, CO), as well as the reduction of copper and, partly, lead from oxide melts by sulfides. Sulfide conversion and reduction operations are associated with the release of sulfur- and carbon-containing compounds (SO2, SO3, CO, CO2) and, consequently, with the need to capture and utilize gaseous and solid products. A fundamentally new process of direct reduction of metals from sulfides using their own sulfide sulfur as a reducing agent is proposed. The recovery process is implemented through the possible formation of short-circuited electrode pairs in the 2Mez+–zS2– system due to the implementation of donor-acceptor interactions, primarily π-binding. Successful process implementation is possible with the removal of electrochemical reaction products (product), in particular S0. Caustic soda is proposed as such a reagent. Using the example of a number of the above production materials, the possibility of metal reduction at temperatures of 550–700 °C is shown with the achievement of their deep extraction (over 99 %). Elemental sulfur, a product of sulfide sulfur oxidation, reacts with the caustic soda melt and accumulates in the form of non-volatile sodium compounds.

восстановление тяжелых цветных металловпрямое восстановление металлов из сульфидовмедьникельсвинецрасплав щелочиедкий натрвосстановление серойreduction of heavy non-ferrous metalsdirect reduction of metals from sulfidescoppernickelleadcaustic soda meltcaustic sodareduction by sulfurReferencesDutta S.K., Lodhari D.R. Extraction of nuclear and nonferrous metals. Singapore: Springer, Topics in mining, metallurgy and materials engineering, 2018. DOI: 10.1007/978-981-10-5172-2.Dutta S.K., Lodhari D.R. Extraction of nuclear and nonferrous metals. Singapore: Springer, Topics in mining, metallurgy and materials engineering, 2018. DOI: 10.1007/978-981-10-5172-2.Kapusta J.P.T. JOM World nonferrous smelters survey. Part I. Copper. JOM. 2004. Vol. 56. No. 7. Р. 21—27. DOI: 10.1007/s11837-004-0086-6.Kapusta J.P.T. JOM World nonferrous smelters survey. Part I. Copper. JOM. 2004. Vol. 56. No. 7. Р. 21—27. DOI: 10.1007/s11837-004-0086-6.Chekushin V.S., Oleinikova N.V., Shubakova M.A. Modern processes of copper concentration from mineral raw materials. Russ. Metallurgy (Metally). 2015. No. 13. Р. 10691075. DOI: 10.1134/S0036029515130029.Chekushin V.S., Oleinikova N.V., Shubakova M.A. Modern processes of copper concentration from mineral raw materials. Russ. Metallurgy (Metally). 2015. No. 13. Р. 10691075. DOI: 10.1134/S0036029515130029.Warner A.E.M., Díaz C.M., Dalvi A.D., Mackey P.J., Tarasov A.V. JOM World nonferrous smelter survey. Part III. Nickel: Laterite. JOM. 2006. Vol. 58. No. 4. Р. 11—20. DOI: 10.1007/s11837-006-0209-3.Warner A.E.M., Díaz C.M., Dalvi A.D., Mackey P.J., Tarasov A.V. JOM World nonferrous smelter survey. Part III. Nickel: Laterite. JOM. 2006. Vol. 58. No. 4. Р. 11—20. DOI: 10.1007/s11837-006-0209-3.Warner A.E.M., Díaz C.M., Dalvi A.D., Mackey P.J., Tarasov A.V., Jones R.T. JOM World nonferrous smelter survey. Part IV. Nickel: Sulfide. JOM. 2007. Vol. 59. No. 4. Р. 58—72. DOI: 10.1007/s11837-007-0056-x.Warner A.E.M., Díaz C.M., Dalvi A.D., Mackey P.J., Tarasov A.V., Jones R.T. JOM World nonferrous smelter survey. Part IV. Nickel: Sulfide. JOM. 2007. Vol. 59. No. 4. Р. 58—72. DOI: 10.1007/s11837-007-0056-x.Handbook of extractive metallurgy. In 4 vols. Vol. 2: Primary metals, secondary metals, light metals. Ed. Fathi Habashi. Weinheim, Chichester, New York, Toronto, Brisbane, Singapore: Wiley-VCH, 1997.Handbook of extractive metallurgy. In 4 vols. Vol. 2: Primary metals, secondary metals, light metals. Ed. Fathi Habashi. Weinheim, Chichester, New York, Toronto, Brisbane, Singapore: Wiley-VCH, 1997.Gregurek D., Peng Z., Wenzl C. Lead and zinс metallurgy. JOM. 2015. Vol. 67. No. 9. Р. 1986—1987. DOI: 10.1007/s11837-015-1556-8.Gregurek D., Peng Z., Wenzl C. Lead and zinс metallurgy. JOM. 2015. Vol. 67. No. 9. Р. 1986—1987. DOI: 10.1007/s11837-015-1556-8.Li B., Ding Zh., Wei Y., Wang H., Yang Y., Barati M. Kinetics of reduction of low-grade nickel laterite ore using carbon monoxide. Metall. Mater. Trans. B. 2018. Vol. 49. No. 6. Р. 3067—3073. DOI: 10.1007/s11663-018-1367-8.Li B., Ding Zh., Wei Y., Wang H., Yang Y., Barati M. Kinetics of reduction of low-grade nickel laterite ore using carbon monoxide. Metall. Mater. Trans. B. 2018. Vol. 49. No. 6. Р. 3067—3073. DOI: 10.1007/s11663-018-1367-8.Донцов А.В., Чекушин В.С., Олейникова Н.В. Восстановительные процессы в металлургии никеля. Технол. металлов. 2014. No. 9. С. 3—9.Dontsov A.V., Chekushin V.S., Oleynikova N.V. Reduction processes in nickel metallurgy. Tekhnologiya metallov. 2014. No. 9. Р. 3—9 (In Russ.).Большакова О.В., Белоголовкин И.А., Салимжанова Е.В., Масловский А.Н. Разработка технологии получения активных никелевых порошков методом твердофазного восстановления оксида никеля полуантрацитом. Цвет. металлы. 2015. No. 6. С. 39—43. DOI: 10.17580/tsm.2015.06.08.Bolshakova O.V., Belogolovkin I.A., Salimzhanova E.V., Maslovskii A.N. Development of the process to produce active Ni powders by means of solid-phase reduction of Ni oxide with semianthracite. Tsvetnye Metally. 2015. No. 6. P. 39—43. DOI: 10.17580/tsm.2015.06.08 (In Russ.).Evans J.W., De Jonghe L.C. High-temperature processes for the production of metals and glass. In: The production and processing of inorganic materials. Springer, The Minerals, Metals and Materials Society (TMS), 2016. Р. 241—280. DOI: 10.1007/978-3-31948163-0_8.Evans J.W., De Jonghe L.C. High-temperature processes for the production of metals and glass. In: The production and processing of inorganic materials. Springer, The Minerals, Metals and Materials Society (TMS), 2016. Р. 241—280. DOI: 10.1007/978-3-31948163-0_8.Dutta S.K., Lodhari D.R. Copper. In: Extraction of nuclear and non-ferrous metals. Singapore: Springer, Topics in mining, metallurgy and materials engineering, 2018. Р. 85—110. DOI: 10.1007/978-981-10-5172-2_7.Dutta S.K., Lodhari D.R. Copper. In: Extraction of nuclear and non-ferrous metals. Singapore: Springer, Topics in mining, metallurgy and materials engineering, 2018. Р. 85—110. DOI: 10.1007/978-981-10-5172-2_7.Dutta S.K., Lodhari D.R. Lead. In: Extraction of nuclear and non-ferrous metals. Singapore: Springer, Topics in mining, metallurgy and materials engineering, 2018. Р. 137—148. DOI: 10.1007/978-981-10-5172-2_10.Dutta S.K., Lodhari D.R. Lead. In: Extraction of nuclear and non-ferrous metals. Singapore: Springer, Topics in mining, metallurgy and materials engineering, 2018. Р. 137—148. DOI: 10.1007/978-981-10-5172-2_10.Елютин В.П., Павлов Ю.А., Поляков В.П., Шеболдаев С.Б. Взаимодействие окислов металлов с углеродом. М.: Металлургия, 1976.Elyutin V.P., Pavlov Yu.A., Polyakov V.P., Sheboldaev S.B. The interaction of metal oxides with carbon. Moscow: Metallurgiya, 1976 (In Russ.).Некрасов Б.В. Основы общей химии. В 2 т. Т. 1. М.: Химия, 1973.Nekrasov B.V. Fundamentals of general chemistry. In 2 vols. Vol. 1. Moscow: Khimiya, 1973 (In Russ.).Олейникова Н.В., Чекушин В.С., Бакшеев С.П. Восстановление металлов из сульфидных соединений. Известия вузов. Цветная металлургия. 2007. No. 2. С. 7—11.Oleynikova N.V., Chekushin V.S., Baksheev S.P. Reduction of metals from sulfides. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2007. Vol. 48. No. 2. P. 88—91.Roine A. HSC Chemistry 9.8 Database. Outotec Research Oy. 2018.Roine A. HSC Chemistry 9.8 Database. Outotec Research Oy. 2018.Бакшеев С.П., Чекушин В.С., Олейникова Н.В. Извлечение свинца в металлическую фазу из природных сульфидных соединений в щелочной среде. Известия вузов. Цветная металлургия. 2007. No. 6. С. 12—17.Oleynikova N.V., Chekushin V.S., Baksheev S.P. Extraction of lead into a metallic phase from natural sulfide compounds in an alkaline medium. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2007. Vol. 48. No. 6. P. 395—399.Handbook of extractive metallurgy: In 4 vols. Vol. 4: Ferroalloy metals, alkali metals, alkaline earth metals. Name index, subject index. Ed. Fathi Habashi. Weinheim, Chichester, New York, Toronto, Brisbane, Singapore: Wiley-VCH, 1997.Handbook of extractive metallurgy: In 4 vols. Vol. 4: Ferroalloy metals, alkali metals, alkaline earth metals. Name index, subject index. Ed. Fathi Habashi. Weinheim, Chichester, New York, Toronto, Brisbane, Singapore: Wiley-VCH, 1997.Якимов И.С. Разработка методов и математического обеспечения рентгенодифракционного структурно-фазового анализа: Автореф. дис. … докт. физ.мат. наук. Новосибирск: ИНХ СО РАН, 2013.Yakimov I.S. Development of methods and software for X-ray diffraction structural-phase analysis: Abstract of the of dissertation ... Dr. Sci. (Phys.-Math.). Novosibirsk: INKh SO RAN, 2013 (In Russ.).Якимов И.С., Дубинин П.С., Пиксина О.Е. Регуляризированный мультирефлексный метод ссылочных интенсивностей для количественного рентгенофазового анализа поликристаллических материалов. Завод. лаборатория. Диагностика материалов. 2010. No. 12. С. 21—26.Yakimov I.S., Dubinin P.S., Piksina O.E. Regularized multireflex reference intensity method for quantitative X-ray phase analysis of polycrystalline materials materials. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov. 2010. No. 12. P. 21—26 (In Russ.).Коростелев П.П. Химический анализ в металлургии. М.: Металлургия, 1988.Korostelev P.P. Chemical analysis in metallurgy. Moscow: Metallurgiya, 1988 (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.