Прямое восстановление тяжелых цветных металлов из сульфидных соединений

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 2Me^z+–zS^2– , 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.

восстановление тяжелых цветных металлов, прямое восстановление металлов из сульфидов, медь, никель, свинец, расплав щелочи, едкий натр, восстановление серой

1. 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.

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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

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.

9. Донцов А.В., Чекушин В.С., Олейникова Н.В. Восстановительные процессы в металлургии никеля. Технол. металлов. 2014. No. 9. С. 3—9.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Елютин В.П., Павлов Ю.А., Поляков В.П., Шеболдаев С.Б. Взаимодействие окислов металлов с углеродом. М.: Металлургия, 1976.

15. Некрасов Б.В. Основы общей химии. В 2 т. Т. 1. М.: Химия, 1973.

16. Олейникова Н.В., Чекушин В.С., Бакшеев С.П. Восстановление металлов из сульфидных соединений. Известия вузов. Цветная металлургия. 2007. No. 2. С. 7—11.

17. Roine A. HSC Chemistry 9.8 Database. Outotec Research Oy. 2018.

18. 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.

19. 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.

20. Якимов И.С. Разработка методов и математического обеспечения рентгенодифракционного структурно-фазового анализа: Автореф. дис. … докт. физ.мат. наук. Новосибирск: ИНХ СО РАН, 2013.

21. 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.

22. Коростелев П.П. Химический анализ в металлургии. М.: Металлургия, 1988.