Сульфидные руды

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

Распространение сульфидных руд в природе

Переработка сульфидных руд

Свойства и применение извлекаемых из сульфидных руд металлов

Литература

Введение

СУЛЬФИДНЫЕ РУДЫ - (a. sulphide ores; н. Sulfiderze; ф. minerais sulfures; и. minerales sulfidos, menas sulfides) - залежи полезных ископаемых, состоящие из соединений тяжёлых металлов c серой (сульфидов). K ним относятся также селенистые, теллуристые, мышьяковистые и сурьмянистые соединения металлов, a также руды Колчеданных месторождений, наз. в зарубежной геол. литературе массивными сульфидные руды (massive sulfide ore). K ним, в частности, принадлежат скопления массивных C. p. рифтовых долин на дне Мирового ок. сульфидные руды. являются важным источником для получения цветных металлов: никеля, кобальта, меди, цинка, свинца, молибдена, висмута, сурьмы и ртути. B состав C. p., кроме сульфидов, входят др. минералы, в т.ч. и те, которые не содержат металлы. B зависимости от соотношения сульфидов и др. минералов выделяют сульфидные руды сплошные, или массивные, c преобладанием сульфидов, и прожилковые, или вкрапленные, c преобладанием несульфидных минералов. C. p. бывают простые, или монометаллические, и комплексные, или полиметаллические. Особенно распространены полиметаллические . Сульфидные руды , в состав которых входят сульфиды меди, цинка и свинца, a также комплексные руды никеля и кобальта, сурьмы и ртути. Bo многих C. p. в качестве примесей присутствуют платина, золото, серебро, кадмий, индий, селен, теллур. Подавляющее большинство м-ний C. p. относится к серии Эндогенных месторождений, c преобладанием среди них Гидротермальных месторождений. Чаще всего они образуют жилы; кроме того, среди них известны пласты, линзы, штоки и трубообразные залежи. Tакие тела C. p. вытягиваются в длину и на глубину на сотни м - первые км; запасы руды в них достигают сотен млн. и даже млрд. т, a запасы металлов десятков, сотен тыс. и даже неск. млн. т (при содержании металлов в руде от десятых долей до первых десятков процента).

Распространение сульфидных руд природе

ЗОЛОТЫЕ РУДЫ (а. gold ores; Н. Golderze; ф. minerais d'or; и. minerales de oro) -- природные минеральные образования, содержащие золото в количествах, при которых экономически целесообразно его извлечение современными методами производства. Кроме собственно золотых руд известны золотосодержащие рудымеди, никеля, свинца и цинка, серебра, железа (железистые кварциты), марганца, в которых золото -- попутный компонент. Обнаружено более 30 минералов золота. Основное промышленное значение имеетзолото самородное, второстепенное -- кюстелит (Au около 10-20%) и теллуриды: калаверит -- AuTe2 (40-43% Au), креннерит -- (Au, Ag)Te2 (около 40% Au), сильванит -- (Au, Ag)Te4 (25-27% Au), петцит Ag3AuTe2 (25% Au). Очень редки купроаурид -- AuCu2, родит -- Au, Rh, порпецит -- Au, Pd, ауростибит -- AuSb2, мальдонит -- Au2Bi, сульфид золота ютенбогардеит -- Ag3AuS2 и др. Попутные компоненты собственно золотых руд -- Ag, Cu, Pb, Zn, Bi, As, Sb, Te, Hg, W, Sn, Со, Ni. 

Различают эндогенные, экзогенные и метаморфизованные золотые руды. Все эндогенные золотые руды гидротермального происхождения. Содержат Au от 2-3 до несколько сотен г/т. Образуют массивные плитообразные жилы (месторождения Урала, восточного Забайкалья, Казахстана в CCCP, месторождения Поркьюпайн и Керкленд-Лейк в Канаде, Ашанти в Гане), седловидные жилы (месторождения восточной Сибири в CCCP, Бендиго в Австралии), залежи и трубообразные тела прожилковых и штокверковых руд (месторождения Узбекистана в CCCP, Хомстейк в США). Состав золотых руд разнообразен (до 200 различных минералов). Преобладают золото-сульфидно-кварцевые руды (рудных минералов от 1,5 до 20%). Главный жильный минерал -- кварц. В переменных количествах присутствуют карбонаты кальция и железа, барит,хлорит, серицит, турмалин. Среди рудных минералов чаще преобладают пирит, реже арсенопирит. Им подчинены пирротин, сульфиды и изредка встречающиеся сульфосоли меди и свинца, цинка, висмута, серебра, оксиды железа, самородные серебро, висмут, в единичных случаях -- теллуриды. 

Пробность золота преимущественно 700-900. Золото-кварцевые руды отличаются меньшим количеством рудных минералов и их ограниченным набором, резким преобладанием сульфидов железа. Золото-кварцевые и золото-сульфидно-кварцевые руды близповерхностных и малоглубинных месторождений с высоким содержанием серебра (Au:Ag преимущественно 1:20-500) называют золотосеребряными (северо-восточное, восточное Забайкалье, южный Тянь-Шань в CCCP, Комсток в США, Пачука в Мексике, Багио на Филиппинах и др.). Они отличаются широким проявлением халцедона, карбонатов и силикатов (очень редко оксидов) Mn,адуляра, диккита, изредка флюорита и барита, а из рудных минералов -- чаще пирита, марказита,халькопирита, галенита, аргентита, сульфосолей серебра и его самородной формы, изредка теллуридов золота, серебра, висмута, свинца. Золото развито преимущественно в форме электрума (пробность 400-700) и кюстелита. Существенно сульфидные (свыше 20-30% рудных минералов), вкрапленные золотые руды встречаются реже. Состав сравнительно прост. Преобладают пирит и арсенопирит, в подчинённом количестве -- другие сульфиды (иногда и теллуриды) меди, свинца, висмута. Кроме преобладающей самородной формы, в некоторых золотых рудах золото представлено различными теллуридами. Распределено оно более равномерно (от 2 до десятков г/т). Руды образуют пластовые и секущие залежи и зоны, а также трубообразные тела (Казахстан, восточная Сибирь и другие в CCCP, Калгурли в Австралии, Moppy-Велью в Бразилии). Для месторождений, локализованных в углеродсодержащих песчанико-сланцевых толщах, характерны золото-сульфидно-кварцевые, реже существенно сульфидные золотые руды.

Многие из этих месторождений отличает большая протяжённость и мощность (десятки метров) рудных тел, представленных линейными зонами и залежами прожилковых, штокверковых и вкрапленных убогих и бедных (2-5 г/т) руд (например, месторождение Джуно на Аляске, США). Некоторые из объектов этой группы, наряду с месторождениями в рассланцованных докембрийских мета-вулканитах, характеризуются крупными запасами. При наличии в золотых рудах менее 3-7% сульфидов золото преимущественно вкраплено в кварце. Небольшая часть включений золота имеет размер 1-4 мм, остальные -- десятки мкм -- 1 мм. Редки самородки. При большем количестве сульфидов золото заключено в пирите и (или) арсенопирите, халькопирите, пирротине, некоторых сульфосолях. Преимущественно размер частиц -- от первых до десятков мкм. Иногда присутствует тонкодисперсное золото (менее 1 мкм). В эндогенных золотосодержащих рудах золото находится в тесном срастании с сульфидами и сульфосолями Cu, Pb, реже Ag в виде зёрен размером несколько мкм или тонкодисперсных частиц. Содержание золота -- доли г/т, редко -- до 2-3 г/т. Главное промышленное значение имеют месторождения следующих золотосодержащих руд: медно-порфировых -- Пангуна и Ок-Теди (Папуа -- Новая Гвинея), Бингем и Бьютт (США), Майданпек и Велики-Кривель (Югославия), Молдова-Ноуэ (Румыния), Атлас, Санто-Томас, Маркоппер (Филиппины); медно-колчеданных --Кидд-Крик и Хорн (Канада), Маунт-Айза, Олимпик-Дам (Австралия); медно-никелевых -- Садбери (Канада); свинцово-цинковых и полиметаллических- Ледвилл и Тинтик (США), Флин-Флон и Салливан (Канада); платиновых -- месторождения Бушвелдского интрузивного комплекса (ЮАР). 

Экзогенные золотые руды заключены в россыпях, реже -- в зонах окисления золотосодержащих сульфидных месторождений. В россыпях золотые руды представлены рыхлыми и слабосцементированными приповерхностными отложениями, образующими рудные пласты и струи (восточные районы, Урал и другие в CCCP, Калифорния, бассейны рек Колумбия и Юкон, река Клондайк на Аляске в США, южные притоки реки Амазонка, Бразилия и др.). 

Золото встречается в виде окатанных и полуокатанных зёрен, чешуек (размер 0,5-4 мм), иногда сростков с кварцем в песке или глинистом материале, содержащем валуны, гальку и (или) щебень различных пород. Обычны самородки. Содержание Au 100-150 мг/м3 -- десятки г/м3, пробность от 800 до 950. В зонах окисления золото концентрируется в нижних частях окисленных руд преимущественно в ассоциации с гидрооксидами железа и марганца, гипергенными минералами меди, мышьяка, серебра, карбонатами,каолинитом. Содержание Au от 2-3 до 10 г/т. Золотые руды образуют сложные залежи, линзы и гнёзда (Казахстан, Урал в CCCP, Пуэбло-Вьехо в Доминиканской Республике). 

Метаморфизованные золотые руды связаны с пластами золотоносных конгломератов, реже гравелитов (Витватерсранд в ЮАР, Тарква в Гане, Жакобина в Бразилии и Наллагайн в Австралии и др.). Золото в виде зёрен, изредка полуокатанных (размер от 5 до 100 мкм), заключено в кварц-серицит-хлоритовом цементе, а также в форме тонких прожилок, секущих кварцевую гальку. Проявлено совместно с оксидами и сульфидами железа и других металлов. Содержание Au 3-20 г/т, пробность выше 900.

На начало 1984 запасы золота составляли для промышленно развитых капиталистических и развивающихся стран мира, по уточнённым данным, 58 200 т (доказанные 32 800 т); они распределяются крайне неравномерно (т): ЮАР 35 000 (25 000, по другим данным, 16 000-20 000), США 6940 (1490), Бразилия 3870 (630), Канада 2500 (865), остальные 69 стран -- 19890 (4815). О добыче и переработке золотых руд смотреть в статье Золотодобывающая промышленность. См. карту.

Из наиболее ценных и важных для современной техники металлов лишь немногие содержатся в земной коре в больших количествах: алюминий (8,8 %), железо (4,65 %), магний (2,1%), титан (0,63%). Природные ресурсы некоторых весьма важных металлов измеряются сотыми и даже тысячными долями процента. Особенно бедна природа благородными и редкими металлами.

Производство и потребление металлов в мире постоянно растёт. За последние 20 лет ежегодное мировое потребление металлов и мировой металлофонд удвоились и составляют, соответственно, около 800 млн. тонн и около 8 млрд. тонн. Изготовленная с использованием черных и цветных металлов доля продукции в настоящее время составляет (72--74)% валового национального продукта государств. Металлы в XXI веке остаются основными конструкционными материалами, так как по своим свойствам, экономичности производства и потребления не имеют себе равных в большинстве сфер применения.

Из 800 млн. ежегодно потребляемых металлов более 90% (750 млн т) приходится на сталь, около 3% (20--22 млн. т) на алюминий, 1,5% (8--10 млн. т) -- медь, 5--6 млн. т -- цинк, 4--5 млн. т -- свинец (остальные -- менее 1 млн. т). Масштабы производства таких цветных металлов, как алюминий, медь, цинк, свинец, измеряются в млн. т/год; таких как магний, титан, никель, кобальт, молибден, вольфрам- в тыс. тонн, таких как селен, теллур, золото, платина -- в тоннах, таких как иридий, осмий и т.п. -- в килограммах.

В настоящее время основная масса металлов производится и потребляется в таких странах как США, Япония, Китай, Россия, Германия, Украина, Франция, Италия, Великобритания.

Благодаря своим физическим свойствам (твёрдость, высокая плотность, температура плавления, электропроводность, звукопроводность, внешний вид и другим) они находят применение в различных областях. Применения металлов зависит от их индивидуальных свойств:

Железо и сталь обладают твердостью и прочностью. Благодаря этим их свойствам они широко используются в строительстве.

Алюминий ковок, хорошо проводит тепло, обладает высокой прочностью при сверхнизких температурах. Он используется для изготовления кастрюль и фольги, в криогенной технике. Благодаря своей низкой плотности -- при изготовлении частей самолётов.

Медь обладает пластичностью и высокой электропроводностью. Именно поэтому она нашла свое широкое применение в производстве электрических кабелей и энергетическом машиностроении.

Золото и серебро очень тягучи, вязки и инертны, обладают высокой стоимостью, используются в ювелирном деле. Золото также используется для изготовления не окисляемых электрических соединений.

Пирит.

Пирит - минерал, дисульфид железа FeS2, самый распространенный в земной коре сульфид. Другие названия минерала и его разновидностей: кошачье золото, золото дурака, железный колчедан, марказит, бравоит. Содержание серы обычно близко к теоретическому (54,3%). Часто присутствуют примеси Ni, Со (непрерывный изоморфный ряд с CoS; обычно кобальт-пирит содержит от десятых долей % до нескольких % Со), Cu (от десятых долей % до 10%), Au (чаще в виде мельчайших включений самородного золота), As (до нескольких %), Se, Tl (~ 10-2 %) и др.

Свойства. Цвет светлый латунно и золотисто-желтый, напоминающий золото или халькопирит; иногда содержит микроскопические включения золота. Пирит кристаллизуется в кубической сингонии. Кристаллы в форме куба, пентагон-додекаэдра, реже - октаэдра, встречается также в виде массивных и зернистых агрегатов.

Твердость по минералогической шкале 6 - 6,5, плотность 4900-5200 кг/м3. На поверхности Земли пирит неустойчив, легко окисляется кислородом воздуха и грунтовыми водами, переходя в гетит или лимонит. Блеск сильный, металлический.

Происхождение (генезис). Установлен почти во всех типах геологических образований. В виде акцессорного минерала присутствует в изверженных породах. Обычно является существенным компонентом в гидротермальных жилах и метасоматических месторождениях (высоко-, средне- и низкотемпературных). В осадочных породах пирит встречается в виде зерен и конкреций, например, в черных глинистых сланцах, углях и известняках. Известны осадочные породы, состоящие преимущественно из пирита и кремня. Часто образует псевдоморфозы по ископаемой древесине и аммонитам.

Распространение. Пирит - самый распространенный в земной коре минерал класса сульфидов; встречается чаще всего в месторождениях гидротермального происхождения, колчеданных залежах. Крупнейшие промышленные скопления пиритовых руд находятся в Испании (Рио-Тинто), СССР (Урал), Швеции (Булиден). В виде зерен и кристаллов распространен в метаморфических сланцах и других железосодержащих метаморфических породах. Месторождения пирита разрабатывают преимущественно для извлечения содержащихся в нем примесей: золота, кобальта, никеля, меди. В некоторых богатых пиритом месторождениях содержится уран (Витватерсранд, ЮАР). Медь извлекается также из массивных сульфидных залежей в Дактауне (штат Теннеси, США) и в долине р. Рио-Тинто (Испания). Если никеля в минерале больше, чем железа, его называют бравоитом. Окисляясь, пирит переходит в лимонит, поэтому погребенные месторождения пирита можно обнаружить по лимонитовым (железным) шляпам на поверхности.Основные месторождения: Россия, Норвегия, Швеция, Франция, Германия, Азербайджан, США.

Применение. Пиритовые руды являются одним из основных видов сырья, используемого для получения серной кислоты и медного купороса. Из него попутно извлекаются цветные и драгоценные металлы. Благодаря своему свойству высекать искры, пирит использовался в колесцовых замках первых ружей и пистолетов (пара сталь-пирит). Ценный коллекционный материал.

Пирротин

Свойства. Пирротин огненно-красный или тёмно-оранжевый цвет, магнитный колчедан, минерал из класса сульфидов состава Fe1-xS. В виде примеси входят Ni, Со. Кристаллическая структура имеет плотнейшую гексагональную упаковку из атомов S.

Структура дефектна, т.к. не все октаэдрические пустоты заняты Fe, в силу чего часть Fe2+ перешла в Fe3+. Структурный дефицит Fe в пирротине различен: даёт составы от Fe 0,875 S (Fe7S8) до FeS (стехиометрический состав FeS -- троилит). В зависимости от дефицита Fe меняются параметры и симметрия кристаллической ячейки, и при x~0,11 и ниже (до 0,2) пиротин из гексагональной модификации переходит в моноклинную. Цвет пирротина бронзово-жёлтый с бурой побежалостью; блеск металлический. В природе обычны сплошные массы, зернистые выделения, состоящие из прорастаний обеих модификаций.

Твёрдость по минералогической шкале 3,5--4,5; плотность 4580--4700 кг/м3. Магнитные свойства меняются в зависимости от состава: гексагональные (бедные S) пирротины -- парамагнитны, моноклинные (богатые S) -- ферромагнитны. Отдельные минералы пиротина обладают особой магнитной анизотропией -- парамагнетизмом в одном направлении и ферромагнетизмом в другом, перпендикулярном первому.

Происхождение (генезис)

Пирротин образуется из горячих растворов при понижении концентрации диссоциированных ионов S2-.

Имеет широкое распространение в гипогенных месторождениях медно-никелевых руд, связанных с ультраосновными породами; также в контактно-метасоматических месторождениях и гидротермальных телах с медно-полиметаллическим, сульфидно-касситеритовым и др. оруденением. В зоне окисления переходит в пирит, марказит и бурые железняки.

Применение

Играет важную роль в производстве железного купороса и крокуса; как руда для получения железа менее значима чем пирит. Используется в химической промышленности (производство серной кислоты). В пирротине обычно содержатся примеси различных металлов (никель, медь, кобальт и др.), что делает его интересным сточки зрения промышленного применения. Во-первых, этот минерал является важной железной рудой. А во-вторых, некоторые его разновидности используются в качестве руды никеля.Ценится коллекционерами.

Марказит

Название происходит от арабского "marcasitae", которым алхимики обозначали соединения серы, в том числе и пирит. Другое название - "лучистый колчедан". Спектропиритом назван за сходство с пиритом в цвете и радужной побежалости.

Марказит, как и пирит, является сульфидом железа - FeS2, но отличается от него внутренним кристаллическим строением, большей хрупкостью и меньшей твёрдостью. Кристаллизуется в ромбической сингонии. Марказит непрозрачен, имеет латунно-жёлтый цвет, часто с зеленоватым или сероватым оттенком, встречается в виде таблитчатых, игольчатых и копьевидных кристаллов, которые могут образовывать красивые звёздообразные радиально-лучистые сростки; в виде шаровых конкреций (величиной от размеров ореха до размеров головы), иногда натёчных, почковидных и гроздевидных образований, корочек. Часто замещает органические останки, например, раковины аммонитов.

Свойства. Цвет черты тёмный, зеленовато-серый, блеск металлический. Твёрдость 5-6, хрупок, спайность несовершенная. Марказит не очень устойчив в поверхностных условиях, со временем, особенно при высокой влажности, он разлагается, превращаясь в лимонит и выделяя серную кислоту, поэтому его следует хранить отдельно и с особой осторожностью. При ударе марказит испускает искры и запах серы.

Происхождение (генезис). В природе марказит встречается гораздо реже, чем пирит. Наблюдается в гидротермальных, преимущественно жильных месторождениях, чаще всего в виде друз мелких кристаллов в пустотах, в виде присыпок на кварце и кальците, в виде корок и натёчных форм. В осадочных породах, в основном угленосных, песчаноглинистых отложениях, марказит встречается преимущественно в виде конкреций, псевдоморфоз по органическим останкам, а также тонкодисперсного сажистого вещества. По макроскопическим признакам марказит часто принимают за пирит. Кроме пирита в ассоциации с марказитом обычно находятся сфалерит, галенит, халькопирит, кварц, кальцит и другие.

Месторождения. Из гидротермальных сульфидных месторождений можно отметить Блявинское в Оренбургской области на Южном Урале. К числу осадочных относятся Боровичекие угленосные отложения песчаных глин (Новгородская область), содержащие различной формы конкреции. По разнообразию форм славятся также Курьи-Каменские и Троицко-Байновские месторождения глинистых отложений на восточном склоне Среднего Урала (к востоку от Свердловска). Следует отметить месторождения в Боливии, а также Клаусталь и Фрейберг (Вестфалия, Северный Рейн, Германия), где встречаются хорошо образованные кристаллы. В виде конкреций или особенно красивых, радиально-лучистых плоских линз в некогда илистых осадочных породах (глинах, мергелях и бурых углях) залежи марказита найдены в Богемии (Чехия), Парижском бассейне (Франция) и Штирии (Австрия, образцы до 7 см). Марказит разрабатывается в Фолькстоуне, Довере и Тевистоке в Великобритании, во Франции, в США отличные образцы получены из Джоплина и других мест горнодобывающего региона ТриСтейт (штатов Миссури, Оклахома и Канзас).

Применение

В случае наличия больших масс марказит может разрабатываться для производства серной кислоты. Красивый, но хрупкий коллекционный материал.

Ольдгамит

Кальция сульфид, сернистый кальций, CaS - бесцветные кристаллы, плотность 2,58 г/см3, температура плавления 2000 °С.

Получение. Известен как минерал Ольдгамит состоящий из сульфида кальция с примесями магния, натрия, железа, меди. Кристаллы бледно-коричневого цвета, переходящего в темно-коричневый.

Физические свойства. Белые кристаллы, кубическая гранецентрированная решётка типа NaCl (a=0.6008 нм). При плавлении разлагается. В кристалле каждый ион S2- окружен октаэдром, состоящим из шести ионов Са 2+, в то время как каждый ион Са 2+ окружен шестью S 2- ионами.

Мало растворим в холодной воде, кристаллогидратов не образует. Как и многие другие сульфиды, сульфид кальция в присутствии воды подвергается гидролизу и имеет запах сероводорода.

Применение. Применяют для приготовления люминофоров, а также в кожевенной промышленности для удаления волос со шкур, также применяется в медицинской промышленности в качестве гомеопатического средства.

Распространение сульфидных руд в мире

Переработка сульфидных руд. [3,4]

Переработка медно-кобальтовых сульфидных руд поясняется на примере технологии, принятой фирмой Рокана для медных руд, содержащих карролит. Кобальтовый концентрат, содержащий 32 % меди, 3 2 % кобальта, 13 % железа и 23 % серы, подвергают сульфатизирующему обжигу для превращения кобальта в сульфат при контролируемых условиях в отношении температуры и атмосферы печи. Сульфат кобальта выщелачивают водой при 80 - 85 °C и получают раствор, содержащий 20 - 25 г / л кобальта, 7 - 10 г / л меди и 03 - 0 4 г / л железа. Остаток перерабатывают в плавильной печи для извлечения меди.

В настоящее время при переработке сульфидных руд признано целесообразным собирать большую часть кобальта в файнштейне, так как последующее извлечение кобальта при электролитическом рафинировании никеля идет полнее и экономичнее. В этом случае продувку файнштейна ведут, оставляя в нем 2 - 2 5 % железа. Часть кобальта, перешедшую в шлак, извлекают из последнего обработкой металлизированным штейном в электрических печах. Кобальт при этом переходит в штейн.

Переработка руды никеля сульфидная руда золотая пирит

Есть два вида медно-никелевых сульфидных руд: медно-никелевая сульфидная руда и никелевая оксидная руда. Методы обогащения и переработки этих двух типов руд различаются.

Для медно-никелевых сульфидных руд основным методом обогащения является флотация. Магнитная сепарация и повторный отбор, как правило, являются методом вторичной механической обработки. При флотации сульфидных медно-никелевых руд часто используют объекты сульфида меди флотационного собирателя и пенообразователи. Основным принципом процесса флотации является определение меди в никелевых концентратах, чтобы избежать попадания никеля в медный концентрат. Из-за присутствия никеля в медном концентрате могут происходить большие потери в процессе плавки, а медь в никелевом концентрате может быть связана с более полным восстановлением.

Есть четыре основных процесса флотации медно-никелевых руд.

Непосредственное использование селективной флотации или частичное использование селективной флотации. При гораздо более высоком содержании меди в руде по сравнению с содержанием никеля можно использовать этот процесс, при котором отбирается отдельный медный концентрат. Этот процесс имеет преимущество в виде прямого доступа к нижнему медному концентрату, содержащему никель.

Процесс коллективной флотации: для обработки руды, содержащей меньше меди, чем никеля, а также смешанные медно-никелевые концентраты будут выплавляться в никелевые штейны высокого качества.

Процесс смешанной избирательной флотации: из коллективной флотации медно никелевых руд, а затем вырезают отобранные из смешанных концентратов, содержащих немного никеля в медном концентрате и медь в никелевом концентрате. Никелевый концентрат с использованием плавильной печи в штейны с высоким содержанием никеля, затем никелевые штейны для проведения высокофлотационного разделения.

Смешанно-избирательная флотация и с целью переработки части никеля для шламов: когда плавучесть различных никелевых руд минерального сырья очень различная, проводится медно-никелевая коллективная флотация, и затем -- дальнейшее восстановление из шламов никелевых минералов плохой плавучести.

Медь является вредной примесью никелевой плавки, и повторная обработка содержания меди в медно-никелевых рудах имеет промышленное значение. Таким образом, разделение/сепарация медно-никелевых руд является важным вопросом медно-никелевых обогатительных технологий. Медно-никелевая сепарация может быть разделена на сепарацию смешанного медно-никелевого концентрата и процесса разделения никелевого шлама. Первая -- для более крупнозернистой руды с минералами меди и никеля и имеющими менее тесную связь друг с другом во вкраплениях, а вторая используется для минералов меди и никеля с очень маленьким размером частиц и компактно расположенных с вкрапленными рудами.

Медь главным образом добывают переработкой сульфидных руд. Обычно минералы, содержащие медь, находятся в смеси с другими нерудными образованиями - кварцем, баритом, в которых наряду с медью встречаются и другие цветные и редкие металлы. После нескольких плавок руды и обжигов с интенсивным дутьем медь, предназначенная для электротехники, обязательно проходит процесс электролитической очистки. Полученные после электролиза катодные пластины меди переплавляют в болванки массой 80 - 90 кг, которые прокатывают и протягивают в изделия требующегося поперечного сечения. При изготовлении проволоки болванки сперва подвергают горячей прокатке в так называемую катанку диаметром 6 5 - 7 2 мм; затем катанку протравливают в слабом растворе серной кислоты, чтобы удалить с ее поверхности оксид меди, образующийся при нагреве, а затем уже протягивают без подогрева в проволоку нужных диаметров - до 0 03 - 0 02 мм.

Медь, предназначенная для электротехнических целей, обязательно подвергается электролитической очистке.

Высокие концентрации пыли определяются при переработке медно-никелевых сульфидных руд в помещениях агломерационных цехов, в отделениях шахтных печей, в обжиговых и электроплавильных отделениях.

Для переработки сульфидных руд с высоким содержанием золота, серебра, селена и германия предложен электролитический процесс. По другому патенту получают сначала сплав мышьяка с германием и свинцом , после обжига которого на воздухе в течение 3 ч при 500 С и 1 ч при 600 С большая часть мышьяка улетучивается в виде As. Германий, содержащийся в виде GeO2 в остатке после прокаливания, извлекают обычным способом при помощи соляной кислоты.

При переработке сульфидных руд пирометаллургическими методами благородные металлы частично теряются с отвальными шлаками, пылями и газами. Для теоретической оценки возможности таких потерь и создания условий для их уменьшения большой интерес представляет зависимость свободных энергий образования оксидов и сульфидов благородных металлов от температуры.

При флотационной переработке сульфидных руд относительный процент окисленных фракций свинца, цинка и меди увеличивается в хвостах от флотации.

При переработке сульфидных руд серу переводят из сульфида в оксиды путем обжига в специальных печах , а затем уже восстанавливают полученные оксиды углем.

При переработке медно-никелевых сульфидных руд платина вместе с другими платиновыми металлами и золотом извлекается в форме анодных атомов, которые перерабатывают на платиновые концентраты.

Заключительной операцией переработки сульфидных руд является электролитическое рафинирование, дающее возможность получать никель высокой чистоты и выделять медь, кобальт и платиноиды в самостоятельные полупродукты, подвергающиеся дальнейшему переделу.

Комплексный способ переработки сульфидных руд с одновременным получением серы, меди и благородных металлов позволяет значительно понизить расходы на основные получаемые продукты. Стоимость элементарной серы, получаемой из отходящих газов металлургических печей, не выше и даже может быть ниже стоимости самородной серы.

Принято развивать переработку медных и других сульфидных руд на месте их добычи и обогащения. По этой причине производство серной кислоты оказывается привязанным к металлургическому заводу, так как нет экономичных технических возможностей использовать на значительном расстоянии от цехов обжига отходящие обжиговые газы, содержащие сернистый ангидрид. При этом наряду с вывозом основной продукции, составляющей примерно от трети до половины веса концентрата, приходится перевозить и серную кислоту в количестве по весу, превышающем вес всех грузов, поступающих на металлургический завод и отправляемых с завода.

Для конкретных случаев переработки сульфидных руд интенсивность источников тепла оценивают, используя понятие теплоты сгорания сульфидов и других содержащихся в шихте энергообразующих компонентов. При расчете теплоты сгорания сульфидов учитывают, что в условиях шахтной плавки можно окислить только часть сульфидного железа, так как его остаток идет на образование штейна. Поэтому фильтрующиеся через слой шихтовых материалов технологические газы в зоне разложения минералов практически не содержат кислорода. Следовательно, выделившиеся при разложении высших сульфидов пары элементарной серы не могут выполнять функции источника тепла в слое, что влечет за собой снижение величины теплоты сгорания шихтовых материалов.

Основным сырьем для получения теллура являются отходы переработки сульфидных руд меди и свинца, а также шламы, образующиеся при электролитическом получении меди. Исходным продуктом являются Н2ТеОз, из которой теллур получают восстановлением. Для очистки от большинства примесей, за исключением мышьяка и селена, применяют перегонку в вакууме или токе водорода.

Основную массу свинца в настоящее время получают переработкой сульфидных руд и лишь небольшую часть выплавляют из окисленных руд. Обе категории руд подвергаются предварительному обогащению, и на свинцово плавильные заводы поступает свинцовый концентрат сложного состав: а. В сульфидном концентрате свинец находится в виде сернистого свинца, и переработка такого концентрата состоит обычно из двух операций: 1) окислительного обжига для удаления серы ( с одновременным спеканием концентратов) и 2) восстановительной планки ( плавка в шахтной печи) в присутствий избытка кокса - конечного продукта окислительного обжига.

В Японии платину и палладий получают как побочный продукт при переработке сульфидных руд. Сырьевым источником для получения таллия являются отходы и полупродукты, получаемые при переработке сульфидных руд, пыли сернокислотных заводов, цинкового, свинцового и медного производства, а также медно-кадмиевые осадки, получаемые при очистке цинкового электролита. В этих отходах содержится от сотых до десятых долей процента таллия.

Основной особенностью теплообмена в шахтных печах цветной металлургии является то обстоятельство, что при переработке сульфидных руд источником теплоты является химическая энергия самих этих руд. Например, переработка медных сульфидных руд за счет преимущественного использования их химической энергии носит название пиритной плавки. Если наряду с пиритом основным источником теплоты является кокс, плавку называют полупиритной. Если же кокс одновременно выполняет роль источника теплоты и химического реагента, участвующего в восстановлении сернистого ангидрида до элементарной серы, процесс называется медно-серной плавкой. При этом следует учитывать характерные особенности этих процессов.

Потребность в сере ( особенно для, производства серной кислоты) в большой мере удовлетворяется за счет переработки сульфидных руд - пиритов. Крупнейшими производителями пиритов являются Испания, Япония, Италия, АРЕ. В Канаде и Франции значительное количество серы получают при очистке природных газов от сероводорода.

При получении элементарной серы восстановлением сернистого ангидрида коксом в газах содержатся те же компоненты, что и при переработке сульфидных руд, только в других соотношениях.

Большую опасность с учетом масштабности действия представляют газовые выбросы диоксида серы, которые, как отмечено выше, образуются при переработке сульфидных руд. В этих выбросах содержится также диоксид азота. Отходящие газы, выделяющиеся при обычной пирометаллургической переработке сульфидных руд меди, цинка, свинца и др., содержат весьма значительные количества серы в виде сернистого ангидрида. Состав этих газов непостоянен, что является серьезным препятствием для их промышленного использования. Следует отметить, что при пирометаллургической переработке сульфидных руд и концентратов образуется большое количество отходящих серосодержащих газов, содержание серы в которых определяется используемым оборудованием и технологией. Для утилизации этих газов отсутствуют экономически оправданные технологии. Вследствие этого степень улова диоксида серы на предприятиях цветной металлургии остается на низком уровне ( 22 6 %), а с учетом того, что на его долю приходится 75 % всех выбросов, это снижает общую степень улавливания загрязняющих веществ в отрасли.

При переработке сульфидных руд в цветной металлургии отходящие газы металлургических печей содержат сернистый ангидрид, который используют для производства серной кислоты. Но есть отдельные районы, где отходящих газов много, а потребность в серной кислоте невелика. Использовать эти газы на месте для производства серной кислоты экономически невыгодно, так как пришлось бы значительные количества серной кислоты ( продукта мало транспортабельного) вывозить в другие районы.

Свойства и применение извлекаемых из сульфидных руд металлов

Свойства и применение Никеля.

Никель -- металл серебристо-белого цвета. По ряду свойств (температуре плавления, плотности, теплопроводности) он близок к железу и кобальту и характеризуется средней химической активностью. При обычной температуре в сухом воздухе никель заметно не реагирует с кислородом, но при нагревании до 500 °С окисляется довольно энергично. В порошкообразном состоянии никель пирофорен, т.е. воспламеняется на воздухе при обычной температуре. Никель -- ценная легирующая добавка к стали. Он повышает прочность и одновременно пластичность сталей. Никель в сочетании с хромом обеспечивает высокую антикоррозионную стойкость сталей и повышает их теплоустойчивость. Широкое применение получили хромоникелевые нержавеющие и теплоустойчивые стали. Известны также никелевые сплавы, в которых Ni является преобладающим элементом. К ним относят сплавы никеля с алюминием, хромом, марганцем, кремнием, предназначенные для изготовления нагревателей (алюмель, хромель-, нихром), сплав с железом - так называемый пермаллой, которому после специальной термической обработки сообщается высокая магнитная проницаемость, а также монель -- сплав с медью, железом и марганцем, высокостойкий против коррозии. Никель применяют также для никелирования железа и других металлов в качестве противокоррозионного и декоративного покрытия, для изготовления щелочных аккумуляторов и в качестве катализатора в разных химических процессах. Чугуны, содержащие никель, используют в химическом машиностроении. Промышленное производство Ni начато более ста лет назад, при этом около 80% всего производимого никеля расходуют для производства сталей, легированных этим металлом, и никелевых сплавов.

Свойства и применение железа

Железа -блестящий, серебристо-белый металл, довольно мягкий, пластичный. Его можно обрабатывать: резать, ковать, прокатывать, штамповать. Ему можно придавать большую прочность и твердость путем закалки - метод термического воздействия. Железо обладает хорошими магнитными свойствами. Температура плавления 1540 0С - тугоплавкий металл. Температура кипения 3070 0С. Плотность 7, 87 г/см3. Обладает магнитными свойствами. Железо высокой чистоты содержит менее 0,01 % примесей. Оно почти инертно, не корродирует. Получают его методом электролиза солей. В качестве конструкционного материала чистое железо не пригодно. Поэтому в него вводят добавки и получают сплавы, важнейшими из которых, являются чугун и сталь. Технически чистое железо содержит 0,02 -0,04 % примесей (C, O, S, N, P) - это низкоуглеродистая сталь. Ее используют для изготовления кнопок, скрепок. Свойства железа и стали сильно различаются: железный шарик при ударе о металлическую плитку расплющивается, а чугунный - раскалывается.

В настоящее время железо - это основа современной техники, с/х машиностроения, транспорта. Соединения железа: железный купорос, хлорное железо, оксиды железа используют для приготовления красителей, лекарств, катализаторов, магнитных материалов, составов, защищающих древесину от гниения. Термит используется для сварки стальных изделий, например, железнодорожных рельсов встык). Железный купорос используется при крашении тканей, для борьбы с вредителями. Железный сурик Fe2O3 , охра - применяется как пигмент для приготовления красок.

Свойства и применение кобальта.

Кобальт в виде порошка используют в основном в качестве добавки к сталям. При этом повышается жаропрочность стали, улучшаются ее механические свойства (твердость и износоустойчивость при повышенных температурах). Кобальт входит в состав твердых сплавов, из которых изготовляется быстрорежущий инструмент. Один из основных компонентов твердого сплава - карбид вольфрама или титана - спекается в смеси с порошком металлического кобальта. Именно кобальт улучшает вязкость сплава и уменьшает его чувствительность к толчкам и ударам. Так, например, резец из супер кобальтовой стали (18% кобальт) оказался самым износоустойчивым и с лучшими режущими свойствами по сравнению с резцами из ванадиевой стали (0% кобальт) и кобальтовой стали (6% кобальт). Также кобальтовый сплав может использоваться для защиты от износа поверхностей деталей, подверженных большим нагрузкам. Твердый сплав способен увеличить срок службы стальной детали в 4-8 раз.
Также стоит отметить магнитные свойства кобальта. Данный металл способен сохранять данные свойства после однократного намагничивания. Магниты должы иметь высокое сопротивление к размагничиванию, быть устойчивыми по отношению к температуре и вибрациям, легко поддаваться механической обработке. Добавление кобальта в стали позволяет им сохранять магнитные свойства при высоких температурах и вибрациях, а также увеличивает сопротивление размагничиванию. Так, например, японская сталь, содержащая до 60% кобальта, имеет большую коэрцитивную силу (сопротивление размагничиванию) и всего лишь на 2-3,5% теряет магнитные свойства при вибрациях. Магнитные сплавы на основе кобальта применяют при производстве сердечников электромоторов, трансформаторов и в других электротехнических устройствах. 

Стоит отметить, что кобальт также нашел применение в авиационной и космической промышленности. Кобальтовые сплавы постепенно начинают конкурировать с никелевыми, которые хорошо зарекомендовали себя и давно используются в данной отрасли промышленности. Сплавы, содержащие кобальт, используются в двигателях, где достигается достаточно высокая температура, в конструкциях авиационных турбин. Никелевые сплавы при высоких температурах теряют свою прочность (при температурах от 1038°С) и тем самым проигрывают кобальтовым. 

В последнее время кобальт и его сплавы стали применяться при изготовлении ферритов, в производстве «печатных схем» в радиотехнической промышленности, при изготовлении квантовых генераторов и усилителей. Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов. Силицид кобальта отличный термоэлектрический материал и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД. Соединения кобальта, введенные в стекла при их варке, обеспечивают красивый синий (кобальтовый) цвет стеклянных изделий.

Свойства и применение меди.

Медь очень хорошо проводит электричество и тепло. Удельное сопротивление металла равно 0,018 Ом * мм2/м, а теплопроводность при 20 °С составляет 385 Вт/(м * К). По электропроводности меди лишь немного уступает серебру. Ее электропроводность в 1,7 раза выше, чем у алюминия, и примерно в 6 раз выше, чем у платины и железа. Медь обладает ценными механическими свойствами -- ковкостью и тягучестью. В присутствии воздуха, влаги и сернистого газа медь постепенно покрывается плотной зеленовато-серой пленкой основной сернокислой соли, предохраняющей металл от дальнейшего окисления. Медь и ее сплавы находят широкое применение при строительстве линий электропередач и устройстве различного вида связи, в электромашиностроении и приборостроении, в холодильной технике (производство теплообменников охлаждающих устройств) и химическом машиностроении (изготовление вакуум-аппаратов, змеевиков). Около 50% всей меди расходует электропромышленность. На основе меди создано большое число сплавов с такими металлами, как Zn, Sn, Al, Be, Ni, Mn, Pb, Ti, Ag, Au и др., и реже с неметаллами Р, S, О и др. Область применения этих сплавов очень обширна. Многие из них обладают высокими антифрикционными свойствами. Сплавы применяют в литом и кованом состоянии, а также в виде изделий из порошка. Например, широко применяют сплавы типа оловянных (4-- 33 % Sn), свинцовых (~ 30 % Pb), алюминиевых (5-11 % Al), кремниевых (4-5 % Si) и сурьмяных бронз. Бронзы применяют для изготовления подшипников, теплообменников и других изделий в виде листа, прутков и труб в химической, бумажной и пищевой промышленности. Сплавы меди с хромом и порошковый сплав с вольфрамом идут на изготовление электродов и электроконтактов. В химической промышленности и машиностроении также широко применяют латунь -- сплав меди с цинком (до 50 % Zn), обычно с добавками небольших количеств других элементов (Al, Si, Ni, Mn). Сплавы Cu с фосфором (6-8 %) используют в качестве припоев.

Свойства и применение золота.

Золото является достаточно мягким металлом, то есть оно обладает хорошей ковкостью. По этой причине из золота легко изготовлять ювелирные изделия. Золото до такой степени пластично, что с помощью современных технологий из него делают фольгу тоньше человеческого волоса во много раз. Такой вид золота называется сусальным. Его используют для позолоты церковной утвари, декорирования элитных предметов интерьера и мебели, в ядерной физике и в производстве медицинского оборудования.

Золото чаще ассоциируют с ювелирными украшениями и золотыми слитками. В слитках используют чистое золото 999 пробы. Чистое золото обладает жёлтым цветом, но в таком виде золото не используют. Жёлтое золото очень мягкое и не пригодно для ежедневного ношения и изготовления ювелирных изделий. Также оно плохо поддаётся полировке и быстро тускнеет. Поэтому к чистому золоту добавляют лигатуру, специальный состав дополнительных металлов, который придаёт золоту различные оттенки, прочность и блеск. В зависимости от пропорций золота и лигатуры определяется проба золота. Чем меньше состав дополнительных металлов и больше количество чистого золота, тем выше проба золота ювелирного изделия. Во все времена золото купить себе могли только состоятельные люди, если, конечно, речь идет о настоящих ювелирных украшениях высшей пробы.

В состав лигатуры может входить палладий, никель, серебро, медь. В России принято различать пять проб золота, включая пробу чистого золота:

* 375 проба - содержит 38% чистого золота, в состав лигатуры входит медь и серебро, золото этой пробы быстро тускнеет, но хорошо полируется, имеет цвет от жёлтого до красноватых оттенков.

* 500 проба - 50,5 % чистого золота, также добавляются медь и серебро, золото этой пробы имеет низкую пластичность, со временем оно теряет блеск, имеет оттенок красного цвета различной насыщенности.

* 585 проба - 59% золота, лигатура может составляться из серебра, меди, палладия и никеля. В зависимости от пропорций дополнительных металлов золото этой пробы может быть с красным оттенком из-за добавления меди, а может выглядеть почти белым или светло-жёлтым, если основную часть лигатуры составляет палладий или никель. Изделия, в составе которых имеется палладий стоят дороже, чем украшения с никелем, никель способен вызывать аллергическую реакцию.

* 750 проба - содержит 75,5% золота, состав лигатуры такой же, как и в золоте 585 пробы. Золото этой пробы хорошо держит полировку, поэтому его используют для филигранных работ и тонкой художественной росписи. Цветовая гамма очень разнообразна, может варьироваться от зелёного и синего цвета до розового и красного.

* 999 проба - содержит чистое без примесей золото, цена этого металла самая высокая.

В различных странах существуют особенности составления лигатуры. Так, например, в Италии, Франции и других странах Европы, а также в Турции при составлении смесей чаще используют белые металлы: серебро, палладий и никель. По этой причине европейское золото не имеет характерного для российского золота красноватого оттенка, который даёт медь.

Свойства и применение платины.

Порядковый номер 78, атомный вес 195,23, плотность-21,45, температура плавления-1773,5? С , температура кипения - 4410? С , твердость по Бринеллю-50 (по Моосу - 4,0-4,5). Металл серебристо-белого цвета, мягкий и ковкий, тяжелый и достаточно тугоплавкий. По твердости превосходит золото и серебро.

Платина легко поддается прокатке ,штамповке, волочению. Отличается повышенной химической стойкостью, по сути, один из наиболее устойчивых металлов: растворяется только в горячей "царской водке", цианистом калии и расплавленных щелочах. Ни одна из кислот в отдельности на этот металл не воздействует. Платина не окисляется на воздухе даже при самом сильном накаливании, при остывании сохраняет свой естественный цвет.

Для ювелиров привлекательными характеристиками являются пластичность, прочность платины, большая отражательная способность . Очень тонкая платиновая проволока используется при изготовлении филигранных украшений, тонких цепочек и оправ. Этот металл нарядно и эффектно смотрится в сочетании сдрагоценными камнями, в особенности -бриллиантами.Часто из платины делаются тонкие ленточные браслеты и пластинки - подвески, которые отличаются особой элегантностью и легкостью. Однако в чистом виде она очень мягкая, поэтому ее легируют иридием, родием и другими металлами. Платина является незаменимым материалом в авиационной, химической, приборостроительной промышленности.

Свойства и применение серы.

Кристаллическая сера представлена хрупким веществом, имеющим желтый цвет. А у пластической серы (которая через пару часов приобретает свойства кристаллической) коричневый оттенок.

Это вещество растворяется сероуглеродом, скипидаром и другими органическими растворителями, но не водой. Во время плавления объем серы увеличивается примерно на 15%. Она может гореть на воздухе с образованием сернистого ангидрида -- бесцветного газа, имеющего резкий запах.

Также сера обладает восстановительными свойствами, которые проявляются во время реакций с ней других неметаллов. Также с ней взаимодействуют кислоты-окислители, расплавы щелочей и растворы сульфидов щелочных металлов.

Благодаря этому веществу производят серную кислоту, получают сероасфальт и серобетон, вулканизируют каучук. Также серу используют в сельском хозяйстве в качестве фунгицида. А еще ее коллоид применяется в медицине.

Литература

1. Смирнов В. И., Геология полезных ископаемых, 2 изд., М., 1969.

В. И. Смирнов.

2. Рудные месторождения СССР / Под ред. А. Б. Васильева. -- М.: Недра, 1978. -- Т. 2. -- С. 5-76.

3. kds@highmetals.com

4. http://www.ntpo.com/patents_extraction/extraction_1/extraction_336.shtml

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%E5%F2%E0%EB%EB%FB

Размещено на Allbest.ru