1.2. Концентраты

Концентраты цветных металлов являются, как правило, дорогим сырьем. Поэтому потери концентрата при перевозках и хранении недопустимы. Перевозить концентраты следует в контейнерах или плотных мешках, хранить на закрытых складах. Нельзя допускать пыления при перегрузках и во время шихтовки. Образовавшуюся пыль надо улавливать. Содержание основных компонентов в концентратах регламентировано техническими условиями.

Медные концентраты. В отечественной практике большое значение имеют три типа концентратов: халькопирит-пиритный, халькопиритный и халькозин-борнитовый. Состав этих концентратов по основным элементам приведен ниже, %:

	Cu	Fe	S	Пустая порода
Халькопирит-пиритный	16–22	32–34	35-40	4–10
Халькопиритный	26–30	30–34	32-34	2–6
Халькозин-борнитовый	36–40*	5–8	10-14	35–42

* В некоторых случаях 48-55%.

Характерная примесь в концентратах I типа 4–10% Zn (пo мере совершенствования процесса селективной флотации содержание цинка снижается), второго типа 1–2% Ni (большую часть концентрата этого типа получают из медно-никелевых руд) и третьего типа – по 1,5–2% Рb и Zn (иногда 0,2%). Концентраты I типа содержат золото и серебро, II типа – серебро и платиноиды, а концентраты III типа почти не содержат золота. Серебра в них содержится 150–300 г/т. Примерная ценность концентратов составляет соответственно 300, 350 и 400 руб/т, причем ценностная доля меди составляет 60, 80 и 90% соответственно, серы 11–12 и 3%, золота и серебра 15–20 и около 5%. В сравнении с рудой ценностная структура концентрата значительно изменилась. Уменьшилась доля серы и возросла доля меди (60–90%). Однако задачи, стоящие перед металлургами, не изменились: следует извлекать медь, цинк, серу (по соображениям охраны природы), а также драгоценные и редкие металлы (из пылей). При переработке концентратов I типа можно для ошлакования железа грузить большие количества золотосодержащего кварца. Это тоже элемент их оценки.

Следующим важным элементом оценки качества медных концентратов, в особенности для случая современных и перспективных автогенных процессов плавки, например плавки в жидкой ванне, является их теплота сгорания. Оценочный расчет теплоты сгорания следует делать при условии получения штейна заданного состава. Чем богаче штейн, тем больше тепла выделяется от горения сульфида железа и серы. В настоящее время плавку во взвешенном состоянии ведут на штейн, содержащий 50–60% Сu. В перспективе возможна плавка на черновую медь. Для ориентировочной оценки приводим следующие данные о теплоте сгорания концентратов при плавке на штейн (60% Сu) в расчете на 1 кг концентрата: медно-пиритный 850, халькопиритный 600, борнитовый 50 ккал.

Расход тепла при воздушном дутье на нагрев всех продуктов плавки до 1300⁰С составляет около 1000 ккал/кг, при кислородном дутье – около 650 ккал/кг, так как уменьшается количество газов. Отсюда следует, что ни один из типичных концентратов не обеспечивает автогенности плавки на воздушном дутье. Необходим подогрев дутья до 400–1000⁰С. При кислородном дутье, концентраты I типа плавятся с избытком тепла. Для их автогенной плавки теоретически достаточно обогащения дутья кислородом до 32–40%. Минимальное содержание кислорода, при котором достигается автогенность, называют точкой автогенности.

Для халькопиритных концентратов тепловой баланс на кислородном дутье сводится удовлетворительно. Борнитовые концентраты по расчету можно плавить только на черновую медь. Однако при этом следует рассматривать для сравнения и вариант электроплавки. Извлечение цинка из медных концентратов наиболее эффективно можно организовать, применяя кивцэт-процесс, электротермию и в отдельных случаях фьюмингование шлаков. Кивцэт-процессом можно перерабатывать коллективный медно-цинковый концентрат.

Никелевые концентраты. В результате развития комбинированных схем обогащения из медно-никелевых сульфидных руд получают, как правило, три концентрата: медный, никелевый и пирротиновый, но иногда удается получить только два или даже один коллективный концентрат. Состав пирротинового концентрата достаточно постоянен, медный концентрат охарактеризован ранее. Состав никелевого концентрата, получаемого из руд разных месторождений, заметно изменяется по содержанию меди и пустой породы. Никелевые концентраты резко отличаются по содержанию драгоценных и платиновых металлов. Иногда их ценностью можно пренебречь. В других случаях они составляют значительную долю общей ценности концентрата. Состав никелевых концентратов приведен ниже, %:

	Ni	Cu	S	Fe	Порода
Сернистый	6–10	1–5	26–30	36–42	15–20
Малосернистый	4–6	2–3	14–16	24–28	46–54
Пирротиновый	0,7–2	0,3–2	28–30	50–56	10–14
Автоклавный*	8–10	8–10	32–36	34–36	8–10

*Продукт гидрометаллургической переработки пирротинов.

Постоянный спутник никеля в концентратах всех типов – кобальт. Отношение никель-кобальт колеблется в пределах 25–35, в крайних случаях – в пределах 20–50. Пустая порода состоит из SiO₂, A1₂O₃, MgO и СаО. Для отечественных концентратов, полученных из вкрапленных руд, характерно повышенное содержание MgO (10–16%), что придает им тугоплавкость.

Во время технологической оценки концентратов серьезное внимание надо обращать на содержание MgO, так как от этого зависит выбор способа плавки.

Пирротиновые концентраты из-за высокого содержания в них серы и железа (их доля в общей ценности концентрата 60–70%) следует перерабатывать гидрометаллургическим способом с высоким извлечением обоих этих элементов, а также никеля и кобальта.

Ценность никелевых концентратов высокая и составляет около 400 руб/т. По теплоте сгорания никелевые сернистые концентраты, учитывая, что их плавят на штейны, содержащие 15–20% Ni, примерно эквивалентны медным халькопирит–пиритным концентратам (850–900 ккал/кг). Малосернистые концентраты имеют теплоту сгорания около 450 ккал/кг. Их автогенная плавка затруднительна.

Цинковые концентраты. Отечественные заводы получают цинк из сульфидного сырья гидрометаллургическим способом. Богатое окисленное сырье (руды, возгоны, получаемые при переработке отвалов старых цинксодержащих шлаков, раймовки, кеки и др.) имеет вспомогательное значение. Однако возгоны отличаются высоким содержанием цинка (60–70%), свинца (10–15%), кадмия (0,5–2%) и редких металлов и являются поэтому высокоценным сырьем. Типичный цинковый концентрат содержит 46–56% Zn, 0,2–0,25% Cd, 30–34% S, 6–12% Fe и по 1–2% Сu и Рb. Серебра содержится в нем 150–200, золота 1–2 г/т; количество пустой породы невелико. Из редких металлов цинковые концентраты содержат индий и германий. При этом для отечественных концентратов большее значение имеет индий. При оценке качества цинковых концентратов следует учитывать содержание в них вредных примесей: мышьяка, фтора, хлора, кобальта, никеля и сурьмы. Удорожает переработку концентратов присутствие в них железа (более 4–6%) и меди (более 1,5%). Ценность концентратов значительно возрастает при наличии в них индия (цена около 0,2 руб/г) и германия (цена около 1 руб/г). Примерная ценностная структура цинковых концентратов дана в таблице 3.

Таблица 3 Ценностная структура цинковых концентратов

Элементы концентрата	Содержание в руде		Цена, руб/т	Ценность
	%	кг/т		руб/т	%
Цинк	46	460	600	276	65,7
Кадмий	0,25	2,5	13500	34	8,1
Сера	32	320	100	32	7,6
Медь	1,5	15	1000	15	3,6
Свинец	1,5	15	660	10	2,4
Редкие металлы	–	–	–	13	3,1
Благородные металлы	–	–	–	40	9,5

Из всех рассмотренных нами до сих пор видов сырья цинковые концентраты оказались наиболее ценными.

Их ценностная структура весьма интересна. Примерно 35% приходится на кадмии, серу и другие элементы. Это указывает на необходимость комплексного использования цинковых концентратов с высоким извлечением всех спутников. Учитывая присутствие в концентрате ртути, селена, теллура, таллия, из него можно извлечь 11–15 элементов. Теплота сгорания цинковых концентратов составляет около 1100 ккал/кг из-за практически полного окисления сульфидов. Обжиг в кипящем слое даже при воздушном дутье происходит с избытком (20–25%) тепла.

Свинцовые концентраты. Содержание свинца в них составляет 35–75%, серы 15–25% (табл. 4). Кроме того, в них имеются: цинк, медь, кадмий, сурьма, олово, мышьяк, висмут, золото и серебро. По данным проф. Ф.М. Лоскутова, золота в свинцовых концентратах содержится 5–10, серебра 350–900 г/т. Отмечается и присутствие таллия, индия, селена. Для отечественных концентратов Можно принять следующее усредненное содержание основных составляющих: 50–54% Рb; 6–10% Zn, 16–20% S, 8% Fe, 3% Сu, 2% примесей, 10% пустой породы. Отдельные концентраты содержат до 70% Рb и соответственно меньше спутников, например 2–4% Zn и 1,5–2% Сu. Это концентраты высших марок. Из примесей мышьяк следует пока отнести к числу вредных.

Таблица 4 Ценностная структура свинцовых концентратов

Элементы концентрата	Содержание в руде		Цена, руб/т	Ценность
	%	кг/т		руб/т	%
Свинец	50	500	700	350	50
Цинк	10	100	530	53	7,6
Медь	3	30	1000	30	4,3
Сера	17	170	100	17	2,4
Благородные металлы	–	–	–	140	20,0
Сурьма	1,0	10	1000	10	1,4
Олово	1,0*	10	10000	100	14,3

* В отечественных концентратах содержание олова ниже

Из приведенных данных видно, что свинцовые концентраты очень ценное сырье. Поэтому должно быть организовано самое тщательное хранение запасов концентрата на складах и контейнерные перевозки на всех видах транспорта. Пыль из концентрата и заводских оборотов надо улавливать.

Свинцовый концентрат – комплексное сырье. Его переработка должна сопровождаться извлечением спутников, на долю которых в нашем примере приходится около 50% общей ценности концентрата. Особенностью свинцовых концентратов является высокое содержание в них серебра. Доля серы в общей ценности концентрата невелика, но ее следует извлекать с целью охраны окружающей среды. К тому же это, по опыту отечественных заводов, экономически эффективно. Теплота сгорания свинцовых концентратов составляет 550–600 ккал/кг, что с избытком обеспечивает их автогенное спекание на агломашинах с дутьем или плавку в аппарате КИВЦЭТ-ЦС на кислородном дутье. В последнем случае попутно получают богатый сернистый газ.