velikol.ru
1

В Президиуме Академии наук СССР

21


Доктор геолого-

минералогпческих

наук

В. В. ДИСТЛЕР,

кандидат геолого-минералогических наук А. Д. ГЕНКИН,

кандидат геолого-минералогических наук Г. Д. ГЛАДЫШЕВ,

доктор геолого-

минералогнческих

наук

^ Ю. П. ДИКОВ

ПЛАТИНОИДЫ

РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Теоретический и прикладной аспекты

Научное сообщение

Одно из актуальных направлений интенсификации горно-металлургического производства цветных металлов — выпуск про­дукции при условии максимального извлечения всех полезных компонен­тов. Для этого необходимы детальные знания о рудном сырье, основан­ные на изучении качества руд, определении природных параметров их изменчивости, глубоком анализе форм концентрирования промышленных компонентов. Такие исследования имеют особое значение применительно к малым компонентам руд, в число которых входят и платиновые ме­таллы.

Для ряда месторождений ценность платиновых металлов в суммарной стоимости рудного сырья может быть сопоставима с ценностью главных металлов. Однако различия в содержании этих компонентов, составляю­щие в.ере;$до несколько порядаоъ, пртаета. к. тому, что шмш>, ВО ЖСО-коценные металлы обычно извлекаются попутно на конечных стадиях обогатительно-металлургического цикла. Прохождение платиноидов по сложной технологической схеме производства, как правило, связано с их •большими потерями.

Попутное производство платиновых металлов сталкивается еще с од­ной технологической проблемой. Высокая эффективность извлечения главных компонентов обычно достигается при хорошо усредненном со­ставе рудного сырья. Однако такое усреднение в ряде случаев оказыва­ется весьма пагубным для извлечения платиноидов. Далее излагаются не­которые результаты изучения платиновой минерализации, полученные в связи с решением фундаментальной проблемы происхождения и источни­ков вещества основных типов рудных месторождений. Это научное на­правление — одно из приоритетных в отечественной геологии. Широко известны в мире работы академиков А. Н. Заварицкого и А. Г. Бетех-тина, а также О. Е. Звягинцева и А. А. Иванова, заложивших общие принципы изучения закономерностей локализации платиновых металлов в различных месторождениях.

Эндогенная металлогения платиновых металлов, по современным представлениям, определяется их концентрированием в достаточно огра­ниченной группе магматических пород. Эти породы связаны с глубинны­ми процессами магмообразования, протекающими в мантии Земли.

В Президиуме Академии наук СССР

22


Выделяются три типа месторождений, характеризуемых развитием определенных групп магматических пород и геолого-структурных усло­вий их проявления. Первый представлен магматическими телами ультра­основных пород, развитых в пределах активных окраин континентов или в подвижных зонах на границах континентальных плит. В этих место­рождениях платиновая минерализация ассоциируется с хромитовым оруденением.

Месторождения второго типа связаны с расслоенными магматически­ми телами основных—ультраосновных пород, с которыми ассоциируются платиноносные медно-никелевые сульфидные руды. Месторождения этого типа приурочены к консолидированным тектоническим блокам, имеющим континентальную земную кору.

Месторождения третьего типа размещаются также в пределах консо­лидированных блоков земной коры, однако образующая их ассоциация магматических пород представлена щелочно-ультраосновными магмати­ческими комплексами, причем наибольшие концентрации платиновых ме­таллов связаны с ультраосновными разновидностями пород.

Что касается геохимической специализации, то в первом типе место­рождений сосредоточены главным образом тяжелые платиноиды — осмий, иридий, платина, а также рутений, во втором — легкие платиновые ме­таллы — родий и палладий, ведущим элементом месторождений третьего типа является платина.

Следует подчеркнуть, что месторождения первого и третьего типов в настоящее время не имеют экономического значения. Промышленный интерес в различных регионах мира представляют платиноносные россы­пи, образующиеся на поверхности Земли при разрушении массивов глубинных магматических пород. Основная же роль в мировом произ­водстве платиновых металлов принадлежит сульфидным платино-медно-никелевым месторождениям. В капиталистических странах и странах третьего мира на долю первичного производства платиновых металлов из этих месторождений приходится более 95%- Только одно месторождение в комплексе Бушвельд (Южная Африка) обеспечивает 80—90% произ­водства платиновых металлов в капиталистических странах, что составля­ет в год около 100 т платиноидов '.

В Советском Союзе сульфидные медно-никелевые месторождения из­вестны в Норильском рудном районе на Сибирской платформе, на Коль­ском полуострове и ряде других регионов. Совершенствованию извлече­ния платиноидов из медно-никелевых руд в определенной степени спо­собствовала разработка теории сульфидного магматического рудообра-зования в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, ми­нералогии и геохимии АН СССР. Развиваемые здесь представления о при­роде медно-никелевых месторождений обосновывают их связь с эволю­цией глубинных сульфидно-силикатных и сульфидных магматических расплавов2. Судя по имеющемуся фактическому материалу, процессы кристаллизационной дифференциации сульфидных расплавов, приводя­щие к формированию руд различного минерального состава, полностью определяют закономерности поведения платиновых металлов, а также то состояние, в котором эти металлы преимущественно встречаются в рудах.

Принципиально новым и практически важным результатом исследова­ния является доказательство того, что большинство платиновых метал-

1 См.: Caori L. J. (ed.) Platinum group Elements: Mineralogy, Geology, Recovery.
CJM Spec. V. 23. The Canadian Institute of Mining and Metallurgy, 1981.

2 См.: Генкин А. Д., Дистлер В. В., Гладышев Г. Д. и др. Сульфидные медно-ни­
келевые руды норильских месторождений. М.: Наука, 1981.



Платиноиды рудных месторождений

23



лов накапливаются в главных рудообразующих железоникелевых сульфи­дах в форме твердых растворов3. Такие металлы, как осмий, иридий, рутений и родий, находятся в рудах практически только в этом состоя­нии. На долю твердых растворов палладия приходится около 50% и лишь концентрация платины в твердых растворах, как правило, не превышает 10% ее общего содержания в рудах.

Исследование растворимости платиноидов в железоникелевых суль­фидах при их кристаллизации из сульфидных расплавов показало полное совпадение наблюдений с результатами экспериментальных работ. Были впервые получены диаграммы состояния платиноидов в сульфидных си­стемах при температурах 1000, 750 и 650° С (рис. 1). Причем выпол­ненные эксперименты позволили не только установить условия раство­римости платиновых металлов, но и оценить возможные пределы этой растворимости, что до сих пор не удавалось сделать при анализе рудного вещества.

В тройных системах железо—платиновый металл—сера степень раст­воримости платиновых металлов в моносульфиде железа возрастает для легких металлов от палладия к родию и затем рутению. Растворимость тем выше, чем больше летучесть серы в расплаве. Кроме того, на при­мере системы железо—палладий—сера установлено, что при одной и

3 См.: Дистлер В. В. Твердые растворы платиноидов в сульфидах.— В кн.: Суль-фосоли, платиновые минералы и рудная микроскопия. Материалы XI съезда ММА. М.: Наука, 1981, с. 191—200.

В Президиуме Академии наук СССР 24

той же концентрации серы в расплаве, повышая температуру от 650 до 1000° С, можно существенно расширить поле твердых растворов (рис. 2).

В четверных системах железо—никель—платиновый металл—сера выявлены механизмы разделения платиноидов в процессе рудообразова­ния. Такие платиновые металлы, как родий и рутений, хорошо растворя­ются в ранних твердофазовых продуктах кристаллизации, представлен­ных моносульфидом железа. Палладий обнаруживает склонность к кон­центрации в остаточных расплавах и, соответственно, обогащает более поздние продукты кристаллизации, к которым относятся железоникеле-вые сульфиды. Экспериментально полученные коэффициенты распреде­ления платиноидов между двумя этими фазами практически идеально со­впадают с коэффициентами распределения для тех же платиновых ме­таллов, найденными при изучении руд.

В результате исследований мы пришли к важному выводу: экспери­ментально установленные пределы растворимости родия, иридия, осмия и рутения в сульфидах, составляющие от единиц до нескольких десят­ков процентов, намного превышают реальные их концентрации в природ­ных образованиях. Этим объясняется тот факт, что в рудах с твердыми растворами связано практически 100% каждого из этих металлов.

Уже упоминалось, что платина практически не концентрируется в твердых растворах, а палладий имеет ограниченную растворимость. Оба этих платиновых металла образуют собственные соединения, которые фор­мируются на конечных этапах процесса рудообразования. Эти соединения выделяются по принципу сбросовой кристаллизации избыточных компо­нентов в гетерогенных системах. В остаточных расплавах совместно с платиной и палладием происходит накопление различных компонентов, » также не участвующих в процессе главной кристаллизации. Такими ком­понентами являются свинец, олово, висмут, теллур, мышьяк, сурьма, тал­лий и некоторые другие. Случайное вероятностное концентрирование каж­дого из этих компонентов совместно с палладием и платиной определяет разнообразие минералогии этих металлов в рудах.

В настоящее время известно более 80 собственных соединений пал­ладия и платины, причем этот список постоянно расширяется. Собствен­ные соединения платины и палладия в рудах представлены: самородными платиной, палладием и их сплавами; интерметаллическими соединениями, содержащими платину—палладий—медь—олово, платину—палладий-свинец—висмут, платину—палладий—теллур—висмут и др.; наконец, про­стыми и сложными сульфидами, арсенидами. Случайно-вероятностный характер процессов кристаллизации собственных соединений палладия и платины определяет разнообразие стехиометрических соотношений сла­гающих их компонентов и фазовые соотношения минералов в полимине­ральных агрегатах.

В определенных типах руд именно собственные минеральные фазы несут на себе основную нагрузку платины и палладия (рис. 3). Размер включений собственных минеральных фаз весьма разнообразен. Наибо­лее крупные из них достигают в поперечнике 1 см. Но таких включений обычно немного. Чаще встречаются зерна размером в несколько милли­метров или долей миллиметра, которые образуют неравномерную вкрап­ленность.

Выявленная связь условий формирования различных состояний пла­тиноидов в рудах с эволюцией рудообразующих сульфидных систем по­зволяет рассмотреть закономерности распределения платиновой минера­лизации в различных типах медно-никелевых руд. На рис. 4 показан план одного участка Талнахского месторождения в Норильском рудном райо­не. На этом плане выделены минеральные типы руд, в которых платино-

Платиноиды рудных месторождений

25







В Президиуме Академии наук СССР 26



вые металлы встречаются в основном в твердых растворах и в собствен­ных минеральных фазах.

Первый тип представлен пирротиновыми рудами, ведущей минераль­ной ассоциацией которых являются железоникелевые сульфиды. Во вто­ром типе доминируют сульфиды меди и железа группы халькопирита,, а подчиненное значение имеют никель-железные сульфиды.

Распределение платиновых металлов в различных состояниях между минеральными типами сульфидных медно-никелевых руд обусловлено-тем, что на более ранних этапах рудообразования кристаллизуются бо­гатые никелем пирротиновые руды. В их главных минеральных фазах платиноиды концентрируются в твердых растворах. На более поздних этапах происходит процесс остаточной кристаллизации и формирование богатых медью руд, в которых накапливаются платина и палладий.

Учитывая важность количественной оценки каждой из форм платино­вых металлов в рудах и их различное поведение в технологических про­цессах переработки рудного сырья, предложена технологическая клас­сификация руд (таблица). Классификация включает три сорта руд. В одном из них платиновые металлы находятся преимущественно в виде твердых растворов. Эти руды характеризуются наименьшей кон­центрацией платины и палладия и наибольшей концентрацией всех других металлов. В другом сорте руд, где преобладают минеральные фор­мы платиноидов,— наибольшая концентрация палладия и платины и наи­меньшая остальных платиновых металлов. Количество последних в ряде случаев оказывается практически не значимым. Третий сорт руд соче­тает в себе оба состояния платиновых металлов.

Как же сказывается различное состояние платиноидов на технологии их извлечения? Совершенно очевидно, что платиноиды, находящиеся в рудных минералах в твердых растворах, при обогащении руд распре­деляются между теми концентратами, промежуточными и отвальными продуктами, в которых накапливаются сульфиды, являющиеся их носи­телями. Извлечь эти платиноиды можно лишь в варианте попутного их получения на заключительных технологических операциях общего цикла

Платиноиды рудных месторождений

27



переработки руд. Заметим, что природа химической связи платиноидов в сульфидах делает не безразличным выбор металлургических процессов, применяемых для переработки концентратов. Например, в пирометаллур-гических процессах переработки никелевого и медного концентратов эф­фективно извлекаются все платиноиды, за исключением осмия, образую­щего при окислительных плавках летучую четырехокись.

Чтобы сделать пирометаллургический процесс более экономичным и обеспечить охрану окружающей среды, потребовалось вывести из этого процесса сульфиды железа, несущие в себе небольшие количества цвет­ных металлов. В результате при обогащении руд помимо медного и ни­келевого концентратов стал производиться также пирротиновый концен­трат, и для его переработки была предложена экологически более чистая гидрометаллургическая технология. Вместе с тем гидрометаллургическая технология переработки пирротиновых концентратов — носителей весьма существенной доли родия, иридия, рутения и осмия — из-за особенностей кинетики автоклавно-окислительных реакций оказалась недостаточно эф­фективной для извлечения платиновых металлов. Как нами было установ­лено, при разложении сульфида железа в гидротермальных окислитель­ных условиях образуются гематит и гидраты окислов железа, а также новые соединения платиновых металлов, распределяющиеся в объеме сформировавшихся частиц окислов и гидратов окислов железа4. Посколь­ку гидратные соединения являются отвальными продуктами технологии, вместе с ним в отходы поступают и платиновые металлы.

Иной технологический аспект имеет проблема извлечения платинои­дов, встречающихся в рудах в собственных минеральных фазах. Эффек­тивность их извлечения определяется процессом обогащения. В этой свя­зи следует отметить, что платино-палладиевые минеральные фазы об­ладают низкой флотационной способностью, связанной как с поверхност­ными свойствами, так и с высокой плотностью. К тому же разнообразное

4 См.: Дистлер В. В., Давыдова И. Ю., Волков В. И. и др. Распределение ж фор­мы нахождения платины, палладия и родия в продуктах автоклавной переработки пирротиновых концентратов.— Цв. металлы, 1982, 10, с. 16—20.

В Президиуме Академии наук СССР 28

сочетание минералов в этих минеральных агрегатах усложняет установ­ление единого флотационного режима.

В процессе обогащения платино-палладиевые фазы распределяются практически по всем продуктам, частично переходя в отвальные продук­ты и пирротиновый концентрат. Эмпирически установлено, что чем боль­ше платино-палладиевых минералов в исходном сырье, тем существеннее переход платиноидов в оба эти продукта.

Таким образом, между состояниями платиноидов в рудах — твердыми растворами и собственными минеральными фазами — существуют опре­деленные технологические противоречия. Если при обогащении руд с пре­обладанием твердых растворов платиноидов весьма целесообразно и по­лезно выводить нерудные составляющие, то для руд с преобладанием минеральных форм получение отвальных продуктов крайне нежелательно. Более того, для таких руд оптимальной с точки зрения извлечения пла­тиноидов является переработка по безотходным технологическим схемам. На основе всех этих данных был сформулирован принцип селективной переработки руд, отличающихся формами нахождения платиноидов. На­помним, что ранее использовалась система совместной переработки сме­си руд с разными параметрами платиноносности. Внедрение нового прин­ципа в промышленных условиях обеспечило реальный прирост про­дукции.

Рассмотренные выше закономерности формирования состояний пла­тиновых металлов в сплошных медно-никелевых рудах справедливы и для широко распространенных в природе вкрапленных руд. В этих рудах закристаллизованные сульфидные капли содержатся в силикатной матри­це основных—ультраосновных пород. Благодаря особенностям процесса • рудообразования в сульфидно-силикатных системах в таких каплях концентрируется больше платиновых металлов, чем в эквивалентных объемах сульфидного вещества массивных руд. В расчете только на суль­фидное вещество вкрапленные руды обогащены одновременно всеми пла­тиновыми металлами.

Переработка вкрапленных руд неизбежно будет включать процесс механического обогащения, который сопровождается переходом платинои­дов в отвальные продукты. Создание схем полного извлечения металлов из этих руд — крайне важная задача в области интенсификации исполь­зования рудного сырья.

Выступивший в ходе обсуждения научного сообщения Г. Д. Вареня (Всесоюзное промышленное объединение «Союзникель» Министерства цветной металлургии СССР) напомнил, что исследования, направленные на повышение извлечения плати­ноидов из руд, были начаты на Норильском комбинате в 1958 г. при активной, поддержке академика И. П. Бардина, обязавшего Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии АН СССР принять не­посредственное участие в изучении форм нахождения в рудах металлов платиновой группы.

Крайне неравномерное распределение платиноидов в рудах усложняло изуче­
ние форм нахождения, поведения и составления баланса этих металлов в процессе
добычи и переработки руд на комбинате. Уже на первой стадии исследований
было установлено, что для обеспечения положительных результатов работ необхо­
димо изучать формы нахождения платиноидов не только в рудах, но и в продуктах
их обогатительного и металлургического переделов, включая отвальные продукты.
И если в конце 50-х годов было известно всего три минеральные разновидности
»

платиноидов в рудах, то сейчас — 80.

В ходе научных исследований, сказал Г. Д. Вареня, доказана прямая зависи-

Платиноиды рудных месторождений

29

мость показателей извлечения платиноидов от форм концентрирования их в рудах, с различным минеральным составом. Знание форм нахождения и поведения этих металлов в технологическом процессе, мест их повышенных концентраций и потерь позволили разработать и внедрить при минимальных затратах ряд мероприятий по совершенствованию технологии добычи и переработки руд. Например, существен­ное повышение извлечения платиноидов было достигнуто в результате селективной отработки на ряде рудников обогащенных платиноидами минеральных типов руд и прямой их металлургической переработки в печах «жидкая ванна», минуя обогати­тельный передел, с которым, как правило, связаны высокие потери металлов. Се­лективная отработка руд с высоким содержанием ферроплатпны на одном из руд­ников и переработка их на недорогой установке для магнитной сепарации на обога­тительной фабрике позволили в пять — десять раз снизить потери платиноидов с отвальными продуктами и существенно повысить экономические показатели рабо­ты предприятия.

Проблема платиновых металлов, по мнению Г. Д. Варени, требует дальней­шего изучения. Первоочередными задачами должны быть изучение медистых и вкрапленных руд, а также отвальных продуктов, являющихся существенными кон­центратами платиноидов.

Академик М. И. Агошков подчеркнул, что исследования, выполненные в Инсти­туте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии АН СССР, впервые показали, как различные металлы платиновой группы размещены в месторождении. М. И. Агошков также отметил, что необходимо организовывать исследования по извлечению платиноидов из отвальных продуктов обогатительных фабрик, тем более что это обещает экономию, исчисляемую многими миллионами рублей. В отвальных продуктах платиноиды распределены неравномерно и выявле­на их сегрегация в отвальных массах. Совершенно неожиданно образовались но­вые техногенные месторождения. Их освоением должны серьезно заняться спе­циалисты по обогащению руд. Такие специалисты есть в Институте проблем комп­лексного освоения недр АН СССР и в Кольском филиале АН СССР.

Академик В. М. Тучкевич сообщил, что в 70-х годах на Норильском комбинате была применена система ФТИАН для регулирования и управления конвертерным процессом при производстве никеля 5. Одновременно встал вопрос о ценных и ред­ких металлах, в частности о кобальте. Многие тяжелые металлы образуют легко­летучие газообразные соединения. При обсуждении вопроса с металлургами при­шли к выводу, что система ФТИАН позволит в несколько раз повысить извлечение ценных металлов в конвертерных процессах. Внедрение системы ФТИАН может повысить извлечение из руд кобальта и платиноидов.

В своем выступлении академик А. Л. Яншин с удовлетворением отметил, что фундаментальные минералогические работы сотрудников Института геологии руд­ных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии АН СССР имеют не­сомненный практический результат. К этим исследованиям должны быть привлече­ны те «обогатительные ячейки», которые функционируют в Институте проблем комплексного освоения недр и в Кольском филиале АН СССР.

Завершая обсуждение, президент Академии наук СССР академик А. П. Алек­сандров высказал пожелание о расширении фундаментальных исследований в Ин­ституте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии АН СССР п ускоренном внедрении их результатов в горно-металлургическую прак­тику.

УДК 553.41

5 См.: О работах Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе АН СССР по контролю и управлению конвертерными процессами.— Вестник АН СССР, 1985, № 5. с. 59-66.