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Verfahren zur Gewinnung von Platin und seinen Beimetallen sowie von
Gold aus Gekrätzen, Konzentraten, Erzen und ähnlichen Ausgangsstoffen Als Sammler
für Edelmetalle (Silber, Gold und Platin) benutzen die Hüttenwerke neben Blei noch
Kupfer. Bekannt ist ferner die Gewinnung des Platins und seiner Beimetalle aus den
Rückständen der Nickelgewinnung (S u d b u r y). Auch metallisches Eisen ist als
Sammelmetall für Gold vorgeschlagen worden, aber bisher wohl kaum in größerem Maßstab
zur Anwendung gelangt.
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Das unmittelbare Verschmelzen edelmetallhaltiger Geschicke, wie Erze,
Konzentrate, Gekrätze u. dgl., mit einem der obengena,nnten Metalle zwecks Überführung
der Edelmetalle in das Sammelmetall würde bei der Verschiedenartigkeit der, in den
Ausgangsmaterialien meist vorhandenen Schwermetalle sowie Metalloide ein derart
stark verunreinigtes Sammelmetall liefern, daß dessen Weiterverarbeitung mit großen
Schwierigkeiten, erheblichen Kosten und beträchtlichen Edelmetallverlusten verbunden
wäre.
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Bis zu einem gewissen Grade macht das Blei wegen seiner relativ leichten
Reduzier-und Schmelzbarkeit hiervon eine Ausnahme. Doch können bei der Bleiarbeit
durch gewisse im Ausgangsmaterial enthaltene Verunreinigungen, wie z. B. Cu, Ni,
S, As, Sb, Te, recht erhebliche Schwierigkeiten entstehen. Dies ist besonders der
Fall, wenn es sich um die Gewinnung .des Platins und seiner Beimetalle handelt,
da diese gerade die unangenehmen Zwischenprodukte der Bleiarbeit, wie z. B. Saiger-Rückstände,
Schlicker, Speisen aus Gründen der chemischen Verwandtschaft mit den Bestandteilen
dieser Zwischenprodukte bevorzugen.
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Bei den übrigen als Sammler in Frage kommenden Metallen liegen die
Verhältnisse in mancher Hinsicht noch ungünstiger. Man arbeitet daher, abgesehen
vom Fe, von vornherein auf ein Zwischenprodukt, den sogenannten Stein, der in der
Hauptsache aus den Sulfiden des Cu, Fe und Ni besteht und die vorhandenen Edelmetalle
restlos aufnimmt.
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Die Gewinnung der Edelmetalle geht bei diesen Schmelzprozessen zunächst
mit der Gewinnung der betreffenden Metalle (Cu, Ni) aus diesen Steinen Hand in Hand.
Man unterwirft in der Regel die Steine einem Röstreaktionsverfahren im Flammofen
oder Konverter, wobei man durch kräftige Oxydationswirkung den S des Steines zu
SO, und das Fe zu Fe O oxydiert und letzteres durch Si 02 verschlackt. Aus
den Endprodukten Rohkupfer bzw. Nickelfeinstein werden dann nach bekannten Verfahren
die betreffenden MefalIe (Kupfer und Nickel) in reiner Form gewonnen und die Edelmetalle
in Anodenschlämmen oder Rückständen ausgebracht.
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Auf den Vorschlag des sogenannten Eintränkens des Steines in flüssiges
Blei sei der Vollständigkeit halber ebenfalls hingewiesen.
Auch
direkte Löseverfahren des Steines sind in Vorschlag gebracht worden. Diese bisher
bekanntgewordenen Verfahren zur Gewinnung der Edelmetalle haben aber alle mehr oder
weniger große Nachteile.
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So führt die bisweilen lang andauernde kräftige Oxydation bei den
Röst- und Reaktionsprozessen zu erheblichen Verlusten durch Verflüchtigung (Os,
Ru) und Verschlackung, insbesondere der Platinbeimetalle. Außerdem erfordert die
Gewinnung der Edelmetalle verhältnismäßig lange Zeit, da die verschiedenen Prozesse
nicht selten zur Verzettelung der Edelmetalle in schwer zu verarbeitenden Zwischenprodukten
führen.
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Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem einem Spurstein die Edelmetalle
zusammen mit den Verunreinigungen durch Verkupfern entzogen werden, indem man ein
Röstschmelzen des Steines im Flammofen ausführt, bei dem die Oxydationsperiode nur
kurz ist. Bei der nachfolgenden Reaktionsperiode scheidet sich ein Kupfer ab, das
die Verunreinigungen und den Edelmetallgehalt des Steines enthält. Der Ofeninhalt
wird nach dem Abschlacken in Sandbetten abgestochen. AmBoden der ersten Mulden sammelt
sich das Kupfer an und kann leicht von dem reinen Stein getrennt und weiterverarbeitet
werden.
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Auch bei diesem bekannten Verfahren treten die vorstehend beschriebenen
Nachteile auf.
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Die Verarbeitung des Steines durch unmittelbare Löseprozesse erfordert
große Apparatur und große Säuremengen, und sie liefert außer lästigen Ablaugen und
giftigen Gasen (H. S) die Edelmetalle lediglich wiederum in stark verunreinigten
Zwischenprodukten; die erst wieder durch andere, ebenfalls verlustbringende Prozesse
-,veiterverarbeitet werden müssen.
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Läßt man dagegen die Steine vorzugsweise bei reduzierender Flamme
im Schmelzfluß auf metallisches Kupfer einwirken, so wird sich mit der Zeit zwischen
Metall und Stein ein Gleichgewicht einstellen, das außer von der Temperatur in der
Hauptsache noch von den reagierenden Massen und dem Verwandtschaftsgrad der reagierenden
Stoffe zueinander bestimmt wird.
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Will man hierbei eine zu große Verunreinigung des Bodenmetalls vermeiden,
so kann man dies dadurch erreichen, daß man entweder die Menge des Metalls entsprechend
hoch bemißt oder den Stein so wählt, daß die Metallsulfide der fremden Metalle im
Stein ein gewisses Maß nicht überschreiten. Die Edelmetalle des Steines werden bei
diesem Prozeß, ähnlich wie beim Eintränken in Blei, rein mechanisch in das spez.
leichtere Bodenmetall übergehen oder aber auch mit letzterem in Reaktion treten,
soweit sie als hierfür geeignete Verbindungen vorliegen.
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Wegen der größeren Verwandtschaft der Platinmetalle zum Kupfer, ihrer
höheren Schmelztemperatur und ihrer größeren Verwandtschaft zum S, verläuft der
Prozeß des Edelmetallüberganges in diese Boden- oder Sammelmetalle viel besser als
beispielsweise beim Blei. So werden nach
(wobei A- die Platinmetalle, ia die Menge des Bodenmetalls B bedeuten) bei entsprechender
Temperatur und richtiger Wahl der Mengenverhältnisse nach dein Massenwirkungsgesetz
die Sulfide der Platinmetalle durch das Bodenmetall zerlegt und die Edelmetalle
von diesem aufgenommen. Ähnlich verhält es sich mit dem sonst so widerstandsfähigen
Sperrylith PtAs, und den neuerdings in Südafrika entdeckten Sulfarseniden bzw. Antimoniden
der Pt-Metalle.
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Hinzu kommt, daß die Verwendung genügender Mengen eines -geeigneten
Sammelmetalls, wie z. B. Cu, Ni, Fe, gleichzeitig ein ausgezeichnetes Schutzmittel
gegen Verflüchtigung und Verschlackung der Edelmetalle bietet. Man kann sich das
so vorstellen, daß die Pt-Metalle bzw. deren Verbindungen nach dem Untersinken im
Bodenmetall infolge ihrer Schwere das Bestreben zeigen, sich nach Möglichkeit an
der tiefsten Stelle des Bades, also am Boden zu konzentrieren.
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Die Zusammensetzung des Steines spielt für die Wahl des Sammelmetalls
eine «richtige Rolle, wenn man zu starke Verunreinigungen des letzteren mit Rücksicht
auf seine Weiterverarbeitung vermeiden muß.
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Bei Verwendung von Kupfer als Sammelinetall empfiehlt es sich, Steine
von 6o °1o Cu und mehr zu verwenden. Außerdem soll der Stein nur soviel Ni enthalten,
daß nach Aufnahme des Ni das Sammelmetall hiervon etwa nur zo °% enthält.
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Bei der Herstellung geeigneter Steine für das Verfahren muß man im
Auge behalten, daß die erforderliche Konzentration des Hauptmetalls, also das Cu
im vorliegenden Falle, im Stein in einer einzigen Schmelzoperation erfolgen muß,
da gesonderte Konzentrationsarbeiten zur Erzeugung hochprozentiger Kupfersteine
aus bekannten Gründen ausgeschaltet sein sollen. Dies erreicht man dadurch, daß
man auf das im Ausgangsmaterial, wie z. B. Cu-Ni-armen Rohstein bzw. Kupferkies,
Magnetkies u. dgl., enthaltene überschüssige FeS bzw. Fe sauerstoffliefernde Oxyde,
wie z. B. Fe, O" nach Fe S + 3 Fee 03 - 7 Fe O ;- S O. einwirken läßt, so daß beide
in Fe0 verwandelt werden, welches zu verschlacken ist. Einwandfrei gelingt
dieser
Umwandlungsprozeß jedoch nur in reduzierender Atmosphäre, obwohl er sich auch in
neutraler oder auch schwach oxydierender Atmosphäre durchführen läßt.
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Enthält das zu verschmelzende Material von vornherein überschüssige
Oxyde (z. B. Fez03), so kann man C-haltige Substanzen zusetzen und hierdurch die
reduzierende Wirkung des Fe S zum Teil ersetzen, d. h. man kann bei Verwendung C-haltiger
Substanzen mit weniger Rohstein, Kupferkies usw. auskommen, was besonders bei reiner
Gekrätzarbeit wertvoll ist.
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Die Menge des als Sammelmetall in Frage kommenden Zusatzmetalls richtet
sich nach dem Edelmetallgehalt bzw. dem im Sammelmetall etwa zu erwartenden Gehalt
an Verunreinigungen. Ersterer soll möglichst nicht über I °%, letzterer im allgemeinen
nicht über etwa 15 0/0_ betragen.
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Als Zusatzmetall kommen in Frage: Alt-oder Abfallkupfer oder sonstiges
kupferhaltiges Material, wie z. B. Zementkupfer.
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Um zu Beginn -der Schmelzoperation bzw. nach erfolgtem Abstich Festbacken
der ersten Charge am Boden zu verhindern,, wird man immer einen Teil des Sammelmetalls
vor Aufgabe der ersten Charge einschmelzen.
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Die Ausführung des Verfahrens kann in der Weise erfolgen, daß man
den Stein nach der Überführung des Edelmetalls ins Sammelmetall von diesem entfernt,
das Sammelmetall zur Ausgewinnung der Edelmetalle für sich weiterverarbeitet und
den Stein bei nachfolgenden Schmelzoperationen wieder mitbenutzt, solange es sein
Schwefelungsv ermögen erlaubt.
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Ist das Schwefelungsvermögen des Steines erschöpft, so wird er aus
dem Betrieb gezogen und in bekannter Weise, z. B. durch den Röstreaktionsprozeß
oder direkten Prozeß oder Konverterprozeß oder auf nassem Wege, weiterverarbeitet,
wobei die noch im Stein vorhandenen geringen Edelmetallmengen entweder aus dem Anodenschlamm
der Kupferelektrolyse oder aus den Rückständen der Löseprozesse gewonnen werden
können.
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Bei Vorhandensein hinreichender Mengen, z. B. von Kupferkies, läßt
sich ohne weiteres mit der Edelmetallgewinnung auch eine Kupfergewinnung verbinden,
indem man den für jede Schmelzbeschickung benötigten Stein von gewünschter Menge
und Konzentration in Form von Kupferkies der Charge hinzufügt und den erschmolzenen
edelmetallarmen Stein in einer der oben angedeuteten Weise weiterverarbeitet.
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Die Rohmetalle werden nötigenfalls einer Feuerraffination unterworfen
und dann mit Hilfe der Elektrolyse bzw. mit einem Löse-oder sonstigen Verfahren
weiterverarbeitet. Die Edelmetalle werden in Anodenschlämmen oder Rückständen ausgebracht
und nach bekannten chemischen oder hüttenmännischen Verfahren gewonnen.
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Reiche Schlacken, z. B. Raffinierschlacken; gelangen in den Betrieb
zurück oder werden für sich auf absetzbare Schlacke und Rohstein verschmolzen, der
in den - Prozeß zurückkehrt. Die Schlacken vom Steinschmelzen sind zumeist absetzbar.
Zusammensetzung der Schlacke: 35 bis 45 0/0 S102, 25 bis 35 0/0 Fe0, 1o bis 2o 0/0
Ca 0.
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Als Öfen kommen für den Prozeß solche in Betracht,, die nach den Grundsätzen
des Flammofens zu arbeiten gestatten, also Flammöfen selbst und Elelctroöfen.
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Zahlenbeispiel für Gekrätzarbeitnä,chdemKupferverfahren Verschmolzen:
3 59o kg Gekrätz und afrikanische Konzentrate (einschl. Zuschläge). Edelmetallgehalt
der gesamten Partie: 2 628 g Silber, I 78o g Platin, 899 g Gold, 277 g Palladium,
409 g Rh Ir RuOs.
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Zuschläge: edelmetallhaltiges Eisenoxyd, edelmetallhaltiger Kalk,
edelmetallhaltiger Stein aus vorhergehenden Schmelzen mit 65,1 0I0 Cu, Holzkohlenpulver.
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Kupfereinsatz: 59o kg Abfallkupfer. Schmelzofen: ein kleiner Flammofen
mit Wassergasfeuerung und einer Leistung von 750 kg in 24 Stunden.
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Die erschmolzene Schlacke (2 68o kg) enthielt: 6,6 g Au - o,ooo25
0/0, 23,o g Pt = o,ooo86 0/0, kein Pd, kein Rh Ir 0s Ru. Kupfergehalt der Schlacke
0,2 bis 1 0/0, Nikkelgehalt der Schlacke o,2 bis o,5 0/0, Schlakkenzusammensetzung
4o bis 45 0/0 Si 02, 40 0/0 Fe O, 16 0/0 Ca O.
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Der ausgebrachte Stein (48f kg) enthielt 71,4 0I0 Cu.
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Es betrug ferner der Edelmetallgehalt im:
| Zugesetzten Zunahme |
| Ausgebrachten Sein Stein im ausge- |
| 486 kg brachten |
| I99 kg Stein |
| Ag 0,312'/o;= 15=6,o g 1404,09 112,09 |
| Au o,o=7% - 82,6 g 12o,6 g - |
| Pt 9,0==% = 53,59 41,6 g 1i,9 g |
| Edelmetallausbringen im Rohkupfer: |
| Ag 2628,o g -112,o g - 2516,o g = 95,74°/0 |
| Au 899,o g - 6,6g=: 89:2,49= 99,2704 |
| Pt =789,o g- 34,9 g = I745,1 g = 9804% |
| Pd 2,77,1 9 = 277,I9=100,000/0 |
| Ir Rh Ru Os 409,09= 409,09=-100,001/, |
Das tatsächlicheAg-Au-Pt-Ausbringen liegt höher, und zwar im laufenden Betrieb etwa
bei-
99 °/o.- Denn in vorstehender Zusammenstellung ist das Edelmetallausbringen bei
Aufarbeitung des von Zeit zu Zeit aus dem Betrieb herausgezogenen Steines nicht
inbegriffen. Ferner setzt -sich der .Edelmetallgehalt der Schlacke in der Hauptsache
aus mitgerissenen und schlecht abgesetzten Steinperlchen zusammen, so daß bei Verwendung
geeigneter größerer Schmelzöfen sogar mit dem Erschmelzen absetzbarer Schlacken
zu rechnen ist.
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Die Vorteile des vorstehend geschilderten Verfahrens bestehen also
in einem raschen Ausbringen der Edelmetalle bei geringsten Verlusten und niedrigsten
Kosten, die je nach Wahl des Prozesses und dem Wert des Sammelmetalls vollkommen
bzw. größtenteils aus der Wertsteigerung durch das Umarbeiten der Abfallmetalle
zu Elektrolytmetallen bestritten werden können.