熔煉法富集鉑族金屬(melting concentration of platinum group metal)

熔化爐料使所含微量貴金屬富集在重有色金屬或锍中的過程。工業上廣泛用于處理各類含貴金屬的共生硫化礦，低品位鉑礦和含鉑族金屬的廢雜物料，為重要的鉑族金屬富集方法之一。

原理貴金屬和銅、鎳、鈷、鉛等重有色金屬及鐵有相同的晶格結構和接近的晶格半徑，在熔融狀態下貴金屬可部分取代重有色金屬，以類質同象進入重有色金屬硫化物晶格或與重有色金屬形成固溶體合金或金屬間化合物。因此，重有色金屬及其合金、熔锍都是貴金屬的有效捕集劑。分析上所用的傳統火試金法就是利用這一原理來富集和檢測礦石中微量乃至痕量貴金屬的。用硫化鎳或硫化銅的試金法甚至可捕集礦石中僅含10^-6％～10^-7％的超微量鉑族金屬。

熔煉富集的一般規律是：(1)還原熔煉時，幾乎所有貴金屬都不進入爐渣，當熔體锍和渣或金屬和渣兩相平衡時，貴金屬被捕集在锍或金屬中；(2)氧化熔煉或吹煉時，鋨、釘部分損失入渣，部分揮發損失入煙塵，其他貴金屬在渣中的損失也相應較多(約1％)。爐渣返回還原熔煉或單獨電爐貧化，使大部分貴金屬重新回收到锍中；(3)熔體為锍、金屬、渣三相時，絕大部分貴金屬被捕集在金屬相中，少量在锍中。在銅鎳锍吹煉為金屬化高锍、銅锍吹煉為粗銅或硫化鎳吹煉為粗鎳等過程中，貴金屬都分別被捕集在銅鎳合金、粗銅、粗鎳中；(4)當熔體的Ni₃S₂和Cu₂S兩相平衡(如用芒硝對銅鎳高锍分層熔煉)時，鉑族金被捕集在Ni₃S₂重相中，銀集中在Cu₂S—Na₂S輕相中。

含鉑族金屬銅鎳共生硫化礦熔煉南非、俄羅斯、加拿大、中國都用熔煉法處理含貴金屬銅鎳共生硫化礦的浮選精礦。熔煉和氧化吹煉獲得富集了貴金屬的高鎳锍。再用高鎳锍提鉑族金屬的方法分離和提取鎳、銅、鈷、金、銀、鉑族金屬等有價金屬。熔煉設備主要用電爐、閃速爐，也可用鼓風爐、反射爐。吹煉主要用酸性耐火材料內襯的臥式轉爐。

南非呂斯騰堡(Rustenburg)鉑礦公司冶煉廠用電爐熔煉含鉑族金屬110～150g／t、銅2％～2．3％、鎳3．5％～4．0％的浮選精礦，富集了貴金屬的銅鎳鐵锍定期放入轉爐，用含氧25％的富氧空氣吹煉除鐵，產出的高鎳锍捕集了原精礦中99％以上的鉑族金屬。各段物料和產物的典型成分如表所列。

從浮選精礦到產出銅鎳高锍的物料變化情況

中國金川有色金屬公司用類似工藝流程處理含鉑族約1g／t的銅鎳共生硫化礦浮選精礦，產出鉑族金屬品位20g／t的高鎳锍，鉑族金屬回收率98％～99％。在轉爐吹煉锍除鐵時，銅、鎳、硫化物也部分氧化，銅、鎳氧化物和熔體中的硫化物交互反應使熔體中產生銅鎳合金相。當其產率為高鎳锍的10％～15％時，可捕集90％以上的鉑族金屬和金。高鎳锍經緩冷、磨細、磁選后，從銅鎳合金提鉑族金屬可簡化提取工藝，提高回收率。

中國沈陽、上海、白銀、云南等地的大型銅冶煉廠，在熔煉硫化銅精礦時也按比例配入含金約100g／t、性贊和成分復雜且難用現有提金技術回收的金精礦，使金捕集在銅锍中。銅锍吹煉時大部分金富集在吹煉前期產出的少量爐底銅中，爐底銅的貴金屬品位很高。若先分離這些粗銅，剩下的銅锍繼續吹煉可產出基本不含貴金屬的粗銅。含貴金屬的粗銅電解精煉后，從陽極泥中回收貴金屬。同理，一些低品位(0．01％～0．1％)難處理的鉑族金屬廢料也可用上述方法富集回收。

低品位鉑礦熔煉礦石中的鉑族金屬、銅、鎳品位均較低時，用通常的選冶方法難以經濟地回收這些有價金屬。如果用低品位鉑礦和磷灰石配料熔煉鈣鎂磷肥，使爐渣由無價轉化為有價，同時回收有價金屬則是一種綜合利用率高、簡單有效的方法。含鎂較高的滑石型或橄欖石型低品位鉑礦石，用磷灰石配料后直接用鼓風爐或電爐熔煉。熔煉時控制還原氣氛使礦石中的氧化鐵少量還原，同時使鉑族金屬、金、銀被捕集在鎳磷鐵中。所得含鈣、鎂、硅、鋁、磷的氧化物熔煉爐渣經水淬，使其中的αCa₃(PO₄)。轉化為易被植物吸收的β-Ca₃(PO₄)₂和3Ca₃(PO₄)₂·CaF₂，磨細后即為鈣鎂磷肥。中國云南朱布地區的低品位鉑礦，含鉑族金屬約2g／t、Ni0．19％、Cu0．22％、CaO8．9％、MgO24．5％、SiO₂40．7％，用含CaO42％、。P₂O₅30％、SiO₂16．7％的磷灰石配料，使混合料的MgO：SiO₂≈1、MgO：P₂O₅≈3，入鼓風爐加焦炭熔煉。爐渣經水淬磨細后，含有效P₂O₅17％～18％，作鈣鎂磷肥出售。爐底放出的鎳磷鐵產率為鉑礦石的8％～9％，含鐵78％、磷12％、鎳和銅各約3．5％、鉑族金屬20g／t。鉑族金屬回收率可達95％以上。鎳磷鐵加硅石再在反射爐中吹煉除鐵、磷，水淬渣也可作磷肥。反射爐產出的合金含鎳和銅約75％、磷6．5％、鉑族金屬和金500g／t，貴金屬回收率達95％。合金可熔鑄成陽極板后電解分離鎳、銅，從陽極泥中提取貴金屬。該方法在同時擁有低品位鉑礦石和磷灰石資源的交通便利地區，易實現工業化。

含鉑族金屬廢雜物料熔煉一些含鉑族金屬的廢雜物料來源分散，成分復雜，品位波動大，直接用濕法冶金方法提取因回收率低而不經濟，往往采用加銅或鐵作捕集劑進行熔煉，使大量非有價成分造渣分離，然后從富集了鉑族金屬的銅或鐵中進一步提取鉑族金屬。(見鉑族金屬再生)。這類物料主要有難以分類處理的低品位合金廢料、雜料(多含銅)，硝酸生產產出的氨氧化塔爐灰(含鉑族金屬1％～5％，鐵20％～30％)，汽車尾氣凈化廢催化劑(以硅鋁氧化物為載體)，玻璃、玻璃纖維生產中使用鉑族金屬坩堝或漏板材料產生的含鉑族金屬耐火磚、玻璃渣(以硅、鋁酸鹽為主)等。當含鉑族金屬廢雜物料本身含銅或鐵時，可直接熔煉，否則須加入適量鐵粉。熔煉的關鍵是熔煉溫度要高，選擇好合適的渣型和渣成分，使渣和捕集了貴金屬的金屬相能有效分離。