Интенсификация технологических процессов в производстве олова

В.Е. Дьяков 
 
 
 
 
 
 
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 
В ПРОИЗВОДСТВЕ ОЛОВА 
 
монография 
 
 
 
 
 
Vitaly E. Dyakov 
 
INTENSIFICATION OF TECHNOLOGICAL 
PROCESSES IN TIN PRODUCTION  
(monograph) 
2021 
 
 
 
 
 
 
 
Москва 
2021 

УДК 669 
ББК 34.3 
Д93 
 
Рецензенты: 
 
Олейникова Н.В. – профессор кафедры металлургии цветных металлов 
Института цветных металлов и материаловедения ФГОАУ ВО «Сибирский федеральный университет», доктор технических наук. 
Кокоева Н.Б. – кандидат технических наук, доцент кафедры металлургии 
цветных металлов и автоматизации металлургических процессов ФГБОУ ВО 
СКГМИ (ГТУ). 
 
Дьяков В.Е. 
Д93 Интенсификация технологических процессов в производстве олова: 
монография / В.Е. Дьяков. – Москва: БИБЛИО-ГЛОБУС, 2021. – 250 с. 
 
ISBN: 978-5-907063-74-7 
doi: 10.18334/9785907063747 
 
В  монографии обобщаются работы химико-металлургической лаборатории  опытно-исследовательского цеха Новосибирского оловянного комбината 
по интенсификации технологических переделов производства олова.  
Обобщены исследования по разработке технологии и аппарата непрерывного хлор-аммонийного обжига концентратов с регенерацией реагента и возвратом его в оборот для перевода примесей в растворимую форму. 
Приведены результаты разработки противоточного вибрационного аппарата выщелачивания концентратов от примесей с одновременной промывкой 
и обезвоживанием продукта. 
Монография касается поиска вариантов селективного низкотемпературного восстановления оловянного концентрата, и в частности под воздействием 
пучка электронов ускорителя и фьюмингования шлаков в струе плазмы. 
Кроме промышленно не освоенных проектов в монографии приведена 
практика использования комплексного извлечения тантала, вольфрама как продолжение предыдущей монографии. 
Ключевые слова: выщелачивание, вибрация, ультразвук, обжиг, восстановление, ускоренные электроны, электроплавка, тантал, вольфрам, фьюмингование. 
 

ISBN 978-5-907063-74-7 
© Дьяков В.Е., 2021 
© Оформление, дизайн обложки  
  Издательский дом «БИБЛИО-ГЛОБУС», 2021 

Оглавление 
 

ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................... 7 

ГЛАВА 1. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ 
ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ............................. 8 

1.1. Интенсификация выщелачивания оловянных 
                концентратов в виброкипящем слое .................................... 8 
1.2. Интенсификация процесса выщелачивания 
                под воздействием ультразвука ........................................... 28 
1.2.1. Интенсификация выщелачивания вольфрама 
                   из  шлаков .......................................................................... 31 
1.3. Интенсификация отделения шламов  из растворов ......... 36 
1.4. Интенсификация гидропроцесса под воздействием 
                давления ................................................................................ 40 
1.5. Гидрометаллургические процессы в извлечении 
                попутных металлов из оловянного сырья ......................... 55 
1.5.1. Концентрирование серебра .............................................. 56 
1.5.2. Извлечение тантала ........................................................... 57 
1.5.3. Извлечение вольфрама ..................................................... 59 
1.5.4. Гидрометаллургические операции, сопутствующие 
                   производству олова .......................................................... 64 

ГЛАВА 2. ОБЖИГ КАК АКТИВАТОР ОЧИСТКИ 
ОЛОВЯННОГО СЫРЬЯ ..................................................................... 73 

2.1. Обжиг как активатор интенсификации очистки 
                концентратов от примесей .................................................. 73 
2.2. Хлоридно-сульфатизирующий обжиг для переработки 
                бедного комплексного сырья .............................................. 86 
2.3. Подготовка бедного оловянного сырья к термическому 
                разложению для комплексной переработки ................... 103 

2.4. Вакуумтермическая переработка мышьяксодержащих 
                оловопродуктов .................................................................. 114 
2.5. Деарсенизирующий обжиг сульфидных 
                полупродуктов в производстве олова .............................. 137 

ГЛАВА 3. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ 
ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОЛОВА ........................... 149 

3.1. Восстановление касситерита ударным воздействием 
                и механической активацией .............................................. 149 
3.2. Низкотемпературное восстановление олова 
                из оловянного сырья .......................................................... 156 
3.3. Восстановление олова из оловянного сырья 
                облучением на электронном ускорителе ......................... 165 

ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРОПЛАВКА И ФЬЮМИНГОВАНИЕ 
КАК ИНТЕНСИФИКАТОРЫ РАЗЛОЖЕНИЯ СЫРЬЯ ........... 173 

4.1. Интенсификация технологических регламентов 
                электроплавки разного оловянного сырья ...................... 173 
4.2. Сопутствующее извлечение ценных металлов 
                из техногенных отходов электроплавкой ....................... 196 
4.3. Интенсификация процесса фьюмингования 
                оловянных полупродуктов ................................................ 207 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................... 228 

Цитируемая литература ..................................................................... 229 

 
 
 

Аннотация 
 
 В авторской монографии обобщается практика опытно-исследовательских работ по интенсификации технологических переделов производства олова с целью создания перспективных технологий и разрешения частных узких мест. 
Особое внимание уделено интенсификации очистки концентратов 
от трудноудаляемых примесей при их плавке и рафинировании. Для 
этого разработан полупромышленный виброаппарат противоточного 
выщелачивания концентратов от железа, висмута, вольфрама с промывкой и обезвоживанием продукта. В последовательность этому по стабилизации очистки концентратов перед плавкой проводились работы по 
интенсификации процесса сульфат-хлорирующего обжига от примесей 
железа, серы, мышьяка. Разработана технология и аппарат обжига концентратов с хлористым аммонием с регенерацией реагента в оборот и 
перевода серы в растворимый сульфат железа. Однако значимость освоения этих работ отпала в связи с успехами разработки центробежного и 
вакуумного рафинирования олова. Исследования по технологии обжига 
продолжены в направлении переработки отвальных сульфидных хвостов. Итогом работы по хлоридно-сульфидирующему обжигу сульфидных хвостов стало использование метода в переработке текущих трудноперерабатываемых промпродуктов с выделением нетоксичного сульфида мышьяка и оловянного огарка для фьюминга. 
Отдельное внимание уделено поиску селективного низкотемпературного восстановления оловянного концентрата. Приведены результаты исследования совместно с институтами СО РАН по восстановлению концентрата истиранием, под давлением взрыва, под воздействием 
пучка электронов ускорителя. 
Обобщены работы по интенсификации процессов электроплавки и 
фьюмингования для переработки отдельных видов сырья и комплексного извлечения тантала, вольфрама.  
Ключевые слова: выщелачивание, вибрация, ультразвук, обжиг, 
восстановление, ускоренные электроны, электроплавка, тантал, вольфрам, фьюмингование. 

Abstract 
 
The author's monograph summarizes the practice of experimental 
research on the intensification of technological processing of tin production 
in order to create promising technologies and solve private bottlenecks. 
Special attention is paid to the intensification of the purification of 
concentrates from difficult-to-remove impurities during their melting and 
refining. For this purpose, a semi-industrial vibration apparatus for 
countercurrent leaching of concentrates from iron, bismuth, and tungsten with 
washing and dewatering of the product has been developed. In order to 
stabilize the purification of concentrates before melting, work was carried out 
to intensify the process of sulfate-chlorinating roasting from iron, sulfur, and 
arsenic impurities. The technology and apparatus for roasting concentrates 
with ammonium chloride with the regeneration of the reagent in circulation 
and the conversion of sulfur into soluble iron sulfate have been developed. 
However, the importance of mastering these works has disappeared due to the 
success of the development of centrifugal and vacuum refining of tin. 
Research on roasting technology continued in the direction of processing of 
dump sulfide tailings. The result of the work on the chloride-sulfiding 
roasting of sulfide tailings was the use of the method in the processing of 
current difficult-to-process industrial products with the release of non-toxic 
arsenic sulfide and tin stub for fusing. 
Special attention is paid to the search for selective low-temperature 
reduction of tin concentrate. The results of a study jointly with the institutes 
of the SB RAS on the recovery of concentrate by abrasion, under the pressure 
of an explosion, under the influence of an accelerator electron beam are 
presented. 
The work on the intensification of the processes of electric melting and 
fusing for the processing of certain types of raw materials and the complex 
extraction of tantalum and tungsten is summarized. 
Keywords: leaching, vibration, ultrasound, roasting, reduction, 
accelerated electrons, electric melting, tantalum, tungsten, fusing.

ВВЕДЕНИЕ 

Успешное функционирование металлургического предприятия 
в условиях изменения состава сырья, объемов и цен на продукцию, 
энергоресурсы зависит от своевременного выявления тормозящих 
факторов, чтобы непрерывно решать задачи по интенсификации отдельных переделов.  
Значимость решения проблем отрасли отличается от оперативного устранения неполадок технологии производства завода. 
Оперативное решение возникающих неполадок стимулирует работников к внимательному наблюдению за техпроцессом, делает их 
соучастниками творческого отношения к делу.  
Примером вовлечения коллектива в творческий процесс решения заводских проблем показывал Сутурин С.Н., начальник опытноисследовательского цеха Новосибирского оловянного комбината. 
Увлеченный идеей рафинирования олова, обсуждал эту задачу с каждым инженером, плавильщиком и привел коллективный труд 
к успешному освоению центробежного и вакуумного рафинирования 
олова. Работа отмечена присуждением Государственной премии РФ. 
Работа проводилась с широким привлечением внимания многих 
исследовательских институтов. Особенное отеческое, бескорыстное 
внимание оказывал директор ИНХ СО РАН академик А.В. Николаев. 
Взаимодействию со многими институтами способствовала увлеченность новыми идеями начальника цеха, а впоследствии главного 
инженера А.П. Дугельного.  
Успешно освоенные технологии описаны в предыдущих монографиях, но многие выполненные разработки изобретений оказались 
промежуточными и невнедренными. 
 В настоящей монографии обобщены работы и изобретения по 
интенсификации отдельных переделов производства олова. 
 

ГЛАВА 1. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ 
ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 

 
На определенных этапах развития технология производства 
олова сопровождалась трудоемкими операциями, связанными с повышенным содержанием железа, свинца в оловянных концентратах. При 
рафинировании чернового олова от таких примесей, как Fe, Bi, Pb, образуется большое количество оловосодержащих отходов с выходом 
до 8% олова в обороты. Поэтому перед восстановительной плавкой 
оловянные концентраты подвергали гидрометаллургической очистке 
от примесей. 
 

1.1. Интенсификация выщелачивания оловянных 
концентратов в виброкипящем слое 
 
Процесс очистки концентратов являлся существенным переделом в общей технологии завода, так как из общего количества концентрата, перерабатываемого заводом, 40% подвергалось гидрометаллургической обработке. Очистку от примесей проходило значительное количество концентратов, отличающихся по химическому 
и минералогическому составу, и наибольший удельный вес занимали 
концентраты Солнечный – 20% и Депутатский – 18%. Обогащенный 
Солнечный концентрат содержит 30–37% фракции 0,3–0,21 мм, в которой содержатся 8,4% железа и 1,97% свинца. В Депутатском концентрате наибольшее количество железа 5,7% содержится в классе 
0,3–0,21 мм, которого содержится в концентрате 21,2%. Железо в концентрате представлено окисленными минералами лимонитом, гематитом и вольфрамитом. Такой состав концентратов препятствовал получению олова электроплавкой. Поэтому для оптимизации рафинирования выплавленного олова содержание примесей в выщелоченном 
концентрате должно быть не более 1,5% Fe; 0,004% Bi; 0,06% Pb. 

Выщелачивание производилось во вращающихся барабанных 
агитаторах под давлением 2 атм в технической 27%-ной соляной кислоте при 110оС. Через люк загружается 6 т концентрата, заливается 
соляная кислота (уд. вес 1,14) в соотношении т:ж = 1:0,2 –1:0,6, – 
и приводится во вращение со скоростью 5–6 об/мин в течение 2–6 часов с обогревом острым паром до температуры 110°С под давлением 
2 атм. При содержании железа выше 8% агитация проводится дважды. После выщелачивания раствор сифонится в отстойник, а затем 
в нейтрализатор. Концентрат промывался 3–5 раз водой, заливаемой 
в агитатор по I м3, и после промывки разгружался на нутч-фильтр, где 
обезвоживается до влажности 6%. В выщелоченных концентратах содержание Fе снижалось от 5–14% до 0,5–1,5% [1.1]; [2.1]. 
Подготовка концентрата периодическим выщелачиванием в течении 2–6 часов не соответствовала  требованиям непрерывного процесса плавки в электропечах и требовала поиска новых решений. Недостатком выщелачивания в барабане является то, что вначале легкорастворимые примеси из мелкой фракции растворялись в исходной 
концентрированной кислоте, а отработанные растворы, содержащие 
до 180 г/л НС1, длительно взаимодействуют с труднорастворимыми 
минералами, и поэтому кислота все-таки недостаточно используется.  
Опыты показали возможность выщелачивания оловянного концентрата отработанными растворами с кислотностью 180–100 г/л НС1 
при 65–75°С на начальном этапе в противоточном режиме, а на конечной стадии в этом случае выщелачивание будет проводиться концентрированной кислотой. Степень очистки концентрата от железа 
при 65°С имеет значительную величину даже в растворах, содержащих менее 100 г/л НС1. В то же время на конечных стадиях выщелачивания, когда в основном удалены легкодоступные участки включения гематита, степень растворения железа зависит от скорости перемешивания, что объяснялось замедленной диффузией образующегося 
хлорного железа из внутренних полостей частиц концентрата.  

Это объясняется тем, что диффузионные факторы оказывают 
влияние в конечных стадиях процесса при извлечении железа из внутренних пор частиц. Продукт реакции отлагается на поверхности кристалла, а образовавшаяся таким образом пленка уменьшает поверхность взаимодействия, увеличивает путь диффузии реагента, отчего 
скорость реакции замедляется [3.1].  
Обзор литературы показал возможность использования виброколебаний для интенсификации гидрометаллургических процессов в 
условиях воздействия диффузионных факторов и для противоточного 
перемещения концентрата относительно стока кислоты. Для оценки 
необходимых параметров проведены исследования влияния виброколебаний на кинетику выщелачивания оловянных концентратов от железа и свинца. 
 

 

Рис. 1.1. Стенд исследования кинетики вибровыщелачивания 
оловянных концентратов 
Основные узлы: 1 – вибростенд; 2 – ячейка выщелачивания; 
3 – термостат обогрева. 
 
Исследования влияния виброколебаний на процесс выщелачивания проводили на вибростенде УРС-157 конструкции Механобра. Амплитуда на вибростенде устанавливалась смещением дебалансных