СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ШПЕЙЗЫ Российский патент 1995 года по МПК C22B7/00 C22B30/04 

Изобретение относится к цветной металлургии.

Известен способ переработки железооловянных, сплавов (авт.св. СССР N 281818, кл. С 22 В 7/00, 1969), в котором в нормальных условиях в расплавленную шпейзу вводят пирит путем загрузки на поверхность расплава и продувают расплав продуктами сжигания топлива, не содержащими свободного кислорода, при 1100-1400^oC. При 20%-ном расходе пирита происходит возгонка олова и свинца. Помимо возгонов получают вторичную шпейзу и шлак. Мышьяк извлекается в возгоны на 15%, а олово и свинец - на 80%. Основная же масса мышьяка (84% ) остается в расплавленном остатке (вторичной шпейзе) вместе с "нелетучими" металлами (железом, медью). При изменении режима окислительной продувки шпейзы в сторону большей глубины окисления расплава переход мышьяка в возгоны увеличивается. Таким образом, характерным свойством данного способа является способность отделения мышьяка либо от "летучих" металлов (олова, свинца), либо от "нелетучих" металлов (железа, меди). Способностью одновременного отделения мышьяка от "летучих" и "нелетучих" металлов известное техническое решение не обладает.

Известен способ переработки шпейзы (Лоскутов Ф.М. Металлургия свинца. М.; Металлургия, 1965, с. 456-462) путем плавки в нормальных условиях, т.е. при атмосферном давлении, в отражательной печи шихты, составленной из шпейзы и пирита в отношении 1:1. В результате получают штейн, обогащенную по мышьяку (вторичную) шпейзу, шлак и возгоны.

Недостатками способа являются низкое извлечение меди (80%) и свинца (65,8% ) в штейн, пригодный для последующей переработки; большие потери со шлаком меди (10%), свинца (4%) и золота (20%); необходимость дополнительной переработки обогащенной по мышьяку (вторичной) шпейзы. Mышьяк извлекается на 51-55% в возгоны и на 37,5-41,6% во вторичную шпейзу. Таким образом, способностью одновременного отделения мышьяка от "летучих" и "нелетучих" металлов указанный способ переработки шпейзы не обладает.

Известен также способ переработки шпейзы плавкой в электропечи с пиритом (Садилова Л. Г., Лоскутов Ф.М. Шпейза и способы ее переработки. - Бюл. цветной металлургии, ЦИИН, М., 1958, N 15(116), с. 29). Шпейза смешивается с 1,5 ч. пирита и плавится при атмосферном давлении без подачи воздуха. Получают богатый по меди штейн, шлак и обогащенную никелем шпейзу. Извлечение меди в штейн выше 90%. Основная масса мышьяка извлекается во вторичную шпейзу. Частично мышьяк извлекается в возгоны в виде сульфида. Шпейза состоит в основном из антимонида никеля. Таким образом, этот способ не обладает свойством селективного отделения мышьяка одновременно от меди, железа и никеля.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту является способ переработки шпейзы, включающий плавку шпейзы под давлением 35-40 мм рт. ст. и введение в расплав при 1000-1100^oC пирита в количестве 40-70% от массы шпейзы. Способ позволяет обеспечить следующие результаты: извлечение мышьяка в возгоны до 97-99%, а свинца, меди и железа в расплав практически полностью, т.е. обеспечивается отделение мышьяка от "летучего" металла - свинца и "нелетучих" металлов - меди и железа.

Существенными недостатками способа являются, во-первых, необходимость предварительного измельчения шпейзы и пирита до крупности менее 100 меш и, во-вторых, необходимость осуществления процесса плавки шпейзы в условиях вакуума. Необходимость проведения такой глубокой степени измельчения шпейзы неизбежно сопряжена с потерями ценных металлов на стадии измельчения шпейзы. Кроме того, оборудование для глубокого измельчения и для создания вакуума в системе является сложным в обслуживании. Не менее существенным недостатком является то, что каждая из этих операций и требует энергетических затрат, соизмеримых либо превосходящих аналогичные затраты на операцию непосредственной плавки смеси шпейзы и пирита.

Целью изобретения является повышение извлечения ценных компонентов, упрощение процесса и снижение энергозатрат.

Цель достигается тем, что в известном способе переработки шпейзы, включающем плавку при 1000-1100^oC в присутствии сульфидизатора, например пирита, последний в количестве 100-150% от веса шпейзы вводят в нижнюю часть ванны расплава шпейзы при помощи герметичной емкости, обеспечивающей вывод продуктов взаимодействия шпейзы и пирита со дна ванны расплава.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходную шпейзу загружают в печь, например, индукционную и расплавляют в нормальных условиях, т.е. при атмосферном давлении. По достижении 1000-1100^oC и расплавления шпейзы в нижнюю часть ванны расплава вводят пирит в количестве 100-150% от веса шпейзы. Пирит вводят на дно ванны расплава при помощи герметичной емкости, например при помощи колокола, не имеющего каких-либо отверстий в стенках, и удерживают таким образом пирит под колоколом на дне ванны. При введении пирита на дно ванны расплава при помощи колокола, не имеющего отверстий в стенках, продукты взаимодействия расплава и пирита выводятся из под нижней кромки колокола, т.е. со дна ванны. Таким образом, за счет принудительной фиксации пирита у дна ванны расплава создаются условия для направленной обработки расплава продуктами взаимодействия шпейзы и пирита, которые выводят в расплав исключительно из-под нижней кромки колокола, т.е. со дна ванны.

Продуктами взаимодействия шпейзы и пирита являются штейн и возгоны. В возгонах концентрируется основная масса мышьяка, а в штейне - основная масса остальных металлов.

П р и м е р. Способ проверен в полупромышленном масштабе при переработке шпейзы в индукционной тигельной печи ИСТ-0,16. Переработке подвергалась шпейза, содержащая, % : олово 10,8; мышьяк 11,9; медь 4,1; свинец 2,7; железо 57,2; сера 5. Шпейза (50 кг) загружалась в печь и расплавлялась. При 1050^oC в нижнюю часть ванны расплава вводили под колоколом, не имеющим отверстий в стенках, пирит в количестве 120% от веса шпейзы и удерживали в контакте с расплавом в течение 90 мин.

При плавке получены следующие продукты:
а) штейн, содержащий, %: олово 4,9; мышьяк 0,51; медь 1,9; свинец 1,35; железо 50,5, сера 29,5;
б) возгоны, содержащие, % : олово 2-5; мышьяк 50-52; медь 0,07-0,13; свинец 0,1-0,3; железо 0,25-0,7, сера 0,8-2,2.

Извлечение в штейн составило, %: олово 95,1; мышьяк 10,0; медь 99,0, свинец 97,3.

Извлечение мышьяка в возгоны составило 90%.

Полученный штейн направлялся на переработку одним из известных способов с целью извлечения ценных составляющих, возгоны подвергались захоронению.

Отличительными от прототипа признаками заявленного решения являются следующие:
а) количество пирита 100-150% от веса шпейзы;
б) введение пирита в нижнюю часть ванны расплава шпейзы при помощи герметичной емкости, обеспечивающей вывод продуктов взаимодействия шпейзы и пирита со дна ванны расплава;
в) проведение плавки при атмосферном давлении.

В известном источнике информации (Пономарева В.И. и др. Извлечение мышьяка из шпейзы. Труды ИМиО АН Каз. ССр, Алма-Ата, 1959, т. 1, с. 53-57) на основе известных физико-химических данных показана невозможность разделения шпейзы на ее составляющие путем плавки шпейзы при обычном давлении и низких температурах ввиду низкой упругости паров металлов: меди, железа, свинца, сурьмы и малой упругости диссоциации арсенидов металлов". В этом же источнике информации показана возможность отгонки мышьяка из шпейзы посредством сульфидирования шпейзы, т.е. путем разрушения арсенидов с образованием сульфидов металлов и отгонки мышьяка в виде сульфида мышьяка и(или) в виде металлического мышьяка, так как сульфид мышьяка и металлический мышьяк обладают высокой упругостью паров при сравнительно низких температурах и нормальном давлении.

При плавке шпейзы в смеси с пиритом происходит взаимодействие арсенидов металлов с пиритом по реакции
МеAs (шпейза) + FeS₂ (пирит) =
=MeS + As₂S₃ + As, где Mе - железо, медь, свинец, олово и др. металлы.

В зависимости от состава шпейзы, содержания в ней железа, меди, свинца и других металлов, стехиометрически необходимое количество пирита для осуществления указанной реакции находится в интервале 100-150% от веса шпейзы.

Таким образом, и изложенного очевидно, что для удаления мышьяка из шпейзы методом плавки с пиритом необходимо установить расход пирита на уровне 100-150% от веса шпейзы. Установление расхода пирита, меньшего чем стехиометрически необходимо для указанной реакции, приводит к тому, что мышьяк остается в расплаве в виде арсенидов и поэтому не может быть отогнан в возгоны. Больший, чем стехиометрически необходимый по реакции расход пирита, связан с разубоживанием продуктов плавки, усложнением извлечения из этих продуктов ценных компонентов.

В известных способах переработки шпейзы расход пирита находится в пределах 100-150% от веса шпейзы. Однако ни один из этих способов не обладает свойством одновременного отделения мышьяка и от "летучих" и от "нелетучих" металлов, т.е. свойством, проявляемым заявленным техническим решением.

Второй отличительный от прототипа признак известен (см. Горшков И.Е. Литье слитков цветных металлов и сплавов, ОНТИ НКТП СССР, Л. - М., 1937, с. 268). Этот признак представляет собой прием подачи флюса в расплав и удержания его в колоколе у дна ванны расплава. В данном источнике информации не имеется сведений о том, что при использовании в известных решениях приема перемешивания реагента-флюса (пирита) и расплава (шпейзы), проявляется свойство, характерное для заявленного решения, а именно способность одновременного отделения мышьяка и от "нелетучих" металлов (железа, меди, никеля), и от "летучих" металлов (олова, свинца). Общеизвестно, что само по себе использование приема перемешивания пирита и расплава шпейзы не связано однозначно со способностью селективного отделения одного металла, например, мышьяка, от других металлов (железа, олова, меди, никеля, свинца) из шпейз, т.е. из сплавов мышьяка с другими металлами.

Третий отличительный от прототипа признак, а именно проведение плавки при атмосферном давлении, известен из способов переработки шпейз. Однако ни в одном из известных способов переработки шпейз, осуществляемых при атмосферном давлении, не проявляется способность одновременного отделения мышьяка и от "нелетучих" металлов (железа, меди, никеля) и от "летучих" металлов (олова, свинца), т.е. свойство, проявляемое заявленным техническим решением.

Таким образом, каждый из указанных отличительных от прототипа признаков заявленного технического решения известен из других технических решений, однако проявляет в заявленном решении новое свойство. Это новое свойство заявленного технического решения проявляется в способности селективного отделения мышьяка от "летучих" и "нелетучих" металлов одновременно.

Нижний интервал температуры плавки шпейзы лимитируется температурой плавления шпейзы, находящейся в пределах 1000-1030^oC. Известно, что при температурах выше 1100^oC резко увеличивается возгонка сульфидов олова и свинца, которые оказываются в возгонах вместе с мышьяком. В связи с изложенным плавка шпейзы в заявленном техническом решении проводится, как и в известных технических решениях, при 1000-1100^oC.

Указанные отличительные от прототипа признаки позволяют упростить процесс переработки шпейз за счет исключения соответствующего оборудования и энергозатрат для создания вакуума в системе. Кроме того, исключается необходимость предварительного глубокого измельчения шпейзы до крупности менее 100 меш, что связано с исключением соответствующего оборудования и энергозатрат на операцию глубокого измельчения шпейзы и сопутствующим этой операции потерям ценных компонентов в процессе измельчения и пылеулавливания.

Использование: цветная металлургия, переработка промпродуктов с селективным разделением извлечением ценных компонентов. Сущность: шпейзу плавят при 1000 - 1100°С и атмосферном давлении и вводят пирит в количестве 100 - 150% от веса шпейзы на дно ванны распалава. Пирит удерживают на дне ванны с помощью колокола до полного взаимодействия пирита с компонентами шпейзы. 1 з.п. ф - лы.

1. СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ШПЕЙЗЫ, включающий плавку при 1000 - 1100^oС в присутствии сульфидизатора, например пирита, отличающийся тем, что, с целью повышения извлечения ценных компонентов, упрощения процесса и снижения энергозатрат, процесс ведут при атмосферном давлении, а пирит вводят на дно ванны расплава в количестве 100 - 150% от веса шпейзы и удерживают на дне. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для введения пирита на дно ванны расплава используют колокол.