СПОСОБ ВНУТРИПЕЧНОГО ОБЕДНЕНИЯ ШЛАКОВ В ПЕЧИ ВАНЮКОВА Российский патент 1996 года по МПК C22B7/04 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для переработки сульфидных медных, медно-никелевых, никелевых и свинцовых руд и концентратов. Применение автогенных процессов в пирометаллургии тяжелых цветных металлов приводит к более высоким потерям их с отвальными шлаками, чем в традиционных видах плавки на штейн (отражательная плавка, электроплавка). Поэтому технологические схемы, в которых используется автогенная плавка, содержат также и операции обеднения шлаков. Одной из наиболее распространенных тенденций является совмещенное в одном агрегате получение штейнов и обеднение шлака (внутрипечное обеднение). Такая организация технологичеcкого процесса обеспечивает получение в одном агрегате отвального шлака и богатого штей- на, что ведет к улучшению технологических показателей, обеспечивая, с одной стороны высокое извлечение, с другой стороны, снижение материальных, энергетических и капитальных затрат на получение металла. При этом установлено, что наилучший эффект на снижение потерь металлов с отвальными шлаками оказывает комплексная обработка восстановительными и сульфидирующими реагентами. Внутрипечное обеднение шлака реализовано в модифицированных печах взвешенной плавки, применяемых на заводе "Tamano" в Японии при получении медных штейнов и на заводе "Kalgoorlie" в Австралии при получении никелевых штейнов [Итоги науки и техники. Металлургия цветных металлов. Изд. ВИНИТИ, 1988 г. Т.18, с. 3-67] Недостатками технологии является высокий расход углеродсодержащего восстановителя и электроэнергии, а также недостаточно высокая степень извлечения цветных металлов.

Наиболее близким к заявляемому является способ внутрипечного обеднения шлаков в двухзонной печи Ванюкова, включающий плавку исходных материалов на штейн в плавильной зоне печи и восстановительно-сульфидирующую обеднительную обработку шлака в обеднительной зоне, осуществляемую за счет одновременного создания восстановительных условий при подаче углеродистого материала (природного газа или угля) и сульфидизатора- иприта [Исследование возможности обеднения шлаков в печи Ванюкова. Комков А.А. Васкевич А.Д. Панфилов В.П. Гершман Л.С. /Цветные металлы, 1991, N2, с. 18-20] Этот способ выбран в качестве прототипа. Способ наряду с рядом достоинств имеет и н достатки, которые обусловлены введением в процесс балластных компонентов железа и серы. Увеличение входного потока железа в форме пирита вынуждает увеличивать поток флюсов для ошлакования железа, при этом увеличивается поток отвального шлака. Шлакоотвалы занимают значительные территории, изымая их из рационального землеиспользования, взаимодействие отвальных шлаков с атмосферными факторами приводит к химическому загрязнению земель и грунтовых вод. Увеличение же количества серы, также подаваемого в печь в форме пирита, создает дополнительные трудности при нейтрализации и утилизации отходящих газов, в конечном счете выбросы серы в атмосферу неизбежно возрастают. В основу настоящего изобретения положена задача создания способа внутрипечного обеления шлаков в печи Ванюкова, который позволил бы уменьшить количество отвальных шлаков и снизить выбросы серы в атмосферу.

Поставленная задача решается тем, что в способе внутрипечного обеднения шлаков в печи Ванюкова, включающем обеднительную обработку шлака плавильной зоны в обеднительной зоне путем подачи сульфидирующих и восстановительных реагентов в слой барботируемого расплава согласно изобретению, в качестве сульфидирующего реагента для обеднения используют материал, содержание цветных металлов в котором не ниже, чем в исходном сырье.

В качестве такого материала может использоваться концентрат или руда аналогичные по составу загружаемым в плавильную зону, твердые штейны, медный или никелевый концентраты от флотационного разделения файнштейна. При этом достигается снижение количества отвального шлака и снижения количества выбросов серы, приходящихся на единицу веса полученного продукта (штейна).

Сущность заявленного способа заключается в следующем: загруженный в обеднительную зону сульфидирующий реагент образует сульфидный расплав, капли которого, перемешиваясь со шлаком плавильной зоны действуют как коллектор цветных металлов, присутствие в системе восстановительных компонентов обеспечивает поддержание низкого парциального давления кислорода. Именно этот комплекс физико-химических факторов в сочетании с высокой температурой и интенсивным барботажем и дает эффект обеднения шлаков. При применении пирита в качестве сульфидизатора термодинамика протекающих в печи процессов та же, но использование пирита связано с упомянутыми выше негативными факторами: увеличением выхода отвального шлака и увеличением выбросов серы. Влияние этих негативных факторов проявляется не столько на самом переделе плавки в печи Ванюкова, сколько на комплексе переделов плавка+конвертирование. Это связано с тем, что, в ходе внутрипечного обеднения происходит разбавление штейна, образующегося в плавильной зоне штейном, формирующимся при расплавлении сульфидизатора, в итоге на выходе из плавильно-обеднительной печи получается обедненный штейн. При продувке такого штейна в конвертере формируется значительно большее количество конвертерного шлака, который также подлежит обеднению перед направлением в отвал. Одновременно в конвертерные газа переходит "лишняя" серы, попавшая в металлургическое производство в виде сульфидизатора на стадии плавки. Таким образом замена типа сульфидизатора, предлагаемая в данном изобретении сказывается на улучшении экологических показателей не только передела плавки, но и всего пирометаллургического производства.

Способ осуществляется следующим образом: исходная сульфидная шихта совместно с флюсами и оборотами загружается в плавильную зону печи Ванюкова, расплавление происходит в слое перемешиваемой дутьем шлака-штейновой эмульсии. Расслаивание шлака и штейна происходит в спокойном подфурменном слое расплава. Образующийся богатый штейн непрерывно выпускается из печи через сифон, примыкающий к плавильной зоне. Шлак перетекает в обеднительную зону, где происходит его обеднение при взаимодействии в восстановительно- сульфидирующих условиях с сульфидирующим материалом, загружаемым в обеднительную зону. При этом образуется отвальный шлак, непрерывно удаляемый через соответствующий сифон, и штейн, который в донной части печи объединяется со штейном плавильной зоны. Газы, образующиеся в плавильной и обеднительной зонах печи совместным потоком удаляются из нее через аптейк. Штейн из печи Ванюкова транспортируется в конвертеры, где подвергается продувке. Образующийся при конвертировании шлак заливается в плавильную зону печи Ванюкова, перемешиваясь с плавильным шлаком и обедняясь совместно с ним, или подвергается обеднению в отдельном агрегате. Конвертерные серусодержащие газы, также как и газы печи Ванюкова направляются на производство серной кислоты.

Примеры осуществления способа.

Пример 1. (По прототипу) В двухзонную печь Ванюкова загружали медный концентрат состава, мас. Cu 20; Ni 3; Fe 30; S 32; SiO₂ 8; СаО 0.6; влага 6 в количестве 60 т/час и кварцевый флюс в количестве, обеспечивающем получение на выходе из печи шлака с содержанием SiO₂ 31% Расход кислородсодержащего дутья в плавильной зоне обеспечивал формирование штейна с содержанием меди 65% (как и в последующих примерах). Шлак в обеднительной зоне повергался восстановительно-сульфидирующей о работке пиритом состава, мас. Cu 0.7; Fe 38; S -43.5; SiO₂ 5.8; прочие 12.7. Расход сульфидизатора во всех примерах подбирали исходя из требования образования сульфидной извлекающей фазы, масса которой была бы равной 0.1 от массы обедняемого шлака, и в данном примере он составил 6.75 т/час пиритного концентрата. Отвальный шлак на выходе из печи содержал 0.55% Cu. Выход штейна на выходе из печи составил 20.7 т/час, содержание меди в нем 53.4% Таким образом введение иприта в качестве сульфидизатора приводит, как видно, к значительному разубоживанию штейна. Выход отвального шлака (с учетом внутрипечного обеднения всего конвертерного шлака) составил 45,9 т/час. При этом образовывалось 28200 нм³/час отходящих газов ПВ с содержанием SO₂ 38.5% (объемных). При конвертировании штейнов в газы дополнительно переходил сернистый ангидрид в количестве 3430 нм³/час. Общий выход SO₂ составил 142290 нм³/час.

Пример 2. (По предлагаемому способу) Опыт осуществляли в условиях аналогичных примеру 1. Отличие заключалось в том, что в качестве сульфидирующего реагента в обеднительную зону загружался медный концентрат того же состава, что и в плавильную зону в количестве 5.7 т/час. Выход штейна составил 20.7 т/час с содержанием меди 58.4% Выход отвального шлака (с учетом внутрипечного обеднения всего конвертерного шлака) составил 44.2 т/час, содержание меди в нем 0.5% При этом образовывались отходящие газы ПВ, в которых содержалось 10300 нм³/час SO₂. При конвертировании штейнов в газы дополнительно переходил сернистый ангидрид в количестве 3180 нм³/час. Общий выход SO2 составил 13480 нм³/час.

Пример 3. (По предлагаемому способу) Опыт осуществляли в условиях аналогичных примеру 1. Отличие заключалось в том, что в качестве сульфидирующего реагента в обеднительную зону загружался твердый дробленый до крупности -30 мм медный штейн с содержанием меди 45% в количестве 3.9 т/час. Выход штейна из печи ПВ составил 20.7 т/час с содержанием меди 61.6% Выход отвального шлака (с учетом внутрипечного обеднения всего конвертерного шлака) составил 41.7 т/час, содержание меди в нем 0.5% При этом образовывались отходящие газы ПВ в которых содержалось 9970 нм³/час SO₂. При конвертировании штейнов в газы дополнительно переходил сернистый ангидрид в количестве 3080 нм³/час. Общий выход SO₂ составил 13050 нм³/час.

Пример 4. (По предлагаемому способу) Опыт осуществляли в условиях аналогичных примеру 1. Отличие заключалось в том, что в качестве сульфидирующего реагента в обеднительную зону загружался твердый медный концентрат от флотационного разделения файнштейна состава, мас. Cu- 71; Ni - 4.1; Fe 3.4; S 19.4 в количестве 3.9 т/час. Выход штейна из печи ПВ составил 20.7 т/час с содержанием меди 66.6% Выход отвального шлака (с учетом внутрипечного обеднения всего конвертерного шлака) составил 40.25 т/час, содержание меди в нем 0.5% При этом образовывались отходящие газы ПВ, в которых содержалось 9970 нм³/час SO₂. При конвертировании штейнов в газы дополнительно переходил сернистый ангидрид в количестве 2980 нм³/час. Общий выход SO₂ составил 11950 нм³/час.

Данные, позволяющие сопоставить заявленный способ с прототипом приведены в таблице.

Как видно из приведенных данных, применение в качестве сульфидирующих реагентов при обеднении материалов с содержанием цветных металлов не ниже, чем в исходном сырье обеспечивает снижение удельного выхода отвального шлака и уменьшение объема отходящих газов по сравнению с прототипом, обеспечивая тем самым положительный эффект, заключающийся в улучшении экологических показателей производства. Кроме достижения экологического эффекта в заявляемом способе, по сравнению с прототипом увеличивается извлечение цветных металлов, снижается удельный расход кислородсодержащего сырья и флюсующих добавок. ТТТ1

Использование:изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при переработке сульфидных руд и концентратов тяжелых цветных металлов. Сущность: в качестве сульфидирующего реагента при восстановительно-сульфидирующей обработке шлака плавильной зоны в обеднительной зоне двухзонной печи Ванюкова используют материал, содержание цветных металлов в котором не ниже,чем в исходном металлсодержащем сырье. В качестве такого материала может использоваться концентрат, аналогичный по составу исходному, твердый штейн или концентрат от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна.1табл.

1. Способ внутрипечного обеднения шлаков в печи Ванюкова, включающий обеднительную обработку шлака плавильной зоны в обеднительной зоне за счет подачи сульфидирующих и восстановительных реагентов в слой барботируемого расплава, отличающийся тем, что в качестве сульфидирующего реагента для обеднения используют материал, содержание цветных металлов в котором не ниже, чем в исходном сырье. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сульфидирующего реагента используют руду или концентрат, аналогичные по составу загружаемым в плавильную зону. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сульфидирующего реагента используют твердые штейны. 4. Споcоб по п.1, отличающийся тем, что в качестве сульфидирующего реагента используют концентраты флотационного разделения медноникелевого файнштейна.