СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО КОНВЕРТИРОВАНИЯ МЕДНЫХ СУЛЬФИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК C22B15/06 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для переработки на металл медных и медно-никелевых штейнов, медных концентратов от разделения медно-никелевых файнштейнов и других медных твердых и жидких материалов.

Традиционный способ конвертирования в горизонтальных конвертерах, применяемый в технологических схемах производства цветных металлов из сульфидного сырья не отвечает современным требованиям экологического характера, с трудом совмещается с непрерывными плавильными процессами. Наличие предела конвертирования в горизонтальных конвертерах обуславливает образование больших внутрицеховых потоков промпродуктов, для чего используется сложное и дорогостоящее крановое хозяйство [Ванюков А.В. Уткин Н.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья. Челябинск: Металлургия, 1988 г.

Эти причины стимулируют поиск альтернативы традиционному периодическому процессу конвертирования. Известны различные предложения по процессам непрерывного конвертирования. Однако лишь один из этих способов, известный как процесс "Мицубиси", получил промышленное применение [Худяков И.Ф. и др. Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов. М. Металлургия, 1993, с. 76 78] В данном процессе, представляющем непрерывную поточную схему производства черновой меди, передел непрерывного конвертирования осуществляется в частично кессонированной печи овальной формы с низким уровнем расплава. Подача дутья (содержание кислорода не более 25 - 30%) осуществляется через верхнюю вертикальную фурму, сгорающую и возобновляемую по мере протекания процесса. Этот способ непрерывного конвертирования, включающий непрерывную подачу дутья и медьсодержащего материала, раздельный выпуск жидких продуктов конвертирования является самым близким к заявляемому и выбирается в качестве прототипа.

Недостатками данного способа являются высокие эксплуатационные затраты, связанные с обслуживанием непрерывно сгорающей фурмы, низкой степенью использования кислорода, необходимостью использования дутья высокого давления. Процесс непрерывного конвертирования "Мицубиси" ориентирован на переработку только жидкого штейнового расплава, полученного в плавильной печи. В процессе не может быть использовано дутье с высоким содержанием кислорода (более 30%), поэтому выходящие из печи непрерывного конвертирования "Мицубиси" технологические газы имеют невысокую концентрацию SO₂, а объем этих газов относительно велик. Это повышает стоимость переработки технологических газов и снижает степень утилизации серы.

В основу настоящего изобретения положен способ непрерывного конвертирования сульфидных медьсодержащих материалов, который позволил бы перерабатывать как твердые, так и жидкие медьсодержащие сульфидные материалы в любом соотношении с переводом серы в непрерывный поток отходящих газов с высоким содержанием SO₂ при одновременном уменьшении эксплуатационных затрат. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе непрерывного конвертирования медных сульфидных материалов, включающем непрерывную подачу жидкого медного штейна, кислородсодержащего дутья и загрузку флюсов в печь, удаление жидких и газообразных продуктов конвертирования из печи, кислородсодержащее дутье подают через боковые дутьевые устройства в слой штейно-металло-шлаковый эмульсии, на уровне 5 20 диаметров дутьевых устройств над поверхностью раздела эмульсия-металл и не менее чем в 10-ти диаметрах дутьевых устройств от поверхности раздела эмульсия газ в расчете на спокойную ванну расплава, в слой штейно-металло-шлаковой эмульсии сверху загружают твердый медный штейн, в печь загружают твердые медьсодержащие оборотные материалы и промпродукты.

Применение данного способа позволяет использовать дутье низкого давления, увеличить степень использования кислорода дутья, получить непрерывный поток концентрированных по SO₂ газов, исключить эксплуатационные затраты на обслуживание вертикальной фурмы, и осуществлять процесс как в режиме совместной переработки твердых и жидких сульфидных медных материалов, так и для переработки только твердых или только жидких материалов. Исходными материалами для предлагаемого процесса непрерывного конвертирования могут служить жидкие медные и медные никельсодержащие штейны, эти же штейны в твердом виде, а также богатые твердые медные концентраты, полученные при флотационном разделении медно-никелевого файнштейна.

Сущность заявленного способа заключается в следующем: исходные сульфидные медные материалы и флюсы загружают в аппарат непрерывного конвертирования через загрузочные устройства (заливочный желоб для расплавов и загрузочные отверстия в своде печи для твердых материалов), где они замешиваются в барботируемый кислородсодержащим дутьем шлаковый расплав, образуя при этом эмульсию капель металла и штейна в шлаке. В этой эмульсии происходят основные реакции окисления сульфидов, приводящие к образованию черновой меди. Поскольку основные реакции процесса протекают в штейно-металло-шлаковой эмульсии, генерируемое тепло расходуется в зоне его основного потребления. Равномерное распределение дутья вдоль боковых стенок печи приводит к быстрому распределению тепла по реакционной зоне и отсутствию локальных перегревов расплава в области фурм. Это предотвращает быстрый износ фурм, как это происходит в горизонтальных конвертерах и имеет место в процессе "Мицубиси". Протекание процесса конвертирования в штейно-металло-шлаковой эмульсии сказывается благоприятно и на усвоении кислорода дутья. Формирующиеся в реакционной зоне капли черновой меди, обладающие более высокой плотностью, оседают в спокойную зону расплава ниже уровня дутьевых устройств, где происходит образование донной металлической фазы. Черновая медь непрерывно удаляется из печи через сифонное устройство или периодически через шпур, шлак также непрерывным потоком удаляется из печи через сифонное выпускное устройство или сливной порог. Неточная дозировка подаваемых в печь сульфидных и окислительных реагентов может приводить к образованию штейна или к получению переокисленной черновой меди. В первом случае штейн образует промежуточный слой между металлом и шлаком. Этот штейновый слой не нарушает общего хода технологического процесса. При чрезмерном накоплении штейна он вновь попадает в зону интенсивного барботажа и окисляется до металла, это обеспечивается выбором оптимального уровня дутьевых устройств. Таким образом, в результате корректирования соотношения сульфидных и окислительных реагентов промежуточный слой штейна может появляться, увеличиваться или уменьшаться, играя роль демпфера. Второй случай переокиление черновой меди является нежелательным нарушением технологического режима процесса непрерывного конвертирования, способствующего переокислению шлакового расплава и ухудшению его физико-химических свойств.

Схема взаимного расположения межфазных границ и уровня ввода дутья, иллюстрирующая сущность предлагаемого способа, приведена на чертеже.

Расположение уровня ввода дутья (h₁) на расстоянии меньшем, чем 10 диаметров дутьевых устройств от поверхности расплава в спокойном состоянии (при отключенном дутье) приводит к снижению степени усвоения кислорода. Уровень ввода кислородсодержащего дутья (h₂) на расстоянии меньшем, чем 5 диаметров дутьевых устройств над поверхностью раздела эмульсия металл создает возможность прямого попадания кислородсодержащего дутья в слой штейна или металла, что ведет к нарушению технологического процесса из-за интенсивного локального тепловыделения при окислении сульфидов и из-за возможного переокисления металла. Уровень ввода кислородсодержащего дутья на расстоянии большем, чем 20 диаметров дутьевых устройств над поверхностью раздела эмульсия металл приводит к ухудшению показателей процесса из-за затруднений вовлечения штейна и обогащенного серой металла с поверхности донной металлической фазы в зону активного окисления и ухудшения в связи с этим использования кислорода.

Оптимальные условия осуществления процесса устанавливали как в ходе осуществления опытно-промышленных испытаний на опытно-промышленной печи, так и в ходе лабораторных исследований. Опытно-промышленные испытания проводили на опытной печи Ванюкова, модифицированной для проверки осуществимости процесса непрерывного конвертирования по заявленному способу. Подина печи была заложена огнеупорным кирпичом для того, чтобы уменьшить глубину подфурменной зоны и приблизить конфигурацию печи к форме, пригодной для осуществления непрерывного конвертирования. В качестве исходного сырья использовали твердый дробленый до крупности менее 20 мм штейн, содержащий 45% Cu. Для установления возможности переработки жидкого штейна, его предварительно расплавляли в отражательной печи и заливали тонкой струей из ковша. В ходе испытаний на пилотной установке была показана принципиальная осуществимость процесса, устойчивость и управляемость процесса в различных режимах, степень усвоения кислорода была высокой и составила около 95%
Оптимальный уровень введения кислородсодержащего дутья устанавливали в ходе лабораторных исследований. Исследования проводили по следующей методике.

В алундовом тигле емкостью 250 мл, помещенном в кварцевый реактор, расплавляли навеску медного штейна и шлака известного состава, после чего в расплав погружали алундовую трубку в форме перевернутой буквы "Г", по которой подавали дутье. Уровень погружения алундовой трубки устанавливали с помощью штатива с микровинтом и расстояние ее от поверхности раздела шлак металл фиксировали в каждом опыте, "замораживая" тигель вместе с капилляром и затем разрезая его. Температуру в реакционной зоне измеряли погруженной в расплав термопарой в алундовом чехле. Расход дутья контролировали при помощи системы ротаметров. Количество выделившейся в ходе опыта серы определяли, исходя из баланса серы и кислорода в опытах. Результаты опытов, проведенных по описанной методике и доказывающих оптимальность выбранных пределов, сведены в таблицу 1.

Как видно из таблицы, заявленные пределы изменения уровней введения дутья в расплав при осуществлении процесса непрерывного конвертирования являются оптимальными и обеспечивают решение поставленной задачи совместной переработки твердых и жидких медьсодержащих сульфидных материалов в любом соотношении при одновременном уменьшении эксплуатационных затрат.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для непрерывного конвертирования медных сульфидных материалов. Предложенный способ включает загрузку сульфидных материалов в печь, подачу кислородсодержащего дутья в слой штейно-металло-шлаковой эмульсии через горизонтальные дутьевые устройства, расположенные равномерно в боковых стенках печи, удаление жидких продуктов конвертирования из печи. При этом уровень ввода дутья находится в 5 - 20 калибрах дутьевых устройств над поверхностью раздела эмульсия - металл и не ниже, чем в 10 калибрах дутьевых устройств от поверхности раздела эмульсия - газ в расчете на спокойную ванну. Способ обеспечивает совместную переработку как жидкого, так и твердого штейна и других медьсодержащих материалов и промпродуктов. 2 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ непрерывного конвертирования медных сульфидных материалов, включающий непрерывную подачу жидкого медного штейна, кислородсодержащего дутья и загрузку флюсов в печь, удаление жидких и газообразных продуктов конвертирования из печи, отличающийся тем, что кислородсодержащее дутье подают через боковые дутьевые устройства в слой штейнометаллошлаковой эмульсии на уровне 5-20 диаметров дутьевых устройств над поверхностью раздела эмульсия-металл и не менее, чем в 10 диаметрах дутьевых устройств от поверхности раздела эмульсия-газ в расчете на спокойную ванну расплава. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в слой штейнометаллошлаковой эмульсии сверху загружают твердый медный штейн. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в печь загружают твердые медьсодержащие оборотные материалы и промпродукты.