СПОСОБ ОБЕДНЕНИЯ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ ШЛАКОВ Российский патент 1998 года по МПК C22B7/04 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии извлечения металлов из шлаков. Известен способ переработки шлаков, содержащих цветные металлы, в том числе медь, путем термической обработки их с кальцинированной содой (карбонатом натрия) и восстановителем в трубчатой печи при 850-1000^oС. Полученный спек после мокрого измельчения подвергают магнитной сепарации с последующим восстановлением магнитной фракции при температуре 700-750^oС.

Сущность способа в следующем. Исходный охлажденный шлак измельчали до 100% класса минус 80-100 меш. Измельченный шлак смешивали с кальцинированной содой и восстановителем (углем) из расчета 80-90% весовых частей соды и 7-8 весовых частей угля. Шихту после перемешивания восстанавливали в трубчатой печи при температуре 850-1000^oС в течение 2,5-3 ч. При этом силикаты железа восстанавливаются, цинк и другие летучие металлы возгоняются. При этом восстанавливаются и окисленные соединения меди. Полученный спек подвергали мокрому помолу в шаровой мельнице. Методом декантации и промывки отделяли осадок от водорастворимых силикатов. Методом мокрой магнитной сепарации отделяли магнитную часть от немагнитной. Железный осадок промывали слабым раствором соляной кислоты, после чего железный осадок подвергали сушке на воздухе при 100-150^oС. Магнитную часть, содержащую окислы железа, подвергали довосстановлению водородом при 700-750^oС до получения товарного продукта - железного сплава с содержанием меди от 1 до 4%. Немагнитную часть направляли на извлечение меди и благородных металлов. Содержание железа в железном сплаве составляло 90-95%.

Основными недостатками указанного способа являются: 1) процесс извлечения меди и других ценных цветных металлов представляется весьма сложным вследствие применения развитой схемы обработки полученных продуктов; 2) не обеспечивается достаточно высокое извлечение меди и цветных металлов из шлака; 3) способ не обеспечивает выделения чисто медного продукта, а полученный сплав меди с железом требует дополнительной обработки; 4) процесс осуществлялся в твердой фазе в трубчатой печи, в связи с чем все реакции восстановления окислов меди и железа идут крайне замедленно и неполно в течение 2,5-3 ч.

Задачей изобретения является повышение степени обеднения шлака в том же агрегате, где он сформировался.

Это достигается за счет обработки расплава щелочными и щелочноземельными реагентами, позволяющими значительно снизить вязкость исходного медьсодержащего шлака, обеспечив условия максимального контакта между закисью меди (Сu₂O) и восстановителем (древесным углем или коксиком) для значительного ускорения прохождения реакции восстановления меди. Сущность способа обеднения шлаков заключается в обработке их кальцинированной содой при повышенной температуре в присутствии восстановителя. Обработку шлака кальцинированной содой осуществляют подачей соединения карбоната щелочно-земельного металла при соотношении карбоната щелочного металла и соединения щелочноземельного металла 1:(2-3) и дозировке в печь полученной смеси карбонатов 2-3% от веса исходной меди, при расходе восстановителя 20-30% от веса полученной смеси карбоната щелочного и соединения щелочно-земельного металла.

В качестве соединения щелочно-земельного металла используют карбонат кальция или оксид кальция.

Смесь соединения щелочно-земельного и карбоната щелочного металла загружают на подину в печь перед загрузкой исходной меди.

Смесь карбоната щелочного металла и соединения щелочно-земельного металла и восстановитель загружают под слой шлака.

В условиях благоприятного контакта происходит достаточно быстрое разложение карбонатов кальция и натрия с выделением двуокиси углерода, которая в присутствии твердого восстановителя преобразуется в окись углерода по известной реакции СО₂ + С = 2СО.

Реакция восстановления закиси меди до металла происходит на порядок быстрее в присутствии окиси углерода (СО) по сравнению с твердым восстановителем. За счет этого достигается значительное повышение степени обеднения шлака по меди, а в условиях жидкоплавкости шлака металлическая медь уходит из него достаточно быстро при простом отстаивании.

При интенсивном перемешивании расплава происходит укрупнение жидких частиц меди и высаждение их в донную металлическую фазу.

Таким образом, в промышленной печи в подвижном равновесии сосуществуют вместе жидкая металлическая медь с достаточно обедненным по меди (на 90% и более) щелочным шлаком, содержащим 3-6% меди.

Пример 1. В отражательную печь, на подину загружают хорошо перемешанную сыпучую смесь в количествах, кг: СаСО₃ 150, Nа₂СО₃ 50 с последующей загрузкой на смесь медного лома в количестве 7000 кг. В процессе плавки медного лома одновременно происходило формирование щелочного шлака и его обеднение по меди. При операции восстановления на поверхность подавали твердый восстановитель в количестве 65 кг, и осуществлялось интенсивное перемешивание расплава с помощью заглубленного в него сырого дерева. В процессе плавки осуществлялся двойной съем шлака в общем количестве 300 кг с остаточным содержанием в нем меди 6%, то есть извлечение меди из шлака в металлическую фазу составило 94%.

Пример 2. В расплав меди (вес исходного медного лома 800 кг) под слой при температуре 1200^oС вдувалась сыпучая смесь карбоната натрия и окиси кальция в соотношении 3:1 весом 240 кг на стадии восстановления меди в присутствии твердого восстановителя - коксика в количестве 50 кг. Достигнуто извлечения меди из шлака в металлическую фазу 97%.

После обеднения и отстаивания в течение 30 мин шлак скачивался из печи при одновременном отборе пробы обедненного щелочного шлака. Содержание меди в обедненном шлаке составило 6%. При проведении обычного процесса огневой очистки меди содержание меди в шлаке составляло 55-60%.

Указанные соотношения щелочно-земельных и щелочных реагентов работают эффективно только в этих пределах. Увеличение соотношения приводит к повышению вязкости шлака и соответственно снижению обеднения по меди при данных пределах температур промышленного процесса. Уменьшение соотношения приводит к резкому снижению кампании печи из-за агрессивности шлаков, в ряде случаев к аварийной работе промышленной печи.

Указанное соотношение в смеси восстановителя связано с полнотой восстановления закиси меди до металла. Оптимальный расход смеси щелочных и щелочно-земельных реагентов связан с полнотой обеднения шлаков по меди и экономией расхода щелочных реагентов.

Предложенный способ обладает следующими технико-экономическими преимуществами: снижение общей массы шлака, увеличение глубины обеднения шлака по меди до 10 раз, исключение вредного влияния хлоридов и фторидов на здоровье обслуживающего персонала, увеличение вывода из процесса мышьяка, сурьмы и других нежелательных примесей, связанных с образованием "плавней" в последующем процессе электролиза и "затовариванием" указанных примесей в катодную медь, как правило, более низкого качества.

Способ может быть использован в цветной металлургии для извлечения металлов из шлаков. Обеднение медьсодержащих шлаков включает их обработку смесью карбонатов щелочного и щелочноземельного металла в присутствии восстановителя при повышенной температуре и соотношении карбоната щелочного металла и соединения щелочноземельного металла 1:(2-3), при расходе восстановителя 20-30% от веса полученной смеси карбонатов и дозировке в печь полученной смеси карбонатов, составляющей 2-3% от веса исходной меди, 4 з.п. ф-лы.

1. Способ обеднения медьсодержащих шлаков, включающий их обработку карбонатом щелочного металла при повышенной температуре в присутствии восстановителя, отличающийся тем, что обработку шлака карбонатом щелочного металла осуществляют с подачей соединения щелочноземельного металла при соотношении карботана щелочного металла и соединения щелочноземельного металла 1 (2 3) и дозировке в печь полученной смеси карбонатов 2 3% от массы исходной меди, при расходе восстановителя 20 30% от массы полученной смеси карбоната щелочного металла и соединения щелочноземельного металла. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соединения щелочноземельного металла используют карбонат кальция. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве соединения щелочноземельного металла используют оксид кальция. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смесь карбоната щелочного металла и соединения щелочноземельного металла и восстановитель загружают на подину в печь перед загрузкой исходной меди. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смесь карбоната щелочного металла и соединения щелочноземельного металла и восстановитель загружают под слой шлака.