СПОСОБ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВЛЕННОГО ШТЕЙНА Российский патент 1998 года по МПК C22B15/06 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для окислительной обработки расплавленного штейна и одновременно для плавки сульфидного концентрата непосредственно в футерованном металлургическом реакторе с жидкой ванной, например в конвертере, в который вводят окислительный воздух под поверхность жидкой ванны. Изобретение можно использовать, например, для получения меди из сульфидных руд.

Итак, настоящее изобретение относится к способу получения металла из сульфидной руды или концентрата сульфидной руды, причем обычно концентрат сначала обрабатывают в плавильном реакторе, например в отражательной печи, в результате образуется расплавленный штейн, после этого полученный жидкий штейн обрабатывают в реакторe с жидкой ванной, например в конвертере, посредством окислительной плавки для получения металла.

В обычных конвертерных способах, которые разрабатывали в течение десятилетий и которые являются известными и легко контролируемыми, образуется чрезмерное тепло во время обработки расплавленного штейна в реакторе с жидкой ванной, которое можно использовать, например, для плавки скрапа. На протяжении последних десятилетий предпринимались различные попытки для использования этих излишек тепла на нескольких плавильных установках для прямой окислительной плавки свежего сульфидного концентрата в реакторе с жидкой ванной. Во время прямой окислительной плавки сульфидного концентрата, например, обычного флотационного концентрата в реакторе с жидкой ванной, конвертере или в другой подобной плавильной установке, например в шахтной печи, без предварительно нагретого воздуха возникают проблемы с энергетическим балансом, поскольку реакция окисления не образует достаточного тепла для всего конвертерного процесса. В этом процессе необходимо подавать энергию от внешнего источника. Эту энергию можно подавать за счет добавки уже расплавленного штейна, ископаемого горючего или газа-кислорода либо воздуха, обогащенного кислородом.

Известен способ окислительной плавки штейна в обычном конвертере для прямой плавки, в лучшем случае примерно такого же количества влажного сульфидного концентрата, как и количество подаваемого расплавленного штейна. В этом случае расплавленный штейн дает дополнительную энергию, необходимую для прямой плавки концентрата. Для плавки большего количества концентрата, чем количество расплавленного штейна, необходима дополнительная энергия, подаваемая от внешнего источника.

Простым, эффективным и современным способом является использование газа-кислорода, например, воздуха, обогащенного 35-60% кислорода, в качестве внешнего источника энергии. Однако ввод обогащенного кислородом воздуха посредством обычных фурм, расположенных под жидкой ванной в конвертере, приводит к повреждению как футеровки, так и самих фурм из-за чрезмерного тепла, которое образуется вокруг фурм. Таким образом, срок их службы огранивает обогащение воздуха кислородом. Поскольку содержание кислорода в воздушном дутье в современном конвертере не должно превышать 30% O₂, это значит, что аутогенная плавка концентрата может не достигаться при инжекции воздуха, обогащенного кислородом.

Для исключения повреждения футеровки вокруг фурм ее можно, конечно, охлаждать водой. Однако это увеличивает значительно потери тепла и, кроме того, увеличивается расход O₂. Также охлаждение водой под поверхностью ванны представляет потенциальную угрозу для безопасности.

Конечно, можно использовать ископаемое горючее для увеличения тепла в конвертере и достижения теплового баланса. Однако это приведет к большому потоку отработанного газа и более разбавленных SO₂ - содержащих газов, которые увеличивают расходы на регенерацию серы в форме серной кислоты в установке по производству серной кислоты.

Целью изобретения является разработка гибкого способа для прямой плавки сульфидного концентрата, позволяющего устранить вышеописанные недостатки.

Указанный технический результат достигается в способе окислительной обработки расплавленного штейна и одновременно прямой плавки сульфидного концентрата в футерованном реакторе с жидкой ванной, например в конвертере, включающем введение окислительного воздуха под поверхность ванны расплава через фурмы и подачу сульфидного концентрата в реактор вместе с кислородом в верхнюю часть реактора, за счет того, что для дополнительной подачи энергии для достижения теплового баланса или увеличения мощности реактора с жидкой ванной по крайней мере часть сульфидного концентрата вводят в газовую фазу реактора с жидкой ванной вместе с газом-кислородом или воздухом, обогащенным кислородом, через горелку для концентрата и плавки в газовом пространстве, прежде чем он достигнет жидкой ванны.

При этом является целесообразным, чтобы весь концентрат, который вводят непосредственно в реактор, вводился через горелку для концентрата для достижения увеличения способности к конверсии.

Кроме того, целесообразно подавать воздух, обогащенный кислородом, или газообразный кислород, или окислительный газ с высокой концентрацией газообразного кислорода в реактор с жидкой ванной через горелку для концентрата. При этом в реактор через горелку для концентрата может подаваться обогащенный кислородом воздух с концентрацией газообразного кислорода примерно 40-70%.

Согласно предпочтительной форме выполнения содержаниe меди в штейне, который получают из концентратора, вводимого через горелку для концентрата и подают в окислительную плавку в реакторе, контролируют путем регулирования содержания газообразного кислорода в воздухе, который подают через горелку для концентрата.

Дополнительную мощность в реакторе можно обеспечить за счет увеличения количества концентрата, который подают через горелку для концентрата.

Горелка для концентрата образует за счет использования газа-кислорода или воздуха штейн, который соответствует штейну, обычно добавляемому из вспомогательной плавильной печи для достижения теплового баланса. При вводе большей части сульфидного концентрата посредством горелки прямо в конвертер концентрат имеет значительное время для реакции с газом-кислородом и плавки, прежде чем он достигнет жидкой ванны. Под горелкой для концентрата здесь подразумевается устройство, посредством которого сухой концентрат (возможно, флотационный концентрат сульфидной медной руды) смешивают с газом, содержащим кислород для получения смеси, которая является по возможности однородной. Эту смесь заставляют сразу вступать в реакцию, в результате чего образуются расплавленные частицы штейна, шлака и двуокись серы. Таким образом, реакции протекают быстро и полностью, в результате чего достигается высокий КПД для кислорода в горючем газе. Лишний кислород смешивается с газами, поднимающимися из жидкой ванны. Продукты реакции, т.е. расплавленные частицы штейна и шлака, имеют значительно меньшую тенденцию к улавливанию их отработанными газами, чем порошкообразный концентрат. Горячая добавка расплавленного материала дает одновременно дополнительную энергию расплаву.

Поскольку достаточное обогащение воздуха кислородом для реакции, которая требуется для достижения теплового баланса во время прямой плавки концентрата, невозможно без недостатков, достигаемых при добавке газа-кислорода в воздух, вводимый через фурмы под жидкой ванной, то необходимое количество газа-кислорода подают в соответствии с изобретением в качестве высокообогащенного воздуха через горелку для концентрата. Конечно, необязательно достижение аутогенных условий в реакторе, т.е. в конвертере, но этот способ можно применять единственно для улучшения способности к плавке. Если тепловой баланс не может быть достигнут даже при высоком обогащении воздуха газом-кислородом, то можно подавать дополнительное топливо через горелку для концентрата.

В горелке для концентрата можно использовать, причем без недостатков, воздух, обогащенный 40-70% газа кислорода или даже чистый кислород. Степень обогащения газом-кислородом можно регулировать в соответствии с тепловым балансом в конвертере. В конвертер предпочтительно подают воздух или воздух, обогащенный некоторым количеством кислорода, который подают через фурмы, расположенные под жидкой ванной, тогда как в горелку для концентрата подают воздух, имеющий высокую концентрацию O₂, не будет влиять на срок службы футеровки.

Содержание меди в штейне, который образуется из концентрата, подавaемого в горелку для концентрата, можно также регулировать в соответствии с определенным количеством газа-кислорода в воздухе, который подают через горелку для концентрата. Чем больше содержание газа кислорода, тем выше содержание меди. Таким образом, благодаря обогащению газом-кислородом можно регулировать два потока подаваемого концентрата, то есть поток концентрата в горелку и поток концентрата, который подают непосредственно в жидкую ванну.

Теперь изобретение будет дополнительно описано со ссылкой на чертеж, который показывает схематически конвертер для обработки расплавленного штейна и прямой плавки концентрата.

На чертеже показан конвертер 10 типа E1 Teniente, содержащий отверстие 12 для жидкого штейна, впускное отверстие 14 для концентрата, выпускное отверстие 16 для расплава и второе выпускное отверстие 18 для шлака. Конвертер содержит жидкую ванну 20, состоящую из расплава 22, включающего в себя штейн, металл и слой шлака 24. Между поверхностью 25 шлака и частью 27 свода реактора образовано газовое пространство. Под жидкой ванной расположены фурмы 26 для инжекции воздуха.

Концентрат вводят в конвертер через впускное отверстие 14, а предварительно обработанный штейн вводят через впускное отверстие 12. Горелка 30 для концентрата в соответствии с изобретением для прямой подачи концентрата 32 и обогащенного кислородом воздуха 34 расположена в части 27 свода конвертера. Если это требуется, то горелку для концентрата можно установить на одном конце конвертера. Можно установить несколько горелок, если это потребуется, для равномерной подачи концентрата. Отработавшие газы удаляют через впускное отверстие 12 для расплавленного штейна.

Конвертер типа E1 Teniente, в котором часть концентрата вводят непосредственно в конвертер и в котором тепловой баланс достигается за счет ранее поданного готового расплавленного штейна, можно оснастить согласно изобретению горелкой для концентрата с газом-кислородом или воздухом, обогащенным кислородом, таким образом, будет уменьшаться или полностью исключаться потребность в готовом расплавленном штейне. Согласно изобретению можно получить некоторое количество расплавленного штейна, необходимого для теплового баланса, непосредственно расплавлением концентрата в горелке для концентрата. Общий тепловой баланс в конвертере зависит от содержания штейна, причем его можно контролировать в соответствии с содержанием газа-кислорода в реакционном воздухе, подаваемого в горелку для концентрата.

Сульфидный концентрат, имеющий высокое содержание меди и никеля, можно вводить в соответствии с изобретением посредством горелки для концентрата и непосредственно расплавлять в плавильной печи типа конвертера, таким образом, металлическая фаза образуется непосредственно во время плавки в пламени, например с чистым кислородом. Для окисления содержимого остаточной серы в металлической фазе потребуется только дутье через нижнюю часть жидкой ванны.

Благодаря способу в соответствии с изобретением можно также легко увеличить мощность плавильной печи, когда обычная печь для плавки штейна уже максимально использована. За счет подачи дополнительного расплавленного штейна через горелку для концентрата можно легко увеличить общее количество подаваемого концентрата.

Дополнительное преимущество достигается, когда концентрат в соответствии с изобретением подают через горелку для концентрата в расплавленном состоянии, таким образом, полученный расплав будет попадать в жидкую ванну и оставаться там. При обычном прямом вводе концентрата большое количество концентрата выпускается в форме мелкой пыли с отработавшими газами, которая уменьшает выход металла и вызывает повышенную потребность в очистке от газов.

Понятно, что изобретение не ограничено описанным и показанным примером исполнения, а включает в себя все исполнения в объеме изобретения, который определен формулой изобретения.

Способ окислительной обработки расплавленного штейна и одновременно прямой плавки сульфидного концентрата в футерованном реакторе с жидкой ванной, например-в конвертере, в который вводят окислительный газ под поверхность жидкой ванны. Для дополнительной подачи энергии для достижения теплового баланса или увеличения мощности сульфидный концентрат вводят в газовую фазу реактора с жидкой ванной вместе с газом-кислородом или с обогащенным кислородом газом посредством горелки для концентрата. Способ позволяет осуществить прямую плавку сульфидного концентрата при снижении энергопотребления. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ окислительной обработки расплавленного штейна и одновременной прямой плавки сульфидного концентрата в футерованном реакторе 10 с жидкой ванной, например, в конвертере, включающий введение окислительного воздуха под поверхность ванны расплава через фурмы, и подачу сульфидного концентрата в реактор вместе с кислородом в верхнюю часть реактора, отличающийся тем, что для дополнительной подачи энергии для достижения теплового баланса или увеличения мощности реактора с жидкой ванной по крайней мере часть сульфидного концентрата вводят в газовую фазу реактора с жидкой ванной вместе с газом-кислородом или воздухом, обогащенным кислородом, через горелку для концентрата для горения и плавки концентрата в газовом пространстве прежде, чем он достигнет жидкой ванны. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что весь концентрат, который вводят непосредственно в реактор, вводят через горелку для концентрата для достижения способности к конверсии. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздух, обогащенный кислородом, подают в реактор с жидкой ванной через горелку для концентрата. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразный кислород подают в реактор с жидкой ванной через горелку для концентрата. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что окислительный газ с высокой концентрацией газообразного кислорода подают в реактор через горелку для концентрата. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в реактор через горелку для концентрата подают обогащенный кислородом воздух с концентрацией газообразного кислорода примерно 40 - 70%. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание меди в штейне, который получают из концентрата, вводимого через горелку для концентрата и подают в окислительную плавку в реакторе, контролируют путем регулирования содержания газообразного кислорода в воздухе, который подают через горелку для концентрата. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительную мощность в реакторе обеспечивают за счет увеличения количества концентрата, который подают через горелку для концентрата.