ФЛЮС ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ РУДНОГО И ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ Российский патент 2001 года по МПК C22B9/10 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в пиропроцессах производства цветных металлов из рудного (первичного) и вторичного сырья.

Пирометаллургия цветных металлов основана на переводе железа и нерудных компонентов перерабатываемого сырья (руда, концентрат, втормет) в шлаки системы FeO-SiO₂-CaO и отделении их от фазы (штейн, металл), аккумулирующей цветные и благородные металлы.

Известно, что сумма указанных выше оксидов в шлаках большинства процессов цветной металлургии (например, плавки медных концентратов, окисленных никелевых руд, рудного и вторичного Cu-содержашего сырья, конвертирования медных штейнов и др.) составляет 80-90%. Из них FeO вносится в шлаки, преимущественно за счет реализации процессов окисления и восстановления железосодержащих компонентов перерабатываемого сырья (FeS₂, FeS, Fe₂O и др.). Что же касается остальных двух составляющих, то их отсутствие или недостаток восполняется в основном добавкой флюсов в виде SiO₂ и CaO-несущих материалов.

Одними из широко используемых в практике пирометаллургического производства цветных металлов SiO₂ и CaO-содержащих материалов являются кварцевая (в том числе золотосодержащая) руда и известняк. Это обстоятельство, а также то, что флюс, состоящий из кварцевой руды и известняка, по технической сущности наиболее близок к заявляемому объекту, явились основой для принятия его в качестве прототипа настоящего изобретения.

Несмотря на столь широкую известность и популярность ближайшего аналога, ему присущи некоторые недостатки. Они в основном связаны с тем, что он содержит в различных количествах "сырой" известняк. Узкие места последнего достаточно хорошо известны. Это прежде всего возможность преимущественного его применения либо в слоевых твердофазных процессах, либо в процессах, начинающихся в слое (твердой фазе) и завершающихся с получением жидкой фазы. Использование же "сырого" известняка в жидкофазных процессах сдерживается по причине того, что он, попадая в расплав, обусловливает нежелательное явление, именуемое вспениванием и связанное с локальным и бурным выделением газов (CO₂) от разложения известняка. В качестве другого и, пожалуй, основного недостатка "сырого" известняка могут быть отмечены относительно высокие затраты тепла (топлива) на его разложение и развитие реакции газификации углерода (в процессах, использующих кокс в качестве топлива и восстановителя).

Техническим результатом настоящего изобретения является создание флюса, обладающего повышенной растворимостью и обеспечивающего экономию топлива и ускорение процессов шлакообразования при выплавке цветных металлов из рудного и вторичного сырья.

Поставленная цель достигается тем, что известный флюс, состоящий из SiO₂ и CaO-содержащих материалов, согласно изобретению в качестве CaO-несущего компонента содержит обожженную отвальную бокситовую породу крупностью (+20) - (-100) мм состава, мас.%: 40,0-45,0 CaO; 5,0-15,0 Fe₂O₃; 5,0-15,0 SiO₂, 5,0-12,0 Al₂О₃; 1,0-5,0 MgO при следующем соотношении компонентов, мас.%: обожженная отвальная бокситовая порода - 40,0-95,0; SiO₂-содержащий материал - остальное.

Сущность изобретения заключается в вовлечении в состав флюса для выплавки цветных металлов из рудного и вторичного сырья вместо "сырого" известняка принципиально нового и практически не используемого в настоящее время CaO-несущего материала - отвальной бокситовой породы (в обожженном состоянии).

Основанием для эффективного использования обожженной отвальной бокситовой породы (ОБП) указанного выше состава в качестве ингредиента предлагаемого флюса для выплавки цветных металлов из рудного и вторичного сырья явились экспериментальные работы, включающие:
- рентгенофазовые и дериватографические исследования, показавшие, что CaO от разложения CaCO₃ и CaMg(CO₃)₂ в ОБП практически полностью находится в свободном состоянии, т.е. в активной форме;
- исследования процессов усвоения ОБП реальными оловосодержащими шлаками конвертирования черной меди, позволившие установить, что она по своей растворимости не уступает извести (CaO);
- измерения вязкости указанных шлаков в присутствии добавок ОБП, показавшие, что присадка ОБП к оловосодержашему конвертерному шлаку, находящемуся в контакте с черновой медью, обеспечивает снижение его вязкости (более чем в 2 раза);
- исследования влияния добавок ОБП на процессы обезмеживания оловосодержащих шлаков конвертирования черной меди, показавшие, что простой прием переплава указанных шлаков с ОБП может обеспечить степень обезмеживания шлака не менее 50% против 31,0% при осуществлении указанного приема без добавок ОБП. Степень же обезмеживания шлака, достигнутая (за 15 мин) в условиях его восстановительной обработки коксом (5,0% от массы шлака) и в присутствии ОБП (20-30% oт массы шлака), составила 90,0-93,5%.

Предлагаемый флюс, а именно ограничение в нем массовых его составляющих (ОБП - 40,0-95,0%; SiO₂-содержащий материал - остальное), продиктовано практикой производства цветных металлов из рудного и вторичного сырья, или, другими словами, необходимостью формирования ныне получаемых составов шлаков в таких переделах, как плавка концентратов и рудного сырья на штейн, конвертирование штейнов, шахтная плавка вторичного Cu-содержащего сырья и др. Что же касается крупности ОБП, то ее ограничение (плюс 20 и минус 100 мм) обусловлено необходимостью поддержания пылевыноса в рамках допустимых норм.

В патентной и технической литературе не обнаружены признаки, присущие заявляемому объекту. Это дает основание сказать, что предлагаемый флюс отличается от известных флюсов, используемых сегодня в пирометаллургии цветных металлов, обладает элементами новизны и соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Практическая значимость и эффективность предлагаемого флюса подтверждена технологическими плавками медных концентратов и промышленными испытаниями, выполненными в переделе шахтной плавки вторичного Cu-содержащего сырья Кировградского медеплавильного комбината.

Пример 1. Плавке подвергали медный концентрат (15,53% Cu; 4,47% Zn, 40,2% S; 1,46% Pb; 32,9% Fe; 0,55% MgO, 0,22% CaO; 1,52% Al₂O₃; 2,16% SiO₂) с добавками 15,0 кг ОБП и 20,4 кг кварцевого флюса (70% SiO₂), что отвечало их массовому соотношению 42,0 и 58,0% (на 100 кг концентрата). Получен штейн состава, %: 34,98 Cu, 35,77 Fe; 24,95 S при его выходе 42,9% от массы концентрата. Это соответствовало степени десульфуризации 70,0% и извлечению меди 97,9%. Выделенный при этом около 60,0% от массы концентрата шлак содержал 40,0% FeO; 32,0% SiO₂; 14,2% CaO; 4,5% Al₂O₃; 1,3 MgO; 0,4% Cu; 0,2% S; 4,0% Zn. Таким образом, можно сказать, что получены данные, подтверждающие возможность использования предлагаемого флюса для выплавки меди из первичного медьсодержащего сырья.

Пример 2. Промышленные испытания были проведены в два этапа. Первый из них был выполнен на одной шахтной печи с введением в шихту вместо "сырого" известняка обожженной бокситовой породы (41,4% CaO, 15,0% SiO₂, 10,0% Al₂O₃, 14,9% Fe₂O₃) в количестве 20 т в смену и частичным выводом из нее кварцевой руды (в количестве 3,0-3,2 т в смену) и соблюдением их массовых отношений 95% к 5,0%.

За период испытаний переработано 1187 т шихты, в том числе 105 и 5,5 т соответственно обожженной бокситовой породы и кварцевой руды. Получено 202 т черной меди и 500 т шлака состава, %: 22-27 SiO₂, 8-15 CaO, 36-42 FeO, 9-14 Al₂O₃.

Поставленная перед испытаниями цель - экономия дефицитного и дорогостоящего кокса была достигнута в полной мере. Так, за весь период испытаний (без учета опытно-промывочной плавки) было сэкономлено 15,0 т кокса, что соответствовало суточной его экономии на одну шахтную печь 12,6 т.

Извлечение меди в черную медь и цинка в возгоны (пыль) в условиях плавки вторсырья с обожженной бокситовой породой находилось соответственно на уровне 97,0-98,3 и 49,5-53,9%, против 97,1-98,1 и 49,5-52,8% при плавке обычной шихты. Таким образом, можно сказать, что замена в шихте шахтной плавки вторичного Cu-содержащего сырья "сырого" известняка на обожженную бокситовую породу обеспечивает получение технологических показателей, не уступающих показателям плавки обычной шихты.

Второй этап испытаний был выполнен на обеих шахтных печах с использованием обожженной бокситовой породы, содержащей 43,0-45,0% CaO; 5,0-7,0% SiO₂; 6,0-10,0% Al₂O₃ и 7,0-10,0% Fe₂O₃. Их результаты в целом не отличались от данных, полученных на 1-м этапе испытаний предлагаемого флюса. Так, достигнутая (на менее подогретом дутье, а именно на 40-50^oС ниже, чем на первом этапе) экономия кокса составила 100-120 кг на 1 т выплавленной меди, что отвечало суточной его экономии на одну шахтную печь 9,0-14,4 т.

Другим весьма важным и практически значимым результатом (второго этапа испытаний), подтверждающим преимущества испытуемого флюса, явилась установленная положительная его роль на показатели распределения цинка по продуктам плавок. Она выразилась в снижении содержания цинка в шлаке на 0,65-0,86% или, иными словами, в доизвлечении его в возгоны, которое за период испытаний составило около 26 и 30 т соответственно на шахтных печах 1 и 2.

Результаты промышленных испытаний в целом явились основой для принятия Кировградским медеплавильным комбинатом решений о внедрении и промышленном освоении заявляемого флюса.

В заключение добавим, что большой практический интерес может представлять использование заявляемого флюса в процессах:
- шахтной плавки окисленных никелевых руд,
- конвертирования медных штейнов и черной меди;
- доработки цинковистых и медно-оловянистых шлаков.

Изобретение может быть использовано в цветной металлургии, более конкретно в пиропроцессах производства цветных металлов из рудного (первичного) и вторичного сырья. Сущность изобретения: вовлечение в состав известного флюса для выплавки цветных металлов вместо "сырого" известняка принципиально нового и практически не используемого в настоящее время СаО-несущего материала - обожженной отвальной бокситовой породы состава, мас.%: 40,0-45,0 CaO; 5,0-15,0 Fe₂O₃; 5,0-15,0 SiO₂; 5,0-12,0 Аl₂О₃; 1,0-5,0 MgO, при следующем соотношении компонентов, мас. %: обожженная отвальная бокситовая порода 40,0-95,0, SiO₂-содержащий материал - остальное, обеспечивается флюс, обладающий повышенной растворимостью, экономия топлива и ускорение процессов шлакообразования при выплавке цветных металлов из рудного и вторичного сырья. 1 з.п. ф-лы.

1. Флюс для выплавки цветных металлов из рудного и вторичного сырья, содержащий SiO₂- и CaO-несущие материалы, отличающийся тем, что он в качестве CaO-несущего материала содержит обожженную отвальную бокситовую породу состава, мас.%: 40,0 - 45,0 CaO; 5,0 - 15,0 Fe₂O₃; 5,0 - 15,0 SiO₂; 5,0 - 12,0 Al₂O₃; 1,0 - 5,0 MgO, при следующем соотношении компонентов, мас.%: обожженная отвальная бокситовая порода 40,0 - 95,0, SiO₂ - содержащий материал - остальное. 2. Флюс по п.1, отличающийся тем, что он содержит обожженную отвальную бокситовую породу крупностью плюс 20 и минус 100 мм.