СПОСОБ ОБЕДНЕНИЯ ШЛАКОВ, СОДЕРЖАЩИХ ТЯЖЕЛЫЕ ЦВЕТНЫЕ И БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ Российский патент 2001 года по МПК C22B7/04 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к процессу электропечного обеднения шлаков медно-никелевого производства, и может быть использовано для извлечения тяжелых цветных и благородных металлов из шлаков металлургического производства.

Наиболее близким является способ обеднения шлаков (Ванюков А.В. Шлаки и штейны цветной металлургии, Москва, Металлургия, 1969, с.372-373), содержащих тяжелые цветные и благородные металлы, включающий заливку расплава, загрузку шихты, состоящей из сульфидизатора, флюсов и твердого восстановителя, плавку под слоем восстановителя в присутствии штейна и последующее отстаивание. Недостатком способа является то, что получение шлаков с низким остаточным содержанием цветных металлов (например, Ni и Со менее 0,1%) при высокой интенсивности процесса и низких удельных расходах электроэнергии и газа-восстановителя не достигается.

Техническим результатом изобретения является повышение интенсивности процесса обеднения шлаков по тяжелым цветным и благородным металлам при снижении удельных затрат электроэнергии и газа-восстановителя при получении шлаков с низким остаточным содержанием обедняемых цветных металлов.

Технический результат достигается тем, что обеднение шлаков, содержащих тяжелые цветные металлы, осуществляют восстановлением в электропечи, согласно изобретению, продувку ведут восстановительным газом при интенсивности дутья 0,3-0,9 нм³/(т•мин) при одновременном поддержании удельной мощности 350-700 кВт на м² зеркала ванны печи, при этом газ вводят в зону расплава не далее 2,5 D_э от оси электрода и на глубину шлакового расплава в пределах от H_э до H_э+0,5 D_э, где D_э - диаметр электрода, а H_э - заглубление электрода в шлак.

Кроме того, дополнительным параметром процесса является содержание углерода в используемом газе-восстановителе 0,4-0,6 кг/нм³.

Указанные параметры были установлены в результате исследований рассматриваемого процесса на укрупненно-лабораторной трехэлектродной электропечи мощностью 225 кВт в процессе исследований рассматриваемого процесса с различными шлаковыми расплавами, содержащими тяжелые цветные и благородные металлы.

Известно, что процессы взаимодействия восстановительных газов со шлаковыми расплавами сопровождаются затратами тепла, как на пиролиз восстановительных газов, так и на сами процессы восстановления. Успешное развитие восстановительных процессов является необходимым условием для эффективного обеднения шлаковых расплавов. Если в зоне реакции будет иметь место охлаждение расплава за счет вышеуказанных эндотермических реакций, то процессы восстановления будут замедляться, что соответственно приведет и к замедлению процессов обеднения и снижению его интенсивности. Известно также, что в электропечи с погруженными в шлак электродами 70-75% энергии выделяется вблизи электродов, в приэлектродной зоне. С этим и связана необходимость учета места ввода восстановительного газа в расплав относительно электродов. Если заявленный диапазон интенсивности дутья, обеспечивающий эффективное протекание процесса обеднения, достигнут для заданного количества шлака в электропечи, то газ может подаваться под один или несколько электродов, но в определенном месте относительно электрода. С этим же обстоятельством связана и необходимость поддержания определенной удельной мощности в расплаве, для покрытия затрат тепла на интенсивное протекание эндотермических реакций, обеспечивающих эффективное обеднение расплава.

Т. е. , чтобы процесс обеднения протекал эффективно в соответствии с поставленными целями, требуется одновременное соблюдение целого комплекса условий, а именно: поддержание удельной мощности в заявленном интервале должно сопровождаться подачей газа в определенное место шлакового расплава с определенной интенсивностью.

Указанные параметры были определены, как указывалось в опытах на укрупненно-лабораторной электропечи, и затем подтвердились в опытно-промышленном масштабе на установке емкостью по шлаку 25-30 т и установленной мощностью трансформатора 3,8 кВт.

Пример осуществления предлагаемого способа проиллюстрирован на конвертерных шлаках Надеждинского металлургического завода Норильского горно-металлургического комбината. Исходные шлаки имели следующий состав, мас.%: никель - 0,87; кобальт- 0,26.

Электропечная установка представляла собой прямоугольную трехэлектродную электропечь. Установленная мощность трансформатора составляла 225 кВт. Поскольку на данной установке невозможно достичь всех значений заявленной удельной мощности за счет увеличения мощности трансформатора из-за ограниченной величины его установленной мощности, то изменение удельной мощности проводилось и за счет изменения площади пода печи. Изменение площади пода производилось увеличением толщины футеровки стен и соответствующим уменьшением при этом площади пода в интервале 0,15-0,5 м. Диаметр графитированных электродов составлял 100 мм. Методика проведения опытов заключалась в следующем. В печь заливалось около 0,3-0,5 т расплавленного конвертерного шлака из дуговой электропечи-миксера и 100-200 кг штейна. Началом опыта считали момент подачи в расплав восстановительного газа и электроэнергии. Подача газа в расплав осуществлялась через фурму, погружаемую в заданную зону расплава. Часть опытов проводили, продувая расплав через отверстие в электроде, заглубляемом на заданную глубину. В качестве восстановительного газа использовали природный газ (содержание углерода в природном газе 0,55 кг/м³) и соляровое масло, распыленное в токе азота. Изменение содержания углерода в подаваемом в расплав восстановительном газе достигалось изменением соотношения восстановитель-азот. Изменение интенсивности дутья, определяемой как расход газа на 1 т шлакового расплава, находящегося в печи в мин., достигалось изменением расхода
Время продувки составляло 20-40 мин. О степени обеднения судили по содержанию обедняемого металла в обедненном шлаке.

Условия опытов примера осуществления процесса обеднения указанных шлаков в электропечи при продувке шлаковой ванны природным газом представлены в таблице 1. Результаты опытов представлены в таблице 2.

Как следует из приведенных в таблицах 1 и 2 данных во всех случаях, когда поддерживались заявляемые параметры процесса, имело место глубокое обеднение шлака при минимальных расходах восстановителя и электроэнергии (режимы 3-5, 11-12, 18, 22, 28-30). При отклонении от заявляемых параметров наблюдалось повышенное содержание металлов в обедняемом шлаке: режимы 1-2 при сниженной интенсивности дутья, режимы 8-10 при пониженной удельной мощности, режимы 26-27 и 31-32 при отклонении от заявляемых мест ввода расплава, режимы 15-17 при пониженном содержании в восстановительном газе углерода. При превышении удельной мощности или интенсивности дутья сверх заявляемых параметров имело место также глубокое обеднение шлака, такое же как и при близких заявляемых параметрах, но при этом удельные расходы электроэнергии и восстановителя повышались (см. режимы 6-7, 13-14, 19-21). Аналогичные приведенным закономерности были получены и с другими шлаковыми расплавами, содержащими тяжелые цветные и благородные металлы (шлаки шахтной плавки, расплавы окисленных никелевых руд, шлаки автогенной плавки, шлаки аффинажного производства).

Способ обеднения предусматривает продувку расплава в электропечи восстановительными газами, подаваемыми в приэлектродную зону при определенной интенсивности дутья. Интенсивность дутья поддерживают в пределах 0,3-0,9 нм³/(т•мин), при этом мощность в приэлектродной зоне поддерживают в пределах 350-700 кВт/м², а газ подают в зону расплава не далее 2,5 диаметра электрода на глубину от Н_э до Н_э+0,5D_э, где D_э - диаметр электрода, Н_э - заглубление электрода в шлак. Оптимальное содержание углерода в восстановительном газе 0,4-0,6 кг/нм³. Способ позволяет снизить энергозатраты при одновременном получении шлаков с пониженным содержанием цветных и благородных металлов. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ обеднения шлаков, содержащих тяжелые цветные и благородные металлы, восстановлением в электропечи, отличающийся тем, что шлак продувают восстановительным газом с интенсивностью дутья 0,3-0,9 нм³/(т.мин) при одновременном поддержании удельной мощности в печи в пределах 350-700 кВт на 1 м² зеркала ванны печи, при этом вводят газ в шлак не далее 2,5D_э от оси электрода и на глубину в пределах от Н_э до Н_э+0,5D_э, где D_э - диаметр электрода, а Н_э - заглубление электрода в шлак. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановительный газ содержит углерод в количестве 0,4-0,6 кг/нм³.