СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАКОВ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2002 года по МПК C22B7/04 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для безотходной переработки шлаков медеплавильного производства с получением товарных продуктов, таких как, медно-железный сплав с высоким содержанием меди (до 18%), безмедистый чугун (полусталь) и отвальный шлак, пригодных для дальнейшего использования в металлургической промышленности и производстве стройматериалов.

Существует множество разнообразных способов переработки медьсодержащих шлаков.

Известны, например, способы переработки полиметаллических медьсодержащих шлаков путем их термической плавки с последующим барботажем газообразных восстанавливающих реагентов, таких как, смесь природного газа с кислородсодержащими газами [см., например, п. РФ 1132550, заявл. 25.07.83 г., опубл. 27.09.96 г. , МПК С 22 В 7/04; п. РФ 1420962, заявл. 05.06.86 г., опубл. 27.09.96 г. , МПК С 22 В 7/04; п. РФ 1681550, заявл. 11.08.88 г., опубл. 10.08.99 г. , МПК С 22 В 15/00; п. РФ 2094494, заявл. 22.12.93 г., опубл. 27.10.97 г. , МПК С 22 В 5/02; И.Ф.Худяков и др. "Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов", М., изд. "Металлургия", 1993 г., с. 183-184].

Использование указанных способов определяется не только содержанием меди в получаемых продуктах, но и наличием других ценных компонентов, таких как, никель, свинец, кобальт, стоимость которых значительно выше стоимости дополнительно извлекаемой меди. Поэтому их применение для переработки шлаков, бедных по содержанию никеля, свинца и кобальта, экономически нецелесообразно.

Известны также способы переработки шлаков путем восстановительной плавки в присутствии сульфидизаторов пиритсодержащих материалов [см. например, а.с. СССР 145755, заявл. 22.06.61 г., опубл. 6.06. 1962 г., МПК С 22 В 7/04; а.с. СССР 386018, заявл. 4.10.71 г., опубл. 14.06.73 г., МПК С 22 В 7/04; а.с. СССР 1089154, заявл. 7.04.83 г., опубл.30.04.84 г., МПК С 22 В 7/04; а.с. СССР 1475949, заявл. 30.09.87 г., опубл. 30.04.89 г., МПК С 22 В 7/04; п. РФ 2115753, заявл. 14.12.96 г., опубл. 20.07.98 г., МПК С 22 В 15/02; Ю.П. Купряков "Шахтная плавка вторичного сырья цветных металлов", М., изд. ЦНИИцветмет экономики и информации, 1995 г. , с. 136-137, И.Ф.Худяков и др. "Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов", М. , изд. "Металлургия", 1993 г., с. 179-183; И.Ф.Худяков и др. "Металлургия меди, никеля и кобальта" ч.1, М., изд. "Металлургия", 1977 г., с. 210-211].

Недостатками известных способов являются:
- использование пиритсодержащих материалов, приводящее к введению в металлургическое производство дополнительного количества железа, что повышает себестоимость переработки и увеличивает выход отвальных шлаков;
- генерация магнетита при окислении пирита;
- высокие температуры плавки;
- низкое извлечение меди в медно-железный сплав (до 74,5%).

Кроме того, известны одностадийные или многостадийные способы переработки шлаков путем карбидотермической плавки шихты, содержащей исходный шлак и восстанавливающие реагенты, с получением штейнов и отвальных шлаков [см., например, п. РФ 2058407, заявл. 03.02.93 г., опубл. 20.04.96 г., МПК С 22 В 9/20; п. РФ 2061069, заявл. 03.02.93 г., опубл. 27.05.96 г., МПК С 22 В 7/00; п. РФ 2105075, заявл. 3.10.97 г., опубл. 20.02.98 г., МПК С 22 В 7/04; з. РФ 97112621, заявл. 23.07.97 г., опубл. 27.02.99 г., МПК С 22 В 7/00; п. РФ 2154682, заявл. 21.04.99 г., опубл. 20.08.2000 г., МПК С 22 В 7/00; И.Ф. Худяков и др. "Металлургия меди, никеля и кобальта" ч.1, М., изд. "Металлургия", 1977 г., с. 210-211].

Основными недостатком данных способов являются:
- значительная потеря меди с отвальными шлаками (более 30%) в одностадийных процессах;
- наличие трудоемких дополнительных стадий, например, дробление медно-железного сплава и т.п.;
- низкая экономическая эффективность, обусловленная необходимостью использования дорогостоящих восстанавливающих реагентов, а также потерями меди и других цветных металлов с отвальными шлаками.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ переработки шлаков медеплавильного производства путем их многостадийной плавки при температуре 1320-1500^oС с получением двухфазного расплава - медно-железного сплава и обедненного шлака, на первой стадии проводят карбидотермическую плавку шихты, содержащей исходный шлак, восстановитель - кокс и известь, после чего обедненный шлак сливают, а на последующих стадиях в расплав вводят исходный шлак и осуществляют цементационную плавку. На стадии карбидотермической плавки в состав шихты вводят реагенты при следующем соотношении: исходный шлак:восстановитель: известь = 1:0,02:0,12, а на последующих стадиях цементационной плавки соотношение исходный шлак: медно-железный сплав поддерживают в пределах 1:1. Цементационные плавки повторяют 3-5 раз. Полученный медно-железный сплав с содержанием меди 6-7%, железа 81-82% направляют в конвертерный передел, а обедненный шлак на каменное литье [см. Ю.П.Купряков "Шлаки медеплавильного производства и их переработка", М., изд. "Металлургия", 1987 г., с. 122-124] .

Недостатки способа-прототипа заключаются в:
- низком извлечении меди в медно-железный сплав из-за предпочтительного перехода в него основного количества железа, поступающего с исходным шлаком;
- увеличении энергозатрат и ухудшении технологических показателей процесса дальнейшей переработки медно-железного сплава;
- в отсутствии извлечения железа в товарный продукт.

Задачей заявляемого способа является создание безотходной технологии с получением кондиционных товарных продуктов (медно-железного сплава, безмедистого чугуна и отвального шлака).

Поставленная задача решается тем, что в известном способе комплексной переработки шлаков медеплавильного производства путем их многостадийной плавки при температуре 1320-1350^oС с получением двухфазного расплава - медно-железного сплава и обедненного шлака, на первой стадии проводят карбидотермическую плавку шихты, содержащей исходный шлак, восстановитель - кокс и известь, после чего обедненный шлак сливают, а на последующих стадиях в расплав вводят исходный шлак и осуществляют цементационную плавку, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ на первой стадии в состав шихты вводят избыток восстановителя и извести при следующем соотношении:
исходный шлак: восстановитель:известь = 1:(0,18-0,22):(0,23-0,25); а на последующих стадиях соотношение исходный шлак: медно-железный сплав поддерживают в пределах (3-5):1; цементационную плавку повторяют 5-6 раз до достижения содержания меди в медно-железном сплаве 15-18%; обедненные шлаки со всех стадиях цементационной плавки объединяют и подвергают карбидотермическому восстановлению с получением безмедистого чугуна и отвального шлака.

Предлагаемый способ комплексной переработки шлаков медеплавильного производства является безотходным, позволяющим получить кондиционные товарные продукты (медно-железный сплав, безмедистый чугун и отвальный шлак) за счет максимально селективного извлечения из исходного шлака меди и железа. Избыток реагентов в заявляемом соотношении на стадии карбидотермической плавки необходим и достаточен для полного извлечения железа из исходного шлака в медно-железный сплав. На последующих стадиях цементационной плавки медно-железный сплав служит цементатором меди, селективно извлекая ее из новых порций исходного шлака (до 15-18%), а извлекаемое железо концентрируется в обедненном шлаке (90-95%), благодаря поддержанию соотношения исходный шлак: медно-железный сплав в заявляемых пределах. Обедненный шлак с содержанием меди 0,07-0,12% служит качественным сырьем при карбидотермическом восстановлении для получения безмедистого чугуна (содержание меди 0,07-0,12%, содержание железа 90,2-95,0%) и отвального шлака (содержание железа 5-7%, меди менее 0,1%), используемом в производстве стройматериалов - цемента и шлаковаты.

Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение не известно из уровня исследуемой техники, что свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Сущность заявляемого изобретения для специалиста не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Возможность комплексной переработки шлаков медеплавильного производства в условиях металлургических предприятий с использованием традиционного оборудования свидетельствует о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Пример 1. Комплексная переработка шлаков медеплавильного производства АГМК (Алмалыкского горно-металлургического комбината) в лабораторных условиях.

Использовали исходный шлак состава, %: Сu - 0,66; Fe - 33,19; SiО₂ - 34,65; CaO - 1,68.

В ванну электропечи загружали 100 кг исходного шлака и добавляли избыток реагентов - 18 кг кокса и 23 кг извести. Полученную шихту подвергали стадии карбидотермической плавки при температуре 1320^oС в течение 1 часа с получением двухфазного расплава медно-железного сплава и обедненного шлака. Расплав отстаивали в течение 0,5 часа, после чего обедненный шлак сливали. Перед началом цементационной плавки в расплав вводили исходный шлак в количестве 53 кг, поддерживая соотношение исходный шлак: медно-железный сплав в пределах 3:1. Цементационную плавку повторяли аналогичным образом 5 раз до достижения содержания меди в медно-железном сплаве 15% (после каждой стадии осуществляли анализ медно-железного сплава на содержание меди традиционным способом). Обедненные шлаки со всех стадий цементационной плавки объединяли и подвергали карбидотермическому восстановлению известным способом, причем, на каждые 100 кг обедненного шлака добавляли восстанавливающих реагентов - 20 кг кокса и 25 кг извести. Получали безмедистый чугун с содержанием меди 0,12% и железа 90,2% и отвальный шлак с содержанием меди 0,1%.

В условиях примера 1 проводили комплексную переработку шлаков медеплавильного производства в примерах 2, 3 с варьированием условий осуществления способа в заявляемых пределах.

Кроме того, проводили переработку шлаков медеплавильного производства в примере 4 в условиях способа прототипа [см. Ю.П.Купряков "Шлаки медеплавильного производства и их переработка", М., изд. "Металлургия", 1987 г., с. 122-124].

Условия осуществления способа и характеристики получаемых продуктов приведены в таблице.

Как видно из приведенных примеров и данных таблицы, использование заявляемого способа комплексной переработки шлаков медеплавильного производства по сравнению с известным способом, взятым за прототип [см. Ю.П.Купряков "Шлаки медеплавильного производства и их переработка", М., изд. "Металлургия", 1987 г. , с. 122-124], обеспечивает следующие технические и общественно-полезные преимущества:
- создание безотходной технологии с получением кондиционных товарных продуктов (медно-железного сплава, безмедистого чугуна и отвального шлака);
- повышение содержания меди до 15-18% в медно-железном сплаве;
- снижение энергозатрат и улучшение технологических показателей процесса дальнейшей переработки медно-железного сплава;
- высокое содержание железа (30-33%) в обедненных шлаках, способствующее их дальнейшей переработке в безмедистые чугуны с содержанием железа 90-95%;
- получение отвального шлака с минимальным содержанием ценных компонентов (5-7% железа и менее 0,1% меди), пригодного для получения шлаковаты и цемента;
- улучшение экологической обстановки за счет обеспечения возможности переработки отходов производства не только текущей выдачи, но и твердых отходов, накопившихся около предприятий в течение многих лет.

Способ может быть использован в металлургической промышленности и в производстве стройматериалов. Предложенный способ ведут путем многостадийной плавки шлаков при 1320-1350^oС с получением двухфазного расплава - медно-железного сплава и обедненного шлака. На первой стадии проводят карбидотермическую плавку шихты, содержащей компоненты при следующем соотношении: исходный шлак: восстановитель (кокс): известь 1:(0,18-0,2):(0,23-0,25). Затем обедненный шлак сливают. На последующих стадиях осуществляют цементационную плавку с введением в расплав исходного шлака при соотношении исходный шлак: медно-железный сплав (3-5): 1. Цементационную плавку повторяют 5-6 раз до достижения содержания меди в сплаве 15-18%. Обедненные шлаки со всех стадий цементационной плавки объединяют и подвергают карбидотермическому восстановлению получением безмедистого чугуна и отвального шлака, обеспечивается создание безотходной технологии с получением кондиционных товарных продуктов: медно-железного сплава, безмедистого чугуна и отвального шлака, повышение содержания меди до 15-18% в медно-железном сплаве; снижение энергозатрат и улучшение технологических показателей процесса дальнейшей переработки медно-железного сплава; высокое содержание железа (30-33%) в обедненных шлаках, способствующее их дальнейшей переработке в безмедистые чугуны с содержанием железа 90-95%; получение отвального шлака с минимальным содержанием ценных компонентов (5-7% железа и менее 0,1% меди), пригодного для получения шлаковаты и цемента; улучшение экологической обстановки за счет обеспечения возможности переработки отходов производства не только текущей выдачи, но и твердых отходов. 1 табл.

Способ комплексной переработки шлаков медеплавильного производства, включающий их многостадийную плавку при 1320-1350^oС с получением двухфазного расплава - медно-железного сплава и обедненного шлака, проведение на первой стадии карбидотермической плавки шихты, содержащей исходный шлак, восстановитель - кокс и известь, последующий слив обедненного шлака, введение на последующих стадиях в расплав исходного шлака и осуществление цементационной плавки, отличающийся тем, что на первой стадии в состав шихты вводят избыток восстановителя и извести при следующем соотношении: исходный шлак: восстановитель: известь= 1: (0,18-0,22): (0,23-0,25), а на последующих стадиях соотношение исходный шлак: медножелезный сплав поддерживают в пределах (3-5): 1, цементационную плавку повторяют 5-6 раз до достижения содержания меди в медножелезном сплаве 15-18%, обедненные шлаки со всех стадий цементационной плавки объединяют и подвергают карбидотермическому восстановлению с получением безмедистого чугуна и отвального шлака.