СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МЕДНО-КОБАЛЬТОВОГО ОКИСЛЕННОГО СЫРЬЯ С ПОЛУЧЕНИЕМ ЧЕРНОВОЙ МЕДИ И СПЛАВА НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТА Российский патент 2009 года по МПК C22B15/00 C22B23/02 C22B4/00 

Изобретение относится к области пирометаллургии, в частности к способу переработки окисленного медно-кобальтового сырья, с получением металлической меди и сплава.

Известен способ переработки медно-кобальтовых шлаков, разработанный компанией Bateman Titaco. В печь подается предварительно смешанный материал (в основном высушенный шлак с небольшим количеством угля в качестве восстановителя и флюсами). Сплав с помощью водомета высокого давления гранулируют в тонкий порошок, направляемый на гидрометаллургическую переработку. Сплав содержит 60-80% железа, остальное - медь и кобальт [RT Jones, GM Denton, QG Reynolds, JAL Parker, GJJ van Tonder. Recovery of cobalt from slag in a DC arc furnace at Chambishi, Zambia. Copper, cobalt, nickel and zinc Recovery conference, Zimbabwe, 16-18 July 2001, John Chadwick. Chambishi Metals. Mining Magazine, 2002, June, p.286-289].

Основными недостатками данного способа переработки медно-кобальтовых руд и концентратов являются:

1. Повышенное содержание кобальта в получаемом медном сплаве, что приводит к снижению прямого его извлечения в кобальтовый продукт и повышенным потерям этого металла.

2. Повышенное содержание меди в кобальтовом сплаве, что удорожает переработку сплава, снижает прямое извлечение меди в черновую медь.

Оба эти фактора приводят к тому, что на многих предприятиях извлекается только медь, практически весь кобальт теряется.

Наиболее близким является способ переработки медно-кобальтовых концентратов и оборотных шлаков медного производства в трехфазных круглых электропечах. Данная технология применялась до конца 1980-х годов на заводе Panda (Заир). В качестве флюса использовался известняк, в качестве восстановителя - кокс. В результате восстановительной электроплавки получали два жидких металлических слоя: верхний, содержащий, % мас.: Со 40-50; Cu 15-25; Fe 30-33; Si 1,6-2,5, и нижний, содержащий, % мас.: Cu 90-93; Со 3-5; Fe 3-5. Отвальный шлак содержал, %: Со 0,4; Cu 0,3; FeO 3; SiO₂ 40; CaO 41; MgO 5; Al₂О₃ 10. Медный сплав направляли в медное производство, откуда шлаки огневого рафинирования, содержащие 15% кобальта, возвращали в рудную электроплавку. Кобальтсодержащий сплав перерабатывался гидрометаллургическим способом [RT Jones, GM Denton, QG Reynolds, JAL Parker, GJJ van Tonder. Recovery of cobalt from slag in a DC arc furnace at Chambishi, Zambia. Copper, cobalt, nickel and zinc Recovery conference, Zimbabwe, 16-18 July 2001, John Chadwick. Chambishi Metals. Mining Magazine, 2002, June, p.286-289.].

Недостатком данного способа, как и предыдущего, является получение при восстановительной плавке меди с высоким содержанием кобальта, что приводит к снижению прямого извлечения кобальта и его повышенным потерям.

Таким образом, задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является переработка окисленного медно-кобальтового сырья. Техническим результатом является увеличение прямого извлечения и уменьшение потерь цветных металлов, а также снижение энергетических и материальных затрат при переработке медно-кобальтового сырья.

Поставленный технический результат достигается тем, что в способе переработки медно-кобальтовых окисленных материалов (руды, концентраты, шлаки), включающем сушку, восстановительную плавку в электропечи, согласно изобретению плавка осуществляется в две стадии, причем на первой проводится восстановительная плавка с получением черновой меди и кобальтсодержащего шлака, а на второй происходит обеднение шлака с образованием отвального шлака, кобальтсодержащего сплава и медно-железного сплава, поступающего на первую стадию.

Способ может осуществляться в двух последовательно расположенных электропечах или в одной электропечи.

Предварительная сушка и прокалка исходного материала может осуществляться теплом отходящих газов электропечей.

Исходный материал может быть загружен в электропечь в виде брикетов, содержащих углеродсодержащий восстановитель.

В процессе плавки может подаваться жидкий или газообразный углеродсодержащий восстановитель.

Первоначально мелкодисперсные материалы подвергаются сушке отходящими газами до 3-6% и поступают на операцию брикетирования, после которой осуществляется окончательная сушка и нагрев материала теплом отходящих газов. В электропечи №1 проводится плавка медно-кобальтового оксидного сырья с добавлением восстановителя, в качестве которого применяют углеродсодержащий материал, и флюсующей добавки - материала, содержащего оксид кальция. В результате плавки в электропечи №1 получают шлаковый расплав, содержащий оксиды кобальта, меди, железа и расплав металлической меди с незначительным количеством примесей, дальнейшую переработку меди возможно осуществлять путем огневого рафинирования с последующим электролизом. Кобальтсодержащий шлак в жидком виде поступает в электропечь №2, в которой происходит обеднение шлака по меди, кобальту и железу. В качестве восстановителя применяется углеродсодержащий материал, в качестве флюсующей добавки - материал, содержащий оксид кальция. В результате плавки в электропечи №2 образуется трехслойная система, состоящая из медно-железного сплава (нижний металлический расплав), железо-кобальто-медного сплава (верхний металлический расплав) и отвального шлака с минимальным содержанием цветных металлов. Образовавшийся медный сплав в гранулированном виде поступает на плавку в электропечь №1, в результате которой часть железа по реакции цементации перейдет в шлаковую фазу, восстановив при этом оксид меди и в меньшей степени оксид кобальта. Железо-кобальто-медный верхний сплав, содержащий около 30-35% мас. кобальта является конечным продуктом, дальнейшая переработка которого возможна гидрометаллургическими методами.

Пример

Плавку брикетированного медно-кобальтового концентрата вели в лабораторной печи при температуре 1370°С. На плавку поступил концентрат, содержащий, % мас.: Cu 20,4; Со 1,66; Fe 2,84. Влажность концентрата составляла 3%. В качестве флюса использовали известняк с содержанием СаО 52%. В качестве восстановителя использовали кокс с содержанием углерода 70%. В печь помещали медно-кобальтовый концентрат 89%, кокс 1%, известняк 10%. В результате восстановительной плавки образовалось два слоя. Слой металлической меди содержал, % мас.: Cu 98,7; Со 0,39; Fe 0,91. Шлак содержал, % мас.: Cu 6,5; Со 2,0; Fe 3,40; SiO₂ 51,6; СаО 6,8; Al₂О₃ 7,0. Продукты охлаждали и разделяли. Шлак от восстановительной плавки медно-кобальтового концентрата использовали для проведения второй серии экспериментов. В качестве флюсующей добавки использовали известняк. Шихта состояла из 94% шлака, 5% известняка, 1% кокса. Температура плавки 1370°C. В результате плавки были получены кобальтсодержащий сплав, % мас.: Cu 21,5; Со 33,5; Fe 45,0; медно-железный сплав, % мас.: Cu 91,3; Со 2,9; Fe 5,8. Полученный шлак содержал, % мас.: Cu 0,4; Со 0,4; Fe 1,2; SiO₂ 54,5; СаО 17,5; Al₂О₃ 7,5.

Способ может быть использован для переработки окисленного медно-кобальтового сырья с получением черновой меди и сплава на основе кобальта. Способ включает сушку, прокалку сырья, загрузку шихты и восстановительную плавку в электропечи. При этом восстановительную плавку осуществляют в две стадии. На первой стадии проводят восстановительную плавку окисленного медно-кобальтового сырья с получением черновой меди и кобальтсодержащего шлака. На второй стадии проводят восстановительную плавку с обеднением кобальтсодержащего шлака с образованием отвального шлака, кобальтсодержащего сплава и медно-железного сплава, который подают на первую стадию. Сушку и прокалку исходного сырья осуществляют теплом отходящих газов двух электропечей. На обеих стадиях восстановительной плавки подают газообразный или жидкий углеродсодержащий восстановитель. 5 з.п. ф-лы.

1. Способ переработки медно-кобальтового окисленного сырья с получением черновой меди кобальтсодержащего сплава и отвального шлака, включающий сушку, прокалку сырья, загрузку шихты и восстановительную плавку в электропечи, отличающийся тем, что восстановительную плавку осуществляют в две стадии, на первой стадии проводят восстановительную плавку окисленного медно-кобальтового сырья с получением черновой меди и кобальтсодержащего шлака, на второй стадии проводят восстановительную плавку с обеднением кобальтсодержащего шлака с образованием отвального шлака, кобальтсодержащего сплава и медно-железного сплава, который подают на первую стадию.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обе стадии восстановительной плавки осуществляют в двух последовательно установленных электропечах.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обе стадии восстановительной плавки осуществляют в одной электропечи.

4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что сушку и прокалку исходного сырья осуществляют теплом отходящих газов двух электропечей.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что исходное сырье перед загрузкой брикетируют с углеродсодержащим восстановителем.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на обеих стадиях восстановительной плавки подают газообразный или жидкий углеродсодержащий восстановитель.