СПОСОБ СЕЛЕКТИВНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ КОМПЛЕКСНЫХ РУД, ОБРАЗОВАННЫХ ТВЕРДЫМИ ОКСИДНЫМИ РАСТВОРАМИ ИЛИ ОКСИДНЫМИ ХИМИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ Российский патент 2014 года по МПК C22B5/02 

Изобретение относится к переработке комплексных оксидных сырьевых материалов, таких как природные руды, рудные концентраты и подобные материалы, в которых извлекаемые материалы входят в состав оксидных твердых растворов или оксидных химических соединений с тугоплавкими оксидами других невосстанавливаемых металлов. В частности, предлагаемое изобретение относится к переработке хромовых, титаномагнетитовых, ильменитовых, сидеритовых и других руд, их концентратов и им подобных материалов.

Обычно железосодержащая моноруда перерабатывается в чугун в доменных печах, а затем в сталь известными способами. Известен способ производства железного порошка, включающий смешивание железосодержащего материала с восстановителем, окомкование, обжиг окатышей в вакууме при температуре 700…1100°C, охлаждение в безокислительной атмосфере до 500…600°C, дробление и магнитную сепарацию (SU №651033, МПК C21B 13/00, заявл. 22.09.1977, опубл. 05.03.1979). Недостатком способа является необходимость окомкования и малая скорость восстановления вследствие низкой температуры восстановления, обусловленные этим большая длительность обжига и необходимость введения катализаторов (NaCl).

Переработка комплексных руд, в которых извлекаемые металлы входят в состав оксидных твердых растворов или оксидных химических соединений с тугоплавкими оксидами других невосстанавливаемых металлов, традиционными способами невозможна или требует больших энергетических затрат или приводит к потере ценных невосстанавливаемых металлов.

Так, переработка в доменных печах сидеритовых руд, например Бакальского месторождения, в которых железо образует твердый раствор катионов с марганцем и магнием в составе сидероплезита (Fe_0,74; Mg_0,24; Mn_0,02)CO₃, а при разложении карбоната переходит в комплексный оксид (Fe_0,74; Mg_0,24; Mn_0,02)O, что приводит к образованию шлаков с высоким содержанием оксида магния, который увеличивает температуру плавления шлаков и затрудняет их выход из печи. Поэтому при доменной плавке сидеритовую руду перерабатывают в ограниченных количествах (до 13,5%), используя только в качестве добавки к другим рудам (Жунев А.Г., Шумаков Н.С., Братченко Л.Н. К вопросу об использовании бакальских сидеритов и их подготовке к доменной плавке. Сталь, 1966. №3. - С.137-139).

Железо из сидеритовой руды можно извлекать при плавке в электрических рудовосста-новительных печах, но высокая температура плавления оксида магния требует большого расхода электрической энергии, использования флюсующих добавок и ведет к потере оксида магния со шлаком, что делает выплавку чугуна из сидеритовой руды в электрических печах нерентабельной (Мальков Н.В., Рощин В.Е., Поволоцкий Д.Я. Рудовосстановитель-ная плавка в электрических печах - возможная перспектива производства чугуна и стали на Южном Урале. Электрометаллургия. - 2005. №9 - С.21-25).

Аналогичным образом в доменном процессе ограниченно используются титаномагнетитовые руды, в которых в кристаллической решетке магнетита Fe₃O₄ присутствует растворенный титан, а также содержатся вкрапления ильменита - химического соединения 2FeO·TiO₂. При высоком содержании оксидов титана в титаномагнетитовых рудах, например Медведевско-Копанской группы месторождений, в доменной печи образуются тугоплавкие шлаки, вызывающие расстройство хода печи. Поэтому их можно использовать в незначительном количестве лишь в качестве добавки к традиционным рудам. При низком содержании оксидов титана руду, например Качканарского месторождения, можно перерабатывать доменным процессом, однако при этом с доменным шлаком теряется титан, который является ценным компонентом руды.

Известен способ отделения железа от титанистой породы с использованием принципов обжигмагнитного, кричнорудного обогащения и методов прямого получения железа. Сущность процесса заключается в восстановлении руды в горизонтальной трубчатой вращающейся печи, где получаются окатыши с частично восстановленным железом. Затем в процессе дробления и магнитной сепарации из этих окатышей выделяется железо, а в хвостах сепарации остается высокотитанистый продукт.

Для улучшения условий отделения восстановленного железа от шлаковых фаз широко используется введение в шихту соды или плавикового шпата, понижающих температуру размягчения шлакообразующих, что способствует укрупнению зерен металла. Интенсификации процесса восстановления способствует также добавка в шихту солей щелочных и щелочноземельных металлов (Леонтьев Л.И. Пирометаллургическая переработка комплексных руд / Л.И. Леонтьев, Н.А. Ватолин, С.В. Шаврин, Н.С. Шумаков. - М: Металлургия. - 1997.-431 с).

Железо и хром из хромовой руды, в которой эти элементы находятся в виде катионных растворов с магнием и алюминием $$\left(M{g}_i^{2+},F{e}_j^{2+}\right)\left[F{e}_x^{3+}A{l}_y^{3+},C{r}_z^{3+}\right]O_4$$ в составе тугоплавких шпинелей, извлекают при выплавке феррохрома в электрических рудовосстановительных печах. Однако высокая температура плавления шпинельного остатка в виде оксидов магния и алюминия требует больших затрат электрической энергии на их плавление. Для формирования шлака в электрических печах с целью снижения температуры плавления используют флюсующие добавки, которые растворяют тугоплавкую шпинельную фазу. В составе печного шлака тугоплавкая шпинельная фаза выбрасывается в шлаковые отвалы.

В известных источниках информации не описан способ пирометаллургического обогащения тугоплавкой оксидной фазы комплексных руд, остающейся после восстановления и извлечения из нее металлов. Тугоплавкая фаза на основе оксида магния, формирующаяся при извлечении железа из сидеритовых руд, на основе алюмомагнезиальной шпинели при извлечении железа и хрома из хромовых руд, на основе анасовита (комплексного оксида титана) при извлечении железа из титаномагнетита и ильменита титаномагнетитовых и ильменитовых руд является вторым ценным компонентом комплексных руд, который может быть использован для различных целей. В описанных способах при извлечении металла оксидный остаток не обогащают, а разбавляют флюсующими добавками, понижающими температуру плавления и способствующими образованию легкоплавкого шлака и укрупнению корольков металла, или материалом оболочки, в качестве которого используется шлак.

Известен способ пирометаллургического обогащения комплексных железосодержащих материалов путем изготовления двухслойных окатышей. Способ включает смешивание комплексных железосодержащих материалов с углеродистым восстановителем, формирование рудоугольных окатышей, обжиг окатышей в оболочке, охлаждение, измельчение и магнитную сепарацию. Особенностью способа является нанесение на сырые рудоугольные окатыши оболочки из оксидного материала с температурой плавления не менее 1,1 температуры плавления наиболее тугоплавкой фазы ядра восстановительных окатышей, обжига их при температуре, равной 0,65…0,85 от температуры плавления железа, до его полного восстановления, а после восстановления нагрев до температуры 1,02 температуры плавления восстановленной металлической фазы. Наличие оболочки из тугоплавкого оксидного материала защищает металл от вторичного окисления, а температурный режим обжига позволяет сформировать структуру окатыша, в которой корольки металла заключены в шлаковый скелет шлака (RU 2087542, МПК C21B 13/00. заявл. 16.11.1994; опубл. 20.08.1997).

Данный способ имеет следующие недостатки. Вследствие необходимости точного подбора материала оболочки, его гранулометрического состава, толщины оболочки, продолжительности накатывания оболочки на окатыши в зависимости от тонкой взаимозависимости свойств металлической и шлаковой фаз он сложен в осуществлении. Кроме того, нанесение на рудоугольные окатыши оболочки из шлаков увеличивает количество шлаков металлизации и сопровождается разбавлением тугоплавкой оксидной фазы комплексных руд.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ, описанный в п. РФ №2460813 по кл. C21B 13/00, заявл. 16.06.2011 г., опубл. 10.09.2012 г.и выбранный в качестве прототипа.

Известный способ селективного извлечения металлов из комплексных руд, образованных твердыми оксидными растворами или оксидными химическими соединениями, включает смешивание руд с углеродистыми восстановителями, обжиг полученной смеси, охлаждение, измельчение и разделение компонентов и отличается тем, что руду предварительно перед смешиванием размалывают до частиц размером 1…2 мм, смесь с углеродистым восстановителем подвергают восстановительному обжигу, нагревая ее до 0,6…0,8 температуры плавления самой тугоплавкой оксидной фазы руды, и выдерживают в течение 1…3 ч, полученную после восстановительного обжига смесь размалывают до частиц размером 1 мм и менее и производят разделение металлического и оксидного компонентов магнитным, или флотационным, или аэродинамическим способом.

Недостатком известного способа является сложность технологии, обусловленная тем, что перед смешиванием измельчают руду до частиц 1…2 мм, а затем после обжига размалывают смесь до частиц размером 1 мм и менее, что усложняет последующий процесс разделения металлического и оксидного компонентов и ухудшает их качество.

Задачей изобретения является упрощение технологического цикла получения металлов без плавления руд при повышении качества конечного продукта.

Поставленная задача решается тем, что в способе селективного извлечения металлов из комплексных руд, образованных твердыми оксидными растворами или оксидными химическими соединениями, включающем измельчение руд, смешивание руд с углеродистыми восстановителями, обжиг полученной смеси при температуре 0,6…0,8 температуры плавления самой тугоплавкой оксидной фазы руды в течение 1…3 часов, охлаждение, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ перед смешиванием комплексную руду измельчают до частиц размером 10…30 мм, а углеродистый восстановитель размалывают до частиц размером 1…3 мм, или руду размалывают размалывают до частиц размером 1…3 мм, а углеродистый материал измельчают до частиц размером 10…30 мм, после охлаждения проводят первую сепарацию с разделением рудного и углеродсодержащего материала, затем рудный материал размалывают до частиц размером 1 мм и менее, и проводят повторную сепарацию с разделением рудного материала на металлическую и оксидную фазы..

Измельчение перед смешиванием содержащей оксиды железа комплексной руды и углеродистого восстановителя до разных размеров обеспечивает возможность достаточно просто разделить при первой сепарации после обжига и охлаждения рудный и углеродсодержащий материалы, а размол рудного материала до частиц размером 1 мм и менее дает возможность при повторной сепарации разделить его на металлическую и оксидную фазы, что упрощает технологию производства.

Технический результат - упрощение операции разделения за счет разного размера фракций.

Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как измельчение перед смешиванием содержащей оксиды железа комплексной руды и углеродистого восстановителя до разных размеров, разделение при первой сепарации после обжига и охлаждения рудного и углеродсодержащего материалов, размол рудного материала до частиц размером 1 мм и менее, и разделение при повторной сепарации рудного материала на металлическую и оксидную фазы, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый способ может найти широкое применение в области переработки комплексных железосодержащих руд, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Заявляемый способ заключается в следующем.

Берут комплексную руду, образованную твердыми оксидными растворами или оксидными химическими соединениями, и углеродистые восстановители и производят отдельно их измельчение до частиц разных размеров. При этом либо руду измельчают до частиц размером 10…30 мм, а углеродистый восстановитель размалывают до частиц размером 1…3 мм, или руду размалывают до частиц размером 1…3 мм, а углеродистый восстановитель измельчают до частиц размером 10…30 мм.

Затем смешивают измельченные указанные материалы и производят обжиг полученной смеси при температуре 0,6…0,8 температуры плавления самой тугоплавкой оксидной фазы руды в течение 1…3 часов. Далее охлаждают полученный материал и разделяют рудный и углеродсодержащий материалы. Полученный после сепарации рудный материал размалывают до частиц размером 1 мм и менее, после чего проводят повторную сепарацию, разделяя металлическую и оксидную фазы рудного материала.

Ниже приведен пример конкретного осуществления заявляемого способа.

Сидеритовую руду Бакальского месторождения в виде кусочков размером 10…30 мм, образующихся в виде отходов при грохочении руды перед обжигом с целью получения сидеритового концентрата, смешали с порошком размером частиц 1…3 мм энергетического угля из Коркинского угольного разреза. Полученную смесь поместили в графитовый тигель и подвергли восстановительной выдержке при температуре 1250°C в течение 2 часов в печи сопротивления с графитовым нагревателем (печи Таммана). После отключения печи и охлаждения смеси при помощи вибросита смесь разделили на руду и угольный остаток. Кусочки руды измельчили на дисковом истирателе до размеров 1 мм и менее. Порошок рудного материала при помощи магнита разделили на магнитную и немагнитную фракции, в которых определили содержание железа. В магнитной фракции содержание железа составило 98,7% (остальное - оксиды магния, кремния и железа), в немагнитной 7,9% (остальное - оксиды магния, кремния и железа). При этом в немагнитной фракции содержание оксида магния составляло 60…80%.

В сравнении с прототипом заявляемый способ обеспечивает упрощение технологического цикла получения металлов без плавления руд при повышении качества конечного продукта.

Изобретение относится к переработке комплексных руд. Предварительно комплексную руду измельчают до частиц размером 10…30 мм, углеродистый восстановитель размалывают до частиц размером 1…3 мм, или комплексную руду измельчают до частиц размером 1…3 мм, а углеродистый восстановитель размалывают до частиц размером 10…30 мм. Измельченную руду смешивают с измельченным углеродистым восстановителем, проводят обжиг полученной смеси при температуре 0,6…0,8 температуры плавления самой тугоплавкой оксидной фазы руды в течение 1…3 часов и охлаждение. Проводят первую сепарацию с разделением рудного и углеродсодержащего материала, затем рудный материал размалывают до частиц размером 1 мм и менее и проводят повторную сепарацию с разделением рудного материала на металлическую и оксидную фазы. Обеспечивается упрощение технологического цикла извлечения металлов без плавления руд при повышении качества конечного продукта. 1 пр.

Способ селективного извлечения металлов из комплексных руд, образованных твердыми оксидными растворами или оксидными химическими соединениями, включающий измельчение руд, смешивание руд с углеродистым восстановителем, обжиг полученной смеси при температуре 0,6…0,8 температуры плавления самой тугоплавкой оксидной фазы руды в течение 1…3 ч, охлаждение, отличающийся тем, что перед смешиванием комплексную руду измельчают до частиц размером 10…30 мм, а углеродистый восстановитель размалывают до частиц размером 1…3 мм, а углеродистый восстановитель размалывают до частиц размером 10…30 мм, после охлаждения проводят первую сепарацию с разделением рудного и углеродсодержащего материала, затем рудный материал размалывают до частиц размером 1 мм и менее и проводят повторную сепарацию с разделением рудного материала на металлическую и оксидную фазы.