Способ комплексной переработки шлаков медеплавильного производства Российский патент 2024 года по МПК C22B7/04 C21B11/00 C21B3/04 

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для безотходной переработки шлаков медеплавильного производства с получением товарных продуктов, таких как, литейный чугун и щебень, пригодных для дальнейшего использования в металлургической промышленности и в качестве стройматериалов.

Известен способ переработки медьсодержащих отходов пирометаллургическим методом (заявка РФ 97112621, заявл. 23.07.1997 г., опубл. 27.02.1999 г., МПК С22В 7/00), включающий подготовку и загрузку шихтовых материалов в печной агрегат, проведение восстановительного цикла, разливку, отличающийся тем, что в качестве шихтовых материалов используют отработанный медный хромсодержащий катализатор, анодный осадок и известь при соотношении компонентов, равном соответственно 1:(0,35-0,55):(0,25-0,4), температуру расплава в восстановительный период доводят до температуры Т_ликв+150°С, сливают шлак, затем до температуры Т_солид+100°С расплав медленно охлаждают до полной кристаллизации и отстаивания феррохрома, после чего осуществляют дальнейшее охлаждение жидкого расплава для кристаллизации меди.

Недостатком данного способа является наличие отходов производства в виде отвального шлака и невозможность использования способа для переработки медных шлаков.

Известен также способ обеднения медьсодержащих шлаков (патент РФ №2105057, заявл. 3.10.1997 г., опубл. 20.02.1998 г., МПК С22В 7/04), включающий их обработку карбонатом щелочного металла при повышенной температуре при соотношении карбоната щелочного металла и соединения щелочноземельного металла 1:(2-3) и дозировке в печь полученной смеси карбонатов 23% от массы исходной меди, при расходе восстановителя 20-30% от массы полученной смеси карбоната щелочного металла и соединения щелочноземельного металла. В качестве соединения щелочноземельного металла используют карбонат кальция, оксид кальция.

Недостатком данного способа является наличие отходов производства в виде отвального шлака и потери железа в шлаке.

Известен способ получения чугунных мелющих тел (патент РФ 2634535, заявл. 23.08.2016 г., опубл. 31.10.2017 г., МПК С21С), включающем подготовку шихты, содержащей в своем составе отходы медеплавильного производства, ее плавление и получение чугуна, разливку его в формы и извлечение из них отливок в виде мелющих тел. В качестве исходных материалов шихты используют смесь из шлака медеплавильного производства, содержащего медь от 0,7 до 2,4% и углеродистый восстановитель. Из полученной смеси изготавливают окатыши, которые высушивают и обжигают в восстановительной среде до получения металлизированных окатышей, загружают в дуговую печь и плавят с получением чугуна, который разливают в формы.

Недостатком данного способа является ограничение минимального содержания меди в шлаке 0,7%, двухстадийная технология, определяющая высокие энергетические затраты и наличие отходов производства в виде отвального шлака.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ комплексной переработки шлаков медеплавильного производства (патент РФ 2195508, заявл. 31.05.2001 г., опубл. 27.12.2002 г., МПК С22В 7/04), включающий их многостадийную плавку при 1320-1350°С, получение двухфазного расплава - медно-железного сплава и обедненного шлака, проведение на первой стадии карботермической 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 компонентов: исходный шлак, восстановитель, известь равном 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 карботермическому восстановлению с получением безмедистого чугуна и отвального шлака.

Недостатком способа-прототипа является наличие отходов производства в виде отвального шлака и высокие энергетические затраты, обусловленные многостадийной плавкой.

Задачей заявляемого способа является создание энергетически эффективной технологии безотходной переработки исходных медных шлаков и продуктов их переработки - железосодержащих хвостов флотации с получением кондиционных товарных продуктов: литейного чугуна и строительного щебня.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе комплексной переработки шлаков медеплавильного производства при карботермической плавке шихты, содержащей исходный шлак, восстановитель и известь, согласно изобретению карботермическую плавку осуществляют в одностадийном режиме. В состав шихты вводят жидкое стекло при следующем соотношении компонентов: исходный шлак, восстановитель, известь, жидкое стекло равном, соответственно, 1:(0,23-0,25):(0,27-0,30):(0,05-0,08), компоненты шихты перед плавкой брикетируют, плавку ведут при температуре 1380-1500°С.

Предлагаемый способ, являясь безотходной технологией переработки шлаков медеплавильного производства, позволяет получить кондиционные товарные продукты - легированный чугун и строительный щебень за счет максимального извлечения из исходного шлака железа, кремния и меди, шлака в чугун. Брикетирование шихты способствует снижению энергетических затрат в процессе плавки. Полученный по заявляемому способу чугун относится к легированным литейным чугунам и соответствует ГОСТ 7769-82. Шлак одностадийной карботермической плавки может служить сырьем для производства щебня и является качественным сырьем для строительной промышленности. Одностадийный процесс плавки позволяет сократить расход электроэнергии и повысить энергетическую эффективность процесса.

Заявленное соотношение компонентов шихты обеспечивает полное восстановление оксидов железа и меди, образование чугуна и шлака в соответствии с требованиями ГОСТ 7769-82 и ГОСТ 32826-2014. Нижний предел соотношения компонентов шихты 1:0,23:0,27:0,05 обусловлен максимально допустимым содержанием серы в чугуне и прочностью брикетов. При меньшем соотношении, чем 1:0,23:0,27:0,05 содержание серы в чугуне возрастает выше 0,1%, а прочность брикетов снижается, что приводит к повышению потерь в плавке с пылеуносом. Верхний» предел соотношения компонентов шихты 1:0,25:0,30:0,08 обусловлен расходом электроэнергии. При большем соотношении, чем 1:0,25:0,30:0,08 возрастает расход электроэнергии на плавку за счет увеличения времени нагрева и плавления.

Температурные пределы плавки обусловлены температурой плавления шлака. Нижний предел температуры плавки зависит от минимальной температуры плавления силикатного шлака при соотношении CaO/SiO₂=0,89 и составляет 1380°С при содержании в шлаке 7% Al₂O₃ и 5% MgO. При температуре плавки ниже 1380°С шлак имеет тестообразное состояние и низкую десульфурирующую способность. Верхний предел температуры плавки определяется минимальной температурой плавления силикатного шлака при соотношении CaO/SiO₂=0,95 и составляет 1500°С при содержании в шлаке 7% Al₂O₃ и 5% MgO, а также расходом электроэнергии на плавку. При температуре плавки выше 1500°С значительно возрастает расход электроэнергии на плавку.

Пример. Проведена безотходная переработка шлаков медеплавильного производства АО «Карабашмедь». Использовали продукт переработки медного шлака - железосодержащие хвосты флотации состава, %: Fe_общ - 39,74; CuO - 0,44; SiO₂ - 29,00; CaO - 5,24. В качестве восстановителя использовали бурый уголь. Компоненты шихты смешивали, брикетировали и загружали в печь. Плавки по заявляемому изобретению проводились в электропечи сопротивления с трубчатым графитовым нагревателем в графитовом тигле в одну стадию. В результате плавки были получен чугун марки ЧХЗТ по ГОСТ 7769-82 «Чугун легированный для отливок со специальными свойствами». Выход чугуна из тонны железосодержащих хвостов флотации составил 42,8%. Полученный шлак соответствует ГОСТ 32826-2014 «Щебень и песок шлаковые». Выход силикатного шлака из тонны железосодержащих хвостов флотации составил 67,4-72,9%.

Выполнена также многостадийная плавка по прототипу. На первой стадии получен чугун, на котором производили последующие 6 цементационных плавок. В результате цементационных плавок получен железо-медный сплав с содержанием меди 11%. Выход железо-медного сплава из железосодержащих хвостов флотации составил 2,03%, а шлака 82,7%. Полученный на первой стадии и в результате цементационных плавок шлаки смешивали с углем, известью и проводили восстановительную плавку на чугун. Выход чугуна составил 38,3%, а отвального шлака 69,4% из тонны цементационного шлака. Полученный чугун не удовлетворяет требованиям ГОСТ 7769-82 «Чугун легированный для отливок со специальными свойствами» по содержанию серы. Отвальный шлак имеет повышенное содержание железа и не отвечает требованиям ГОСТ 32826-2014 «Щебень и песок шлаковые». Расход электроэнергии определяли по мощности и времени работы печи. Условия осуществления способа и характеристики получаемых продуктов приведены в таблице.

Как видно из приведенных примеров и данных таблицы, использование заявляемого способа безотходной переработки шлаков медеплавильного производства по сравнению с известным способом, взятым за прототип, обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:

- создание безотходной технологии с получением кондиционных товарных продуктов: легированного чугуна по ГОСТ 7769-82 и шлака, отвечающего требованиям ГОСТ 32826-2014 «Щебень и песок шлаковые»;

- снижение энергозатрат.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для безотходной переработки шлаков медеплавильного производства с получением товарных продуктов, таких как литейный чугун и щебень, пригодных для дальнейшего использования в металлургической промышленности и в качестве стройматериалов. Способ комплексной переработки шлаков медеплавильного производства включает карботермическую плавку шихты, которую осуществляют в одностадийном режиме шихты состава: исходный шлак, восстановитель, известь и жидкое стекло, при следующем соотношении компонентов, 1:(0,23-0,25):(0,27-0,30):(0,05-0,08). Компоненты шихты перед плавкой брикетируют, плавку ведут при температуре 1380-1500°С с получением легированного чугуна и силикатного шлака. Способ обеспечивает безотходную переработку шлаков медеплавильного производства с получением легированного чугуна и силикатного шлака. 1 табл., 1 пр.

Способ комплексной переработки шлаков медеплавильного производства, включающий карботермическую плавку шихты, отличающийся тем, что карботермическую плавку осуществляют в одностадийном режиме шихты состава: исходный шлак, восстановитель, известь и жидкое стекло, при следующем соотношении компонентов, соответственно, 1:(0,23-0,25):(0,27-0,30):(0,05-0,08), при этом компоненты шихты перед плавкой брикетируют, плавку ведут при температуре 1380-1500°С с получением легированного чугуна и силикатного шлака.