Способ переработки шлаков производства тяжелых цветных металлов Советский патент 1992 года по МПК C22B7/04 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к процессам извлечения железа, никеля, кобальта из шлаков переработки никелевых, медно-никелевыхи медных руд и материалов, и может быть использовано для получения продукта, пригодного для производства сталей и ферросплавов, причем преимущественно высококачественных.

Известен процесс конвертирования никелевых и медно-никелевых штейнов, включающий продувку сульфидного расплава (штейна) кислородсодержащим газом, образование на поверхности расплава магнети- товой пены, отстаивание шлака и его отделение.

Данный процесс конвертирования служит для получения чернового металла, например черновой меди. При продувке

кислородом расплава действительно образуется магнетитовая фаза, однако в данном процессе это неблагоприятный фактор, который не предусмотрен процессом. Магнетит увеличивает плотность и вязкость шлака, затрудняет оседание капель штейна, что в целом приводит к повышенным потерям со шлаком ценных металлов.

Известен способ переработки шлаков производства цветных металлов, включающий непрерывную продувку расплавленных шлаков различными газами, например природным или печным газом, окисью углерода или азотом, выделение ценных компонентов в пену и последующее удаление ее с поверхности расплава.

Однако этим способом можно получить только штейновый продукт, сплав, загрязненный такими примесями, как медь,

со ел о

00

нец, олово, мышьяк. При этом извлечение железа невелико. Не обеспечивается селективность извлечения железа, никеля, кобальта, т.е. отделение их от меди и серы, содержащихся в шлаке.

Целью изобретения является повышение извлечения железа, никеля и кобальта.

Цель достигается тем, что в способе переработки шлаков производства тяжелых цветных металлов, включающем продувку шлакового расплава газом, выделение ценных компонентов в пену и последующее удаление ее с поверхности расплава, продувку шлакового расплава ведут кислородсодержащим газом при расходе кислорода 40-68 нм на 1 т железа в шлаке и подаче дутья в количестве 600-1200 нм3 в час на 1 м поверхности расплава при температуре расплава 1250-1350° С.

Если расплавленные шлаки продувать кислородсодержащим газом, то оксид железа FeO окисляется до магнетита Рез04, который имеет ограниченную растворимость в шлаке и поэтому выделяется в самостоятельную фазу, причем в такую, которую можно выделить из расплава, так как она обладает особыми свойствами. Магнетит является поверхностно-активным веществом и способствует пенообразованию при газонасыщении расплава, причем сам он (магнетит) концентрируется в образующейся пене. В магнетитовой фазе растворяются оксиды никеля и кобальта, которые являются ценными компонентами, и не растворяются оксиды меди и других металлов, которые являются вредными примесями, например, для продукта, предназначенного для производства сталей и ферросплавов. Пенообразная (газонасыщенная) магнети- товая фаза имеет плотность (1500 кг /м3) меньше, чем плотность расплава и силикатной фазы (3000 кг/м3), поэтому пена, состоящая из магнетитовой фазы, всплывает на поверхность расплава. Медь и силикатная фаза в пену может быть захвачена только механическим путем.

Для получения на поверхности расплава устойчивой пены, сформированной из магнетитовой фазы, необходимы определенные условия. Образовавшейся магнетитовой фазы в расплаве должно быть не менее 40%. Для этого в расплав необходимо вдувать не менее 40 нм3 на 1 т железа в расплаве шлаков. Если кислорода менее 40 нм на тонну железа, то магнетит не может образовываться в количестве, достаточном для образования устойчивой пены на поверхности расплава. Верхний предел количества вдуваемого кислорода составляет 68 нм на 1 т железа в шлаке. Вдувание более 68

нм кислорода на тонну железа приводит к переокислению шлаков, т.е. к образованию следующей железосодержащей фазы - гематита (РеаОз), которая не обладает свойствами магнетита, она более вязкая и не может быть выделена на поверхность расплава в виде пены. При этом также резко снижается усвоение расплавом кислорода дутья, что приводит к его нерациональному

0 расходу и снижению температуры расплава. Второе условие формирования устойчивой пены - газонасыщение расплава и его циркуляция. Для выполнения этого условия дутье в расплав необходимо подавать в ко5 личестве 600-1200 нм3 в час на 1 м2 поверхности расплава. При дутье менее 600 нм3 в час нет достаточной интенсивной циркуляции расплава, газонасыщение также недостаточное для образования устойчивой магнетитовой пены на поверхности распла0 ва. Если дутья подается более 1200 нм3 в час на 1 м2 поверхности расплава, то происходит чрезмерное увеличение объема расплава, слой пены становится неравномерным, происходит отрыв хлопьев пены и выбросы

5 ее из реакционной зоны.

Таким образом, выполняя названные условия, получают устойчивую магнетито- вую пену на поверхности расплава, которую можно беспрепятственно слить. Однако,

0 чтобы получить при этом высокий процент извлечения ценных компонентов, необходимо еще следить, чтобы не ухудшался состав магнетитовой фазы. Для этого необходимо поддерживать температурный

5 режим расплава в пределах 1250-1350° С. При температуре расплава меньше 1250° С повышается как вязкость самого расплава, так и вязкость магнетитовой пенной фазы, в которой снижается содержание железа, так

0 как происходит разбавление магнетитовой фазы силикатной фазой, захватываемой из расплава более густой пеной. Верхний предел 1350° С является оптимальной температурой, так как при увеличении температуры

5 расплава извлечение компонента не увеличивается, но растет расход топлива.

Способ осуществляют следующим образом.

Для осуществления способа предлага0 ется использовать известную печь для плавки материалов в жидкой ванне (печь Ванюкова), оборудованную заливочным устройством, которое в начале процесса используется для заливки исходного шлака, а

5 в ходе процесса - для удаления образующейся магнетитовой пены.

Отвальный шлак производства тяжелых цветных металлов, содержащий диоксид кремния, железо, находящееся в шлаке, в

виде фаялита (2FeO SiOa), никель, медь, кобальт, свинец, олово, цинк и так далее, заливают в расплавленном виде в печь Ва- нюкова и продувают кислородсодержащим газом с содержанием кислорода 40-68 нм на 1 т железа в шлаке и подаче дутья в количестве 600-1200 нм3 в час на 1 м2 поверхности расплава. Температуру расплава поддерживают в пределах 1250- 1350°С. При этом в расплаве шлака происходит окисление оксида железа FeO до магнетита РезСМ, который при газонасыщении расплава способствует пенообразо- ванию и сам концентрируется в образующейся пене. Пена постоянно поднимается на поверхность расплава, формируя слой магнетитовой пены, которую снимают с поверхности расплава через заливочное устройство.

Продукт, получаемый при данном процессе, содержит магнетит с растворенными в нем оксидом никеля и кобальта. Оксид кремния и медь содержится в пене в небольших количествах, так как они не растворяются в магнетитовой фазе, а могут захватываться в нее только механическим путем. Получаемый продукт по своему качественному составу и количественному содержанию отвечает требованиям, предъявляемым к продуктам, которые используются в качестве сырья для получения сталей и ферросплавов.

При переработке медистых шлаков для повышения качества получаемого продукта за счет снижения содержания в нем меди в способе осуществляют операцию нагревания магнетитовой пены до 1400-1450° С и выдерживают пену при этой температуре в течение 10-15 мин. При этом из пены, разжижаясь, удаляется (стекает) кремневая составляющая с растворенной в ней медью, увеличивая содержание железа и повышая качество продукта. Силикатная составляющая исходного шлака образует донную фазу в печи, обедненную по железу, которая вытесняется из печи через сифон при заливке следующих порций обрабатываемого шлака и может быть использована затем для производства строительных материалов.

При осуществлении предлагаемого способа используют отвальный шлак производства меди из сульфидного сырья, содержащий, %: диоксид кремния 30; железо, находящееся в исходном шлаке в виде Ьаялита (2FeO -SiCte) 42, никель 0,09; медь 0,65; кобальт 0,06; сера 1,3; свинец, цинк, олово - следы.

Для доказательства оптимальности выбранных границ режимных параметров способ осуществляют с выходом за эти оптимальные границы. Так, расход кислорода, подаваемого через погруженные в расплав газокислородовоздушные фурмы, изменяют от 30 до 72 нм на 1 т железа в шлаке, расход дутья изменяют от 550 до 1230 нм на 1 м поверхности расплава путем изменения содержания кислорода в кислородо- воздушной смеси и изменения количества

0 работающих фурм. Температуру расплава шлаков регулируют в пределах 1240-1360° С изменением расхода природного газа, сжигаемого в печи.

Высокие парциальное давление кисло5 рода и температура в газожидкостной эмульсии шлакового расплава способствуют возгонке вредных для конечного продукта примесей - мышьяка, сурьмы, фосфора,, цинка, свинца, олова и др.

0 Результаты осуществления способа по примерам 1-9 сведены в табл. 1 и 2.

П р и м е р 1. Расплав шлаков (состав указан) продувается кислородсодержащим газом. Интенсивность продувки 900 нм в

5 час на 1 м поверхности расплава, подача в печь кислорода в ходе продувки осуществляется в количестве 50 нм3 на 1 т железа в шлаке, а температуру расплава поддерживают 1300°С, т.е. режимные параметры спо0 соба поддерживаются наиболее оптимальные. В результате на поверхности расплава получена устойчивая.магнетито- вая пена, которую удаляют через заливочное устройство. Полученный продукт

5 содержит, %: железо 64,7; никель 0,17, кобальт 0,18; медь 0,022, диоксид кремния 66 и сера 0,012. Извлечение железа в продукт из расплава 66,2%. Состав готового продукта свидетельствует о его соответствовании

0 требованиям, предъявляемым к сырью для получения стали и ферросплавов.

П р и м е р 2. Расплав шлаков продувают кислородсодержащим газом с содержанием кислорода 40 нм3 на 1 т железа в расплаве

5 шлаков, дутье подают в количестве 600 нм3 в час на 1 м2 поверхности расплава, а температуру расплава поддерживают 1250°С Это граничные режимные параметры предлагаемого способа (нижний предел). Получа0 емая магнетитовая пена также образовывается в устойчивом режиме, состав готового продукта остается в пределах предъявляемых требований , %; железо 64,5; никель 0,16; кобальт 0,18; медь 0,023,

5 диоксид кремния 1 и сера 0,013. Извлечение железа в продукт 65,7%.

П р и м е р 3. Расплав шлаков продувается кислородсодержащим газом с содержанием кислорода 68 нм на 1 т железа в шлаке, интенсивность дутья 1200 нм3 в час

на 1 м поверхности расплава, а температуру расплава поддерживали 1350°С. Это также граничные режимные условия (верхний предел) способа. Магнетитовая пена также образовывалась устойчиво, полученный продукт содержит, %: железо 64,6; никель 0,17; кобальт 0,17; медь 0,023, диоксид кремния 7,0; сера 0,0124. Извлечение железа 80,6%.

П р и м е р 4. Расплав шлаков продувается кислородсодержащим газом с расходом кислорода 50 нм3 на 1 т железа в шлаке, интенсивность дутья 900 нм3 в час на 1 м поверхности расплава, а температуру расплава снижают до 1240°С. При этом получена магнетитовая пена, содержащая, %: железо 54; никель 0,11; кобальт 0,09; медь 0,31; сера 0,033 и диоксид кремния 17,3. Таким образом, снижение температуры расплава ниже 1250°С приводит к росту содержания меди и диоксида кремния в получаемом продукте, что делает его менее качественным, так как без дополнительной обработки он не пригоден в качестве сырья для получения высококачественной стали и ферросплавов,

П р и м е р 5. Если расплав продувать с теми же режимными параметрами, что и в примере 4, но температуру расплава поддерживать 1360°С, то в полученной магне- титовой пене содержится,%: железо 64,6; никель 0,16; кобальт 0,12; медь 0,024, диоксид кремния 7,0, сера 0,012, Таким образом, повышение температуры сверх 1350°С (см. пример 2) не приводит к заметному улучшению качества продукта, но требует при этом повышенного расхода топлива.

П р и м е р 6. Если расплав продувать кислородсодержащим газом с расходом кислорода 50 нм3 на 1 т железа в расплаве, температуру расплава поддерживать 1270СС, но интенсивность дутья снизить до 550 нм в час на 1 м поверхности расплава, то при этом уменьшается газонасыщение расплава и слой магнетитовой пены становится неустойчивым, несмотря на удовлетворительный состав получаемого продукта (64,1% железа, 0,16% никеля, 0,15% кобальта, 0,025% меди 7,8% диоксида кремния, 0,02% серы). Ухудшенное пенообразование снижает извлечение железа из расплава до 35%, так как происходит замешивание маг- . нетита в силикатной фазе. Неустойчивое образование пены (в малых количествах)

приводит к ухудшению условий удаления ее через заливочное устройство.

Пример. Если при тех же режимных параметрах, что и в примере 6, интенсивность дутья увеличить до 1230 нм3, то происходит чрезмерное увеличение объема расплава, слой магнетитовой пены разрушается и пена в виде локальных образований - хлопьев выносится в газоход.

Требуемый продукт практически получить невозможно.

ПримерЗ. Расплав продувают кислородсодержащим газом с пониженным до 30 нм содержанием кислорода на 1 т железа в

расплаве. Дутье (900 нм3 на 1 м2 поверхности расплава) и температуру (1270°С) поддерживают в пределах оптимальных границ. Несмотря на достаточное газонасы- щение расплава, магнетитовая пена образуется в крайне малых количествах, так как при пониженном расходе кислорода (30 нм3) магнетит образуется в количестве, недостаточном для образования устойчивого слоя магнетитовой пены на поверхности расплава. Извлечение железа из расплава в этом случае 26,4%.

П р и м е р 9. Если количество дутья и температуру оставить те же, что и в примере 8 (900 нм3 и 1270°С), а расход кислорода увеличить до 72 нм на 1 т железа в расплаве, то при этом происходит резкое увеличение вязкости расплава из-за его переокисления. Оксид железа (FeO) в большей части окисляется-уже не до магнетита (РезСМ), а до

Ре20з, который невозможно вывести из расплава в виде пены, так как он имеет большую, вязкость. Количество извлекаемого железа при этом снижается (по сравнению с оптимальной границей 68 нм3) до 48%.

Формула изобретения Способ переработки шлаков производства тяжелых цветных металлов, включающий продувку шлакового расплава газом,

выделение цветных компонентов в пену и последующее удаление ее с поверхности расплава, отличающийся тем, что, с целью повышения извлечения железа, никеля и кобальта, продувку шлакового расплава

ведут кислородсодержащим газом при расходе кислорода 40-68 нм3 на 1 т железа в шлаке и подаче дутья в количестве 600-1200 нм в час на 1 м поверхности расплава при температуре расплава 1250-1350°С.

Таблица 2

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к процессам обеднения шлаков производства тяжелых цветных металлов. Цель - повышение извлечения железа, никеля и кобальта. Способ включает продувку шлакового расплава кислородсодержащим газом при расходе кислорода 40-68 нм3 на 1 т железа в шлаке и подачей дутья в количестве 600-1200 нм в час на 1 м поверхности расплава при температуре расплава 1250-1350°С. При этом ценные компоненты выделяются в пену-, которая удаляется с поверхности расплава. 2 табл. Ь С

Показатели

Известный способ (по авт.св. № 157111)

Извлечение железа из шлака в пенный продукт Форма нахождения железа в пенном продукте Содержание серы в пенном продукте

Коэффициент распределения меди между пенным продуктом и шлаковым расплавом (показатель селективности способа по вредной примеси) Коэффициент распределения никеля между пенным продуктом и шлаковым расплавом

Предлагаемый способ

66-80%

Оксидная

0,018-0,028

0,04-0,06 1,67-1,90