Способ обезмеживания оловосодержащих шлаков конвертирования черной меди Советский патент 1992 года по МПК C22B7/04 

Изобретение относится к области металлургии вторичных тяжелых цветных металлов и может быть использование для обезмеживаиия оловосодержащих шлаков, получаемых при конвертировании черной меди.

Известен способ переработки оловосодержащих конвертерных шлаков совместно с вторичными материалами (богатые оловосодержащие отходы, оборотный шлак vi др.), включающий восстановительную шахтную плавку и конвертирование черной бронзы. Он предусматривает получение черновой бронзы и характеризуется недостаточно высоким извлечением цветных металлов sVo- варную продукцию (Си -95%; Sn -60-65%; Pb - 60%). Другим недостатком способа является то, что он не обеспечивает получение богатых конечных шлаков (1,0-1,5% Си: 6-14% Zn; 0.25-0,45% Sn) и связанная с этим необходимость дополнительной их доработки.

Известен способ электротермической переработки оловосодержащих конвертерных шлаков (в присутствии коксика), в том числб совместно с коллектором (латунные отходы, содержащие 73,0% Си, 20,6% Zn, 1,3% Sn) Он в сравнении с плавкой оловосодержащих конвертерных шлаков в шахтной печи обеспечивает получение конечных отвальных шлаков (0,3-0,4% Си, 0,03-0,15% Sn, 1,8-2,0% Zn) и позволяет заметно повысить извлечение цветных металлов (олова и меди в черную бронзу - на 15-20 и 5,0-5,5% соответственно, цинка в возгоны и черную бронзу - на 20-25%). Однако этот способ также, как и описанный выше способ восстановительной шахтной плавки, предусматривает получение в конечном итоге черновой бронзы, которая, как известно, не пользуется широким спросом в народном хозяйстве.

Известен способ переработки оловосодержащих шлаков конвертирования черной меди, обеспечивающий их обезмеживание с

(Л

С

х| со

N3

45 СлЭ

А

извлечением меди в черновой металл и получением вторичного шлака, пригодного по содержанию олова, цинка и меди для доработки фьюминг-процессом. Этот способ по технической сущности и достигаемому ре- зультату наиболее близок к заявляемому объекту.

Сущность способа-прототипа заключается в том, что шлак обрабатывают в электропечи твердым восстановителем-коксиком и флюсующими добавками - кремнеземом и известняком. Отличительной особенностью его Шляется регламентирование расхода восстановителя в пределах 1,0-2,8% от массы шлака и получение более кислого вторич- ного шлака (Fed. 5102 0,75-0,95) за счет повышенного расхода кварцевого флюса (35-42% от массы шлака). В целом способ характеризуется селективностью извлечения металлов. Он позволяет перевести оло- во (на 82,0-93.8%), цинк (на 83,0-96,0%), свинец (на 95,0%) во вторичный шлак, а медь (на 70-76%) и благородные металлы (на 96%) - в черновой металл.

Основными недостатками способа-про- тотип а является низкая интенсивность процесса (продолжительность обезмеживания 5-6 часов), обусловленная использованием в качестве восстановителя кокса или угля, обладающих невысокой восстановительной способностью.

Цель изобретения - интенсификация .процесса обезмеживания шлака.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем обработ- ку оловосодержащих шлаков конвертирования черной меди восстановителями, в качестве восстановителя используют мед- нокальциевый сплав, содержащий 20-63% кальция, и вводят его в шлак е количестве, соответствующем расходу кальция - 0,05- 0,10 кг на 1,0 кг шлака. При этом процесс осуществляют как в условиях контакта шлака с жидкой медью, так и без него.

Предлагаемый способ обезмеживания шлака может быть осуществлен в конвертере либо в электропечи. В первом случае его реализуют следующим образом. После завершения процессов конвертирования черной меди и образований шлакового расплава, конвертер выводят из-под дутья и вводят в шлак (путем загрузки твердого или слива жидкого) указанное выше количество медно-кальциевого сплава, затем расплаву дают отстояться в течение 5-20 мин. и про- изводят слив обезмеженного (вторичного) оловосодержащего шлака и черновой меди.

Электропечной вариант обезмеживания шлака осуществляется по аналогичной схеме: загрузка медно-кальциевого

сплава - отстой-слив обезмеженного оловосодержащего шлака и черновой меди. Отличается он от конвертерного лишь тем, что начальная стадия процесса может реализоваться в условиях отсутствия контакта шлакового расплава с жидкой медью, а также возможностью переработки не только жидких шлаков текущего образования, но и твердых шлаков прошлых лет складирования.

Новыми в предложенном техническом решении являются использование в качестве восстановителя сплава медь-кальций, его состав и расходы.

Выражением положительного эффекта является интенсификация (в.сравнении с прототипом не менее чем в 10 раз) процесса обезмеживания оловосодержащих шлаков конвертирования черной меди за счет использования в качестве восстановителя медно-кальциевого сплава, обладающего в сравнении с углеродсодержащими и другими известными восстановителями высокой восстановительной способностью.

Обезмеживание шлаков производства цветных металлов, в том числе оловосодержащих шлаков конвертирования черной ме-, ди, путем введения в шлак медно-кальциевого сплава не обнаружено в патентной и технической литературе. Поэтому этот признак может быть отнесен к категории существенных. Он обеспечивает получение не достигнутого в известных решениях (в том числе и по прототипу) положительного эффекта - ускорение процесса в 10-15 раз.

Ограничение количества вводимого в шлак медно-кальциевого сплава (20-63% Са), отвечающего расходу кальция - 0,10 кг на 1 кг шлака, связано с необходимостью максимального извлечения меди (благородных металлов) из шлака в черновой металл vf получения конечного (вторичного) шлака с концентрацией олова, цинка и свинца, достаточной для эффективной его доработки фьюмингованием. При реализации процесса с расходом менее0,05 кг кальция на 10 кг шлака не достигается необходимая степень обезмеживания шлака и не обеспечивается получение конечного (вторичного) шлака, Пригодного по содержанию меди для доработки фьюминг- процессом. Осуществление же процесса с расходом, соответствующим расходу кальция более 0,10 кг на 1,0 кг шлака приводит к перевосстйнбвлению шлака и, как следствие, переводу заметных количеств олова, свинца, никеля и железа в черновую медь.

Использование медно-кальциевого сплава, содержащего от 20 до 63% кальция,

диктуется необходимостью обеспечения с одной стороны - максимальной степени усвоения кальция шлаковым расплавом и с другой - форсированием режима процесса и уменьшения общей массы сплава, необходимого для обеднения шлака. В условиях восстановительной обработки шлака сплавом, содержащим менее 20% кальция, может быть достигнута высокая степень усвоения кальция. Однако применение такового сплава связано с необходимостью введения в шлак больших его количеств. Кроме этого, при производстве сплава с низким содержанием кальция (менее 20%) требуется большое количество меди и повышается ею себестоимость. При использовании же меднокальциевого сплава с содержанием более 63% кальция, процессы обезмеживания (восстановления) шлака могут быть реализованы весьма интенсивно. Однако основное развитие восстановления шлака получает в поверхностном слое расплава (из-за низкой плотности сплава по отношению к восстанавливаемому шлаку). Другими словами, в этих условиях не удается избежать потерь заметного количества кальция за счет его окисления кислородом воздуха.

Предлагаемое техническое решение проверено и испытано на оловосодержащих шлаках конвертирования черной меди Кировоградского медеплавильного комбината и медно-кальциевом сплаве, содержащем от 20,0 до 63,0% Са.

Л р и м е р 1 (осуществление способа по прототипу). Оловосодержащий конвертерный шлак (навеска 0,5-1,0 кг) состава, %: 32,0 меди, 6,3 олова, 5,9 свинца, 10,5 цинка, 20,9железа, 2,1 оксида кальция, 4,3 диоксида кремния восстанавливали при 1250°С коксиком. Кокс, кремнезем и оксид кальция брали в количестве 2.3, 30 и 5% от массы соответственно. Продолжительность обработки варьировали от 20 до 360 мин. Удельная поверхность контакта коксмка со шлаком была аналогична прототипу. Результаты проверки приведены втаблЛ. Они показывают, что способ-прототип обеспечивает необходимую степень обезмеживания с получением шпака, пригодного для фьюмингования, и черновой меди (0,15-1% Sn) лишь при длительности обработки около 300 мин.

П р и м е р 2 (осуществление предлагаемого способа). При восстановительной обработке оловосодержащих шлаков конвертирования черной меди различного со- ста вэ в лабораторных (садка шлака - 100 г) и

укрупненно-лабораторных (садка шлака 0,5-1,0 кг) условиях в качестве восстановителя использовали меднокальциевый сплав, содержащий 20-63% Са, Сплав вводили в шлак в количестве, соответствующем расходу кальция - 0,05-0,10 кг на 1.0 кг шлака. Результаты этих испытаний представлены в табл.2 и 3. Они были получены при 1200- 1250°С и продолжительности процесса не превышающей 10-20 мин.

Данные табл.2 свидетельствуют о том, что сплав медь-кальций является высокоэффективным восстановителем, обеспечивающим интенсификацию в сравнении с прототипом не менее, чем в 10 раз, сохраняя

при этом селективность извлечения меди в черновой металл, а олова, цинка и свинца - в обезмеженный шлак. Анализ состава последнего (табл.3) показывает, что он (в срав- нении с исходным шлаком) заметно

обогащается оловом, цинком и свинцом, а остаточная концентрация меди в нем находится на уровне технологических требований фыоминг-процесса. Содержание олова в черновой меди заметно ниже, чем по способу-прототипу.

П р и м е р 3 (осуществление предлагаемого способа). В шлак, находящийся в конвертере емкостью 40 т, ввели порциями (по 150-300 кг) медно-кальциевый сплав (63%

Са) в количестве 10,5 % от массы шлака, что соответствовало расходу 0,066 кг кальция на 1 кг шлака. После окончания взаимодействия сплава со шлаком (10 мин.) и 10-20 мин. отстоя производили слив обезмеженного шлака и черновой меди.

Результаты испытаний, приведенные в табл.4, показали, что при введении в шлак медно-кальциевого сплава (63% кальция) в количестве 10,5% от массы шлака извлечение меди в черновую медь составило 80,0% олова, свинца и цинка в обезмеженный шлак-97,0%, 91,0% и 97,5% соответственно. При этом выход шпака составил 85% от исходного, а содержание олова, свинца и

цинка за счет этого возросло на Т4%, 7% и 15% (отн.) соответственно.

Формула изобретения Способ обезмеживания оловосодержащих шлаков конвертирования черной меди, включающий обработку шлака восстановителем, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, в качестве восстановителя используют медно-кзльциевый

сплав, содержащий 20-63% кальция, вводимый о шлак в количестве, соответствующем расходу кальция 0,05-0,10 кг э 1 кг илака.

Таблица 1

Использование: металлургия вторичных тяжелых цветных металлов, а более конкретно: обезмеживание оловосодержащих шлаков, получаемых при конвертировании черной меди. Сущность: обезмеживание оловосодержащих шлаков конвертирования черновой меди ведут обработкой шлака медно-кальциевым сплавом, содержащим 20-63 мас.%, кальция, который вводят в шлак в количестве, соответствукйцём расходу кальция 0,05-0,10 кг на 1 кг шлака. 4 табл.

Результаты обезмеживания шлака по способу-прототипу

Результаты лабораторных и укрупненио-лабораторных испытаний по обеэнежиазнио оловосодериацих шлаков конвертирования черной веди Сч-Са сплавом

Таблица 3

Составы оловосодержащих шлаков и продуктов их обезмеживания

Таблица

Результаты промышленных испытаний по обезмеживанию

оловосодержащих шлаков медно-кальциевым сплавом

(63,0 % кальция)

Таблица А