Способ фьюмингования металлсодержащих шлаков Советский патент 1993 года по МПК C22B7/04 

Изобретение относится к способам получения металлов восстановлением твердыми углеродсодержащими восстановителями и может быть использовано в производстве цинка, свинца и олова цветной металлургии при фьюминговании металлсодержащих шлаковых расплавов, например, шлаков шахтной свинцовой плавки в шлаковозго- ночных печах с последующих охлаждением отходящих газов в котле-утилизаторе, подогревателе технологического воздуха и улавливанием возгонов из охлажденных газов.

Цель изобретения - повышение удельной скорости отгонки и извлечения металла, снижение затрат на переработку.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе переработки фьюмин- гованием металлсодержащих шлаков, например, шлаков шахтной свинцовой плавки, включающем продувку их углеродистой пылевоздушной смесью, содержащей уголь и второй компонент, продувку шлака проводят в одну стадию пылевоздушной смесью

угля и теплоизоляционной шихты графитации при следующем соотношении компонентов углеродистой смеси, мас.%:

каменный уголь 50-77

теплоизоляционная

шихта23-50

Предлагаемая к использованию для фьюминтования шлаков в качестве компонента углеродистой смеси теплоизоляционная шихта образуется после отработки в печах графитации электродного производства смеси углеродистого материала и древесных опил, а также иногда речного песка. В качестве исходных материалов для приготовления теплоизоляционной шихты печей графитации используют коксовую либо антрацитовую мелочи, пековый коксик и другие.

В заявляемом способе переработки металлсодержащих шлаков, например, цинк- содержащих шлаков свинцовой плавки в отличие от известного вместо дорогостоящего нефтекокса используют отработанную

СО

С

00

о о

00 СА 00

IGO

теплоизоляционную шихту графитации, являющуюся отходами электродного производства, которую смешивают с углем в заданном соотношении, полученную смесь измельчают и в виде пылевоздушной смеси подают на продувку шлака в одну стадию. Это в сравнении с прототипом снижает затраты на переработку как за счет использования более дешевого топлива - восстановителя, так и за счет упрощения технологии пылеприготовления углеродистой смеси и продувки ею шлака.

Более высокие скорость отгонки и извлечения металла (цинка) в возгоны в заявляемом способе в сравнении с прототипом достигается за счет свойств отработанной теплоизоляционной шихты графитации и ее содержания в углеродистой смеси с каменным углем.

Теплоизоляционная шихта графитации, каменный уголь (антрацитовая мелочь) и нефтекокс имеют практически равную реакционную способность в пределах 0,6-0,8 мл/с (по СОа), что в одинаковых условиях определяют их равную способность к газификации углерода, которая, согласно распространенной теории является лимитирующей стадией в процессе восстановления металлов, например, прифьюмин- говании шлаков:

С + С02 2СО

Положительное же влияние теплоизоляционной шихты на фьюмингование шлаков согласуется с другой трактовкой этого процесса, по которой в ванне шлаковозго- ночной печи протекает два самостоятельных процесса:

- сгорание угольной пыли в области фурм до С02, что обеспечивает необходимую температуру шлака.

- прямое восстановление шлака углеродом теплоизоляционной шихты:

ZriO + С + СО

Предпочтительное сгорание до CU2 угольного компонента углеродистой смеси связано с более низкой температурой его воспламенения (450-470°С против 600- 650°С у теплоизоляционной шихты).

Кроме того, повышение скорости отгонки и извлечение металла в заявляемом способе фьюмингования шлака в сравнении с известным обусловлено тем, что теплоизоляционная шихта графитации содержит карбиды золообразующих минеральных примесей (кремния, алюминия, кальция, железа), которые обеспечивают прямое довос- становление металла из его трудновосстановимых соединений главным образом,из ферритов. МеО + SiC Mer + 2FeO- SI02+.CO

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

МеО Fe203 СаС - + 2CaO-Si02 +CO

Таким образом,количество теплоизоляционной шихты в углеродистой смеси должно быть не менее той ее части, углерод которой (свободный и связанный в карбиды) расходуется на прямое восстановление металлов (около 20%).

Оптимальное содержание теплоизоляционной шихты в углеродистой смеси в пределах 23-50% зависит от зольности заявляемого компонента (или теплотворной способности его). Нижний предел содержаний распространяется на теплоизоляционную шихту повышенной зольности, выполняющей в процессе фьюмингования шлаков функцию восстановителя металлов. Верхний же предел относится к шихтам пониженной зольности (близкой к зольности угля), выполняющим также частично и функцию топлива.

Способ осуществляется следующим образом.

Углеродистую смесь для переработки металлсодержащих шлаков фьюминговани- ем готовят путем объемного дозирования и смешения угля и теплоизоляционной шихты графитации. Соотношение угля и теплоизоляционной шихты в зависимости от ее зольности выдерживают в пределах (1-2):1, что соответствует содержанию теплоизоляционной шихты в углеродистой смеси в пределах 23-50%. Большей зольности теплоизоляционной шихты соответствует меньшее содержание ее в смеси.

Подготовленную таким образом смесь углеродистых компонентов измельчают и в виде пылевоздушной смеси, в т.ч. обогащенной техническим кислородом, подают в фурмы шлаковозгоночной печи. Продувку шлака пылевоздушной смесью проводят в одну стадию при температуре шлака 1200- 1300°С. Режим по продолжительности одного цикла продувки устанавливают либо на заданную производительность шлаковозгоночной печи по переработке шлака, либо на заданное извлечение металла в возгоны. Отходящие газы шлаковозгоночной печи, имеющие температуру 1000-1100°С, используют для утилизации тепла в котле- утилизаторе и подогревателе технологического воздуха, которые затем после дополнительного охлаждения подсосом наружного воздуха направляют на улавливание возгонов в рукавных фильтрах.

Пример Определение оптимального компонентного состава углеродистой смеси угля и теплоизоляционной шихты графитации.

На промышленной фьюминг-печи с садкой на 48 т проводили испытания по переработке шлаков шахтной свинцовой плавки следующего состава, %: цинк 15,5-15,7, медь 0,55-0,75. оксид кальция 10,2-22,3, свинец 1,5-1.8, железо 22,3-23,8, диоксид кремния 22,4-26,0

Для приготовления углеродистой пыле- воздушной смеси на продувку шлака использовали антрацитовую мелочь АСШ и малозольную теплоизоляционную шихту графитации со следующими характеристиками:

Антрацитовая мелочь

Насыпной вес 0,8 т/м3, Q - 7000 ккал/кг, С - 71 %, зольность 14,2%, летучие 4,5%.

Теплоизоляционная шихта графитации

Насыпной вес 0,65 т/м3, Q - 6800 ккал/кг, С - 75,5%, зольность 17,1%, летучие 1,2%.

Углеродистую смесь готовили путем объемного дозирования и смешения антрацитовой мелочи и теплоизоляционной шихты графитации в соотношении 1:0, 3:1, 3:2, 2:3 и 0:1, что соответствовало содержанию теплоизоляционной шихты в углеродистой смеси равному. %: 0, 23, 35, 50 и 100.

Расход подогретого (до 20С-250°С) технологического воздуха обогащенного техническим кислородом до 30% по объему, для подачи углеродистой пыли на продувку шлака выдерживали в среднем на уровне 23 тыс. нм3/час.

Результаты промышленных испытаний, приведенные в табл. 2, свидетельствуют:

- при фьюминговании шлаков с постоянной продолжительностью (170 мин) одного цикла продувки шлака углеродистыми пылевоздушными смесями удельная скорость отгонки и величина извлечения цинка в возгоны выше, чем при фьюминговании на угле, либо на теплоизоляционной шихте графитации;

- оптимальное содержание теплоизоляционной шихты графитации в углеродистой смеси для фьюмингования шлаков, составляет 23-50%, а угля 50-77%.

- при фьюминговании шлаков на углеродистой смеси оптимального состава в сравнении с фьюмингованием на угле повышается средняя удельная скорость отгонки цинка на 25-51 г/мин, а извлечение цинка на 2,1-5,0%;

при замене угля теплоизоляционной шихтой более чем на 50% снижение средней удельной скорости отгонки и извлечения цинка в возгоны связано со снижением температуры и увеличением вязкости шлака из-за большого количества вводимой золы,

о чем свидетельствует увеличение выхода продутого шлака (с 90---94% до 104%) и величина извлечения в него кремневки.

Поэтому при фьюминговании шлаков 5 использование теплоизоляционной шихты для замены части угля, которая в известном способе выполняет функцию топлива для поддержания необходимой температуры шлака (1200-1300°С) не эффективно.

0П р и м е р 2. Определение сравнительных показателей известного и заявляемого способов переработки металлсодержащих шлаков фьюмингованием.

На промышленной фьюминг-печи с сад5 кой 48 т проводили испытания по переработке шлаков шахтной свинцовой плавки, содержащих 16,1-16,3% цинка. Содержание других элементов в составе шлаков было в тех же пределах, что в примере 1.

0 При испытаниях по предлагаемому способу переработки шлаков углеродистую смесь для пылеприготовления готовили смешением антрацитовой мелочи и теплоизоляционной шихты графитации повышен5 ной зольности (25,2%) при соотношении объемов названных компонентов равном 3:1, что соответствовало содержанию шихты графитации в углеродистой смеси равному 25%,

0Результаты сравнительных промышленных испытаний, приведенные в табл. 3, свидетельствуют, что предлагаемый способ переработки шлаков фьюмингованием в сравнении с известным обеспечивает:

5 - при равной продолжительности одного цикла продувки шлака (185 мин) повышение извлечения цинка в возгоны на 1,9% (с 85,3% до 87,2%), а также удельной скорости отгонки его на 20 г/мин (с 735 г/мин до 755

0 г/мин), т.е. на 2,8%;

- при равном извлечении цинка в возгоны (85,35-85,4%) снижение производительности одного цикла продувки (с 185 мин до 175 мин) и повышение тем самым удельной

5 скорости отгонки цинка на 48 г/мин (на 6,5%).. . .

Более высокие показатели предлагаемого способа переработки с сравнении с известным достигаются за счет более интен0 Сивной подачи углеродистого топлива с пы- левоздушной смесью на продувку шлака (59,2-64,4 ко/мин против 56,6 кг/мин), что было возможным благодаря более низкой температуре отходящих газов (1061-1073°С

5 против 1250°С). Высокая же температура отходящих газов фьюминг-печи часто превышающая предельно-допустимую (800°С) для воздухоподогревателя в гззоходном такте при фьюминговании шлаков известным способом связана с высоким содержанием а нефтекоксе летучего углерода, сгорающего в основном в газовом пространстве. Предлагаемый способ переработки металлсодержащих шлаков фьюмингованием по сравнению с прототипом обеспечивает снижение затрат, главным образом, материальных на углеродистый восстановитель. Формула-изобретения Способ фьюмингования металлсодержащих шлаков, преимущественно, шлаков свинцовой плавки, включающий продувку их пылевоздушной смесью, содержащей

уголь и другой углеродсодержащий восстановитель, отличающийся тем, что. с целью повышения удельной скорости отгонки и извлечения металлов и снижения затрат, продувку проводят в одну стадию, причем в качестве углеродсодержащего восстановителя используют отработанную теплоизоляционную шихту печей графитации при следующем соотношении углеродистых

компонентов в смеси, мас.%:

уголь50-77 отработанная шихта 23-50.

Использование: цветная металлургия, извлечение металлов из отходов металлургического производства. Сущность: шлаки продувают пылевоздушной смесью, при этом используют в качестве восстановителя отработанную теплоизоляционную шихту печей графитации при следующем соотношении углеродистых компонентов, мас.%: уголь 50-77, отработанная шихта 23-50. 3 табл.

Таблица

Характеристика угля (антрацита), нефтекокса и теплоизоляци- оннолй шихты графитации

Показатели фьюмингования шлаков шахтной свинцовой плавки на углеродистой смеси угля и теплоизоляционной шихты графитации переменного состава при равной пордолжительности одного цикла продувки

Таблица 1

Показатели фьюмиигоеания шлэка шахтной свинцовой плавки по известному и предлагаемому способам

Таблица 3