Способ рафинирования расплава черных металлов от меди Советский патент 1980 года по МПК C21C1/04 

1

Изобретение относится к технологии рафинирования черных металлов от меди, например, вторичных черных металлов, легированных, в частности, никелем или кобальтом, медистых чугунов; ферроникеля и т. д.

В настоящее время известны способы рафинирования расплава черных металлов от меди с использованием серусодержащих материалов и отходов производства.

В лабораторных условиях установлена возможность извлечения меди из стального лома и отходов нереплавкой их под слоем углеродистого покрытия с введением в расплав ЫазЗ-91 20, Na2S04 или Ыа25Оз для перевода меди в Cu2S, уходящий в натриймедистый штейн.

Процесс-вели при 1470°С, вводя серусодержащие материалы небольшими порциями. В конце обезмеживания добавляли небольшое количество FeS. При работе с Na2S-91 20 наблюдалось выделение пламени и хлопки, но при этом металл поглощал меньше серы и добавки FeS, для обеспечения достаточно полного удаления меди не требуется нейтрализации с расходом большого количества соединений щелочных и щелочноземельных металлов.

Известны способы рафинирования расплава чугун или стали с иснользованием

серусодержащих отходов производства, которые перед обезвоживанием нейтрализуются щелочными соединениями и соединениями из групны окислов, гидроокислов, 5 сульфатов, нитратов или их смесями, образующими нерастворимый осадок. Полученными твердыми продуктами обрабатывают расплав чугуна или стали 1, 2.

Наиболее близкий но технической сущности и достигаемому результату к изобретению способ рафинирования загрязненного примесями скрапа, включающий ввод в расплав серусодержащих отходов производства, полученных из рудничных вод, отработанных травильных растворов и т. д. Рафинированию могут нодвергаться любые виды стального и чугунного скрапа. Содержащие сульфаты, сульфиты или сульфиды отходы обрабатываются материалами, содержащими щелочные или щелочноземельные соединения, предпочтительно соду. Полученный в осадке сульфат натрия вместе с гидроокисью железа, избытком соды и, возможно, с другими соединениями

25 добавляется к расплавленному металлу; образующийся шлак, содержащий сульфиды щелочных металлов, растворяет медь и другие примеси и скачивается 3.

Недостатком известных технических ре30 шений является большой расход щелочных

f-t

и щелочноземельных соединений на нейтрализацию серусодержащих отходов производства. При этом образуется на одну молекулу серусодержащего материала одна молекула бесполезной гидроокиси или карбоната железа, на обезвоживание, диссоциацию и расплавление которых расходуется дополнительная энергия. Кроме того, присутствие в шлаке балластных соединений приводит к дополнительным затратам на наводку и скачивание шлака, к усложнению процесса извлечения меди из черных металлов и шлака. Использование серусодержаших материалов и отходов производства по этому патенту с предварительной обработкой их шелочными и ш,елочноземельньши соединениями основано на том, что в результате нейтрализации из серусодержаш,их отходов производств, которые при температуре расплавленных черных металлов подвержены термической диссоциации, образуются более стойкие серусодержащие соединения ш,елочных и щелочноземельных металлов и гидроокиси и карбонаты, например: FeSO4 полностью диссоциирует при температуре 671°С; Ре2(8О4)з -при 721°С, а Na2SO4 кипит только с незначительной диссоциацией при температуре 1430°С и CaS04 плавится только с незначительной диссоциацией при температуре 1450°С.

Цель изобретения - упрощение, удешев. ление и повышение производительности процесса рафинирования черных металлов от меди.

Поставленная цель достигается за счет того, что серусодержащне материалы и отходы производства, например сульфаты металлов группы железа, смеси сульфатов металлов группы железа с сульфатами щелочных металлов и т. д. в виде отходов травильного производства, гальванических цехов и гидрометаллургии, обезвоживаются без предварительной нейтрализации, а после обезвоживания вводятся в расплавленные черные металлы в потоке газа-носителя и восстановителя; в качестве восстановителя используются углеродсодержащие материалы, а в качестве газа-носителя кислород или воздух при соотношении углерод: кислород, равном 5:2; для восстановления серусодержащих материалов и отходов производства используются высокосернистые углеродсодержащие материалы.

Подача указанных материалов в потоке газа - носителя и восстановителя позволяет устранить трудоемкую операцию нейтрализации серусодержащих материалов и отходов производства, ликвидировать больщой расход щелочных материалов, уменьщить массу материалов, которые направляются на обезвоживание, снизить массу шлакообразующих, направляемых на рафинирование, уменьшить расход энергии на

777068

обезвоживание, диссоциацию и расплавление серусодержащих материалов и отходов производства, что приводит к упрощению, удешевлению и повышению производительностн процесса рафинирования черных металлов от меди. В объеме расплавленных черных металлов малоустойчивые серусодержащие материалы и отходы производства, диссоциирующие при низких температурах, например FeSO4 671°С; Fea(804)3 72ГС; NiSO4 840°С, переводятся в устойчивые в восстановительной атмосфере при температурах расплавленных черных металлов сульфиды, например

FeSO4-l-B FeS+4BO

NiSO4+B NiS-f4BO,

где В - восстановитель.

Использование углеродсодержащего материала и кислорода или воздуха в указанном соотношении позволяет повысить производительность процесса рафинирования расплавленных черных металолв от меди за счет перемешивания расплава образующимися при рафинировании пузырьками угарного газа и за счет поддержания температуры расплавленного металла в оптимальном режиме.

Применение высокосернистых восстановителей удешевит процесс рафинирования

черных металлов от меди.

Способ осуществляется следующим образом.

Обезвоженные без предварительной нейтрализации серусодержащие материалы и

отходы производства, например сульфаты металлов группы железа, смеси сульфатов металлов группы железа с сульфатами щелочных металлов, вводятся в расплавленные черные металлы в потоке газа-носителя и восстановителя;

Полученные расплавы сульфидов и черных металлов выдерживаются в контакте 3-5 мин, а затем разделяются известными способами.

Примеры осущесгвления способа.

Пример 1. 30 кг вторичных черных металлов, имеющих следующий химический состав, %: Си 0,46; Ni 7,8; С 2,94, расплавлялись в индукционной печи в теченне 1 ч.

После раснлавления вторичные черные металлы имели температуру 1400°С и продувались в течение 30 с обезвоженной смесью сульфатов железа и натрия, полученной из серусодержащих отходов производства, и коксовой мелочи в потоке кислорода. Частицы смеси имели диаметр мм. После обработки полученные расплавы сульфидов и вторичных черных металлов выдержали 3 миг, а затем расплав сульфидов удалили из лечи. Химический состав рафинированного расплава вторичных черных металлов следующий, %: Си 0,34; С 1,88. Степень обезмеживания 26,1%. Расход сульфата железа 5,5%, сульфата натрия 1%, коксовой мелочи 1,5%, кислорода

от массы вторичных черных металлов.

П р н м е р 2. 30 кг вторичных черных металлов, имеющих следующий химический состав, %: Си 1,33%; Ni 13,6; С 1,06, расплавлялись в течение 1 ч в индукционной печи. После расплавления вторичные черные металлы имели температуру 1400°С и продувались обезвоженным при 350°С сульфатом железа, полученным из серусодержащих отходов производства, и обезвоженным угольным щламом, которые имели мм; в потоке кислорода. После обработки полученные расплавы сульфидов и вторичных металлов выдержали в контакте 5 мин, а затем расплав сульфидов удалили из печи. Химический состав вторичных черных металлов следующий, %: Си 0,87; С 1,10. Степень обезмеживания 34,6%, расход сульфата железа 8%, расход обезвоженного угольного шлама 2,5%, кислорода 0,9% от массы вторичных черных металлов.

Как видно из приведенных примеров, для рафинирования вторичных черных металлов от меди можно использовать обезвоженные серусодержащие материалы и отходы производства, например сульфаты -металлов группы железа, смесь сульфатов металлов группы железа с сульфатами щелочных металлов в виде обезвоженных отходов травильного производства, гальванических цехов и гидрометаллургии, полученные более простым способом, т. е. без предварительной нейтрализации этих отходов щелочными добавками, с использованием только операций обезвоживания и восстановления обезвоженных серусодержащих материалов и отходов производства до сульфидов в расплавленных черных металлах в потоке газо-носителя и восстановителя.

Это приводит к ликвидации расхода щелочных добавок, особенно дефицитной соды, к уменьшению объема и массы шлакообразующих, упрощению подачи шлакообразующих на рафинирование, к уменьшению расхода энергии на обезвоживание, диссоциацию и расплавление шлакообразующих. Кроме того, уменьшение массы шлакообразующих приводит к упрощению процесса скачивания шлака из печи. При

этом степень обезмеживания достигает 34,5% за одну операцию обработки расплава вторичных черных металлов в течение 3-5,5 мин, при расходе серусодержащих отходов 8%, обезвоженного угольного шлама 2,5% и газа-носителя 0,9% от их массы. Использование способа позволит значительно упростить, удешевить и повысить производительность процесса рафннирования черных металлов от меди, расширить сырьевую базу получения дешевых шлакообразующих, решит проблему рациональной утилизации серусодержащих отходов, производства. При этом экономический эффект только по заводам МЧМ СССР составит 1,2 млн. руб.

Формула изобретения

1. Способ рафинирования расплава черных металлов от меди, включающий ввод в расплав обезвоженных серусодержащих материалов и отходов производства, например сульфатов металлов группы железа, смесей сульфатов металлов, группы железа

с сульфатами щелочных металлов в виде обезвоженных отходов травильного производства, гальванических цехов и гидрометаллургии, отличающийся тем, что, с целью удешевления, упрощения и повышения производительности процесса рафинирования черных металлов от меди, серусодержащие материалы и отходы производства вводят в расплав черных металлов в потоке газа - носителя и восстановителя.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют углеродсодержащие материалы, а в качестве газа-носителя - кислород или воздух при соотношении углерод: кислород,

равном 5 : 2.

3. Способ по п. 3, отличающийся тем, что для восстановления используют высокосернистые углеродсодержащие материалы.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Заявка Японии № 47-39447, кл. 10 J 54, опублик. 1972.

2.Патент Англии № 1192510, кл. С 7 D, опублик. 1970.

3.Патент США № 3424574, кл. 76-53, опублик. 1969.