Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СУЛЬФИДНЫХ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к способам переработки сульфидных медно-никелевых руд и концентратов плавкой в жидкой ванне.

Известен способ переработки сульфидных материалов в две стадии при циркуляционном газлифтном перемешивании расплава (патент РФ №2060286, МПК 6, С22В 15/00, 19/00). На первой стадии цикла получают бедный штейн с содержанием меди не более 42% и отвальный шлак, а на второй стадии - сульфидно-металлический сплав с содержанием меди более 78% и шлак, который после отделения штейна подвергают промывке бедным штейном до отвального. Недостатком данного способа является низкая производительностью и сложность, в результате чего он не нашел промышленного внедрения.

Известны способы переработки сульфидного сырья, содержащего цветные металлы и железо, в двухзонной печи Ванюкова, позволяющие получать богатые штейны.

Известен способ (патент РФ №2061771, МПК 6 С22В 7/04), в котором предлагается расплавление концентрата в плавильной зоне печи Ванюкова и обеднение шлака в восстановительной зоне восстановительно-сульфидирующей обработкой путем подачи сульфидирующих, восстановительных реагентов в слой барботируемого расплава. В качестве сульфидирующего реагента используются штейны или флотоконцентраты, которые в твердом виде загружаются на поверхность расплава в восстановительной зоне. Недостатком способа является его сложность, связанная с необходимостью возврата оборотных полупродуктов (штейнов, концентратов) в плавильную печь, а также высокое содержание цветных металлов в отвальных шлаках, в том числе и кобальта, что объясняется, в первую очередь, тем, что интенсивный барботаж всего расплава восстановительной зоны приводит к плохому расслаиванию штейна и шлака и переокислению.

Известен способ переработки сульфидных медно-никелевых материалов в двухзонной печи Ванюкова (Ванюков А.В. и др. Плавка в жидкой ванне. М.: Металлургия, 1988, с.109-111), включающий загрузку концентратов, продувку расплава кислородсодержащим газом в присутствии восстановительного газа с образованием штейново-шлаковой эмульсии, выпуск штейна и обеднение шлака в восстановительной зоне, при подаче сульфидирующих (штейнов, концентратов) и восстановительных реагентов в слой барботируемого расплава и интенсивного перемешивания его с обеднительной сульфидизирующей фазой и твердым восстановителем. Способ позволяет получать богатые штейны с содержанием меди до 55%, никеля - до 5%. Недостатком данного способа является то, что содержание цветных металлов (особенно никеля и кобальта) в шлаках не соответствует отвальному (медь 0,5%, никель 0,1%, кобальт 0,1%).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ переработки сульфидных медно-никелевых концентратов (патент РФ №2255996, МПК С22В 15/00, 23/02), включающий плавку концентратов в печи Ванюкова, состоящей из плавильной и восстановительной зон, с получением богатых штейнов и обеднение шлаков восстановительно-сульфидирующей обработкой. В восстановительной зоне, имеющей общую сульфидную фазу с плавильной зоной, производят продувку шлакового расплава продуктами сжигания газообразного или жидкого топлива дутьем с содержанием кислорода не менее 60% при коэффициенте расхода кислорода α=0,5-0,8 в присутствии 3-8% твердого восстановителя от количества поступающего шлака, при отсутствии перемешивания в печи шлака и донного сульфидного расплава при температуре выше 1300°С. Способ позволяет получать богатые штейны с содержанием суммы меди, никеля и кобальта 45-60%. Недостатком данного способа является высокое значение содержания кобальта в шлаках, 0,076-0,08%.

Техническим результатом изобретения является создание непрерывного высокопроизводительного способа переработки медно-никелевых сульфидных концентратов, содержащих, помимо никеля и меди, кобальт и до 10% оксида магния, с получением богатых штейнов и понижением содержания кобальта в шлаке до 0,065-0,07%.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки сульфидного медно-никелевого концентрата, включающем плавку в печи с получением штейна и шлака, перед плавкой проводят сушку концентрата, плавку ведут в цилиндрической реакционной камере печи при барботировании и вращении расплава кислородсодержащими струями в соотношении серы и кислорода как 1:(1-1,1), после плавки разделяют расплав на шлак и штейн в коллекторе.

Способ осуществляется следующим образом. Высушенный до влажности 3% сульфидный медно-никелевый концентрат непрерывно дозировано подают в центр расплава, барботируемого и вращаемого кислородсодержащими струями в соотношении серы и кислорода как 1:(1-1,1). Вращение происходит за счет тангенциальной направленности к поверхности расплава струй, истекающих из фурм, радиально установленных в стене камеры над уровнем расплава на равных расстояниях друг от друга. После необходимого времени пребывания материала в реакционной камере он через сливной порог сливается из реакционной камеры в коллектор, где происходит разделение с поддержанием необходимой температуры и слив шлака и штейна.

Изложенное выше подтверждается следующими примерами.

Плавку вели при температуре 1450°С и следующем элементарном составе концентрата, %: Cu 8,2; Ni 9,9; Co 0,30; Fe 31,2; S 25,5; Al₂O₃ 1,0; SiO₂ 12,0; CaO 0,7; MgO 6,8; прочие 4,4.

Пример 1.

При массовом отношении серы концентрата к количеству подаваемого через фурмы кислорода, равном 1:0,8, содержание Со в шлаке составило 0,045%. Содержание в штейне суммы никеля и меди составило 51%. При этом содержание железа в штейне Fe_шт=20%, что требует дальнейшего конвертирования продукта плавки и, как следствие, ведет к дополнительным потерям цветных металлов.

Пример 2.

При массовом отношении серы к кислороду, равном 1:0,9, содержание Со в шлаке составило 0,05%. Содержание в штейне суммы никеля и меди составило 58%. При этом содержание железа в штейне Fe_шт=14%, что также требует дальнейшего конвертирования продукта плавки и, как следствие, ведет к дополнительным потерям цветных металлов.

Пример 3.

При массовом отношении серы к кислороду, равном 1:1, содержание Со в шлаке составило 0,065%. Содержание в штейне суммы никеля и меди составило 70%. При этом содержание железа в штейне Fe_шт =3%, что уже не требует дальнейшего конвертирования продукта плавки.

Пример 4.

При массовом отношении серы к кислороду, равном 1:1,1, содержание Со в шлаке составило 0,07%. Содержание в штейне суммы никеля и меди составило 72%. При этом содержание железа в штейне Fe_шт=1%, что также не требует дальнейшего конвертирования продукта плавки, а значительного переокисления расплава также еще не происходит.

Пример 5.

При массовом отношении серы к кислороду, равном 1:1,2, содержание Со в шлаке составило 0,075%. Содержание в штейне суммы никеля и меди составило 60%. При этом происходит значительное переокисление расплава с переводом цветных металлов в оксидную форму (шлак).

Техническим эффектом изобретения, как видно из примеров, является получение богатых штейнов с суммарным содержанием меди и никеля 70-72% и понижение содержания кобальта в шлаке на 12% (с 0,076-0,08% до 0,065-0,07%).