Результат интеллектуальной деятельности: Способ переработки конвертерных шлаков медного производства

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам переработки конвертерных шлаков медного производства.

Конвертерные шлаки медного производства содержат значительное количество меди и не являются отвальными шлаками. Их обязательно перерабатывают с целью извлечения содержащихся в них ценных компонентов.

Иногда их измельчают, подвергают флотации, получая медный концентрат, который перерабатывают в пирометаллургических агрегатах. В этом случае извлекается дополнительное количество меди, но существенная часть все-таки теряется.

Если конвертерные шлаки перерабатывать без предварительной обработки степень извлечения меди можно увеличить. Конвертерные шлаки медного производства можно перерабатывать в различных пирометаллургических агрегатах.

Известен способ плавки конвертерного шлака медного производства, включающий подачу конверторного шлака и карбида кальция (СаС₂) в качестве восстановителя (патент Республики Казахстан KZ №23261). Этот способ позволяет осуществлять плавку конвертерных шлаков медного производства. Однако для ее осуществления требуется использование дорогостоящего восстановителя - карбида кальция.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки конвертерных шлаков медного производства, включающий подачу конвертерного шлака, углеродистого топлива, кислородсодержащего газа, клинкера цинкового производства в ванную печь (патент Республики Казахстан KZ №1249). Этот способ позволяет осуществлять переработку, используя клинкер цинкового производства как более дешевый восстановитель. Температура в печи обеспечивается горением углеродистого топлива в кислородсодержащем газе. Однако применение этого способа не обеспечивает длительную непрерывную работу без образования слоя частично расплавившихся частиц клинкера или магнетита в печи.

Технической задачей изобретения является увеличение длительности непрерывной работы печи за счет исключения возможности образования слоя частично расплавившихся частиц клинкера или магнетита.

Для решения этой задачи в известном способе переработки конвертерных шлаков медного производства, включающем подачу конвертерного шлака, углеродистого топлива, кислородсодержащего газа и клинкера цинкового производства в ванную печь, нагрев, расплавление конвертерных шлаков и клинкера, выпуск продуктов переработки, согласно предлагаемому изобретению, количество подаваемого клинкера определяется по формуле

М_кл=(1,0÷2,0)(3Fe_кл+14C_кл)Fe_шл/100,

где М_кл - количество подаваемого клинкера, кг/т конвертерного шлака; Fe_кл - содержание металлического железа в клинкере, %; С_кл - содержание углерода в клинкере, %; Fe_шл - содержание железа в конвертерном шлаке, %.

Обычно медный конвертерный шлак содержит, мас.%: 1,2-3 Сu; 20-28 SiO₂; 50-55 Fe. Железо в этих шлаках присутствует в форме двух оксидов: FeO и Fe₃O₄. Содержание магнетита может изменяться в очень широких пределах - от 10 до 28-30%.

Клинкер цинкового производства содержит, мас.%: Сu - 1-4; S - 3-8; SiO₂ - 10-15; Fe - 20-30; С - 10-20. Железо в клинкере присутствует в виде оксидов и металлического железа. Соотношение металлического железа к железу в оксидах меняется в зависимости от технологии извлечения цинка и образования клинкера. Углерод в клинкере присутствует в виде свободного углерода.

В ванную печь с температурой 1250-1350°С подается углеродистое топливо и кислородсодержащий газ. Углерод топлива окисляется кислородом с выделением тепла. Количество топлива и кислорода должно быть достаточным для поддержания температуры в печи. Также в печь подается конвертерный шлак медного производства и клинкер цинкового производства. Под действием высокой температуры из подаваемых материалов формируется расплав, состоящий из оксидов и сульфидов. Из-за отличий в плотностях расплава оксидов (как правило, 3,2-3,5 г/см³) и сульфидов (как правило, 4,2-5,2 г/см³) они разделяются на две жидкие фазы: оксиды формируют шлак, сульфиды - штейн, расположенный ниже шлака. По мере накопления шлак и штейн выводятся из печи. Шлак направляется в отвал, штейн на производство меди. Процесс может вестись в непрерывном и периодическом режиме.

Экспериментально установлено, что если количество подаваемого клинкера будет меньше, чем вычисленное по формуле

M_кл=1,0(3Fe_кл+14С_кл)Fe_шл/100,

в печи образуется слой магнетита, препятствующий длительной непрерывной работе печи. То есть, в этом случае, в печи поддерживается восстановительный потенциал, недостаточный для восстановления магнетита, содержащегося в конвертерном шлаке.

Магнетит при рабочих температурах процесса присутствует в шлаках в виде твердой фазы с плотностью выше плотности жидкого шлака и имеет склонность к выпадению в отдельный слой, загромождая рабочее пространство печи.

Восстановителями по отношению к магнетиту конвертерного шлака являются углерод и металлическое железо клинкера. При этом магнетит в печи будет накапливаться и через некоторое время работа печи будет нарушена из-за скопления магнетита в печи.

Если количество подаваемого клинкера будет больше, чем вычисленное по формуле

М_кл=2,0(3Fe_кл+14С_кл)Fe_шл/100,

в печи образуется слой частично расплавившихся частиц клинкера, что также препятствует длительной непрерывной работе печи.

Это объясняется тем, что количество содержащихся в клинкере железа и углерода будет больше того, которое может провзаимодействовать с магнетитом конвертерного шлака, восстановительный потенциал в печи будет таким, что непрореагировавшие с магнетитом конвертерного шлака железо и углерод клинкера будут накапливаться, препятствую длительной непрерывной работе печи, так как они при температурах процесса образуют частично расплавленную железо-углеродистую массу с плотностью выше плотности жидкого шлака, которая имеет склонность к образованию отдельного полутвердого слоя, накапливаясь в печи.

Примеры.

В ванную печь непрерывно подают 4 тонны в час конвертерного шлака медного производства, углеродистое топливо, содержащее 1,5 тонны в час углерода, кислородсодержащий газ, содержащий 2100 м³ кислорода в час и клинкер цинкового производства.

Конверторный шлак содержит 30% железа.

Клинкер цинкового производства содержит 30% металлического железа и 15% углерода.

Если количество клинкера цинкового производства меньше М_кл=1,0(3Fe_кл+14С_кл)Fe_шл/100=1,25(3×30+14×15)30/100=90 кг на 1 тонну конвертерного шлака, то есть менее 90×4=360 кг в час, длительность работы печи составит 6 суток, после чего в печи образуется слой магнетита, препятствующий ее дальнейшей работе. Необходимо печь останавливать, удалять магнетит из печи, чтобы печь могла работать дальше.

Если количество клинкера цинкового производства больше М_кл=2,0(3Fe_кл+14С_кл)Fe_шл/100=2,0(3×30+14×15)30/100=180 кг на 1 тонну конвертерного шлака, то есть менее 180×4=720 кг в час, длительность работы печи составит 8 суток, после чего в печи образуется слой непрореагировавшего с магнетитом частично расплавившихся частиц клинкера, препятствующий ее дальнейшей работе. Необходимо печь останавливать, удалять слой частично расплавившихся частиц клинкера из печи, чтобы печь могла работать дальше.

Если количество клинкера цинкового производства в пределах М_кл=(1,0÷2,0)(3Fe_кл+14С_кл)Fe_шл/100=(1,0÷2,0)(3×30+14×15)30/100=90÷180 кг на 1 тонну конвертерного шлака, то есть от 360 до 720 кг в час, длительность работы печи составит 90 суток без образования слоя магнетита или частично расплавившихся частиц клинкера, препятствующих ее дальнейшей работе. Длительность непрерывной работы печи в этом случае определяется производственными потребностями.