способ непрерывной плавки сульфидных материалов
Классы МПК: | C22B5/02 сухие способы |
Автор(ы): | Мечев В.В., Птицын А.М., Еремин О.Г. |
Патентообладатель(и): | Мечев Валерий Валентинович, Птицын Алексей Михайлович, Еремин Олег Георгиевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1990-06-12 публикация патента:
30.09.1994 |
Использование: переработка сульфидных полиметаллических материалов, например медных, никелевых, в процессе плавки в расплаве. Сущность: в способе непрерывной плавки сульфидных материалов, включающем их загрузку, продувку ванны кислородсодержащим дутьем через фурмы с подачей углеродсодержащего топлива с образованием сульфидной и окисленной фаз и их результаты с подачей в надфурменную зону дополнительного углеродсодержащего топлива в стехиометрическом соотношении к количеству серы, удаляемой из шихты при получении штейна заданного состава, в надфурменную зону подают газообразное углеродсодержащее топливо с содержанием не менее 20% монооксида углерода при температуре не ниже 700°С, при этом его получают путем сжигания углеродсодержащего материала в жидкой окисленной фазе при продувке ее кислородсодержащим дутьем. 1 табл.
Рисунок 1
Формула изобретения
СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ПЛАВКИ СУЛЬФИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий их загрузку, продувку ванны расплава кислородсодержащим газом через фурмы в присутствии углеродсодержащего топлива с образованием надфурменной и подфурменной зон расплава сульфидной и окисленной фаз, подачу в надфурменную зону дополнительного количества углеродсодержащего топлива в стехиометрическом соотношении к количеству серы, удаляемой из шихты при получении штейна заданного состава, и выпуск жидких и газообразных продуктов плавки, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода товарной серы, дополнительное количество углеродсодержащего топлива в надфурменную зону подают при содержании в нем моноксида углерода не менее 20% и температуре не ниже 700oС.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к способам переработки сульфидных полиметаллических материалов, например медных, никелевых, в процессе плавки в расплаве. Общеизвестен способ плавки Венюкова с получением в газовой фазе концентрированной двуокиси серы с последующим ее восстановлением по отдельной схеме в специальном реакторе [1]. Недостатком такой схемы является повышенный расход углеводородного топлива для поддержания необходимого температурного уровня процесса восстановления двуокиси серы и обеднения шлаков, получаемых в результате плавки. Известен способ непрерывной плавки сульфидных материалов, включающий их загрузку, продувку ванны расплава кислородсодержащим газом через фурмы в присутствии углеродсодержащего топлива с образованием надфурменной и подфурменной сульфидной и окисленной фаз с их разделением и выпуском жидких и газообразных продуктов плавки, с подачей в надфурменную зону через сопла дополнительного количества углеродсодержащего топлива в стехиометрическом соотношении к количеству серы, удаляемой из шихты при получении штейна заданного состава [2]. Недостатком известного способа является то, что восстановитель серы подается в надфурменное пространство в холодном виде и для его реакции с двуокисью серы необходим нагрев газа и энергия для конверсии. Так как реакция восстановления серы протекает достаточно медленно, то ее интенсивность будет ниже, чем при подаче высокотемпературного восстановителя. Целью изобретения является повышение выхода товарной серы. Поставленная цель достигается тем, что в способе непрерывной плавки сульфидных материалов, включающем их загрузку, продувку ванны расплава кислородсодержащим дутьем через фурмы, с подачей углеродсодержащего топлива с образованием надфурменной и подфурменной сульфидной и окисленной фаз и их разделением с подачей в надфурменную зону дополнительного количества углеродсодержащего топлива в стехиометрическом соотношении к количеству серы, удаляемой из шихты при получении штейна заданного состава, в надфурменную зону подают газообразное дополнительное количество углеродсодержащего топлива с содержанием не менее 20% моноокиси углерода при температуре не ниже 700оС, при этом ее получают путем сжигания углеродсодержащего материала в жидкой окисленной фазе при продувке ее кислородсодержащим дутьем. Сущность способа заключается в плавке медного сульфидного сырья в плавильной зоне агрегата типа плавки Ванюкова путем его продувки кислородсодержащим газом с образованием окисленной фазы в виде шлака и штейна или белого матта. При окислении сульфидного сырья образуется двуокись серы, которая в составе отходящих газов выходит из расплава при концентрации от 10 до 70% в зависимости от содержания серы и влаги в сырье. Окисленная фаза расплава после отделения от штейна поступает в обеднительную зону. В расплав обеднительной зоны загружают уголь или углеродсодержащий материал (клинкер, отходы углеродной промышленности), при этом расплав продувают кислородсодержащим газом. В результате восстановительной обработки шлак обедняется, а содержание моноокиси углерода в отходящих газах составляет не менее 20% и зависит от степени избытка кислорода по отношению к углероду в углеродсодержащем топливе, подаваемом в шлаковый расплав. Газ, полученный при продувке шлака в обеднительной зоне при температуре 700 - 1250оС, подают в надфурменную зону окислительной плавильной зоны. После перемешивания газов происходит восстановление элементарной серы, которое начинается в надслоевом пространстве и продолжается по тракту эвакуации отходящих газов в аппаратах по утилизации тепла и сбору элементарной серы. Выбор параметров заявляемого способа объясняется следующим. Снижение содержания моноокиси углерода ниже 26% соответствует содержанию двуокиси серы в равновесной смеси, равному ~10%. Такое содержание двуокиси серы в отходящих газах в надслоевом пространстве барботажного автогенного процесса характерно для плавки сырья с низким содержанием серы на бедный штейн. В этом случае процесс не может протекать автогенно, и более низкое содержание двуокиси серы в отходящих газах получается в результате добавления в плавильную зону (окислительную) углеводородного топлива. При этом степень восстановления двуокиси серы более эффективно регулируется за счет избытка углеводородов в плавильной зоне и для довосстановления оставшейся двуокиси серы достаточно подачи газа с 20% моноокиси углерода. При окислительной плавке сульфидного сырья на белый матт или черновую медь содержание двуокиси серы в отходящих газах будет всегда выше 14-18%, что потребует содержания моноокиси углерода в подаваемом газе не менее 29-36%. Нижний предел концентрации в подаваемом в надслоевое пространство газе получен в результате плавки на бедный штейн малосернистого сырья с подачей до 9% углеводородного топлива в плавильную зону для поддержания необходимой температуры расплава. Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что в обеднительной зоне при подаче избытка углеродсодержащего топлива обеспечиваются условия максимального обеднения шлака за счет образования активного восстановителя-моноокиси углерода, которая после контактирования со шлаком по отдельному газоходу смешивается с сернистым ангидридом, выделяющимся из окислительной зоны. При смешении газовых потоков в смесительной камере при температуре 1100-1200оС происходит восстановление сернистого ангидрида моноокисью углерода по реакцииSO2+2CO ___
![способ непрерывной плавки сульфидных материалов, патент № 2020170](/images/patents/453/2020170/8594.gif)
![способ непрерывной плавки сульфидных материалов, патент № 2020170](/images/patents/453/2020170/2020170t.gif)
![способ непрерывной плавки сульфидных материалов, патент № 2020170](/images/patents/453/2020170/2020170-2t.gif)
Штейн Cu 51,0; Fe 21,0; S 23,0
Шлак Cu 0,95; Fe 42,0; SiO2 32,0 Газы плавильной окислительной зоны:
SO2 34,2; CO2 22,0%; H2O 36,0%; N2 7,0%. Газы восстановительной зоны:
CO 62,0%; H2O 14,0%; CO2 18,0%; N2 4,0%; SO2 1,5%. Газы восстановительной зоны направляются в плавильную зону, где в надслоевом пространстве при температуре 1100оС смешиваются с газами окислительной зоны. При этом происходит восстановление SO2 окисью углерода с образованием серы. Смесь по охлаждаемому газоходу направлялась в воздухоохлаждаемую камеру и далее в электрофильтр, а затем в конденсатор серы и осадительный скруббер. Сера после конденсации дополнительно выделяется в скруббере, а газы перерабатываются по классической схеме Клауса с последующей очисткой на санитарной установке. Анализ газов после электрофильтра и скруббера дал следующий состав,%:
SO2 4,9; H2S 10,2; COS 0,6; CO 2,1; CO2 39,1; H2O 38,0; N2 4,0; H2
![способ непрерывной плавки сульфидных материалов, патент № 2020170](/images/patents/453/2020006/8776.gif)
Штейн Cu 9,5; Fe 57,0; S 28,0
Шлак Cu 0,02; Fe 44,0; SiO2 31,0
Газы плавильной зоны:
SO2 36,2%; CO2 19,0%; H2O 38,0%; N2 6,5%. Газы восстановительной зоны:
CO 66,0%; H2O 14,0%; CO2 13,0%; N2 4,0%; SO2 2,0%. Газы восстановительной зоны по водоохлаждаемому обводному газоходу направляются в аптейк плавильной зоны и смешиваются с газами пиритной плавки. Газы плавильной зоны при входе в аптейк печи имеют температуру 1030оС, газы восстановительной зоны при входе в аптейк имеют температуру 750оС. Смесь по охлаждаемому газоходу направляется в воздухоохлаждаемую камеру и далее в электрофильтр-конденсатор серы и осадительный скруббер. Сера после охлаждения газов конденсируется и затем выделяется в скруббере. Газы после скруббера направляются на установку Клауса и затем на хвостовую очистку. Анализ газов после электрофильтра и скруббера дал следующие результаты, %: SO2 5,2; H2S 11,0; COS 0,8; CO 2,2; CO2 35,1; H2O 40,0; N24,5; H2 1,2. Обеднение шлака в случае переработки пиритного концентрата не оценивалось. Использование предложенного способа позволит при переработке сульфидных полиметаллических руд значительно увеличить комплексность извлечения металлов и серы из сырья. Извлечение серы в промышленных условиях с учетом доработки восстановленных газов на установках Клауса может достигать 93,0 - 95,0% , а извлечение меди - 99,0%. При этом наряду с уменьшением выбросов двуокиси серы в атмосферу освобождаются земли, занятые шлаковыми отвалами, что обеспечивает экологическую чистоту плавильного передела. Кроме того, отвальный шлак является сырьем для строительной индустрии.