способ переработки материалов, содержащих цветные металлы и углерод

Формула изобретения

СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И УГЛЕРОД, включающий плавку исходного материала совместно с флюсом в шахтной печи с подачей кислородсодержащего дутья через верхний и нижний ряды фурм с образованием шлака, штейна и шлакоуглеродистой массы, отличающийся тем, что плавку ведут при подаче кислородсодержащего дутья через нижний ряд фурм в шлакоуглеродистую массу при поддержании расхода кислорода в дутье 600-1200 м³ на 1 т углерода в исходном материале.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии, может быть использовано при шахтной плавке материалов, содержащих цветные металлы и углерод (клинкера цинкового производства, углистых золотосодержащих концентратов).

Известен способ переработки материала [1] включающий его загрузку вместе со шлакующими реагентами в верхнюю часть шахтной печи, при этом образуется столб шихты, заполняющий поперечное сечение печи. В нижней части печи металл перерабатывается на металлическую медь. При этом скорость поступления кислорода в плавильную зону и в зону переработки регулируется так, чтобы поддерживать скорость плавления концентрата пропорционально скорости превращения штейна в металлическую медь.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ переработки медных сульфидных руд [2] путем шахтной плавки с дутьем, обогащенных кислородом, с получением элементарной серы, штейна, отвального шлака, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса плавки и повышения степени сокращения, подачу дутья осуществляют непосредственно в расплавленный штейн во внутренний горн печи и в полость печи на высоте 400 мм от фурменного пояса.

Однако способ-прототип имеет следующие недостатки. При переработке по данному способу углеродсодержащих материалов ниже фурм, не погруженных в штейн, происходит накопление вязкой тугоплавкой шлаково-углеродистой массы, поступающей из зоны фокуса печи. В фокусе печи происходит опережающее, в сравнении с окислением мелкодисперсного углерода, плавление материала. Получаемый расплав заматывает неокисленные частицы углерода и перемещает их в подфурменную зону. Окисление углерода, содержащегося в данной шлако-углеродистой массе дутьем верхнего ряда фурм крайне затруднено. При плавке во внутреннем горне шахтной печи происходит отделение легкоплавкой составляющей штейна из шлако-углеродистой массы, с последующим перекрытием данной массой части верхних рядов фурм, приводящей к снижению производительности. При высоком содержании мелкодисперсного углерода в перерабатываемом материале возможен аварийный останов печи. Дутье, подаваемое через нижний ряд фурм в штейн, накапливаемый на подине, приводит к интенсивному выделению тепла, разрушению кладки внутреннего горна, не способствуя выгоранию мелкодисперсного углерода из промежуточной шлаково-углеродистой массы. В связи с вышеуказанными явлениями при переработке углеродсодержащих материалов по способу-прототипу производительность процесса низка и составляет по основному материалу (углисто-золотой концентрат или клинкер цинкового производства) от 14 до 26 т/м²*сут.

Целью настоящего изобретения является увеличение производительности плавки.

Указанная цель достигается тем, что подачу кислородсодержащего дутья через нижний ряд фурм осуществляют в шлаково-углеродистую массу, при подаче через нижний ряд фурм 600-1200 м³ кислорода в кислородсодержащем дутье на 1 тонну углерода, содержащегося в перерабатываемом материале.

При подаче кислородсодержащего дутья в шлаково-углеродистую массу происходит окисление мелкодисперсного углерода при одновременном повышении жидкотекучести шлака, что позволяет осуществить его выпуск через существующий узел выпуска массы, избегая накопления во внутреннем горне печи, перекрытия верхнего ряда фурм и, как следствие, снижение производительности печи.

При реализации предложенного способа в районе нижнего ряда фурм преимущественно протекает реакция окисления углерода:

2С+O₂=2СО дНо + 221000 кДж/моль (1)

При подаче дутья в штейновую ванну основной является реакция окисления сернистого железа:

2FeS+3O₂+SiO₂=2FeO*SiO₂+2SO₂ дНо

1020200 кДж/моль (2)

На 1 моль O₂ выделится тепла:

по реакции (1) 221000 кДж

по реакции (2) 340067 кДж

Таким образом при подаче кислородсодержащего дутья в шлаково-углеродистую массу выделяется тепла в 1,5 раза меньше, чем при подаче в штейн, что устраняет опасность разрушения кладки внутреннего горна шахтной печи.

Количество кислорода, подаваемое через нижний ряд фурм в шлакового-углеродистую массу, определяется количеством мелкодисперсного углерода в перерабатываемом материале. При подаче недостаточного количества кислорода выгорание мелкодисперсного углерода происходит не полностью, вязкость шлаково-углеродистой массы снижается недостаточно, производительность печи возрастает незначительно. При изгибе подаваемого кислорода происходит вспенивание шлаково-углеродистой массы с перекрытием верхнего ряда фурм, что приводит к аварийному останову печи.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемые технические решения отличаются тем, что подача кислородсодержащего дутья через нижний ряд фурм осуществляется в шлако-углеродистую массу.

Таким образом, заявляемые технические решения соответствуют критерию "новизна".

Сравнение заявляемых решений не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа не выявлены, поэтому они обеспечивают заявленному техническому решению соответствия критерию "существенные отличия".

Для определения оптимального способа дутья были проведены испытания на шахтной печи Нежданинского опытно-промышленного цеха (к-т Джугджурзолото, п/о Якутзолото), площадью пода 1м², оборудованной двумя рядами фурм. В качестве кислородсодержащего агента использовали воздух с содержанием O₂ 20,8%

Подачу кислородсодержащего дутья в штейн и в шлаково-углеродистую массу осуществляли изменением высоты гидрозатвора, что вело к изменению высоты слоя штейна во внутреннем горне печи.

В печь загружали шихту из брикетов из золото-углистого концентрата (С 14% S 16% Fe 18% SiO₂ 31% As 8%), флюса, кокса.

Полученные данные приведены в таблице.

При подаче воздуха только в твердую шихту через верхний ряд фурм (п.1) во внутреннем горне печи происходило накопление шлаково-углеродистой массы, при невысокой (13 т/м²*сут.) производительности печи.

Плавка по способу-прототипу (п.2, 3) сопровождалась накоплением шлаково-углистой массы при одновременном перегреве нижнего, штейнового слоя расплава во внутреннем горне печи. Производительность печи также была низкой (18-21 т/м²*сут.).

Работа печи согласно заявляемому способу (п.4,5,6,7,8,9,10) протекали устойчиво при подаче в шлаково-углеродистую массу до 1200 м³кислорода в кислородсодержащем дутье на 1 т углерода, содержащегося в перерабатываемом материале.

При подаче более 1200 м³ кислорода (п.10, Vo2=1400 м³) происходило вспенивание шлаково-углеродистой массы с перекрытием верхнего ряда фурм, что привело к аварийному останову печи.

Максимальная производительность печи достигалась при следующих условиях:

подаче кислородсодержащего дутья в шлаково-углеродистую массу;

подаче через нижний ряд фурм 600-1200 м³, содержащегося в перерабатываемом материале.