печной агрегат для производства легколетучих металлов и способ получения легколетучих металлов

Формула изобретения

1. Печной агрегат для производства легколетучих металлов, например цинка, свинца и кадмия, содержащий по крайней мере две тесно связанные печи (1 и 2), одна из которых - восстановительная печь (1), а другая - конвертер (2), отличающийся тем, что две печи, работающие при нормальном давлении, взаимно соединены посредством по крайней мере одного канала (3, 12), при этом по крайней мере один конец канала расположен так, что он погружен в расплав (4 - 6), находящийся в печах.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что канал (3), взаимно соединяющий печи (1 и 2), расположен так, что оба его конца (15 и 16) погружены в расплав (4 - 6).

3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что канал (3), взаимно соединяющий печи (1 и 2), выполнен, по существу, горизонтальным.

4. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что канал (3), взаимно соединяющий печи (1 и 2), сконструирован так, что конец (15), ближайший к восстановительной печи (1), расположен ниже, чем конец (16), ближайший к контейнеру.

5. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что канал (3), взаимно соединяющий печи (1 и 2), сконструирован так, что конец (16), ближайший к конвертеру (2), расположен ниже, чем конец (15), ближайший к восстановительной печи (1).

6. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что восстановительная печь (1) является электрической печью.

7. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что число каналов (3 и 12), взаимно соединяющих печи (1 и 2), равно двум.

8. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что печи (1 и 2) взаимно соединены посредством двух каналов (3 и 12), при этом по крайней мере конец (14) со стороны конвертера расположен так, что он полностью погружен в расплав металла (4), находящегося в печах, и по крайней мере, один конец (15, 16) верхнего канала (3) отрегулирован так, чтобы всегда быть погруженным в слой матта (5) и/или шлака (6), находящихся в печах.

9. Агрегат по п.7, отличающийся тем, что нижний канал (12), взаимно соединяющий печи (1 и 2), расположен так, что оба его конца (13 и 14) погружены в расплав металла.

10. Агрегат по п.7, отличающийся тем, что в конвертере выполнено выпускное отверстие для выпуска шлака (9), расположенное на такой высоте, которая отрегулирована так, что по крайней мере один из концов (15, 16) верхнего канала (3) всегда погружен в шлак и/или матт.

11. Агрегат по п.7, отличающийся тем, что верхний канал (3), взаимно соединяющий печи (1 и 2), сконструирован так, что конец (15), ближайший к восстановительной печи, расположен ниже, чем конец (16), ближайший к конвертеру.

12. Агрегат по п. 7, отличающийся тем, что верхний канал (3), взаимно соединяющий печи (1 и 2), сконструирован так, что конец (15), ближайший к восстановительной печи (1), расположен выше, чем конец (16), ближайший к конвертеру.

13. Агрегат по п. 7, отличающийся тем, что верхний канал (3), взаимно соединяющий печи (1 и 2), выполнен, по существу, горизонтально.

14. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что с восстановительной печью (1) соединены несколько конвертеров (2).

15. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что печи (1 и 2) расположены, по существу, на одном и том же уровне.

16. Способ получения легколетучих металлов, например цинка, свинца и кадмия, посредством двух взаимосвязанных печей, включающий подачу сульфидного концентрата по крайней мере одного из легколетучих металлов в ванну расплавленного металла в восстановительной печи, в которой легколетучие металлы, содержащиеся в концентрате, конвертируются в металлическую форму и удаляются из печи в виде паров, рециклирование расплавленного металлизованного сульфидного матта и шлака, образующихся в печи, в конвертер для конвертирования сульфида металла в металл, выпуск образовавшегося шлака из конвертера, рециклирование металла, образовавшегося в конвертере, в восстановительную печь, отличающийся тем, что печи взаимосвязаны посредством по крайней мере одного канала, при этом по крайней мере один конец канала погружен в расплав так, что рециклирование материалов между печами осуществляется за счет изменений, вызванных в гидростатическом давлении и объемах слоев расплавов химическими реакциями, происходящими в печах.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что оба конца канала погружают в расплав.

18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что в качестве используемого расплавленного металла применяют металлическую медь.

19. Способ по п. 16, отличающийся тем, что восстановительную печь и конвертер располагается на одном уровне.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу и печному агрегату для использования в процессах для получения легколетучих металлов из их сульфидов.

Печной агрегат содержит две тесно связанные печи, восстановительную печь и конвертер, которые действуют при нормальном давлении таким образом, чтобы перенос материала между ними осуществлялся непрерывно посредством по крайней мере одного канала, соединяющего печи.

В результате химических реакций, происходящих в печах, гидростатическое давление в печах изменяется. Кроме того, изменяются объемы слоев расплава в печах.

Происходящая в результате этих изменений циркуляция по крайней мере через один канал в то же самое время приводит к рециркуляции сульфидного матта из восстановительной печи в конвертер, необходимой для процесса, а также к рециркуляции расплава металла из конвертера в восстановительную печь.

В некоторых новых пирометаллургических процессах для получения цинка, свинца, кадмия и других легколетучих металлов для восстановления сульфидов упомянутых металлов используют медь, при этом образуется медный матт и пары металлов, о которых идет речь, которые затем конденсируются.

В этих процессах медный матт непрерывно удаляется из реакционной зоны и переносится в другую печь для окисления серы, содержащейся в матте, и для выделения меди в металлическую медь.

Из печи для обработки медного матта непрерывно удаляется металлическая медь и возвращается в упомянутую реакционную зону для замещения меди, расходуемой при восстановлении сульфида металла. Окисные вещества, содержащиеся в материале сырья, или вещества, которые могут окислиться в процессе, образуют шлаковый слой в печи, которая служит в качестве реакционного пространства, из которой шлаковый слой также должен удаляться либо время от времени, либо непрерывно.

Для выполнения вышеупомянутых функций в патенте Великобритании N 2048309 используют комбинацию печей, включающую две примыкающие печи типа отражательных, одна из которых расположена несколько выше, чем другая. Концентрат подается в расплав медного матта, расположенный в нижней печи. Сульфид цинка в концентрате превращается в металлический цинк, который улетучивается из печи. Медный матт, образующийся в печи, рециркулируется посредством газлифта через вакуумированную камеру в верхнюю печь, где он или по крайней мере часть его окисляется кислородом, подаваемым в печь, в металлическую медь, которая вследствие гравитации циркулирует обратно в плавильную печь, расположенную ниже. Тепло, необходимое для происходящей в плавильной печи вакуумирующем насосе эндотерической реакции, получают за счет циркуляции избыточного количества сульфидного матта в верхней печи, служащей в качестве конвертера, или матт может быть дополнительно нагрет с помощью горелок.

В патенте Финляндии N 922301, относящемся к цинковому процессу, сходному с вышеописанным, используемым реакционным пространством является электрическая печь.

В печи имеются, по существу, два расплавленных слоя: металлической меди на дне и сульфидного медного матта на поверхности слоя меди, в качестве третьего слоя в печи на поверхности слоя матта образуется шлаковый слой. Сульфидное сырье подают в слой меди пневматически через трубчатое копье (фурму). Используемым газом-носителем является азот или какой-нибудь другой инертный газ.

В результате происходящей реакции в слое меди образуется медный матт, который поднимается из слоя меди и попадает в расположенный выше слой матта. Электрическая печь нагревается электрическим током при контактировании электродов со слоями матта и шлака.

Здесь эти слои служат в качестве сопротивления, в котором развивается тепловая энергия. Образующийся медный матт может быть конвертирован в медь и шлак в соответствии с каким-либо известным процессом, например, в конвертере Пирса-Смита.

Конвертер Пирса-Смита является реактором периодического типа с порционной загрузкой, и, следовательно, процесс в целом действует в периодическом режиме, так что матт удаляется из электрической печи периодически и медь передается из конвертера в электрическую печь также периодически (т.е. порционно).

В дополнение к недостаткам, типичным для периодических процессов, между печами должны транспортироваться большие количества матта и металлической меди, что ведет к дополнительному удорожанию и вредным выбросам паров.

В настоящее время также используются непрерывно работающие конвертеры.

В медном процессе Митцубиси медный матт течет из плавильной печи непрерывным потоком по желобу в печь конвертирования.

Обычно имеется три слоя: расплав меди на дне и медного матта поверх него и самый верхний шлаковый слой. Конвертирование осуществляет как непрерывный процесс за счет продувки воздухом или воздухом, обогащенным кислородом, через охлаждаемые сопла на поверхность слоя расплава.

Образующийся шлак непрерывно удаляется из печи с поверхности слоя расплава. Образующаяся медь непрерывным потоком удаляется с днища печи конвертирования.

Когда восстановительная печь, описанная в патенте Финляндии N 922301, в которой сульфид летучего металла восстанавливается медью, и конвертер взаимно соединены посредством желоба, образующийся матт может проходить в конвертер непрерывным потоком.

Однако образующаяся медь должна удаляться из конвертера на таком низком уровне, чтобы медь под действием собственного веса не могла течь обратно в восстановительный реактор, но должна быть отведена в сосуд и транспортироваться в нем.

Для того, чтобы исключить вышеупомянутые недостатки, т.е. циркуляцию расплава, вызванную подачей газа в процесс, или транспортирование, осуществляемое из одной печи в другую, предлагается усовершенствованный способ и печной агрегат настоящего изобретения, в котором восстановительная печь и печь конвертирования тесно связаны при нормальном давлении.

Преимущественно печи расположены на одном и том же уровне, или на разных уровнях, но они взаимно соединены по крайней мере одним каналом. Химические реакции, происходящие в каждой печи, приводят к тому, что гидростатическое давление в каждой печи изменяется.

Кроме того, изменяются объемы расплавленных слоев в печах. Рециклирование различных фаз расплавов между печами также осуществляется между печами за счет циркуляции, вызванной этими изменениями.

Поэтому слой сульфидного матта, образующийся в восстановительной печи, рециклируется в конвертер и из конвертера соответственно рециклируется уже восстановленный расплавленный металл обратно в восстановительную печь. Отличительные признаки настоящего изобретения видны из представленной формулы изобретения.

На фиг. 1 схематически представлен вид сбоку варианта устройства настоящего изобретения; на фиг. 2 - вид сбоку другого варианта устройства настоящего изобретения; на фиг. 3 - вид сверху альтернативного варианта устройства настоящего изобретения.

Как видно из фиг. 1, печной агрегат, используемый в технологии легколетучих металлов, включает две печи, из которых электрическая печь 1 используется как восстановительная печь и конвертер 2 служит в качестве печи для окисления матта. Печи могут быть расположены на одном и том же уровне или на различных уровнях.

В этой альтернативе печи взаимно соединены трубчатым каналом 3. Форма и конструкция канала несущественна, но канал может быть либо, по существу, горизонтальным, либо может быть наклонен таким образом, что его конец 15 со стороны восстановительной печи расположен либо на более высоком, либо на более низком уровне, чем его конец 16 со стороны конвертера.

Существенным является то, что канал расположен таким образом, чтобы газовые пространства печей не были соединены и чтобы металлическая медь, образующаяся в конвертере, под действием силы тяжести рециклировалась в электрическую печь.

Это означает что по крайней мере другой конец канала должен быть всегда погружен в расплав вне зависимости от того, расплав ли это металла, матта или шлака. На практике оба конца канала обычно погружены в расплав.

Самым нижним слоем в обеих печах является слой расплавленной меди 4, поверх него расположен слой расплавленного матта 5 и самым верхним слоем в обеих печах является слой шлакового расплава 6.

Сульфидное сырье, содержащее по крайней мере один из металлов, и именно цинк, свинец, или кадмий, предпочтительнее цинк и, возможно, свинец и кадмий в сульфидной форме, инжектируют в восстановительную печь посредством копья 7.

В результате химических реакций количество меди начинает уменьшаться, поскольку она образует медный матт вследствие сульфидирования меди.

Когда металл конвертируется в матт, средняя плотность расплавленного материала уменьшается и уровень расплава в восстановительной печи имеет тенденцию к подъему. Возрастание гидростатического давления вынуждает матт снова переносится в конвертер.

В конвертере медный матт окисляется кислородом, воздухом или их смесью, вдуваемыми через копье 8, до металлической меди. Образовавшаяся медь оседает, как наиболее тяжелая, на дне конвертера.

Во время рабочего процесса поверхность медного слоя находится на такой высоте, что вновь образовавшаяся медь оседает в силу гравитации в восстановительной печи. Образующийся в процессе реакции конвертирования шлак удаляется из конвертера через выпускное отверстие 9.

Пары металла, образующиеся в восстановительной печи, например цинка и, возможно, свинца и кадмия, выпускаются из верхней части восстановительной печи через отверстие 10. Двуокись серы и другие газы, образовавшиеся в конвертере, выпускаются через отверстие 11 в верхней части конвертера.

В альтернативном варианте согласно фиг. 2 печи взаимно соединены посредством двух трубчатых каналов 3 и 12, нижний из которых 12 расположен таким образом, что его конец 13, ближайший к восстановительной печи, находится полностью в слое меди 4, и его конец 14, ближайший к конвертеру, находится полностью в слое меди 4, имеющейся в конвертере. Конец 13, ближайший к восстановительной печи, также может быть расположен несколько выше с тем, чтобы частично находиться внутри слоя матта. Верхний канал 3 расположен таким образом, что один из его концов 15 находится в восстановительной печи на такой высоте, что верхняя поверхность слоя матта 5 и нижний слой шлакового слоя 6 устанавливается в зоне апертуры канала и чтобы и матт, и шлак могли течь через апертуру. Верхний канал 3 может быть либо по существу горизонтальным, либо наклоненным таким образом, что его конец со стороны конвертера 16 находился либо выше, либо ниже его конца со стороны восстановительной печи 15.

В дополнение к вышеупомянутым каналам конвертер также имеет третье отверстие 9 для удаления шлака 6 с поверхности слоя расплава матта в конвертере. Летка для удаления сульфидного матта 5, приходящего из восстановительной печи, не предусмотрена, поскольку матт, окисляющийся в ней за счет вдуваемого через копье 8 кислорода или воздуха, превращается в металлическую медь. Выпускное отверстие 9 для выпуска шлака расположено на такой высоте, на которой оно может быть использовано для регулировки расположения по крайней мере одного конца верхнего канала 3 между конвертером и восстановительной печью с тем, чтобы он всегда был погружен в шлак и/или матт, или для предотвращения смешивания газов из восстановительной печи и конвертера.

Образующиеся в восстановительной печи пары цинка и, возможно, свинца и кадмия удаляются из верхней части печи через апертуру 10. Оксид серы и другие газы, образующиеся в конвертере, удаляются из конвертера через апертуру 11.

Когда все слои расплава в обеих печах находятся в равновесии после запуска печей, высота поверхности в конвертере устанавливается на уровне, ограниченном выпускным отверстием для выпуска шлака 9, и поверхность в восстановительной печи соответственно устанавливается на уровне, ограниченном уровнем поверхности в конвертере, или уровнем верхнего канала между восстановительной печью и конвертером.

Толщина отдельных слоев устанавливается таким образом, что в конвертере на высоте нижнего канала гидростатическое давление, обусловленное слоями меди, матта и шлака, равно давлению, обусловленному слоями меди, матта и шлака, расположенными на соответственной высоте в восстановительной печи.

Когда процесс запускается путем инжектирования сульфидного сырья в восстановительную печь через копье 7 и одновременной продувки воздуха, кислорода или обогащенного кислородом воздуха в конвертер, количество меди, находящейся в восстановительной печи, начинает уменьшаться, поскольку вследствие сульфидирования меди образуется матт. В конвертере медный матт, рециклированный в него, превращается в металлическую медь в результате реакции конвертирования.

В ходе процесса средняя плотность расплавленного материала, находящегося в восстановительном реакторе, поэтому уменьшается, и средняя плотность материала, находящегося в конвертере, соответственно увеличивается.

В результате баланс давления в канале между печами нарушается, и медь начинает течь из конвертера в восстановительный реактор.

Соответственно, образующийся в восстановительной печи матт и, возможно, шлак, начинают течь в конвертер через канал. Такое циркулирование продолжается все время, пока идет процесс.

В альтернативном варианте изобретения электрическая печь и конвертер фактически являются частями одной и той же печи, при этом эти части разделены посредством только разделительной перегородки, так что между двумя частями остается одно или много отверстий.

Если предположить, что каналы между восстановительной печью и конвертером могут быть блокированы при некоторых условиях, печи могут преимущественно быть расположены по углам, как это показано на фиг. 3.

В этом случае каналы 3, соединяющие печи 1 и 2, преимущественно образованы двумя элементами, расположенными под прямым углом друг к другу.

В обеих частях на разных сторонах угла могут быть предусмотрены обычно блокируемые отверстия 17, повсеместно используемые в металлургических печах, причем любые возможные пробки или затычки удаляются из этих отверстий, например, путем расплавления кислородом.

Как видно из фиг. 3, число конвертеров не ограничивается одним конвертером, их может быть несколько, например два на каждую восстановительную печь, причем в этом случае один из них работает обычным образом, тогда как другой находится на профилактическом осмотре.