способ удаления настыли в поворотных медерафинировочных печах и передаточных технологических ковшах

Формула изобретения

1 Способ удаления настыли в поворотных медерафинировочных печах и передаточных технологических ковшах, включающий подачу реагента и непрерывное контактирование расплава реагента с настылью, отличающийся тем, что в качестве реагента используют штейн, образующийся в печи Ванюкова при плавке богатого медного концентрата флотационного разделения медно-никелевого файнштейна и содержащий сульфид железа в количестве, обеспечивающем отношение массы железа в штейне к суммарной массе никеля, кобальта и железа в настыли 1 : (2 - 5).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к огневому рафинированию черновой меди в поворотных анодных печах.

Известен способ удаления настыли анодных печей путем загрузки на поверхность настыли в качестве флюса кальцинированной соды и песчаника с расходом - 400 кг соды на 1 т настыли и 100 кг песчаника с последующей выдержкой при температуре 1350^oC в течение 4-6 ч при постоянном дополнительном механическом разрушении настыли. Операция проводится после каждого розлива меди на аноды, т.к. по мере снижения уровня расплава анодной меди в печи происходит осаждение оставшегося второго шлака на футеровке, образующего тугоплавкие настыли, уменьшающие емкость печи (ТИ 0401.14.109 - 11 - 37 - 85). Выпуск образовавшегося расплава проводят через порог горловины в шлаковни, затем его направляют в качестве оборотов в конвертерное отделение для дальнейшей переработки с целью извлечения из него ценных компонентов.

Основной недостаток аналога - высокие затраты на переделе из-за вовлечения в процесс дорогостоящего реагента - кальцинированной соды, а также образование оборотов, подлежащих переработке на смежных технологических переделах ПМП завода.

Другими существенными недостатками аналога является длительность и трудоемкость операции размыва настыли, а также необходимость проведения ее после каждого розлива меди на аноды.

Известен способ (прототип) удаления настыли в медерафинировочных печах путем ее оплавления. Вместо флюса, размывающего настыль, в печь подают реагент - расплав черновой меди, насыщенный углерод-водородсодержащим восстановителем при температуре 1200 - 1280^oC. При этой температуре осуществляют непрерывное контактирование расплава реагента с настылью. В результате конверсии метана происходит образование водорода, насыщение им черновой меди и восстановление оксидов металлов, составляющих настыль. Содержащиеся в настыли медь и никель полностью переходят в расплав реагента - черновую медь, а остальные составляющие настыли (оксиды железа и кремния) остаются в виде твердых частиц крупностью до 3 мм и всплывают на поверхность расплава. При последующем окислительном рафинировании расплава от намытых из настыли примесей (никель, кобальт и др.) оксиды железа и кремния шлакуют их. Всплывшие на поверхность расплава частички шлака сгребают с помощью шлакосъемной машины в шлаковни и отправляют на переработку в конвертерное отделение. Окислительное рафинирование расплава продолжают до тех пор, пока содержание никеля в отбираемых пробах расплава не будет менее 0,5%. Затем проводят процесс восстановления, образовавшейся при окислительном рафинировании закиси меди, углерод-водородсодержащим восстановителем. Процесс восстановления продолжают до тех пор, пока содержание кислорода в отбираемых пробах расплава не станет менее 0,1%. Затем полученную анодную медь разливают в специальные изложницы на аноды. Общая продолжительность процесса размыва настыли с момента набора 200 т черновой меди, необходимых для размыва настыли, включая сам процесс размыва с предварительным насыщением расплава водородом, последующие окисление намытых из настыли примесей и восстановление в расплаве закиси меди до нормируемых показателей, составляет 8 часов с периодичностью через каждые две-три плавки (ТИ 0401.14.109-11-37-85, изменение N 1).

Существенным недостатком способа-прототипа является трудоемкость и длительность процесса удаления настыли в медерафинировочной печи из-за необходимости очистки полученного расплава черновой меди после растворения в нем железо- и никельсодержащей настыли, т.к. в дальнейшем его рафинируют с получением оборотного шлака и анодной меди. Большое количество операций по размыву настыли (окисление примесей, получение и съем шлака скребком, перелив окисленной меди в печь для восстановления, восстановление окисленной меди) увеличивает затраты на осуществление способа.

Кроме того, образование богатого медью оборотного никелевого шлака в процессе рафинирования примесей, перешедших из настыли в черновую медь, повышает затраты на осуществление способа из-за необходимости его съема и последующей переработки на переделе конвертирования.

Задачей изобретения является создание более простого экономичного способа удаления настыли в поворотных медерафинировочных печах без образования оборотного никелевого шлака.

Техническим результатом от использования изобретения является значительное сокращение длительности процесса размыва настыли, снижение затрат на передел за счет уменьшения расхода электроэнергии, природного газа и кислорода, а также повышение извлечения меди в готовую продукцию за счет исключения образования оборотного никелевого шлака.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе удаления настыли в поворотных медерафинировочных печах и передаточных технологических ковшах, включающем подачу реагента в печь и непрерывное контактирование расплава реагента с настылью, согласно изобретению в качестве реагента используют штейн, образующийся в печи Ванюкова при плавке богатого медного концентрата флотационного разделения медно-никелевого файнштейна и содержащий сульфид железа в количестве, обеспечивающем отношение массы железа в штейне к суммарной массе никеля, кобальта и железа в настыли 1:(2-5). Штейн заливают в количестве, обеспечивающем полное сульфидирование оксида Ni, Co и восстановление магнетита, содержащихся в настыли.

При подаче вместо черновой меди в качестве реагента, размывающего настыль, штейна, образующегося в печи Ванюкова, протекают следующие реакции между компонентами штейна (Cu₂S, Ni₃S₂, FeS, Cos и др.) и соединениями, составляющими настыль (Cu₂O, NiO, CoO, F₃O₄ и др.):

FeS + CoO = FeO + CoS (1);

7FeS + 9NiO = 3Ni₃S₂ + 7FeO + SO₂ (2);

FeS + 3Fe₃O₄ = 10FeO + SO₂ (3);

Cu₂S + 2Cu₂O = 6Cu + SO₂ (4).

Сульфид железа сульфидирует оксиды кобальта (1) и никеля (2) настыли и восстанавливает в ней магнетит (3); сульфид меди взаимодействует с оксидом меди настыли с образованием элементарной меди (4). Получающиеся соединения растворяются в штейне печи Ванюкова. Полученный расплав имеет состав, близкий к составу белого штейна, и поэтому его направляют сразу на передел конвертирования для варки черновой меди. Отсутствие необходимости предварительной очистки расплава от продуктов размытой настыли значительно снижает трудоемкость и затраты на осуществление способа и уменьшает длительность процесса. Кроме того, при использовании предлагаемого способа не образуется оборотный никелевый шлак, не требуется его дальнейшая переработка, что также снижает затраты на осуществление способа.

Экспериментально установлено, что штейн печи Ванюкова в анодную печь нужно заливать в таком количестве, чтобы обеспечивалось отношение массы железа в штейне к суммарной массе никеля, кобальта и железа в настыли, равное 1: (2-5). Это отношение необходимо для того, чтобы сульфида железа в штейне хватало для осуществления реакций сульфидирования оксидов Ni и Co настыли, а также для восстановления содержащегося в ней магнетита, т.е. только при таком заявляемом отношении массы железа в штейне и суммарной массы никеля, кобальта и железа в настыли будет гарантировано полное протекание реакций (1-4) и растворение в расплаве соединений, образующих настыль. Если отношение массы железа в штейне к суммарной массе Ni, Co и Fe в настыли будет более чем 1:2, например при значении этого отношения, равном 1:1,5, количество штейна на размывку оказывается неоправданно большим, что в конечном счете приведет к увеличению расхода природного газа и кислорода на поддержание необходимой температуры расплава в печи и увеличит затраты на осуществление способа. Если отношение массы железа в штейне к суммарной массе Ni, Co и Fe в настыли будет менее чем 1:5, например 1:6, то размыв настыли произойдет неполностью.

При изучении патентной и технической литературы признаков, сходных с отличительными признаками заявляемого способа, не выявлено, что свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию " изобретательский уровень".

Способ удаления настыли в поворотных медерафинировочных печах и передаточных технологических ковшах осуществляют следующим образом.

В медерафинировочную печь или в технологический ковш заливают реагент для размыва настыли. В качестве такого реагента используют штейн, образующийся в печи Ванюкова при плавке богатого медного концентрата флотационного разделения медно-никелевого файнштейна, содержащий сульфид железа. Причем заливают штейн в количестве, обеспечивающем отношение массы железа в штейне к суммарной массе никеля, кобальта и железа в настыли, равное 1:(2-5). 3атем осуществляют непрерывное контактирование расплава реагента с настылью в течение 2-4 ч при оптимальной температуре 1200^oC. При более низкой температуре, например 1100^oC, длительность процесса увеличивается до 5-6 ч. При более высокой температуре, например 1300^oC, процесс растворения настыли заканчивается через 2,5 ч, но наблюдается частичное разрушение футеровки печи. Температуру расплава поддерживают отопительной торцевой горелкой печи с обогащением дутья кислородом. В течение процесса растворения настыли периодически отбирают пробы расплавленного штейна для определения содержания в нем железа. В процессе размыва настыли происходит восстановление магнетита и переход полученного оксида железа (II) из настыли в расплав штейна. Сульфид железа штейна сульфидирует оксиды кобальта и никеля настыли и восстанавливает в ней магнетит; сульфид меди взаимодействует с оксидом меди настыли с образованием элементарной меди. Получающиеся соединения растворяются в штейне печи Ванюкова. Размыв настыли продолжают до прекращения увеличения в расплаве концентрации железа. После этого расплав сливают через горловину поворотной анодной печи в передаточный ковш и направляют на варку черновой меди. Способ прост в исполнении, позволяет быстро, без дополнительных затрат и реагентов растворять настыли значительных объемов.

Конкретные примеры осуществления способа.

Пример 1. В поворотную медерафинировочную печь с рабочей емкостью 200 т, которая уменьшена за счет образования на ее внутренней поверхности настыли (оксидометаллической массы) емкостью 40 т, залили 90 т штейна, образующегося в печи Ванюкова при плавке богатого медного концентрата флотационного разделения медно-никелевого файнштейна, следующего состава, %: Cu - 66,60, Ni - 6,37, Co - 0,20, Fe - 4,07, S - 21,70, в виде: Cu₂S, Ni₃S₂, FeS, CoS и др. При этом отношение массы железа в штейне к суммарной массе никеля, кобальта и железа в настыли составило 1:3,0 состав настыли, %: Cu - 60,0, Ni - 8,73, Co - 0,41, Fe - 18,0 и др. Температура штейна 1200^oC, при этом, в соответствии с реакциями 1- 4, произошло сульфидирование оксидов никеля и кобальта, а также восстановление магнетита настыли сульфидом железа штейна ПВ, восстановление оксида меди настыли сульфидом меди штейна ПВ и растворение полученных продуктов в расплаве штейна ПВ.

Температуру в печи поддерживали отопительной торцевой горелкой с обогащением дутья кислородом, подавая кислородо-воздушную смесь и природный газ. После прекращения бурного выделения сернистого газа процесс растворения настыли вели до прекращения увеличения концентрации железа в расплаве. В течение всего процесса по ходу растворения настыли отбирали пробы получаемого расплава для определения содержания в нем железа методом рентгено-спектрального анализа. Через 3 часа настыль растворилась полностью. Полученный расплав с содержанием, %: Cu - 67,24; Ni - 7,39; Co - 0,28; Fe - 8,7; S - 13,9; в количестве 125 т направили на передел конвертирования и залили в конвертер, который был поставлен на варку черновой меди.

Примеры 2 - 5. Способ осуществлялся аналогично способу, описанному в примере 1. Отличием является величина отношения массы железа в штейне к суммарной массе никеля, кобальта и железа в настыли.

Результаты конкретных примеров осуществления способа приведены в таблице 1.

При заявляемых величинах отношения массы железа в штейне к суммарной массе никеля, кобальта и железа в настыли (примеры 1 - 3) получили наиболее оптимальные показатели; так, время осуществления процесса во всех трех случаях не превысило 3 ч, настыль растворилась полностью (100%), расход кислорода не превышает 1500 нм³, расход природного газа не превышает 1200 нм³. При выходе за оптимальные заявляемые границы отношения массы железа в штейне к суммарной массе никеля, кобальта и железа в настыли показатели способа ухудшаются.

Так, при уменьшении отношения массы железа в штейне к суммарной массе никеля, кобальта и железа в настыли менее чем 1:5, например до 1:5,6 (пример 4), расчетное количество штейна на размыв настыли значительно меньше, чем при оптимальном режиме, но размыв настыли произошел не в полном объеме, а только на 50%, при этом время растворения настыли увеличилось до 4 ч.

При увеличении отношения массы железа в штейне к суммарной массе никеля, кобальта и железа в настыли более чем 1:2, например 1:1,7 (пример 5), неоправданно большим оказывается объем штейна (130 т) на размыв настыли.

Сравнительные показатели способов удаления настыли (базового, используемого в АО "НГМК", и заявляемого) приведены в таблице 2.

В результате сравнения показателей видно: внедрение изобретения позволяет размывать настыли, по массе в 5 и более раз превышающие предшествующие внедрению. Длительность процесса размыва настыли сократилась в 18 - 20 раз. Кроме того, не образуются богатые обороты, сокращен расход кислорода, исключен расход природного газа на фурмы.