способ переработки сульфидных медно-свинцово-цинковых материалов

Формула изобретения

Cпособ переработки сульфидного медно-свинцово-цинкового концентрата, включающий загрузку в конвертер концентрата и его окислительную плавку, отличающийся тем, что первоначально в конвертер заливают штейн и продувают его углевоздушной смесью с расходом угля 500 кг/т штейна при объемном отношении угля к воздуху 0,35 кг/м ³, концентрат загружают на поверхность расплавленного штейна, после чего штейн продувают воздухом, обогащенным кислородом до 25 об.%, до полного расплавления концентрата, загружают кварцевый и известковый флюсы и продолжают продувку с обеспечением получения шлака и богатого по меди штейна, полученные шлак и богатый по меди штейн сливают на 70 % и процесс переработки возобновляют с продувки расплава углевоздушной смесью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к металлургии меди, и может быть использовано на медеплавильных предприятиях, перерабатывающих сульфидные полиметаллические концентраты.

Медно-свинцово-цинковые сульфидные концентраты являются продуктом обогащения одноименных руд. Сложный состав руд, тонкое взаимное прорастание минералов меди, свинца и цинка часто не позволяют получить качественные медные, свинцовые и цинковые концентраты, пригодные для переработки по стандартным технологиям. В этом случае целесообразнее производить коллективный концентрат при наличии эффективной технологии его металлургической переработки.

Известен способ переработки медных цинксодержащих материалов (пат. RU № 2364640 С1, МПК С22В 15/06, опуб. 20.08.2009), включающий заливку штейна в конвертер, его конвертирование продувкой воздухом в две стадии с подачей на второй стадии воздуха с добавкой топлива, загрузку медных цинксодержащих материалов в конвертер и получение богатого штейна или черновой меди и цинковых возгонов в отходящих газах. При этом загрузку медных цинксодержащих материалов осуществляют на второй стадии конвертирования после слива шлака и появления первых порций металлической меди.

Недостатком этого изобретения является неизбежность гетерогенизации (загустевания) расплава в конвертере вследствие переокисления железа концентрата до магнетита, поскольку плавка ведется без добавки флюсов. Кроме того, свинец не будет возгоняться в виде сульфида или оксида, а восстановится металлической медью до металла и перейдет в конечном итоге в черновую медь, что крайне отрицательно скажется на ее качестве и вызовет серьезные трудности при последующем рафинировании.

Известен способ переработки сульфидных материалов (пат. SU № 1591499 С, МПК С22В 13/02, опуб. 10.08.1999 г.), содержащих свинец, медь и цинк, включающий их обжиг-плавку во взвешенном состоянии в смеси с флюсами, оборотными продуктами, дробленым углеродистым восстановителем при стехиометрическом расходе кислорода на окисление свинца, цинка, железа при расходе кислорода на 1 кг серы в смеси ,

где Р=0,65-1,3; C_Cu и C _S - содержание меди и серы в смеси (мас.%), избирательное восстановление оксидов свинца из диспергированного расплава в слое углеродсодержащего восстановителя, углетермическое восстановление цинка, извлечение меди, отличающийся тем, что с целью повышения извлечения меди и свинца в черновой металл за счет более полного разделения свинца и меди между продуктами плавки вводят на обжиг-плавку основной флюс в количестве 0,41-0,56 кг СаО на 1 кг железа и 1,4-2,0 кг СаО на 1 кг двуокиси кремния в смеси, образуют гомогенный оксисульфидный расплав, из которого восстанавливают свинец и цинк, а затем извлекают медь.

Недостатком этого изобретения является неизбежное «размазывание» свинца по продуктам плавки (свинец, штейн, шлак, пыль), поскольку цель авторов - максимально извлечь свинец в виде металла - может быть достигнута при условии максимального окисления сульфида свинца до оксида. Это возможно только при высоком расходе кислорода с дутьем, а значит и высокой температуре в шихтокислородном факеле плавки. В этих условиях высокая упругость паров сульфида и оксида свинца приведет к значительному переходу их в газовую фазу.

Наиболее близким по технической сути является способ переработки медно-свинцово-цинкового концентрата пироселекцией в конвертере (Бабаджан А.А. Пирометаллургическая селекция. М.: «Металлургия», 1968, 298 с.), включающий загрузку в пустой конвертер кускового кокса, подачу на него воздушного дутья через фурмы, загрузку на кокс и плавку медно-свинцово-цинкового концентрата с отгонкой свинца в газовую фазу в виде летучих сульфида и оксида. При возникновении затруднений с расплавлением концентрата производится заливка в конвертер штейна.

Недостатком этого способа является сложность его выполнения в части загрузки в конвертер и разжигании на фурмах кокса, а также расплавлении на нем концентрата. В период розжига кокса отходящие конвертерные газы содержат много оксида углерода, в период расплавления и окисления концентрата к нему добавляются элементная сера, сероуглерод и диоксид серы. Резкая смена состава газа, необходимость дожигания элементной серы, оксида углерода и сероуглеродистых соединений существенно осложняют утилизацию его в серно-кислотном производстве. Кроме того, плавка ведется без добавления флюсов, что, в конечном итоге, ведет к переокислению шлака, насыщению его магнетитом и гетерогенизации (загустеванию). Автор способа предлагает бороться с этим осторожной заливкой штейна в конвертер, однако эта операция небезопасна и может привести к аварийному выбросу из него расплава.

Техническим результатом настоящего изобретения является исключение затруднений при плавке, связанных с утилизацией сложных по составу конвертерных газов, а также с гетерогенизацией расплава в конвертере.

Технический результат достигается в способе переработки сульфидного медно-свинцово-цинкового концентрата, который включает загрузку в конвертер концентрата и его окислительную плавку. Первоначально в конвертер заливают штейн и продувают его углевоздушной смесью с расходом угля 500 кг/т штейна при объемном отношении угля к воздуху 0,35 кг/м³, концентрат загружают на поверхность расплавленного штейна, после чего штейн продувают воздухом, обогащенным кислородом до 25 об.%, до полного расплавления концентрата, загружают кварцевый и известковый флюсы и продолжают продувку с обеспечением получения шлака и богатого по меди штейна, полученные шлак и богатый по меди штейн сливают на 70 % и процесс переработки возобновляют с продувки расплава углевоздушной смесью.

Сущность предложенного способа заключается в следующем: первоначально в конвертер заливают штейн в количестве, достаточном для погружения в него дутьевых фурм. Затем через них в штейновый расплав подают углевоздушную смесь. После разогрева расплава до 1200-1250°С на поверхность его грузят медно-свинцово-цинковый концентрат в количестве 500-600% от массы залитого штейна. Штейн продувают кислородсодержащим дутьем до полного расплавления концентрата, после чего загружают кварцевый и известковый флюсы. Продувку расплава ведут непрерывно до получения шлака и богатого по меди штейна.

На всех этапах переработки концентрата отсутствуют условия для резкого изменения состава отходящих газов. В них всегда присутствует диоксид серы и минимальные количества оксида углерода, элементной серы и сероуглеродистых соединений. Это обеспечивается постоянным присутствием в конвертере сульфидов в виде штейна и концентрата, а также определенным соотношением подаваемых в конвертер кислорода, углерода и серы.

Примеры осуществления способа

Переработку медно-свинцово-цинкового концентрата проводили в агрегате совмещенной плавки-конвертирования (СПК), представляющем собой 140-тонный горизонтальный конвертер диаметром 3,95 м и длиной 16,6 м, со смещенной к торцу горловиной (2×3 м) для отвода газов, оборудованный системой подачи шихты на поверхность расплава через специальное загрузочное отверстие диаметром 400 мм.

Дутье, необходимое для ведения процесса плавки в количестве 27-32 тыс. нм³/ч, подается через фурменный пояс в 24 фурмы с условным диаметром 47 мм.

Концентрат и флюсы подаются из расходных бункеров в агрегат СПК через загрузочное отверстие. Мелкий уголь или углеродсодержащий материал вдуваются через фурмы пневмокамерным насосом.

Богатый штейн и шлак сливаются через горловину в ковши и направляются на дальнейшую переработку: штейн на конвертирование до черновой меди, а шлак планируется, в дальнейшем, направлять на обезмеживание и извлечение цинка и остатков свинца электроплавкой с последующим фьюмингованием.

Отходящие из горловины газы агрегата СПК через напыльник с пароиспарительным охлаждением и пылевую камеру поступают в термосифонный охладитель и далее на тонкую очистку в рукавный фильтр. После очистки газы направляются в серно-кислотный цех.

Таблица 1
Химические составы исходных материалов, масс.%
Материал	Си	Pb	Zn	Fe	S	SiO2	CaO	С
Cu-Pb-Zn концентрат	9,1-13,1	18,9-24,4	10,9-21,4	5,5-19,5	19,0-30,7	1,5-10,1	0,5-2,0	-
Штейн исходный	26,0-30,0	1,1-3,0	2,5-3,5	36,0-40,0	23,5-25,0	-	-	-
Кварц	-	-	-	4,0-5,7	1,0-1,5	68,0-71,0	2,7-3,3	-
Известь	-	-	-	0,4	0,27	0,82	69,01	-
Уголь	-	-	-	0,5-0,8	0,2	0,6-1,5	0,3-0,4	91-92

Таблица 2
Химические составы штейна и шлака, масс.%
Материал	Си	Pb	Zn	Fe	S	SiO2	CaO
Штейн богатый	50-77,8	1,3-10,6	0,5-1,5	0,9-9,3	10,4-17,1	0,11-12,8	0,01-3,0
Шлак	1,15-5,73	2,1-4,7	5,6-12,7	34,3-44,9	1,3-4,0	18,6-22,1	2,3-6,0

Пример 1

В агрегат СПК залили 30 т штейна и продули расплав углевоздушной смесью с содержанием угля 0,35 кг/м³ и с расходом угля 500 кг/т штейна. В процессе продувки расплава воздухом, обогащенным кислородом до 25% об., загрузили 100 т концентрата, а после его расплавления 16 т кварца и 4 т извести. Продувку вели до получения шлака и богатого штейна.

После слива шлака и штейна в агрегате СПК отставили 30-35 т расплава и весь цикл, начиная с подачи углевоздушной смеси повторили снова.

Среднее содержание диоксида серы в отходящих газах, пробы которых отбирали под напыльником периодически на протяжении всего процесса переработки, составило 7-9% об. В процессе переработки не наблюдалось гетерогенизации расплава, после слива расплавов в агрегате не отмечено накопления тугоплавких непроплавленных остатков.

Пример 2

В агрегат СПК залили 30 т штейна и продули расплав углевоздушной смесью с содержанием угля 0,3 кг/м³ и с расходом угля 500 кг/т штейна. В процессе продувки расплава воздухом, обогащенным кислородом до 25% об., загрузили 100 т концентрата, а после его расплавления 16 т кварца и 4 т извести. Продувку вели до получения шлака и богатого штейна.

В процессе продувки температура расплава не превышала 1150°С, образование шлака протекало с плохим усвоением флюсов, после слива шлака и штейна в конвертере остался не растворившийся кварцевый флюс, шлаковый расплав оказался переокисленным, с содержанием магнетита более 30%.

Пример 3

В агрегат СПК залили 30 т штейна и продули расплав углевоздушной смесью с содержанием угля 0,4 кг/м ³ и с расходом угля 500 кг/т штейна. В процессе продувки расплава воздухом, обогащенным кислородом до 25% об., загрузили 100 т концентрата, а после его расплавления 16 т кварца и 4 т извести. Продувку вели до получения шлака и богатого штейна.

В процессе продувки температура расплава повышалась до 1300°С, проблем с образованием шлака и гетерогенизации расплава не возникало, однако отмечен повышенный износ защитного гарнисажа на огнеупорной кладке в районе фурменного пояса.

Пример 4

В агрегат СПК залили 30 т штейна и продули расплав углевоздушной смесью с содержанием угля 0,35 кг/м³ и с расходом угля 450 кг/т штейна. В процессе продувки, расплава воздухом, обогащенным кислородом до 25% об., загрузили 100 т концентрата, а после его расплавления 16 т кварца и 4 т извести. Продувку вели до получения шлака и богатого штейна.

В процессе продувки температура расплава не превышала 1150°С, образование шлака протекало с плохим усвоением флюсов, после слива шлака и штейна в конвертере остался не растворившийся кварцевый флюс, шлаковый расплав оказался переокисленным, с содержанием магнетита более 30%.

Пример 5

В агрегат СПК залили 30 т штейна и продули расплав углевоздушной смесью с содержанием угля 0,35 кг/м³ и с расходом угля 550 кг/т штейна. В процессе продувки расплава воздухом, обогащенным кислородом до 25% об., загрузили 100 т концентрата, а после его расплавления 16 т кварца и 4 т извести. Продувку вели до получения шлака и богатого штейна.

В процессе продувки температура расплава повышалась до 1300°С, проблем с образованием шлака и гетерогенизаций расплава не возникало, однако отмечен повышенный износ защитного гарнисажа на огнеупорной кладке в районе фурменного пояса.

Пример 6

В агрегат СПК залили 30 т штейна и продули расплав углевоздушной смесью с содержанием угля 0,35 кг/м³ и с расходом угля 500 кг/т штейна. В процессе продувки расплава воздухом, обогащенным кислородом до 25% об., загрузили 100 т концентрата, а после его расплавления 16 т кварца и 4 т извести. Продувку вели до получения шлака и богатого штейна.

При сливе расплавов на 60% процесс переработки следующей порции шихты удлинился и производительность плавки снизилась на 10%.

Пример 7

В агрегат СПК залили 30 т штейна и продули расплав углевоздушной смесью с содержанием угля 0,35 кг/м³ и с расходом угля 500 кг/т штейна. В процессе продувки расплава воздухом, обогащенным кислородом до 25% об., загрузили 100 т концентрата, а после его расплавления 16 т кварца и 4 т извести. Продувку вели до получения шлака и богатого штейна.

При сливе расплавов на 80% количество перерабатываемой порции шихты снизилось примерно на 15% вследствие недостаточного количества тепла.

Таким образом, осуществление предлагаемого способа переработки сульфидных медно-свинцово-цинковых материалов в пределах указанных в формуле изобретения параметров позволит исключить затруднения при плавке, связанные с утилизацией сложных по составу конвертерных газов, а также с гетерогенизацией расплава в конвертере.