Способ извлечения металлов из оксидного расплава
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5044040/02 (22) 19.07.91 (46) 30.11.93 Бюл. А@43 И (71) Акционерная компания Тулачермет" (72} Гладышев Н.Г; Фролов ВА; Афонин С.З„. Пухов
А.П.; Шахпазов ЕХ; Кошелев С.П.; Колганов Г.С.; Данилович ЮА„. Малахов М.В„Алексаночкин ОА (73) Акционерная компания "Тулачермет" (54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ
ОКСИДНОГО РАСПЛАВА (в) КЦ (11) 2003699 Cl (51) С 00 (57) Способ извлечения металлов из оксидного расплава, включающий обработку расплава плазменной струей и углеродсодержащим восстановителем, выдержку и выпуск продуктов плавки. В плазменную струю дополнительно вводят кальцийсодержащий материал в массовом отношении к углеродсодержащему восстановителю 2,5 — 3 и поддерживают температуру плазменной струи в интервале 1800 — 2900 С. 1 ил„4 табл.
2003699 (3) 10
25
Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам извлечения металлов из шлаковых расплавов.
Известен способ извлечения металлов из шлакового расплава, включающий получение расплава в плавильной зоне печи плавки в жидкой ванне за счет сжигания природного газа и продувку расплава плазменной струей продуктов пиролиза углеводородов(1).
Основным недостатком известного способа является высокий окислительный потенциал реакционной эоны. Сумма восстановительных компонентов в выходящем из расплава газе немногим превышает
30%, что явно недостаточно для протекания процессов восстановления металлов иэ их оксидных соединений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предла- гаемому изобретению является способ извлечения железа из оксидного шлакового расплава, включающий получение расплава в плавильной зоне плазменной рудно-термической печи и финишную его обработку в восстановительной зоне печи углеродсадержащей плазменной струей при одновременной подаче коксика на зеркало ванны (21
Однако и этот способ не обеспечивает достаточно глубокого извлечения металлов, В частности, содержание Fe Целью изобретения является увеличение степени извлечения металлов иэ шлакового расплава, Поставленная цель достигается тем, что в известном способе извлечения металлов из оксидного расплава, включающем его обработку плазменной струей и углеродсодержащим восстановителем, выдержку и выпуск продуктов плавки, в плазменную струю дополнительно вводят кальцийсодержащий материал в массовом отношении к углеродсодержащему восстановителю, обеспечивающем получение расплава-восстановителя с содержанием 62-75% карбида кальция, и поддерживают ее температуру на уровне 1800-2900 С. Отличительных признаков, присущих предлагаемому способу, в других технических решениях заявителем не выявлено, что дает основание считать предложенное техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия". Дополнительный ввод кальцийсодержащего материала в плазменную струю обеспечивает образование карбида кальция по реакции: СаОт - 3 Ст = СаС2 + СО; Л6 = 466550 -229,6 т Карбид кальция является очень сильным восстановителем, обесгечивающим извлечение металлов (Fe, Mn, Cr, V, Ti) из их оксидов до десятых долей процента, например, по реакциям: 3 (Mn0) + (Са С2) = (Са О)+2 {СО) + 3 (Ми); 3 (YzGg) + 5 (Са С2) = 5 (СаО) + 10 {CO) + +6№ 3 П02) + 2 (СаС2) = 2 (СаО) + 4 {СО) + +3 (Tl) Концентрационные пределы СаС2 определены экспериментально. При большем и меньшем значениях СаС2 резко возрастает остаточное содержание оксида ведущего элемента в обрабатываемом шлаковом расплаве и, соответственно, снижается степень извлечения элемента. Это влияние наиболее существенно проявляется при более низкой температуре плазменной струи. Результаты экспериментальной проверки влияния содержания СаС2 в получаемом техническом карбиде кальция, используемом для обработки ванадийсодержащего шлакового расплава на остаточное содержание в нем оксида ванадия при различных температурах плазменной струи, приведены в табл,1. Из приведенных в табл.1 данных видно, что заявленные концентрационный и температурный пределы предлагаемого способа извлечения металлов из оксидного шлакового расплава являются оптимальными и обеспечивают остаточное содержание оксида ванадия в шлаковом расплаве на уровне 0,07% (при 62% СаС2 и 29000С) - 0,39% (при 75% CaCz и 1800 С), При меньших и больших значениях заявленных параметров содержание оксида ванадия находится на уровне 0,14% (при 60% СаС2 и 3000 С) -0,61 (при 77% СаС2 и 1750 С), что при прочих равных условиях в 1 6-2 раза больше, чем при заявленных значениях этих параметров. Температурные пределы плазменной струи также определены экспериментально. При температуре менее 1800 С технический карбид кальция, содержащий менее 62% и более 75% СаС2, находится в твердо-химическом состоянии, что приводит к значительному увеличению содержания оксида 2003699 Z5 55 тельно получено; ведущего элемента в обрабатываемом шлаковом расплаве и, соответственно, к снижению степени извлечения элемента. При температуре плазменной струи более 2900 С остаточное содержание оксида ведущего элемента в шлаковом расплаве остается на том же уровне при значительном снижении КПД плазменной печи. Результаты экспериментальной проверки влияния температуры плазменной струи на основные показатели предлагаемого способа приведены в табл.2. Из приведенных в табл.2 данных следует, что температурный уровень плазменной струи 1800-2900 С является оптимальным, так как обеспечивает достижение наиболее высоких показателей процесса по извлечению ванадия из шлакового расплава и КПД плазменной печи. Ниже приведены примеры конкретного технического осуществления предлагаемого способа извлечения металлов иэ оксидного шлакового расплава, содержащего, : У205 16,2; МпО 7,8; FeO 39,5; Ti0z 4,9; Сг20з 2,1; MgO 3,8; СаО 3,1; Я! 02 21,9. На чертеже приведена схема стендовой плазменной установки. На схеме показаны: 1 - корпус печи, 2футеровка, 3 - шлаковая летка, 4 - ванна шлакометаллического расплава, 5 — струя плазменных газов, 6 — загрузочный люк кусковых материалов, 7 - узел ввода дисперсной шихты, 8 - плазмотрон, 9 - летка для выпуска металла. В тигель печи через люк 6 загружали ванадийсодержащий шлак приведенного выше химического состава в количестве 100 кг. Включали дуговой плазмотрон на азоте при мощности 300 кВт и через 20 мин получали ванну оксидного ванадийсодержащего шлакового расплава, Затем постепенно прекращали подачу азота, вводили в дуговой канал плазмотрона 8 природный газ и кислород, а через узел 7, с использованием природного газа в качестве транспортирующего, равномерно и непрерывно вводили смесь извести и коксика крупностью менее 1.мм в количестве 56-64 кг при массовом отношении извести к коксу соответственно 5:2-3:1. При меньшем значении отношения (СаО:С) получали расплав-восстановитель с содержанием 75 СаСг, при большем - с содержанием 62 СаСг. При этом температуру плазменной струи поддерживали на уровне 1800-2800 С. Одновременно производили перемешивание жидкой ванны азотом. Обработку оксидного шлакового расплава жидким техническим карбидом кальция производили в течение 15 мин, После обработки оксидного расплава получали 60-74 кг отвального шлака, содержащего,, Y20s 0,05-0,39; Fe0 0,21-1,50; Мп О 0,25-0,75; Tl02 0,20-0,85; Сг20э 0,09-0,27; СаО 57,866,2: 8102 22,4-30,0: M90 3,9-5,5; Са Са 1,182,05 и 50-55 кг сплава, содержащего в среднем, ; У 17,4; Мп 11,1; Sl 3,9; С 1,4; Сг 2,6; Tl 5,1; Fe остальное. Кратность отвального шлака находилась в пределах 1,1-1,4, После выдержки в течение 10-15 мин производили выпуск продуктов плавки: шлака через летку 3 и сплава через летку 9. По сравнению с известным способом предлагаемый способ обеспечивает более глубокую степень извлечения металлов из оксидного шлакового расплава. В частности, остальное содержание железа в отвальном шлаке предлагаемого способа составляет 0,2 — 1,2 против 3-5 в известном способе, Основные результаты стендовых испытаний предлагаемого способа приведены в табл,3, Из приведенных в табл,3 данных видно, что заявленные параметры предлагаемого способа (62-75 СаС2 в получаемом с помощью плазменной струи расплаве-восстановителе при ее температуре 1800-2900 С) создают оптимальные условия для глубокого извлечения металлов оксидного расплава; Y, Fe, Mn, Ti, Cr и частично Si, В табл.4 приведены сопоставительные данные предлагаемого и известного (базового) способов извлечения металлов из оксидного шлакового расплава. Из приведенных в табл,4 данных следует, что предлагаемый способ по сравнению с базовой технологией обеспечивает более глубокое извлечение металлов из оксидного расплава, меньшую кратность шлака и более высокое содержание ведущего элемента (ванадия) в сплаве. Существенным преимуществом предлагаемого способа является и то, что он обеспечивает более высокое содержание в сплаве марганца, а 3,9о кремния в сплаве получено без использования ферросилиция, Ниже приведен расчет ожидаемой технико-экономической эффективности предлагаемого способа по сравнению с базовой технологией получения ванадиевых сплавов, разработанной на ЧЭМК (31. Предлагаемый способ обеспечивает увеличение степени извлечения ванадия на 5,5, т,е. при переработке 1 т конвертерного ванадиевого шлака HTMK будет дополни1000 16 5,5 „00.„00 056=493 а или (4,93:525) 1000 = 9,39 кг на 1 т сплава, 2003699 3 - (10 9,39 + 350 0,6) 4000 = 1215600 руб, где 10- стоимость 1 кг ванадия, руб, 350- стоимость 1 т ферросилиция, руб. Табл и ца 1 Таблица 2 Примечания к табл.1 и 2; 1. Содержание У20э в исходном шлаковом расплаве 16,2%. 2. Содержание СаС в техническом карбиде кальция при проведении экспериментов при различных температурах плазменной струи - 68,5%; где 16 - содержание YzOs в конвертерном ванадиевом шлаке HTMK,%, 5,5-увеличение степени извлечения ванадия,%; 0,56- коэффициент пересчета У Оэ на У; 525- выход сплава из 1000 кг конвертерного ванадиевого шлака, кг. Кроме этого, достигается экономия ферросилиция в количестве 0,6 т на 1 т сплава. При использовании для реализации предлагаемого способа, плазменной печи постоянного тока ДСПТ 6 и 2 номинальной мощностью 7,5 МВт и потребляемой -4 МВт годовой обьем производства ванадиевых сплавов составит около 4000 т. При практически одинаковых энергетических затратах на процесс в дуговой электропечи и плазменной печи ожидаемый экономический эффект составит: 5 (56) 1. Отчет по научно-исследовательской работе. Исследование и разработка процесса удаления цинка и свинца из шламов металлургического производства с 10 использованием плазменной печи. НПО Тулачермет, Гинцветмет, ИМЕТ им.байкова, 1988, инв. ¹ ВНТИЦ 02.89.005262, с,26,29. 2, Фролов В.А„Шабалина Р.И. и Цвет.ков )O,В. и др. Исследование процессов вы15 сокотемпературной переработки цинксодержащих конвертерных и доменных шлаков. Известия АН СССР. Металлы, 1989, № 3, с,24-29, 3. Рысс M,À. Производство ферроспла20 вов. M. Металлургия, 1985, с.303. 2003699 Таблица 3 Продолжение табл. 3 Продолжение табл. 3 2003699 Таблица 4 Формула изобретения СПОСОБ И38ЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ ОКСИДНОГО РАСПЛАВА, включающий обработку расплава плазменной струей и углеродсодержащим восстановителем, выдержку и выпуск продуктов плавки, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени извлечения металлов, в плазменную струю дополнительно вводят кальцийсодержащий материал в массовом отношении к углеродсодержащему восстановителю 2,5 - Э,О и поддерживают температуру плазменной струи в интервале 1800 - 2900 С.
