Способ плавки в расплаве сульфидных материалов

 

Использование: в цветной металлургии, для плавки сульфидных материалов в расплаве. Сущность: плавку сульфидных материалов ведут двухстадийным циклом при циркуляционном газлифтном перемешивании расплава. На первой стадии цикла получают расплав бедного штейна с содержанием меди не более 42% и отвального шлака при объемном соотношении этих продуктов не более 1 : 2, а на второй стадии - сульфидно-металлический сплав с содержанием меди более 78% и шлак, который затем после выпуска сульфидно-металлического сплава подвергают промывке бедным штейном первой стадии последующего цикла плавки до состояния отвального. Скорость циркуляции расплава на второй стадии превышает скорость циркуляции на первой стадии в 1,2-3,5 раза. 1 з. п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к плавке сульфидных материалов в расплаве.

Известен способ плавки сульфидных материалов, содержащих железо и цветные металлы, с получением сульфидно-металлического сплава, включающий продувку расплава газообразным окислителем. Способ позволяет перерабатывать сульфидные концентраты, а также руду без предварительной подготовки шихты. Перемешивание расплава при барботаже технологическими газами, образующимися при подаче дутья в расплав через фурмы, обеспечивает требуемую степень турбулентности для ускорения металлургических превращений в зоне расплава выше уровня фурм.

Недостаток способа низкая производительность процесса. Промышленные печи для переработки медных концентратов плавят на штейны с содержанием меди 40-50% Получение белого мата и черновой меди металлурги не практикуют, так как это связано со значительным переокислением ванны и повышением содержания меди в шлаке. Кроме того, перемешивание расплава дутьем реализуется в ограниченном объеме ванны и, главным образом, выше уровня фурм. Такие режимы турбулентности способствуют образованию в подфурменной зоне промежуточного слоя расплава, содержащего магнетит, что затрудняет разделение продуктов плавки и увеличивает потери меди со шлаком.

Цель изобретения разрушение промежуточного слоя за счет газлифтного перемешивания ванны совместно с загружаемой шихтой и вовлечения в циркуляцию бедного штейна, а также снижение содержания меди в отвальных шлаках при одновременном обогащении штейна вплоть до выплавки белого мата или черновой меди.

Цель достигается тем, что плавку концентрата, руды ведут двухстадийным циклом при циркуляционном газлифтном перемешивании расплава. На первой стадии цикла получают расплав бедного штейна с содержанием меди не более 42% и отвального шлака при объемном соотношении этих продуктов не более 1:2, а на второй стадии сульфидно-металлический сплав с содержанием меди более 78% и шлак, который затем после выпуска сульфидно-металлического сплава подвергают промывке бедным штейном первой стадии последующего цикла плавки до состояния отвального. Отношение скоростей циркуляции расплава на второй и первой стадиях цикла составляет 1,2-3,5. При плавке медно-цинкового сырья газлифтную обработку шлака второй стадии цикла ведут продувкой газообразным восстановителем с отгонкой цинка в газовую фазу и получением шлакового расплава с отвальным содержанием в нем цинка.

На фиг.1 показана реализация способа.

Пуск печи осуществляется обычным путем: разогрев футеровки, заливка шлака и штейна (затравки) посредством шлакового сифона 1 при одновременной подаче дутья через погружные фурмы 2, загрузка шихты посредством устройства 3. По мере заполнения печи шлаком уровень его в барботажной камере 4 поднимается выше верхней отметки перегородки 5 и организованно перетекает через эту перегородку в загрузочную камеру 6. Шихтовые материалы, загружаемые через устройство 3, увлекаются нисходящим потоком, создаваемым в камере 6, под перегородку 5 и далее подаются в надфурменную зону барботажной камеры 4. Таким образом реализуется первая стадия цикла плавка шихты на штейн заданного состава в циркулирующем потоке расплава с получением отвального шлака.

Объем шлаковой ванны и количество подаваемого дутья обеспечивают требуемую скорость циркуляции расплава и необходимые при этом металлургические превращения для получения бедного штейна и шлака с низким содержанием меди. Отвальный шлак сливается из отстойной камеры 7 посредством сифона 1. Отходящие газы через сепарационное устройство 8 и газоход 9 удаляются из печи.

В то время как отвальный шлак непрерывно выдается из печи, бедный штейн накапливается на подине. Накопление штейновой ванны сопровождается повышением ее уровня, вследствие чего создаются условия обогащения шлаковой ванны медью за счет вовлечения штейновой взвеси в циркулирующий поток шлака. Такое состояние ванны свидетельствует об окончании первой стадии цикла, и режимы плавки, связанные с дальнейшим повышением уровня штейновой ванны и выдачей отвального шлака, прекращаются.

Принудительная подача штейна в надфурменную зону барботажной камеры 4 реализуется при определенном отношении объемов штейновой ванны к шлаковой и соответствующей скорости циркуляции расплава. Режимы газлифтной циркуляции ванны, обеспечивающие принудительную подачу донной фазы в зону продувки, являются режимами второй стадии цикла.

Вторая стадия цикла газлифтной плавки характеризуется увеличенной по сравнению с первой скоростью циркуляции. При этом загрузка шихты или прекращается или производится лишь в количестве, необходимом для поддержания относительной глубины погружения газлифта. Окислительная обработка бедного штейна, вовлекаемого в циркулирующий поток шлака, продолжается до получения белого мата или черновой меди. Выпуск сульфидно-металлического сплава производится посредством устройства 10 и второй цикл на этом заканчивается. Включается загрузка шихты, возобновляется ее плавка и обогащенный по меди шлак второй стадии промывается сульфидами, выплавляемыми из загружаемой шихты. Скорость циркуляции при этом снижается до заданных величин для накопления ванны бедного штейна и получения отвального шлака в последующем цикле газлифтной плавки.

При переработке медно-цинковых концентратов вторая стадия цикла заканчивается продувкой богатой цинком шлака газообразным восстановителем, подаваемым через фурмы 2 барботажной камеры 4. Загрузка угля или кокса в циркулирующий поток расплава осуществляется через загрузочное устройство 3. После отгонки цинка двухстадийный цикл возобновляется.

Заданная скорость циркуляции (или скорость расплава в барботажной камере 4, приведенная к горизонтальному сечению камеры на уровне фурм) обеспечивается интенсивностью дутья, относительным погружением газлифта, высотой газлифтной камеры (Ефименко С.П. и др. Внепечное рафинирование металла в газлифтах. М. Металлургия, 1986) и рассчитывается по разработанной методике.

Минимальная интенсивность дутья, при которой автогенная газлифтная плавка может быть реализована, превышает дутьевые нагрузки в печах ПЖВ и определяется конструктивными особенностями газлифтных аппаратов. Снижение удельных дутьевых нагрузок и соответственно скорости циркуляции ниже предельных значений сопровождается нарушением автогенности газлифтной плавки. Это связано с тем, что поверхность охлаждения кессонов, приходящаяся на единицу объема ванны газлифтных камер, более высокая, чем в ПЖВ. Кроме того, теплопередача к кессонам газлифта из-за более высоких скоростей расплава превышает теплопередачу к кессонам барботажной зоны ПЖВ.

В таблице представлены данные по газлифтной плавке медьсодержащих концентратов двухстадийным циклом с получением сульфидно-металлического сплава и отвального шлака. Минимальная скорость циркуляции, обеспечивающая проведение первой стадии цикла газлифтной плавки, составила 0,1 м³/c.

В опытах 1-7 получены штейны, содержащие 26-42% меди, и бедный отвальный шлак с содержанием меди 0,34-0,46% при изменении объемного соотношения продуктов плавки от 1: 2 до 1:4. Выплавка богатых штейнов с содержанием меди более 42% сопровождалась получением богатых шлаков (0,64-0,66% меди в опытах 8 и 9), несмотря на поддержание соотношения объемов этих продуктов менее 1: 2. Максимальное объемное отношение штейна к шлаку, при котором был выплавлен бедный по меди шлак, получено в опыте 7 и составило 1:2.

При повышении уровня штейновой ванны до соотношения объемов штейна к шлаку более чем 1: 2 (1:1,6 в опыте 11 и 1:1,2 в опыте 12) за счет подачи штейновой ванны в надфурменную зону ухудшается разделение фаз и отвальный шлак обогащается по меди до 0,67-0,72% несмотря на получение в этих опытах бедного штейна (34,3% меди в опыте 11 и 28,1% в опыте 12). Аналогичный вывод можно сделать на основании данных опыта N 13.

В опыте 10 содержание меди в штейне и соотношение объемов штейна к шлаку получены за пределами, заявляемыми в изобретении. Такое состояние ванны способствует дальнейшему увеличению потерь меди с отвальным шлаком. Содержание в нем меди составило 0,86% В опыте 14 повышение скорости циркуляции расплава до 0,24 м³/с сопровождалось обогащением шлака медью до содержания 0,89% несмотря на то, что объемное соотношение штейн: шлак менее 1: 2, плавку вели на бедный штейн (содержание меди в штейне 32,6%). Следовательно, при скорости циркуляции 0,24 м³/с, что по меньшей мере в 1,2 раза выше скорости циркуляции первой стадии цикла (опыты 6-7, 15), создаются условия вовлечения в циркулирующий поток шлака донной фазы в виде взвеси штейна (подтверждается микроструктурными исследованиями) и, таким образом, могут быть реализованы режимы второй стадии цикла.

Вторая стадия цикла газлифтной плавки осуществлена в опытах 16-18. Исходное состояние ванны соответствовало соотношению объемов штейн:шлак 1:2,2; 1: 2,4 и 1: 2,6, содержанию меди в штейне 30-40% а отвальный шлак содержал 0,36-0,42% меди. Заканчивать первую стадию на низкой ванне штейна не эффективно, так как это связано с пониженным выходом сульфидно-металлического сплава на второй стадии цикла.

Газлифтная обработка штейна в опыте 16 произведена при скорости циркуляции ванны 0,24 м³/с. Штейн был получен при плавке медно-цинкового концентрата и содержал 32,8% меди и 4,2% цинка. В результате обработки был получен белый мат с содержанием меди 78,2% и богатый шлак (2,8% меди), который затем, после выпуска белого мата, был обеднен на первой стадии последующего цикла до содержания меди 0,42% Получение штейнов, содержащих менее 78% меди, здесь малоэффективно. Так, например, штейн с содержанием меди 70,3% содержал 8,6% железа и 0,9% цинка. Переработка такого штейна связана с известными трудностями ошлакования железа и требует установки дополнительного агрегата с системой газоочистки для улавливания цинковых возгонов. Только при реализации плавки на сульфидно-металлический сплав с содержанием меди более 78% цинк и железо в донном продукте практически отсутствуют, что существенно облегчает последующую переработку этого продукта в одну стадию до черновой меди любым из известных способов.

В опыте 17 вторая стадия цикла проведена при скорости циркуляции расплава 0,30 м³/с. Получен сульфидно-металлический сплав с содержанием меди 88,3% Цинк в сплаве отсутствовал. Шлак содержал 4,9% меди и 4,2% цинка. Более высокое содержание меди в сульфидно-металлическом сплаве получить в этом опыте не удалось.

Черновая медь была выплавлена из штейна, содержащего 30,7% в опыте 18. Была реализована максимальная скорость циркуляции ванны, равная 0,35 м³/с. После выпуска черновой меди шлак, содержащий 6,6% меди, был обеднен на режимах пониженной скорости циркуляции первой стадии последующего цикла с получением бедного штейна. Отвальный шлак содержал 0,42% меди.

П р и м е р 1. На газлифтной установке площадью сечения барботажной камеры на уровне фурм 0,9 м² осуществлена двухстадийная плавка медно-цинкового концентрата. После разогрева установки в нее заливали расплав шлака и штейна (затравка) в количестве 10 т с температурой 1250^оС. Одновременно с заливкой расплава включали дутье. На первой стадии цикла грузили 1,5 т шихты в час. Концентрат содержал 14,5% меди, 6,3% цинка, 37,7% серы, 30,7% железа, 0,9% оксида кальция и 5,2% диоксида кремния. По мере набора ванны скорость циркуляции расплава изменялась от 0,10 до 0,15 м³/с. Относительная глубина погружения газлифта при выходе на стационарный режим составила 0,7. Получен штейн с содержанием меди 32,8% цинка 4,2% железа 42,1% и отвальный шлак, содержащий 0,37% меди и 4,4% цинка. Накопление штейновой ванны первой стадии цикла закончилось при соотношении объемов штейна к шлаку 1:2,4. На второй стадии цикла газлифтную обработку донного продукта производили, поддерживая скорость циркуляции расплава, равной 0,24 м³/с. По ходу продувки содержание меди в штейне повышалось, а цинка снижалось. При содержании меди в донном продукте 61,1% и 70,3% содержание цинка составило 1,9 и 0,8% соответственно. К концу продувки получен белый мат следующего состава: медь 78,2% железо 1,5% цинк 0,15% Шлак содержал 2,8% меди и 4,0% цинка. Одновременно с выпуском белого мата была снижена скорость циркуляции расплава до 0,1 м³/c и установлены режимы загрузки шихты, обеспечивающие плавку ее на штейн заданного состава. В результате получен штейн, содержащий 40,1% меди, а отвальный шлак выдавали с содержанием меди 0,42% П р и м е р 2. На газлифтной установке площадью сечения барботажной камеры на уровне фурм 0,9 м² после выпуска сульфидно-металлического сплава, содержащего 88,3% меди, произведена газлифтная обработка шлака газообразным восстановителем с загрузкой в циркулирующий поток расплава угля. Скорость циркуляции ванны составила 0,1 м³/с. В результате опыта шлак с исходным содержанием цинка 4,2% и меди 4,9% был обеднен до содержания 0,54% цинка и 0,42% меди. Средняя скорость обеднения шлакового расплава по цинку составила 2,9% в час.

Формула изобретения

1. Способ плавки в расплаве сульфидных материалов, содержащих железо и цветные металлы, с получением сульфидно-металлического сплава, включающий продувку расплава газообразным окислителем, отличающийся тем, что плавку ведут двустадийным циклом при циркуляционном газлифтном перемешивании расплава с получением на первой стадии цикла расплава бедного штейна с содержанием меди не более 42% и отвального шлака при объемном соотношении этих продуктов не более 1 2, а на второй стадии сульфидно-металлического сплава с содержанием меди более 78% и шлака, который затем после выпуска сульфидно-металлического сплава подвергают промывке бедным штейном первой стадии последующего цикла плавки до состояния отвального, причем плавку ведут при отношении скоростей циркуляции расплава на второй и первой стадиях цикла 1,2 3,5.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при плавке медно-цинкового сырья газлифтную обработку шлака второй стадии цикла ведут продувкой газообразным восстановителем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3