Способ переработки сырья, содержащего цветные металлы и железо

 

Изобретение относится к области цветной и черной металлургии и касается способов получения жидкого металла при переработке окисленного металлосодержащего природного сырья и техногенных материалов (отходов цинксодержащих, медьсодержащих, никельсодержащих, железосодержащих и т.д.). Способ переработки сырья, содержащего цветные металлы и железо, включает подачу в окислительную зону двухзонной печи в шлаковый расплав шихты, состоящей из исходного сырья флюсов, жидкого или твердого перерабатываемого шлака, углеродсодержащего материала и кислородсодержащего дутья, расплавление шихты с образованием шлака, поступающего в восстановительную зону, в которую подают углеродсодержащий материал, кислородсодержащее дутье и дополнительные флюсы, выпуск продуктов плавки, причем при переработке окисленного сырья в окислительную зону печи подают углеродсодержащий материал и кислород в количествах, необходимых для полного сгорания углерода с максимальным выделением тепла и образования жидкого шлака, а в восстановительную зону углеродсодержащий материал и кислород подают в количествах, необходимых для восстановления оксидов извлекаемых металлов и компенсации тепловых затрат, при этом отношение удельного расхода углеродсодержащего материала на тонну извлекаемого металла в окислительной и восстановительной зонах поддерживают в пределах 0,3 - 2,5, а отношение удельных расходов кислорода в этих зонах - в пределах от 0,7 - 3,0. Кроме того, отношение количеств кислорода, подаваемых в расплав и в газовую фазу над расплавом в восстановительной зоне, поддерживают в пределах 0,1 - 0,5. Обеспечивается снижение расхода топлива и восстановителя. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области цветной и черной металлургии и касается способов получения жидкого металла при переработке окисленного металлосодержащего природного сырья и техногенных материалов. Изобретение может быть использовано для производства никеля, меди, цинка и железа.

Известен способ непрерывной переработки сырья, содержащего цветные металлы, в частности получения свинца из сульфидного свинцового и свинцово-цинкового сырья, включающий подачу исходного сырья и кислородсодержащего дутья в шлаковый расплав плавильной зоны с получением жидкого металла и шлака, обогащенного металлами, и отходящих сернистых газов, перелив шлака в восстановительную зону и подачу в шлак восстановительной зоны кислородсодержащего дутья с твердым, жидким или газообразным восстановителем, в результате взаимодействия которых оксиды металлов шлака восстанавливаются с образованием жидкого или газообразного металла и обедненного по извлекаемым металлам шлаки [1].

Недостатком известного способа является невозможность его использования для переработки окисленного сырья, поскольку в плавильной зоне расплавление шихты осуществляется только за счет тепла экзотермических реакций окисления сульфидов. Кроме того, в плавильной и восстановительной зонах образуются металлические расплавы различного состава, что требует и раздельной последующей доработки, и ведет к получению различных по содержанию серы отходящих газов, что требует различной системы их эвакуации и утилизации.

Техническим результатом предложенного способа является снижение расхода и требований к качеству топлива и восстановителя.

Предложенный способ отличается тем, что в шлак окислительной зоны загружают исходное сырье, флюсы, вдувают кислородсодержащий газ и подают углеродсодержащие материалы в количествах, необходимых для полного сжигания углеродсодержащего топлива до высших оксидов с максимальным выделением тепла в условиях, не допускающих получения металлической фазы, при этом образуется только шлак и нетоксичные отходящие газы.

Полученный в окислительной зоне шлак перетекает через отверстие в перегородке в восстановительную зону печи. В восстановительной зоне печи в шлак вдувают кислородсодержащее дутье и подают дополнительные флюсы и углеродсодержащие материалы в количествах, необходимых для образования условий, обеспечивающих восстановление оксидов извлекаемых металлов, образование металлической фазы и жидкого шлака, обедненного по извлекаемым металлам, с поддержанием требуемой температуры процесса. Из шлакового расплава при этом выходят газы, содержащие большое количество продуктов неполного сгорания углеродистого топлива (СО, водорода и др.). Для уменьшения расхода углеродистого топлива над расплавом в верхней части восстановительной зоны отходящие газы дожигаются, и часть тепла дожигания возвращается в расплав для компенсации тепловых потерь восстановительной зоны. Образующийся шлак и металл выпускают из восстановительной зоны печи.

Таким образом, благодаря предложенному способу плавки шихта нагревается и расплавляется в плавильной зоне в окислительных условиях полного сгорания топлива и присутствующая влага испаряется без разложения, что обеспечивает минимальный расход топлива. А оксиды извлекаемых металлов восстанавливаются из жидкого шлака при отсутствии влаги в восстановительной зоне, что снижает расход восстановителя.

В случае присутствия в шлаке металлов, обладающих высоким парциальным давлением пара, при восстановлении последние испаряются и коллектируются в схеме утилизации отходящих газов.

Пример 1.

Перерабатывается окисленная никелевая руда, содержащая 0,9% Ni и 35% Fe. В плавильную зону загружают 76,0 т/ч руды и 9,7 т/ч флюса (СаО), через фурмы вдувают 9750 м³/ч природного газа (6,9 т/ч) и 17800 м³/ч дутья с 85% кислорода. При температуре 1400^oС все материалы расплавляются, образуют гомогенный шлак, который перетекает в восстановительную зону. В эту же зону загружают 4,55 т/ч угля, вдувают 6300 м³/ч (9,0 т/ч) дутья с 70% кислорода. При 1500^oС в восстановительной зоне образуется ферроникель. Из восстановительной зоны выпускают 1,37 т/ч ферроникеля. Соотношение удельного расхода углеродистого материала в окислительной и восстановительной зонах составляет 1,57, а кислорода 2,77.

Пример 2.

Перерабатывают шламы от очистки газов аглодоменного производства, содержащие 1,0% Zn; 50% Fe и 8% углерода. В плавильную зону загружают 75 т/ч шихты (6 т/ч углерода). Через фурмы вдувают 2700 м³/ч метана (1,960 т/ч) и 15000 м³/ч кислородсодержащего дутья (21 т) с 80% кислорода. При температуре 1200^oС все материалы расплавляются и образуют 58 т/ч гомогенного шлака, который перетекает в восстановительную зону. В восстановительную зону загружают 19,35 т/ч каменного угля, дополнительно 2 т/ч кварцевого флюса и вдувают 19100 м³/ч (24 т/ч) дутья, содержащего 70% кислорода. При температуре 1500^oС образуется 35,4 т/ч чугуна и 0,81 т/ч пыли, содержащей 65% цинка. Для дожигания отходящих газов и перевода цинка в газах в окислительную форму в восстановительной зоне 3800 м³/ч дутья подают через фурмы в расплав и 15300 м³/ч в газовую фазу над расплавом. Это дает возможность перевести цинк в газе над расплавом в твердое состояние (оксид цинка) и сконцентрировать в пылях очистных аппаратов.

В этом примере соотношение в смежных зонах удельных расходов углеродистых материалов на одну тонну металла составляет 0,4 и удельных расходов кислорода 0,78. Отношение количеств кислорода, подаваемых в расплав и в газовую фазу восстановительной зоны, составляет 0,25.

Пример 3.

Перерабатывают агломерированную окисленную никелевую руду, содержащую 1,1% Ni, 24% Fe, 48% SiO₂. В плавильную зону загружают 41,7 т/ч агломерата и 12.8 т/ч флюса в виде известняка. Через фурмы вдувают 5290 м³/ч природного газа (3840 т/ч, 9700 м³/ч кислорода, 2100 м³/ч воздуха). Образуется 46,2 т/ч шлака, который переливается в восстановительную зону. В восстановительную зону загружают 2,1 т/ч угля, 1,3 т/ч сульфидизатора-колчедана. Через фурмы в расплав подают 900 ³/ч кислорода и 2100 м³/ч воздуха, а в верхние фурмы для дожигания 9000 м³/ч дутья с 40% кислорода. В результате плавки получают 1,83 т/ч штейна с 20% никеля.

В случае, если отношение удельных расходов углерода в окислительной и восстановительной зонах устанавливается менее 0,3, в окислительной зоне температура расплавов уменьшается ниже температуры плавления, шлак загустевает и процесс прекращается. При увеличении соотношений удельных расходов углеродистых материалов выше 2,5 расплав перегревается и происходит утечка шлака из печи в зазорах между кессонами или через кладку, что ведет к прекращению плавки.

При изменении соотношений удельных расходов углерода в окислительной и восстановительных зонах до величины менее 0,7 создается либо недостаток кислорода в окислительной зоне, либо избыток его в восстановительной. То и другое приводит к нарушению требуемых окислительно-восстановительных потенциалов функциональных зон и ведет к расстройству и нарушению процессов получения металла. Увеличение отношения удельных расходов до величины более 3,00 приводит к перегреву окислительной зоны и охлаждению восстановительной зоны, следствием чего является замедление реакции восстановления оксидов извлекаемых металлов и увеличение потерь металлов со шлаком.

Увеличение соотношения углеродистого восстановителя и сульфидизатора сверх 2,8 приводит к появлению третьей металлической фазы, что нарушает процесс; а уменьшение соотношения ниже 0,5 снижает металлизацию штейна и приводит к возрастанию потерь никеля и кобальта со шлаком до недопустимой величины.

Следует указать, что в случае отгонки летучих металлов (цинка) необходимо снижать восстановительный потенциал газа в восстановительной зоне для окисления паров металла и образования твердых оксидов. В противном случае газы металлов не будут конденсироваться и в большей мере улетят с отходящими газами, что не позволяет достигнуть поставленной цели.

Формула изобретения

1. Способ переработки сырья, содержащего цветные металлы и железо, включающий подачу в окислительную зону двухзонной печи в шлаковый расплав шихты, состоящей из исходного сырья, флюсов, жидкого или твердого перерабатываемого шлака, углеродсодержащего материала и кислородсодержащего дутья, расплавление шихты с образованием шлака, поступающего в восстановительную зону, в которую подают углеродсодержащий материал, кислородсодержащее дутье и дополнительные флюсы, выпуск продуктов плавки, отличающийся тем, что при переработке окисленного сырья в окислительную зону печи подают углеродсодержащий материал и кислород в кислородсодержащем дутье в количествах, необходимых для полного сгорания углерода с максимальным выделением тепла и образования жидкого шлака, а углеродсодержащий материал, кислородсодержащее сырье и дополнительные флюсы подают в количествах, необходимых для восстановления оксидов извлекаемых металлов в металлическую фазу и компенсации тепловых затрат, при этом отношение удельного расхода углеродсодержащего материала на тонну извлекаемого металла в окислительной и восстановительной зонах поддерживают в пределах 0,3-2,5, а отношение удельных расходов кислорода в этих зонах в пределах 0,7-3,0.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отношение количеств кислорода, подаваемых в расплав и в газовую фазу над расплавом в восстановительной зоне, поддерживают в пределах 0,1-0,5.