Способ переработки сульфидных медно-никелевых концентратов

Способ переработки сульфидных медно-никелевых концентратов относится к пирометаллургическим способам цветной металлургии. Сущность способа заключается в плавке сульфидных медно-никелевых концентратов в двухзонной печи Ванюкова с общей сульфидной ванной на богатые штейны. В плавильной зоне производят плавку концентратов с использованием кислородсодержащего дутья, а в восстановительной зоне - обеднение шлака газообразным (жидким) и твердым восстановителем, обеспечивается получение богатого штейна требуемого состава и шлака, содержание цветных металлов в котором соответствует отвальному, а также упрощение процесса получения продуктов требуемого состава.

 

Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к способам переработки сульфидных медно-никелевых руд и концентратов плавкой в жидкой ванне.

Известен способ переработки сульфидных материалов в две стадии при циркуляционном газлифтном перемешивании расплава (Патент России №2060286, МПК 6 С 22 В 15/00, 19/00). На первой стадии цикла получают бедный штейн с содержанием меди не более 42% и отвальный шлак, а на второй стадии - сульфидно-металлический сплав с содержанием меди более 78% и шлак, который после отделения штейна подвергают промывке бедным штейном до отвального. Способ характеризуется низкой производительностью и сложностью и не нашел промышленного внедрения.

Известны способы переработки сульфидного сырья, содержащего цветные металлы и железо, в двухзонной печи Ванюкова, позволяющие получать богатые штейны.

Способ, описанный в патенте России №2061771, МПК 6 С 22 В 7/04, предлагает расплавление концентрата в плавильной зоне печи Ванюкова и обеднение шлака в восстановительной зоне восстановительно-сульфидирующей обработкой путем подачи сульфидирующих и восстановительных реагентов в слой барботируемого расплава. В качестве сульфидирующего реагента используются штейны или флотоконцентраты, которые в твердом виде загружаются на поверхность расплава в восстановительной зоне. Недостатком способа является его сложность, связанная с необходимостью возврата оборотных полупродуктов (штейнов, концентратов) в плавильную печь, а также высокое содержание цветных металлов в отвальных шлаках, что объясняется, в первую очередь, тем, что интенсивный барботаж всего расплава восстановительной зоны приводит к плохому расслаиванию штейна и шлака.

Наиболее близким является способ переработки сульфидных медно-никелевых материалов в двухзонной печи Ванюкова (Ванюков А.В. и др. Плавка в жидкой ванне, М. Металлургия, 1988, с.109-111), включающий загрузку концентратов, продувку расплава кислородсодержащим газом в присутствии восстановительного газа с образованием штейново-шлаковой эмульсии, выпуск штейна и обеднение шлака в восстановительной зоне, при подаче сульфидирующих (штейнов, концентратов) и восстановительных реагентов в слой барботируемого расплава и интенсивного перемешивания его с обеднительной сульфидизирующей фазой и твердым восстановителем. Способ позволяет получать богатые штейны с содержанием меди до 55%, никеля - до 5%, однако содержание цветных металлов (особенно никеля и кобальта) в шлаках не соответствует отвальному (медь - 0,5%, никель - 0,1%, кобальт - 0,1%).

Задачей изобретения является создание непрерывного высокопроизводительного способа переработки медно-никелевых сульфидных концентратов, содержащих, помимо никеля и меди, кобальт и до 10% оксида магния, с получением богатых штейнов. Техническим результатом способа является повышение глубины обеднения шлаков при сохранении высокого содержания меди в штейне.

Заявленный технический результат достигается тем, что в способе переработки сульфидных медно-никелевых концентратов плавкой в печи Ванюкова, состоящей из плавильной и восстановительной зон, с получением богатых штейнов и обеднением шлаков восстановительно-сульфидизирующей обработкой, согласно изобретению в плавильной зоне печи получают сульфидные расплавы, содержащие 3-15% железа, а в восстановительной зоне, имеющей общую сульфидную ванну с плавильной, продувку шлакового расплава ведут продуктами сжигания газообразного или жидкого топлива дутьем с содержанием кислорода не менее 60-80% при коэффициенте расхода кислорода α =0,5-0,8 в присутствии 3-8% твердого восстановителя от количества поступающего шлака, в отсутствии перемешивания шлака и донного сульфидного расплава при температуре выше 1300° С.

Сущность способа заключается в следующем. В плавильной зоне печи Ванюкова происходит плавка концентрата на богатый штейн, близкий по составу к файнштейну. Состав получаемых в плавильной зоне штейнов определяется требуемой степенью извлечения цветных металлов и, в первую очередь, кобальта. Продувку расплава ведут до содержания железа в штейне 3-15%, что позволяет получать штейны, содержащие до 60% суммы цветных металлов. Содержание серы в сульфидном расплаве при этом находится на уровне 20-21%. Однако получающиеся в процессе плавки шлаки имеют повышенное содержание цветных металлов, что не дает возможности направлять их в отвал. Обеднение шлаков происходит за счет восстановления части железа в восстановительной зоне путем восстановительно-сульфидирующей обработки. Установлено, что для никеля и кобальта преобладающей формой растворимости в шлаках является оксидная, а для меди - сульфидная. Поэтому между степенью восстановления железа и степенью восстановления никеля и кобальта существует четкая взаимосвязь. Содержание никеля в шлаке на уровне 0,2% достигается при извлечении железа в штейн на уровне 4-5%, что обеспечивается продувкой шлакового расплава продуктами сжигания газообразного или жидкого топлива дутьем с содержанием кислорода не менее 60% при коэффициенте расхода кислорода α =0,5-0,8. При этих же параметрах содержание кобальта в шлаке находится на уровне 0,09%. Для довосстановления окислов цветных металлов и, в первую очередь, кобальта в барботируемый слой шлака, находящийся при температуре выше 1300° С, подается твердый восстановитель в количестве 3-8% от веса шлака. Потери меди со шлаками подчиняются несколько иным закономерностям и в отличие от никеля и кобальта определяются, главным образом, уровнем механических потерь и содержанием диоксида кремния в шлаке. Увеличение концентрации последнего в шлаке снижает растворимые потери меди со шлаками. В условиях, оговоренных выше, обеспечивается содержание в шлаке SiO₂≈30%, при котором содержание меди в шлаке составляет не более 0,2%. Особенностью барботажного процесса в восстановительной зоне печи Ванюкова является возможность создания ограниченного объема взаимодействия газовой струи с расплавом. Дутье совместно с газообразным или жидким топливом подается в слой шлака, обеспечивая продувку и перемешивание только шлакового расплава, не затрагивая донной сульфидной фазы. Неперемешиваемая сульфидная фаза в восстановительной зоне выполняет роль как коллектора, так и сульфидизатора цветных металлов. Эффективное сжигание топлива, протекающее при высоком окислительном потенциале (содержание кислорода не менее 60% и коэффициенте расхода кислорода α =0,5-0,8), позволяет поддерживать температуру шлака выше 1300° С и создать восстановительные условия, необходимые для получения отвальных по содержанию цветных металлов шлаков.

Лабораторные и укрупненно-лабораторные исследования проводились с концентратами АО "Комбинат Печенганикель" следующего состава, %: Cu - 8,2; Ni - 9,9; Fe - 31,5; Со - 0,305; S - 25,5; SiO₂ - 12,0; MgO - 8,8; СаО - 0,70; Аl₂O₃ - 1,02; прочие - 4,07. Плавки проводились в опытной печи с площадью пода 0,5 м², состоящей из плавильной и восстановительной зон с общей сульфидной фазой и разделенными газовыми пространствами. Шлак из плавильной зоны в восстановительную передавался по перетоку, проходящему под водоохлаждаемой перегородкой, разделяющей две зоны печи. Температура расплава в плавильной зоне поддерживалась на уровне 1450-1500° С. В процессе продувки сульфидный расплав анализировали на содержание железа и для поддержания содержания железа в диапазоне 3-15% корректировали расход кислорода на единицу массы загружаемого концентрата (удельный расход кислорода) в пределах 160-180 м³/г. В восстановительной зоне проводили обеднение шлака путем подачи на поверхность расплава твердого восстановителя, а через фурмы - продуктов сжигания природного газа в токе воздушно-кислородной смеси с содержанием кислорода 70%. При сжигании природного газа с коэффициентом расхода кислорода α =0,6 и в количестве загруженного твердого восстановителя, равном 6%, получены следующие остаточные концентрации цветных металлов в шлаке (%): никеля - 0,15-0,17; кобальта - 0,076-0,08; меди - 0,17-0,19. Состав штейна, %: железо - 15-30%, сера 20-22%, сумма меди, никеля и кобальта 45-60%.

Способ переработки сульфидных медно-никелевых концентратов, включающий плавку концентратов в печи Ванюкова, состоящей из плавильной и восстановительной зон, с получением богатых штейнов и обеднение шлаков восстановительно-сульфидирующей обработкой, отличающийся тем, что в плавильной зоне печи получают сульфидные расплавы, содержащие 3-15% железа, а в восстановительной зоне, имеющей общую сульфидную фазу с плавильной зоной, производят продувку шлакового расплава продуктами сжигания газообразного или жидкого топлива дутьем с содержанием кислорода не менее 60% при коэффициенте расхода кислорода α=0,5-0,8 в присутствии 3-8% твердого восстановителя от количества поступающего шлака, при отсутствии перемешивания в печи шлака и донного сульфидного расплава при температуре выше 1300°С.