Способ переработки оборотных материалов и техногенных отходов металлургического производства
Владельцы патента RU 2263719:
Открытое Акционерное Общество "Южно-Уральский никелевый комбинат" (RU)
Изобретение относится к металлургической промышленности, преимущественно к металлургии меди, никеля и кобальта. Способ переработки оборотных материалов и техногенных отходов включает их сушку, смешение для получения шихты, содержащей тяжелые цветные металлы, кальций и магний, с сульфидирующим реагентом, углеродсодержащим восстановителем и кварцевым песком и ее восстановительно-сульфидирующую плавку. Для снижения материальных затрат на переработку сырья в качестве сульфидирующего реагента используют сульфат натрия, соотношение которого к сумме масс тяжелых цветных металлов в шихте составляет (1,3-1,7):1. Соотношение кварцевого песка к сумме масс кальция и магния в шихте, составляющее (1,25-1,60):1, и количество взятого углеродсодержащего восстановителя от 20,8 до 30,8% от суммы масс тяжелых цветных металлов в шихте обеспечивают повышение извлечения металлов за счет снижения вязкости шлака. 3 табл.
Изобретение относится к металлургической промышленности, преимущественно к металлургии меди, никеля и кобальта.
Известен способ переработки окисленных никелевых руд, включающий агломерацию или брикетирование, восстановительно-сульфидирующую плавку на штейн в присутствии сульфидирующего реагента (гипса, пирита или маломедистого колчедана), конвертирование штейна и последующую гидрометаллургическую переработку обогащенной кобальтом массы [2, 3, 4].
Недостатком этого способа является низкое извлечение кобальта из руды, большие материальные затраты при плавке.
Известен способ переработки вторичных материалов, в том числе оборотных материалов и техногенных отходов металлургического производства, совместно с первичными, включающий их сушку, брикетирование, восстановительно-сульфидирующую плавку на штейн в присутствии сульфидирующего реагента и последующую гидрометаллургическую переработку штейна с разделением содержащихся в нем металлов и получением из них солей или чистых металлов. При этом в качестве сульфидирующего реагента используют пирит или гипс [1].
Недостатком этого способа является введение в шихту в составе сульфидирующего реагента железа или кальция и необходимость их удаления со шлаками или кеками, что существенно снижает извлечение полезных металлов.
Известен способ переработки окисленных никелевых руд, включающий их восстановительно-сульфидирующий обжиг с применением в качестве сульфидизатора сульфата натрия с последующей шахтной плавкой на штейн [6].
Недостатком этого способа является относительно низкая степень сульфидирования никеля и железа. Способ не применялся в промышленных масштабах.
Наиболее близким к предлагаемому является способ перерабтки оборотных материалов и техногенных отходов металлургического производства, включающий их сушку, брикетирование, восстановительно-сульфидирующую плавку с введением в качестве сульфидирующего реагента элементарной серы [5].
Недостатком способа-прототипа является повышенная вязкость шлака при плавке, что приводит к снижению извлечения полезных металлов, а также относительно высокая цена сульфидирующего реагента.
Техническим результатом изобретения является повышение извлечения металлов за счет снижения вязкости шлака и снижение материальных затрат на переработку сырья.
Технический результат достигается при использовании способа переработки оборотных материалов и техногенных отходов металлургического производства, включающий их сушку, смешение для получения шихты, содержащей тяжелые цветные металлы, кальций и магний с сульфидирующим реагентом, углеродсодержащим восстановителем и кварцевым песком и ее восстановительно-сульфидирующую плавку.
В качестве сульфидирующего реагента используют сульфат натрия, являющийся отходом гидрометаллургического производства никелевых солей, солей хрома и других металлов. Сульфат натрия в 3 раза дешевле элементарной серы.
Соотношение массы сульфата натрия к сумме масс тяжелых цветных металлов в шихте составляет (1,3-1,7):1.
Уменьшение загрузки сульфата натрия ниже 1,3:1 к сумме масс тяжелых цветных металлов приводит к образованию металлизированной фракции в штейне, что затрудняет последующую гидрометаллургическую переработку его.
Увеличение загрузки сульфата натрия более 1,7:1 к сумме масс тяжелых цветных металлов приводит к увеличению массовой доли железа в штейне и увеличению затрат.
В шихту вводят кварцевый песок из расчета от 1,25:1 до 1,60:1 к сумме масс кальция и магния в шихте.
Снижение загрузки кварцевого песка ниже 1,25:1 и увеличение ее выше 1,60:1 к сумме масс кальция и магния в шихте приводит к увеличению вязкости шлака и снижению извлечения полезных металлов.
Третьим элементом шихты является углеродсодержащий восстановитель (например, графитовая мелочь), который вводят в количестве от 20,8 до 30,8% к сумме масс тяжелых цветных металлов в шихте.
Снижение загрузки восстановителя ниже 20,8% приводит к уменьшению извлечения металлов в штейн.
Повышение загрузки восстановителя выше 30,8% от суммы масс тяжелых цветных металлов ведет к увеличению затрат.
После плавки получают штейн с суммой массовых долей тяжелых цветных металлов не менее 55% и массовой долей серы от 20,9 до 25,5%. Извлечение полезных металлов в штейн от 90 до 99,5% (в способе-прототипе от 88,1 до 99,3%).
Пример 1. Гидратно-карбонатный осадок из отстойника засоленных стоков гидрометаллургического никелевого производства смешивали с осадком, полученным при очистке никелевых растворов от железа, и с осадком, полученным при автоклавном выщелачивании сульфидной никель-кобальтовой массы, и сушили в трубчатой печи до остаточной влажности 0,5%. Химический состав смеси в пересчете на сухой вес, %:
| никель 22,0 | кальций 5,0 |
| кобальт 2,2 | магний 0,5 |
| медь 0,5 | кремний 0,6 |
| железо 3,5 | сера 1,5 |
| Исходная влажность | 65% |
Высушенный осадок смешивали в смесителе с сульфатом натрия, мелким речным песком и графитовой стружкой. Количество сульфата натрия в шихте варьировали в соотношении от 1,3:1 до 1,8:1 к сумме масс тяжелых цветных металлов в шихте, а количество речного песка и восстановителя поддерживали постоянным соответственно в соотношении 1,6:1 к сумме масс кальция и магния в шихте и 20% от суммы масс тяжелых цветных металлов в шихте. Шихту плавили в отапливаемом природным газом конвертере на штейн при температуре от 1350 до 1400°С. Результаты приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | |||||||
| № п/п | ПОКАЗАТЕЛИ | Отношение массы сульфата нитрия в шихте к сумме масс тяжелых цветных металлов | |||||
| 1,2:1 | 1,30:1 | 1,40:1 | 1,55:1 | 1,70:1 | 1,80:1 | ||
| 1. | Извлечение никеля в штейн, % | 93,2 | 95,0 | 97,0 | 97,9 | 97,0 | 97,0 |
| 2. | Извлечение кобальта в штейн, % | 72,0 | 74,5 | 78,8 | 80,3 | 78,6 | 75,0 |
| 3. | Извлечение меди в штейн, % | 95,0 | 96,4 | 98,0 | 98,5 | 98,3' | 98,0 |
| 4. | Массовая доля никеля в штейне, % | 62,5 | 61,3 | 60,6 | 59,2 | 58,4 | 56,1 |
| 5. | Массовая доля кобальта в штейне, % | 5,9 | 5,8 | 5,5 | 5,4 | 4,6 | 4,2 |
| 6. | Массовая доля меди в штейне, % | 1,27 | 1,25 | 1,21 | 1,18 | 1,11 | 1,06 |
| 7. | Массовая доля железа в штейне, % | 6,3 | 6,6 | 7,5 | 8,7 | 8,7 | 8,3 |
| 8. | Массовая доля серы в штейне, % | 16,0 | 17,0 | 21,0 | 22,5 | 24,0 | 24,5 |
| Выделения сернистого ангидрида в атмосферу не замечено. |
Пример 2. Высушенный осадок из примера 1 смешивали в смесителе с сульфатом натрия в соотношении 1,55:1 к сумме масс тяжелых цветных металлов, речным песком в соотношении 1,6:1 к сумме масс кальция и магния в шихте. Добавку в шихту восстановителя варьировали от 15 до 30% к сумме масс тяжелых цветных металлов в шихте. Шихту плавили на штейн в отапливаемом природным газом конвертере при температуре от 1350 до 1400°С. Результаты приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||||||
| № п/п | ПОКАЗАТЕЛИ | Массовая доля восстановителя, % к сумме масс тяжелых цветных металлов в шихте | ||||
| 12,0 | 18,0 | 20,0 | 25,8 | 30,0 | ||
| 1. | Извлечение никеля в штейн, % | 95,0 | 97,0 | 97,9 | 98,0 | 98,0 |
| 2. | Извлечение кобальта в штейн, % | 72,5 | 76,2 | 80,3 | 80,2 | 80,1 |
| 3. | Извлечение меди в штейн, % | 90,4 | 94,0 | 94,5 | 94,6 | 94,6 |
| 4. | Массовая доля никеля в штейне, % | 58,3 | 59,1 | 59,2 | 60,4 | 60,0 |
| 5. | Массовая доля кобальта в штейне, % | 4,8 | 5,4 | 5,5 | 5.6 | 5,6 |
| 6. | Массовая доля меди в штейне, % | 1,25 | 1,20 | 1,18 | 1,11 | 1,11 |
| 7. | Массовая доля железа в штейне, % | 6,7 | 6,8 | 8.6 | 8,6 | 8,6 |
| 8. | Массовая доля серы в штейне, % | 20,7 | 21,0 | 24,5 | 24,0 | 24,5 |
Пример 3. Высушенный осадок из примера 1 смешивали в смесителе с сульфатом натрия в соотношении 1,55:1 к сумме масс тяжелых цветных металлов в шихте, графитовой стружкой в количестве 20% от суммы масс тяжелых цветных металлов в шихте.
Добавку в шихту речного песка вырьировали от соотношения 1:1 до 2,2:1 к сумме масс кальция и магния в шихте. Шихту плавили на штейн в отапливаемом природным газом конвертере при температуре от 1350 до 1400°С. Результаты плавки приведены в таблице 3.
| Таблица 3 | ||||||
| № п/п | ПОКАЗАТЕЛИ | Соотношение массы кварцевого песка к сумме масс кальция и магния в шихте | ||||
| 1:1 | 1,25:1 | 1,6:1 | 1,9:1 | 2,2:1 | ||
| 1. | Извлечение никеля в штейн, % | 94,9 | 96,9 | 97,4 | 97,3 | 95,0 |
| 2. | Извлечение кобальта в штейн, % | 74,6 | 75,4 | 80,0 | 77,0 | 74,8 |
| 3. | Извлечение меди в штейн, % | 90,0 | 93,5 | 94,0 | 93,5 | 90,6 |
| 4. | Массовая доля никеля в штейне, % | 56,0 | 56,0 | 60,0 | 59,0 | 55,0 |
| 5. | Массовая доля кобальта в штейне, % | 4,5 | 4,5 | 5,5 | 5,3 | 4,5 |
| 6. | Массовая доля меди в штейне, % | 1,1 | 1,1 | 1,2 | 1,2 | 1.1 |
| 7. | Массовая доля железа в штейне, % | 9,0 | 8,8 | 6,7 | 6,7 | 6,7 |
| 8. | Массовая доля серы в штейне, % | 20,0 | 23,0 | 23,5 | 23,4 | 25,0 |
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Металлургия вторичных тяжелых цветных металлов. / И.Ф.Худяков, А.П.Дорошкевич, С.В.Карелов - М.: Металлургия, 1987, стр.257-260.
2. Металлургия меди, никеля и кобальта, часть II / В.И.Смирнов, А.А.Цейдлер, И.Ф.Худяков, А.И.Тихонов. - М.: Металлургия, 1966, стр.28-31, 44-47, 68.
3. Совершенствование шахтной плавки окисленных никелевых руд / И.Д.Резник. - М.: Металлургия, 1983, стр.106-130.
4. Технологическая инструкция по производству никеля из окисленных никелевых руд огневым способом. ТИ 00194547-173232-01-96. ОАО "Комбинат Южуралникель", г.Орск, 1996.
5. Способ переработки оборотных материалов и техногенных отходов металлургического производства / Патент №2186132 с приоритетом от 21.09.2000 г.
6. Восстановительно-сульфидирующий обжиг с применением сульфата натрия для переработки Буруктальской никелевой руды / С.П.Тациенко - Л.: ЛПИ им. М.И.Калинина, 1987, автореферат диссертации.
Способ переработки оборотных материалов и техногенных отходов металлургического производства, включающий их сушку, смешение с сульфидирующим реагентом, углеродсодержащим восстановителем и кварцевым песком для получения шихты, содержащей тяжелые цветные металлы, кальций и магний, и ее восстановительно-сульфидирующую плавку, отличающийся тем, что в качестве сульфидирующего реагента используют сульфат натрия, соотношение которого и суммы масс тяжелых цветных металлов в шихте составляет (1,3-1,7):1, при этом соотношение кварцевого песка и суммы масс кальция и магния в шихте составляет (1,25-1,60):1, а углеродсодержащий восстановитель берут в количестве от 20,8 до 30,8% от суммы масс тяжелых цветных металлов в шихте.
