Способ переработки медьсодержащих шлаков

 

1. Способ переработки медьсодержащих шлаков, включающий обработку расплава восстановителем и сульфидизатором, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечения меди из шлака и уменьшения расхода восстановителя и сульфидизатора, обработку расплава шлака ведут смесью диоксида серы с метаном при соотношении СH₄ : SO₂ = 1 : (3,0 - 4,7), причем расход смеси составляет 100 - 150 м³/т шлака.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве восстановительно-сульфидирующих агентов используют продукты восстановления диоксида серы метаном в присутствии кислорода. Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для обезмеживания шлаков автогенных плавок сульфидного медьсодержащего сырья, в частности шлаков процессов взвешенной плавки на кислородном или воздушном дутье. Известен способ внутрипечного обеднения шлаков в процессе взвешенной плавки с помощью пирротипа [1] Недостатком известного способа является увеличение выхода конвертерных шлаков и разубоживание их по содержанию меди и никеля. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому является способ переработки медьсодержащих шлаков, включающий обработку расплава восстановителем и сульфидизатором [2] По известному способу обработку шлака в агрегате непрерывного получения черновой меди производят битуминозным углем, диоксидом серы, кислородом и пиритом. Сульфидно-силикатный расплав продувают смесью кислорода и диоксида серы, затем после разделения расплава на штейн и шлак в обеднительной зоне печи производят обработку шлака смесью сульфидизатора и восстановителя взятых в соотношении C:SO₂:O₂ 5:4:1 и вводят дополнительный сульфид железа в количестве 25 т на 800 т шлака. К недостаткам способа-прототипа относятся недостаточно высокая степень извлечения меди из шлака и большой расход восстановителя и сульфидизатора. Целью изобретения является повышение степени извлечения меди из шлака и уменьшение расхода восстановителя и сульфидизатора. Для этого в описываемом способе переработки медьсодержащих шлаков, включающем обработку расплава восстановителем и сульфидизатором, обработку расплава шлака ведут смесью диоксида серы с метаном при соотношении СН₄:SO₂ 1:3,0 -4,7, причем расход смеси составляет 100 150 м³/т шлака. В качестве восстановительно-сульфидирующих агентов используют продукты восстановления диоксида серы метаном в присутствии кислорода. Способ осуществляется следующим образом. В отстойной зоне печи сульфидно-силикатный расплав разделяют на штейн (с содержанием 55 60% меди) и шлак (с содержанием 0,8 1,3% меди). Шлак поступает в обеднительную зону, отделенную перегородкой от зоны отстаивания. Через фурмы в расплав подают природный газ и диоксид серы в присутствии кислорода. Температура шлакового расплава поддерживается в пределах 1250 - 1350^oС. В диапазоне температур 1100 1300^oС с высокой скоростью протекает реакция взаимодействия в системе SO₄-O₂-CH₄ с образованием восстановительно-сульфидирующих агентов Н₂S, S, COS, CO, CO₂, H₂, H₂O. Расход смеси составляет 100 150 м³ на 1 т шлака. При барботаже расплава протекают следующие реакции: Fe₃O₄ + CO 3FeO + CO₂; (1) Fe₃O₄ + H₂ 3FeO + H₂O; (2) FeO + H₂S FeS + H₂O; (3) 2FeO + 3S 2FeS + SO₂; (4) FeO + COS FeS + CO₂, (5) которые в конечном итоге приводят к снижению содержания окисного железа в шлаке с 10 15 до 2 3% Снижение концентрации окисного железа в шлаке приводит к уменьшению растворимости меди, а барботаж шлакового расплава ускоряет процесс разделения фаз. Содержание меди снижается с 0,8 1,3 до 0,12 0,14% Обедненный шлак направляется в ствол или используется для получения железа и/или его солей. Донная фаза обеднительной зоны содержит 12 15% меди. Количество образовавшегося "бедного" штейна составляет почти 10% от массы перерабатываемого шлака. На конвертирование поступает штейн, полученный смешением донных фаз из зон отстаивания и обеднения. Концентрация меди в этом штейне составляет 50 55% Газовая смесь, содержащая продукты реакций 1 5, после выхода из шлаковой ванны, смешивается внутри печи КФП с технологическими газами. Смешение технологических сернистых газов с отходящими после продувки шлаков газообразными продуктами не влияет на режимные параметры сернокислотного цеха (СКЦ), перерабатывающего диоксид серы. В качестве источника диоксида серы для подготовки восстановительно-сульфидирующей смеси используют газы, полученные сжиганием элементарной серы в токе воздуха или конвертерного газа, а также отходящие газы печей: кипящего слоя, взвешенной плавки, кислородно-факельной плавки, плавки в жидкой ванне и др. Восстановительно-сульфидирующая смесь готовится в выносной топке при 1100 1300^oС в результате гомогенного восстановления диоксида серы метаном в присутствии кислорода или путем подачи смеси реагентов в фурмы, опущенные в расплав шлака. При прохождении газовой смеси SO₂, O₂, CH₄ через фурмы обеспечивается высокая скорость процесса восстановления и образуется близкая по составу к равновесной смесь газов H₂S, S, COS, SO₂, CO, CO₂, H₂O, H₂. Наиболее эффективная для обеднения шлаков смесь получается при соотношении (по массе) СН₄:SO₂ 1:3,0 4,7 с дополнительным расходом метана на реакцию с кислородом (по массе)
СН'₄:O₂ 1:4. Пример. Проверку предлагаемого способа осуществляли на лабораторной установке с применением пробы промышленного шлака печи КФП, содержащей, мас. медь 1,35, диоксид кремния 33,1, окисное железо 9,2, закисное железо 25,5, сера 0,5. Навеску шлака 60 г загружали в печь и расплавляли. При достижении температуры 1250^oС в расплавленный шлак вдували газовую смесь в количестве 300 мл/мин. Газовая смесь содержала, мас. диоксид серы 79,7, метан 17,6, кислород 2,4, азот 0,3, что соответствовало расходам метана на реакцию с диоксидом серы СН₄: SO₂ 1:4,7 и на реакцию с кислородом СН'₄ O₂ 1:4. Продувка шлака проводилась в течение 30 мин. Было получено 55 г отвального шлака с содержанием ценных компонентов, мас. медь 0,14, окисное железо 2,04, закисное железо 30,2, сера 1,7, диоксид кремния 39,4, и 6,6 г донной фазы, содержащей, мас. медь 13,7, закисное железо 56,8, сера 28,8, диоксид кремния следы. Результаты серии опытов по соединению шлака печи КФП с применением восстановительно-сульфидирующих смесей газов представлены в табл. 1. В связи с тем, что при постоянной температуре выход H₂S, S, COS, SO₂, CO, CO₂, H₂, H₂O в системе SO₂-O₂-CH₄ зависит только от расхода метана, для получения восстановительно-сульфидирующих реагентов применяли следующие составы исходных смесей, мас. 1) SO₂ 85,6, CH₄ 11,38, O₂ 2,72, N₂ 0,30;
2) SO₂ 79,7, CH₄ 17,60, O₂ 2,40, N₂ 0,30;
3) SO₂ 72,6, CH₄ 24,75, O₂ 2,20, N₂ 0,45;
4) SO₂ 69,2, CH₄ 28,18, O₂ 2,00, N₂ 0,62,
что соответствовало следующим соотношениям исходных реагентов:
1) СН₄ SO₂ 1 8, CH'₄ O₂ 1 4;
2) CH₄ SO₂ 1 4,7, CH'₄ O₂ 1 4
3) CH₄ SO₂ 1 3, CH'₄ O₂ 1 4;
4) CH₄ SO₂ 1 2,5,CH'₄ O₂ 1 4. Как видно из табл. 1, при соотношениях СН₄ SO₂ 1 8; 1 4,7; 1 3; 1 2,5 с увеличением расхода метана степень извлечения меди возрастает соответственно в пределах 64,7 82,8; 76,5 99,8; 75,3 99,3; 80,0 99,3%
При этом одинаковая степень извлечения меди достигается при разных расходах реагентов в зависимости от показателя соотношения СН₄ SO₂. Например, при СН₄ SO₂ 1 8 для достижения 76,5% извлечения меди требуется 19,04 кг СН₄ и 155,82 кг SO₂. Аналогичный результат при СH₄ SO₂ 1 4,7 получен при расходе 12,63 кг СН₄ и 60,71 кг SO₂. Поэтому соотношение СН₄ SO₂ 1 4,7 эффективнее, чем СН₄ SO₂ 1 8. Анализ результатов экспериментов при СH₄ SO₂ 1 4,7, CH₄ SO₂ 1 3 показывает, что увеличение расхода метана с 37,89 до 40,8 кг при одновременном снижении подачи диоксида серы от 182,13 до 125,19 кг повышает степень извлечения меди с 91,3 до 92,6%
Дальнейшее повышение расхода метана в пределах от 40,8 до 43,95 кг (изменение соотношений от СН₄ SO₂ 1 3 до CH₄ SO₂ 1 2,5) приводит к получению результата, достигнутого с меньшим расходом метана 37,89 40,8 кг (извлечение меди 91,9% находится в диапазоне значений 91,3 92,6). Как видно из табл. 1, при СH₄ SO₂ 1 2,5 и CH₄ SO₂ 1 3,0 4,7 получается практически одинаковая степень извлечения меди. Однако снижение расхода диоксида серы от 125,19 до 112,39 кг при СН₄ SO₂ 1 2,5 связано с увеличением подачи в расплав дорогостоящего реагента природного газа (от 40 до 43,95 кг). Поэтому увеличение расхода восстановителя от СH₄ SO₂ 1 3 до CH₄ SO₂ 1 2,5 нецелесообразно. Таким образом, соотношение СH₄ SO₂ 1 3,0 4,7 является оптимальным, так как достигается наибольшая степень извлечения меди при наименьшем расходе ценного реагента природного газа. Как видно из данных, приведенных в табл. 1, при оптимальном соотношении СH₄ SO₂ 1:3,0 4,7 и расходе газовой смеси V 50 м³/т получены отвальные шлаки, в которых остаточное cодержание меди выше достигнутого уровня. Например, флотационный способ обеднения шлаков КФП обеспечивает обезмеживание до 0,30 0,35% Cu. Поэтому расход смеси 50 м³/т явно недостаточен для глубокого обеднения шлаков автогенных плавок. При V 100 м³/т содержание меди в отвальном шлаке составляет 0,20 0,25% и степень извлечения меди из шлака 84,0 86,9% превышает современный отечественный уровень. Увеличение объема реакционной смеси от 100 до 150 м³/т при СН₄ SO₂ 1 3,0 4,7 повышает степень извлечения меди с 84 - 86,9 до 91,3 92,6% Дальнейшее повышение расхода восстановительно-сульфидирующей смеси от 150 до 160 м³/т вызывает загустевание шлака и затрудняет разделение штейно-шлакового расплава. На основании изложенного объем газовой смеси для обеднения шлаков составляет 100 150 м³/т. В табл. 2 приведен пример осуществления переработки медьсодержащих шлаков по способу-прототипу. Состав шлака, его навеска и температура опыта идентичны параметрам, указанным в примере обеднения шлака заявляемым способом. Согласно способу-прототипу шлаковый расплав продувается смесью С + SO₂ + O₂, взятых в соотношении 5 4 1, а также добавляется диоксид серы, предусмотренный прототипом для экранирования расплава. При проведении опыта к шлаковому расплаву, температура которого составляла 1250^oС, добавляли 1,875 г угля, в верхнюю часть расплава (под слой угля) через алундовый стержень вдували смесь, включающую 0,375 г кислорода и 1,50 г диоксида серы. Расплав барботировали газообразным агентами в течение 30 мин, при этом общий расход газов составлял 300 мл/мин. После завершения обработки расплава смесью (С + SO₂ + O₂) в шлак добавляли 1,875 г пирита. Обработанный расплав выдерживали 30 мин при 1250^oС для разделения штейно-шлаковой эмульсии, затем расплав охлаждали в сосуде с водой. В конечном итоге было получено 52 г отвального шлака, содержащего 0,35% Cu, и 9,5 г донной фазы, содержащей 6,9% Cu. Результаты опытов, проведенных для сравнения способа прототипа с предлагаемым решением, приведены в табл. 2. Из табл. 2 видно, что при СH₄ SO₂ 1 3,0 4,7 и расходе смеси 100 150 м³/т шлака извлечение меди в предлагаемом способе на 5,7 14,3 абс. выше, чем в прототипе. Расход углерода на 0,6 12,3 кг ниже, а расход диоксида серы на 142,9 341,5 кг меньше, чем в прототипе. К тому же исключена обработка шлака пиритом.

Формула изобретения

1. Способ переработки медьсодержащих шлаков, включающий обработку расплава восстановителем и сульфидизатором, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечения меди из шлака и уменьшения расхода восстановителя и сульфидизатора, обработку расплава шлака ведут смесью диоксида серы с метаном при соотношении СH₄ SO₂ 1 (3,0 4,7), причем расход смеси составляет 100 150 м³/т шлака. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве восстановительно-сульфидирующих агентов используют продукты восстановления диоксида серы метаном в присутствии кислорода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000

Извещение опубликовано: 27.12.2000        

---