Способ переработки сульфидного сырья

 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в процессах плавки сульфидного сырья. Цель изобретения - сокращение расхода топливно-энергетических затрат. Это достигается введением флюсов (Ф) в поток газов (ПГ), содержащих элементарную серу (ЭС), при температуре ПГ 870-1300^oС и расходе 1,25-1,7 т соединений кальция в пересчете на оксид кальция на 1 т ЭС в ПГ. Кальцийсодержащие флюсы после их обработки в ПГ подают в зону обеднения шлака плавки. 1 з.п. ф-лы.2 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в процессах плавки мышьяксодержащего, например, медного, сульфидного сырья. Известен способ переработки сульфидного сырья плавкой в жидкой ванне, включающий дожигание серосодержащего газа плавки кислородсодержащим дутьем с окислением элементарной серы и сульфидных соединений мышьяка, обработку окисленного газа при 800-900^oС сорбентами на основе оксидов железа и кальция и последующее сплавление сорбата со шлаком от плавки сульфидного сырья. Недостатком известного способа являются наличие дополнительной операции дожигания элементарной серы и сульфидных соединений мышьяка, а также высокие топливно-энергетические затраты на плавку, связанные со сплавлением сорбата со шлаком от плавки. Известен способ переработки сульфидного сырья плавкой с флюсами на штейн, включающий предварительную обработку серосодержащими газами плавки флюсов, содержащих оксид (гидроксид) или карбонат кальция, и последующую подачу обработанных флюсов в плавку. Способ наиболее близок к предлагаемому и принят в качестве прототипа. Недостатками этого способа являются высокие топливно-энергетические затраты, отсутствие возможности очистки серосодержащего газа от элементарной серы и соединений мышьяка, а также большие потери цветных металлов со шлаком плавки. Недостатки определяются непроизвольными затратами топлива и других видов энергии на разложение сульфата и сульфита кальция, поступающих в плавку со шламом обработанных флюсов при мокром способе обработки их газом, избирательным улавливанием сернистого и серного ангидрида оксидом (гидроксидом) и карбонатом кальция и инертностью этих соединений по отношению к элементарной сере и сульфидами мышьяка в условиях осуществления прототипа, недостаточно эффективным действием сульфата и сульфита кальция как сульфидизатора-реагента для обеднения шлака. Целью изобретения является сокращение топливно-энергетических затрат, потерь цветных металлов со шлаком при плавке сульфидного сырья и получение серосодержащих газов для сернокислотного производства, очищенных от элементарной серы, соединений мышьяка и обогащенных по диоксиду серы. Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки сульфидного (например, медного) сырья плавкой с флюсами на штейн, включающем обработку серосодержащими газами плавки флюсов, содержащих оксид, гидроксид, карбонат кальция и их смеси, и последующую подачу обработанных флюсов в плавку, измельченные флюсы, содержащие оксид, гидроксид, карбонат кальция и их смеси, вводят в поток серосодержащих газов при температуре газового потока 870-1300^oС из расчета 1,25-1,7 т соединений кальция в пересчете на оксид кальция на 1 т суммы элементарной серы и мышьяка в газовом потоке. Дополнительным признаком является то, что кальцийсодержащие флюсы после обработки их в потоке серосодержащих газов подают в зону обеднения шлака плавки. Сущность способа состоит в следующем. Сульфидный, например, медный концентрат плавят с флюсами в жидкой ванне, флюсы, содержащие оксид, гидроксид, карбонат кальция и их смеси, предварительно измельчают до содержания класса 0,074 мм 90% и распыляют в газовом потоке, содержащем элементарную серу и пары сульфидных и оксидных соединений мышьяка, при температуре газового потока 870-1300^oС, при этом расход флюсов в пересчете на оксид кальция поддерживают из расчета 1,25-1,7 т на 1 т суммы элементарной серы и соединений мышьяка в пересчете на элементарный мышьяк. При этом элементарная сера и мышьяк связываются в термически устойчивые сульфид кальция и арсениты-арсенаты кальция в соответствии с брутто-схемами После обработки в газовом потоке соединения кальция во флюсе на 50-90% представлены сульфидом кальция. Обработанный флюс отделяют известными способами от газа и загружают в плавку либо с основной сульфидной шихтой, либо в зону (или в отдельную печь) обезмеживания шлака. Отличия заявляемого способа в сравнении с прототипом и известными решениями состоят в том, что флюс, содержащий оксид, гидроксид, карбонат кальция их смеси, перед его загрузкой в плавку обрабатывается газом, содержащим элементарную серу, при высокой исходной температуре газового потока (870-1300^oС) и дозируется из расчета 1,25-1,7 т соединений кальция в пересчете на оксид на 1 т суммарного количества элементарной серы и мышьяка в газовом потоке. Эти отличия обеспечивают одновременную глубокую очистку газа от элементарной серы и мышьяка и увеличение содержания диоксида серы в газах плавки без традиционно применяемого для этих целей дожигания газа кислородсодержащим дутьем, проведение эндотермических процессов диссоциации карбоната, гидроксида кальция и образования сульфида кальция за счет тепла отходящих газов плавки и повышение теплотворной способности шихты за счет экзотермического окисления в ее составе сульфида кальция, вследствие этого - снижение топливно-энергетических затрат на плавку сырья, снижение потерь цветных металлов со шлаком при подаче обработанного флюса, содержащего сульфид кальция в зону обеднения шлака плавки. Пределы параметров обоснованы экспериментально. 2 дм³ газа (в расчете на нормальные условия), содержащего 35 об. диоксида серы, 62,5 мг/днм³ элементарной серы (S^o), 4,65 мг/ндм³ мышьяка в форме трисульфида мышьяка, обрабатывали псевдоожиженный слой известняка в течение 20 с при заданной температуре (в пределах 840-1350^oС). Количество известняка в слое меняли от 314 до 526 мг (154-258 мг в пересчете на оксид кальция), что составило 1,15-1,92 СаО от суммарной массы элементарной серы и мышьяка в объеме пропускаемого через слой газа. После обработки анализировали обработанный флюс на содержание серы и мышьяка, определяли фазовое состояние серы. Для сравнения с прототипом тем же количеством газа обрабатывали пульпу известняка, содержащую 465 мг известняка (228 мг СаО), при 75^oС. Результаты, приведенные в табл.1, свидетельствуют о следующем. Обработка известняка в пульпе при пониженных температурах (по прототипу, опыт 1) практически не способствует очистке газа от элементарной серы и сульфидных форм мышьяка. Продуктом такой обработки является сульфит кальция, получающийся в результате частичного поглощения из газа диокосида серы, концентрация которого в газе снижается. При высокотемпературной обработке снижение температуры ниже 870^oС ведет к существенному снижению степени очистки газа от элементарной серы (опыты 2-4) из-за параллельного взаимодействия флюса с диоксидом серы и замедления скорости реагирования. Превышение температуры обработки свыше 1300^oС заметно снижает степень очистки газа от мышьяка (опыты 9 и 11). При максимальных температурах обработки (1300^oС) минимально необходимый расход флюса 1,25 т (по оксиду кальция) от суммарной массы элементарной серы и мышьяка. Дальнейшее снижение расхода снижает степень очистки газа (опыты 9 и 10). Увеличение расхода флюса свыше 1,7 т (по СаО) к массе элементарной серы и мышьяка практически не влияет на степень очистки газа (опыты 4 и 3). Обработанный в интервале 870-1300^oС флюс содержит серу только в виде сульфида кальция, образованного по реакции (1) с элементарной серой, сопровождающейся дополнительным обогащением газа по диоксиду серы. Преимущества флюса, предварительно обработанного газом, содержащим элементарную серу, по условиям заявляемого способа заключается в том, что он после обработки содержит сульфид кальция, окисляемый в процессе плавки шихты большим тепловыделением CaS + 3/2O₂ + SiO₂ CaO· SiO₂ + SO₂ + 142, 1 ккал (3) В то же время с необработанным флюсом вводится в плавку карбонат кальция, а с флюсом, обработанным в соответствии с прототипом, сульфит кальция, требующие затраты тепла на их суммарную реакцию разложения и шлакования CaCO₂ + SiO₂ CaO· SiO₂ + CO₂ 20,9 ккал (4) CaSO₃ · 2H₂O + SiO₂ CaO· SiO₂ + SO₂ + 2H₂O 36,2 ккал (5) Экономия тепла на 1 т вводимой в плавку окиси кальция с предварительно обработанным флюсом составляет 2,91· 10⁶ ккал (416 кг условного топлива у.т. ) в сравнении с необработанным флюсом и 3,18 · 16⁶ ккал (455 кг у.т.) в сравнении с обработанным по прототипу. При подаче флюса в зону обеднения шлака обработанный по данному способу флюс является активным обеднительным реагентом по отношению к шлаку. На 100 г расплавленного шлака, мас. 0,72 меди; 0,78 серы; 38,24 железа общего; 32,29 диоксида кремния; 2,13 оксида кальция, загружали кальцийсодержащий флюс после обработки его по условиям опыта 1, табл.1 (по прототипу) и по условиям опытов 5 и 9, табл.1. Количество флюса во всех случаях было эквивалентным расходу 4% оксида кальция к массе шлака. Результаты обработки приведены в табл.2. П р и ме р 1. 100 т медного сульфидного концентрата, мас. 22,7 меди; 36,5 серы; 29,3 железа; 2,2 диокисда кремния; 0,3 оксида кальция, плавят в жидкой ванне с 4,1 т кварцевого флюса (70% диоксида кремния), 18,75 т конверторного шлака, мас. 4 меди; 1,5 серы; 48 железа; 21,9 диоксида кремния. Получают 45,5 т штейна (50% меди), 85 т шлака (0,72% меди) и 41,5 тыс.·нм³ газа, содержащего 30% диоксида серы, 71,3 г/нм³ элементарной серы и 6,5 г/нм³ мышьяка. Газом, выходящим из печи при 1200^oС, обрабатывают 8,4 т известняка (50% СаО), распыляя его в газовом потоке. Степень очистки газа от элементарной серы оставляет 96,8% от мышьяка 82,2% Выход обработанного газом кальцийсодержащего флюса составляет 6,5 т, содержание в нем сульфида кальция 66,5% По первому варианту осуществления данного способа обработанный флюс вводят в шихту исходных концентратов и совместно с концентратом подают в плавильную зону. Плавку ведут на дутье, содержащем 70% кислорода, без дополнительной подачи углеродистого топлива. Суммарно в соответствии с реакцией (1) и окисления сульфида кальция в ванне достигается увеличение концентрации SO₂ в газе плавки на 2,5 абс. По второму варианту осуществления способа обработанный газом флюс подают в зону обеднения шлака. Получают дополнительно штейн в количестве 4,6 т, содержащий 9,6% меди, и обедненный шлак 85 т с остаточным содержанием меди 0,28% Обеднение шлака протекает без затрат топлива и энергии за счет экзотермического взаимодействия сульфида кальция с окислами и силикатом железа. П р и м е р 2. Осуществление способа по условиям прототипа. Концентрат в смеси с кварцевым флюсом и конверторным шлаком плавят в жидкой ванне. Объемы, составы сырья, условия плавки, получаемые при плавке продукты соответствуют примеру 1. Газом (состав по примеру 1), охлажденным до 75^oС, обрабатывают 8,4 т известняка, вдувая его в газовый поток в виде пульпы с плотностью 150-250 г/л. Степень очистки газа от элементарной серы 9, от мышьяка 9,4% Отфильтрованный после обработки флюс смешивают с основной шихтой и плавят в печи ПЖВ. Плавка ведется с расходом углеродистого топлива, равным 1,91 т (у.т.) на 100 т концентрата. медь из шлака ПЖВ не доизвлекается. Газ по SO₂ практически не обогащается. П р и м е р 3. Базовый вариант. Плавка ведется по условиям примера 1, но 8,4 т известняка подают в составе шихты в плавку в необработанном виде. Газ от элементарной серы и мышьяка не очищается. Требуется дополнительная операция дожига элементарной серы и громоздкая схема вывода мышьяка в серно-кислотном производстве. Расход условного топлива на плавку 100 т концентратов составляет 1,75 т. Шлак ПЖВ по меди не обедняется. Экономическая эффективность в сравнении с базовым объектом предлагаемого способа складываются из экономии затрат на обезвреживание мышьяка в серно-кислотном производстве, экономии топлива на плавку, в варианте с доработкой шлака обработанным флюсом дополнительного извлечения меди.

Формула изобретения

1. Способ переработки сульфидного сырья, преимущественно медного, плавкой с флюсами на штейн, включающий обработку флюса, содержащего оксид, гидроксид, карбонат кальция и их смеси, серосодержащими газами, последующую подачу обработанного флюса в плавку и обеднение шлаков, отличающийся тем, что, с целью сокращения расхода топливно-энергетических затрат, флюсы вводят в поток отходящих газов, содержащих элементарную серу, при температуре газового потока 870 1300^oC и расходе 1,25 1,7 т соединений кальция в пересчете на оксид кальция на 1 т элементарной серы в газовом потоке. 2. Способ по п п.1, отличающийся тем, что кальцийсодержащие флюсы после их обработки в потоке серосодержащих газов подают в зону обеднения шлака плавки.

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: 2-2002

Извещение опубликовано: 20.01.2002        

---