Способ фьюмингования металлсодержащих шлаков

 

Использование: цветная металлургия, извлечение металлов из отходов металлургического производства. Сущность: шлаки продувают пылевоздушной смесью, при этом используют в качестве восстановителя отработанную теплоизоляционную шихту печей графитации при следующем соотношении углеродистых компонентов, мас.%: уголь 50-77, отработанная шихта 23-50. 3 табл.

СОК)3 СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s С 22 В 7/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4939365/02 (22) 27.05.91 (46) 15,04.93. Бюл, N 14 (71) Усть-Каменогорский свинцово-цинковый комбинат (72) Б.Я.Иванов, И,С,Багаев, Я,З.Бейлин, Х,Ш.Габитов, С.В,Чернышов и С.М,Елагин (73) Усть-Каменогорский свинцово-цинковый комбинат (56) Авторское свидетельство СССР

N 889726, кл, С 22 В 7/04, 1981, Изобретение относится к способам получения металлов восстановлением твердыми углеродсодержащими восстановителями и может быть использовано в производстве цинка, свинца и олова цветной металлургии при фьюминговании металлсодержащих шлаковых расплавов, например, шлаков шахтной свинцовой плавки в шлаковозгоночных печах с последующих охлаждением отходящих газов в котле-утилизаторе, подогревателе технологического воздуха и улавливанием воэгонов из охлажденных газов, Цель изобретения — повышение удельной скорости отгон ки и извлечения металла, снижение затрат на переработку, Поставленная цель достигается тем, что в известном способе переработки фьюмингованием металлсодержащих шлаков, например, шлаков шахтной свинцовой плавки, включающем продувку их углеродистой пылевоздушной смесью, содержащей уголь и второй компонент. продувку шлака проводят в одну стадию пылевоздушной смесью

„„5U 1809838 А3 (54) СПОСОБ ФЬЮМИНГОВАНИЯ МЕТАЛЛСОДЕРЖАЩИХ ШЛАКОВ (57) Использование: цветная металлургия, извлечение металлов из отходов металлургического производства. Сущность: шлаки продувают пылевоздушной смесью, при этом используют в качестве восстачовителя отработанную теплоизоляционную шихту печей графитации при следующем соотношении углеродистых компонентов, мас.7;: уголь 50 — 77, отработанная шихта 23-50, 3 табл. угля и теплоизоляционной шихты графитации при следующем соотношении компонентов углеродистой смеси, мас.%: каменный уголь 50-77 теплоизоляционная шихта 23-50, Предлагаемая к использованию для фьюминтования шлаков в качестве компонента углеродистой смеси теплоизоляционная шихта образуется после отработки в О печах графитации электродного производ- 00 ства смеси углеродистого материала и дре- () весных опил, а также иногда речного песка. QQ

В качестве исходных материалов для приго-! товления теппоизоляционнои шихты печеи графитации используют коксовую либо антрацитовую мелочи. пековый коксик и дру- ) чд гие.

В заявляемом способе переработки металлсодержащих шлаков, например. цинксодержащих шлаков свинцовой плавки в отличие от известного вместо дорогостоящего нефтекокса используют отработанную

1809838 теплоизоляционную шихту графитации, являющуюся отходами электродного производства, которую смешивают с углем в заданном соотношении, полученную смесь . измельчают и в виде пылевоздушной смеси подают на продувку шлака в одну стадию, Это в сравнении с прототипом снижает затраты на переработку как за счет использования более дешевого топлива восстановителя, так и за счет упрощения технологии пылеприготовления углеродистой смеси и продувки ею шлака.

Более высокие скорость отгонки и извлечения металла (цинка) в возгоны в заявляемом способе в сравнении с прототипом достигается за счет свойств отработанной . теплоизоляционной шихты графитации и ее содержания в углеродистой смеси с каменным углем.

Теплоизоляционная шихта графитации, каменный уголь (антрацитовая мелочь) и нефтекокс имеют практически равную реакционную способность в пределах 0,6-0,8 мл/с (по СО2), что в одинаковых условиях определяют их равную способность к газификации углерода, которая, согласно распространенной теории является лимитирующей стадией в процессе восстановления металлов, например, при фьюминговании шлаков: 30

С+ СО2 =- 2СО

Положительное же влияние теплоизоляционной шихты на фьюмингование шлаков согласуется с другой трактовкой этого процесса, по которой в ванне шлаковозго- 35 ночной печи протекает два самостоятельных процесса: — сгорание угольной пыли в области фурм до COz, что обеспечивает необходимую температуру шЛака. 40 — прямое восстановление шлака углеродом теплоизоляционной шихты:

ZnQ+ С= Zny+ СО

Предпочтительное сгорание до СО угольного компонента углеродистой смеси связа- 45 но с более низкой температурой его воспламенения (450-470 С против 600—

650 С у теплоизоляционной шихты).

Кроме того; повышение скорости отгонки и извлечение металла в заявляемом спо- 50 собе фьюмингования шлака в сравнении с известным обусловлено тем, что теплоизоляционная шихта графитации содержит кар- биды золообразующих минеральных примесей (кремния, алюминия, кальция, железа), которые обеспечивают прямое довосстановление металла из. его трудновосстановимых соединений главным образом, из ферритов.

МеО ЕегОз+ Я!С вЂ” Ме + 2РеО Я!Ор+ СО

MeO . Fe203 > СаС- Мег+ 2СаО Si02+ СО

Таким образом, количество теплоизоляционной шихты в углеродистой смеси должно быть не менее той ее части, углерод которой (свободный и связанный в карбиды) расходуется на прямое восстановление металлов (около 20 ).

Оптимальное содержание теплоизоляцион ной шихты в углеродистой смеси в пределах 23 — 50 зависит от зольности заявляемого компонента (или теплотворной способности его). Нижний предел содержаний распространяется на теплоизоляционную шихту повышенной зольности, выполняющей в процессе фьюмингования шлаков функцию восстановителя металлов.

Верхний же предел относится к шихтам пониженной зольности (близкой к зольности угля), выполняющим также частично и функцию топлива, Способ осуществляется следующим образом, Углеродистую смесь для переработки металлсодержащих шлаков фьюмингованием готовят путем объемного дозирования и смешения угля и теплоизоляционной шихты графитации. Соотношение угля и теплоизоляционной шихты в зависимости от ее зольности выдерживают в пределах (1 — 2):1, что соответствует содержанию теплоизоляционной шихты в углеродистой смеси в пределах 23 — 50, Большей зольности теплоизоля ционной шихты соответствует меньшее содержание ее в смеси.

Подготовленную таким образом смесь углеродистых компонентов измельчают и в виде пылевоздушной смеси, в т.ч. обогащенной техническим кислородом, подают в фурмы шлаковозгоночной печи, Продувку шлака пылевоздушной смесью проводят в одну стадию при температуре шлака 12001300 С. Режим по продолжительности одного цикла продувки устанавливают либо на заданную производительность шлаковозгоночной печи по переработке шлака, либо на заданное извлечение металла в возгоны, Отходящие газы шлэковозгоночной печи, имеющие температуру 1000 — 1100 С, используют для утилизации тепла в котлеутилизаторе и подогревателе технологического воздуха, которые затем после дополнительного охлаждения подсосом наружного воздуха направляют на улавливание возгонов в рукавных фильтрах.

Пример 1. Определение оптимального компонентного состава углеродистой смеси угля и теплоизоляционной шихты графитации.

1809838

На промышленной фьюминг-печи с садкой на 48 т проводили испытания по переработке шлаков шахтной свинцовой плавки следующего состава, /: цинк 15,5 — 15,7, медь 0,55-0,75. оксид кальция 10,2 — 22,3, 5 свинец 1,5 — 1,8, железо 22,3-23,8, диоксид кремния 22,4 — 26,0

Для приготовления углеродистой пылевоэдушной смеси на продувку шлака использовали антрацитовую мелочь "АСШ" и 10 малозольную теплоизоляционную шихту графитации со следующими характеристиками;

Антрацитовая мелочь

Насыпной вес 0,8 т/мэ, 0 — 7000 15 ккал/кг, С вЂ” 71, зольность 14,2, летучие

4,5 о .

Теплоизоляционная шихта графитации

Насыпной вес 0,65 .т/м, Q — 6800 ккал/кг, С вЂ” 75,5, зольность 17,1О/, лету- 20 чие 1,2 .

Углеродистую смесь. готовили путем обьемного дозирования и смешения антрацитовой мелочи и теплоиэоляционной шихты графитации в соотношении 1:О, 3;1, 3:2, 25

2:3 и 0:1, что соответствовало содержанию теплоизоляционной шихты в углеродистой смеси равному. /: О, 23, 35, 50 и 100, Расход подогретого (до 200 — 250 С) технологического воздуха обогащенного тех- 30 ническим кислородом до 30 по обьему, для подачи углеродистой пыли на продувку шлака выдерживали в среднем на уровне 23 тыс, нм /час.

Результаты промышленных испытаний, 35 приведенные в табл, 2, свидетельствуют; — при фьюминговании шлаков с постоянной продолжительностью (170 мин) одно-, го цикла продувки шлака углеродистыми пылевоздушными смесями удельная скоро- 40 сть отгонки и.величина извлечения цинка в возгоны выше, чем при фьюминговании на угле, либо на теплоизоляционной шихте графита ции, — оптимальное содержание теплоизоля- 45 ционной шихты графитации в углеродистой смеси для фьюмингования шлаков, составляет 23 — 50, а угля 50-77 . — при фьюминговании шлаков на углеродистой смеси оптимального состава в 50 сравнении с фьюмингованием на угле повышается средняя удельная скорость отгонки цинка на 25 — 51 г/мин, а извлечение цинка на 2,1 — 5,0о ; при замене угля теплоизоляционной 55 шихтой более чем на 50 снижение средней удельной скорости отгонки и извлечения цинка в возгоны связано со снижением температуры и увеличением вязкости шлака из-за большого количества вводимой золы, о чем свидетельствует увеличение выхода продутого шлака (с 90--94% до 104 / ) и величина извлечения в него кремневки.

Поэтому при фьюминговании шлаков использование теплоизоляционной LUMxTbl для замены части угля, которая в известном способе выполняет функцию топлива для поддержания необходимой температуры шлака (1200 — 1300 С) не эффективно.

Пример 2. Определение сравнительных показателей известного и заявляемого способов переработки металлсодержащих шлаков фьюмингованием, На промышленной фьюминг-печи с садкой 48 т проводили испытания по переработке шлаков шахтной свинцовой плавки, содержащих 16,1 — 16 3 цинка. Содержание других элементов в составе шлаков было в тех же пределах, что в примере 1.

При испытаниях по предлагаемому способу переработки шлаков углеродистую смесь для пылеприготовления готовили смешением антрацитовой мелочи и теплоизоляционной шихты графитации повышенной зольности (25,2%) при соотношении обьемов названных компонентов равном

3:1, что соответствовало соде ржанию шихты графитации в углеродистой смеси равному

25, Результаты сравнительных промышленных испытаний, приведенные в табл, 3, свидетельствуют, что предлагаемый спзсоб переработки шлаков фьюмингованием в сравнении с известным обеспечивает: — при равной продолжительности одного цикла продувки шлака (185 мин) повышение извлечения цинка в возгоны на 1,9 (с

85,3 /, до 87,2 ), а также удельной скорости отгонки его на 20 г/мин (с 735 г/мин до 755 гlмин), т,е. на 2,8 ; — при равном извлечении цинка в возгоны (85,35-85,4 ) снижение производительности одного цикла продувки (с 185 мин до

175 мин) и повышение тем самым удельной скорости отгонки цинка на 48 г/мин (на

6,5 ).

Более высокие показатели предлагаемого способа переработки с сравнении с известным достигаются за счет более интенсивной подачи углеродистого топлива с пылевоэдушной смесью на продувку шлака (59,2 — 64,4 ко/мин против 56,6 кг/мин), что было возможным благодаря более низкой температуре отходящих газов (1061-1073 С против 1250 С), Высокая же температура отходящих газов фьюминг-печи часто превышающая предельно-допустимую (800 С) для воздухоподогревателя в гаэоходном такте при фьюминговании шлаков известным способом связана с высоким соцержа1809838

Таблица 1

Характеристика угля (антрацита), нефтекокса и теплоизоляционнолй шихты графитации

Таблица 2

Показатели фьюмингования шлаков шахтной свинцовой плавки на углеродистой смеси угля и теплризоляционной шнхты графитации переменного состава при равной пордолжительности одного цикле продувки

Продол- Состав исходного

Состав и расход углеродистой смеси ние 5107 шлака шлака, инка жительн. цинка продувки. мин

SION Выход

S 107 уд.

Извл. в возгоны, Zn

Y ельный асхо

Содерж. Интенв продутый

На изв. леч. цинка т/т

К шлаку. тепл. шихты в скоротгон сив. подачи уг/ цинка, гlмин шлак. $ смеси. т, смеси кг/мнн

25.2

24.4

24,0

22.4

25.0

170

88

9l

94

104

3.5

3,1

2.7

25 3.6

763

776

705

80.0

82.1

84.2

85.0

76,0

29.1

28.9

29.5

28.3

31 7

102

106

112

118

1Э1

15.5

15.6

15,5

15.6

15,7

1. 75

1,7

1.65

1.6Э

1. 94

21.8

21.9

21.5

21,6

23.2

61,7

62.0

60. 7

61.0

65.4

23

100 нием а нефтекоксе летучего углерода. сгорающего в основном в газовом пространстве.

Предлагаемый способ переработки металлсодержащих шлаков фьюмингованием по сравнению с прототипом обеспечивает снижение затрат, главным образом, материальных на углеродистый восстановитель.

Формула изобретения

Способ фьюмингования металлсодержащих шлаков, преимущественно, шлаков свинцовой плавки, включающий продувку их пылевоздушной смесью, содержащей уголь и другой углеродсодержащий восстановитель, отличающийся тем, что, с целью повышения удельной скорости отгонки и извлечения металлов и снижения за5 трат, продувку проводят в одну стадию, причем в качестве углеродсодержащего вос-. становителя используют отработанную теплоизоляционную шихту печей графитации при следующем соотношении углеродистых

10 компонентов в смеси. мас. : уголь 50-77 отработанная шихта 23-50.

Выход и состав продуктого Показатели отгонки Иэвлече10

1809838

Таблица Э

Показатели фьюминговэнил шлака шахтной свинцовой плавки по известному и предлагаемому способам

Выход и состав п о .шлака, Оттенка цинка

Температура газов. С

ПроСпособ

Расход углерод. смеси понентный состав угледол.од о8. смес ль Н/к

Извл. е вазгоны

B воздухоподогВ к

Выход

Цинк ного . На вых(н цикла Ае из пеплооллц шлаку хты чи продув. мин

1095

752

Известный

1250

796

Среди.

87.0

1061

1073

732

744

93.8

93.0

Предлагаемый

Составитель Л.Кольцова

Редактор B,Tðóá÷åíêo Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор Н.Ревская

Ти аж Подписное

Заказ 1296

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/ 5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Стадии продув ки шлак

-36

68 32

21.8

22.8

22 4

По времени, кг/мин

56,6

59.2

6l 4

175

2,7

2.2

2.55 уд. ск. отгон. г/мин

78Э

85.3

87.2

85.4