Способ дефосфорации карбонатных марганцевых концентратов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик («308867 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 220780 (21) 2962262/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 2802,82. Бюллетень ¹ 8 иц м.кп.

С 22 В 1/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 669. 168. 3 (088.8) Дата опубликования описания 28.02, 82

A . Г. Кучер, М. И. Гасик, Г. Д. Ткач, Л. В. Камкина, А.М.Кучер и М.В.Райгородецкий

Днепропетровский ордена Трудового Красного йамени металлургический институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ДЕФОСФОРАЦИИ КАРБОНАТНЫХ

МАРГАНЦЕВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к подготовке марганцевых концентратов к металлургическому переделу, и может быть

Использовано для выплавки марганцевых ферросплавов.

Известен электрометаллургический способ дефосфорации марганцевых концентратов, включающий восстановление фосфора из расплавленного шлака углеродом рудного расплава. Продуктами плавки являются бесфосфористый или низкофосфористый шлак и высокофосфористый металл. Низкофосфористый шлак подшихтовывают к концентрату 7 или tl сорта и выплавляют ферросплав (1).

Существенные недостатки данного способа — дороговизна (80 руб./т), высокий удельный расход электроэнергии (900 кВт ч/т) и большие потери марганца (15-17Ъ) .

Наиболее близок к предлагаемому способ дефосфорации марганцевых концентратов, заключающийся в смешивании марганцевого концентрата c углеродистым восстановителем, нагреве шихты до температуры размягчения

1150-1210 С и продувке при этой температуре через слой размягченной шихты в течение 8-12 мин водяного пара при расходе воды 25-30 кг на тонну шихты и при количестве восстановителя в шихте 15-20Ъ от веса марганцевого концентрата. Сущность способа заключается в интенсификации процесса восстановления фосфора углеродистым восстановителем присутствием водяного пара (2), Недостаток указанного способа заключается в значительном непроизводительном расходовании углеродистого восстановителя, обусловленном его угаром при благоприятных для протекания этого процесса температурах обжига концентрата (1150-1210оС) и дополнительным расходом топлива на компенсацию охлаждения печи за счет большого расхода водяного пара. Ведение процесса обжига при температурах размягчения шихты 1150-1210 С совместно с продувкой водяным паром приводит к значительному настылеобразованяю в результате канального хода водяного пара. Снижается также содержание марганца в обесфосфоренном продукте, так как содержащаяся в большом количестве вводимого в шихту углеродистого восстановителя зола полностью переходит в продукт.

908867

Зто приводит к увеличению кратности шлака, повышенному расходу электроэнергии, снижению производительности электропечи и дополнительным потерям марганца с.отнальным шлаком при последующей ныплавке из него мар- 5 ганцевых ферросплавов.

Цель изобретения — повышение качества марганцевых карбонатных концентратов, увеличение производительности обжиговых агрегатон путем снижения расхода дефицитного углеродистого восстановителя и улучшение технико-зкономических показателей при выплавке марганцевых ферроспланов в электропечах. t5

Поставленная цель достигается тем„что н способе, включающем смешение карбонатного марганцевого концентрата с углеродистым восстановителем, нагрев шихты и продувку водя- 20 ным паром, концентрат смешивают с восстановителем в количестве 5-103 от веса концентрата, нагрев ведут н интервале температур 950-1050ОC и дополнительно производят продувку природным газом при соотношении природного газа к водяному пару (1833):1 при расходах природного газа

3-4 м на 1 т загружаемой шихты.

Повышение качества карбонатных марганцевых концентратов достигается снижением содержания фосфора за счет интенсификации процесса его восстановления твердым углеродистым восстановителем н условиях продувки смесью природного газа и водяного пара. Интенсификация процесса восстановления фосфора происходит н результате применения более активных восстановителей (высокоактивный углерод от крекинга метана), создания 40 высокого восстановительного потенциала газовой фазы и окисления восстановленного фосфора за счет водяных паров в присутствии углерода.

Восстановление фосфата кальция 45 возможно окисью углерода, водородом, твердым углеродом и металлом.

Восстановление фосфата кальция окисью углерода сопровождается образованием элементарного Фосфора. Равновесные газовые Фазы характеризуют ся относительно небольшими концентрациями СО> и Р 1, т.е. восстановление фосфата с помощью окиси углерода не осуществляется с приемлемыми техническими показателями даже при высоких температурах, Заметное восстановление фосфата кальция окисью углерода отмечается при температурах 1250-1300 С, а водородом — начиная с 1150 С.

Твердый углерод в термодинамическом отношении является лучшим восстановителем, чем окись углерода и водород.. Восстановление Фосфата углеродом начинается с температуры ниже f050 Ñ. С ростом температуры скорость носстановления возрастает, достигая при 1100 С 4,5Ъ за час.

Восстановление фосфата облегчается н. присутствии шлакующих примесей за счет снязынания окиси кальция в силикаты.

Особенно успешно восстановление фосфата кальция происходит углеводородами. Так, при 1200 С удаляется до 90% фосфора, при этом в газовую фазу переходит практически весь водород метана, а носстанонление осуществляется высокоактивньм углеродом от крекинга метана, происходящего по реакции СН4 C+2H при

900 С. Причем до оплавления фосфата (1250oC) восстановление идет преимущестненно углеродом, а при более высоких температурах, когда образуется расплав фосфатов, — водородом.

В последнем случае восстановление протекает с меньшей скоростью, чем при восстановлении металлургическим коксиком.

Известно также, что прямое восстановление Фосфата осуществляется с помощью окиси углерода в дне стадии

Са9Р Оз+5СО = 3CaO+P9+5CO

С+СО = 2СО

Са Р ОЗ+5С = ЗСаО+Р +5СО

При эт ом медле н ным э т апом я вляе т— ся регенерация окиси углерода по реакции С+СО =2СО. Скорость регенерации СО несыта чувствительна к активности угля и увеличивается с ростом последней. Применение высоко" активного углерода от крекинга метана ускоряет регенерацию СО, т.е. Медленный этап процесса, лимитирующий интенсивность всего взаимодействия в целом.

Поэтому в качестве газообразного восстановителя при обжиге .карбонатных марганцевьм концентратов выбирают метан, поскольку при его крекинге образуется высокоактивный углерод, ускоряющий процесс восстановления фосфата. Интенсификации процесса способствует также и присутствие в шихте кремнезема, который образует с СаО в присутствии углерода силикаты и тем самым сдвигает равновесие реакции вправо, в сторону образования Р1.

Выделяющиеся при восстановлении фосфата пары фосфора способны при температурах более холодных частей печи (670-870 К) окисляться в присутствии паров воды и твердого углерода до PgO, что выводит один из продуктов реакции из зоны реакции, способствуя повышению скорости восстановления фосфора.

908867

Наличие водяных паров и взаимодейстние их с углеродом. кокса по реакции Н 1О С +С %= H повы шает восстановительный потенциал печи. Рост температуры увеличивает скорость реакции и один объем водяного пара быстрее превращается в два объема идеального водяного газа. Высокий восстановительный потенциал печи предотвращает вторичное окисление образовавшегося при восстановительном обжиге концентрата манганоэита до высших окислов марганца.

Снижение расхода углеродистого восстановителя обеспечивается вводом в шихту значительно меньшего количества кокса (5-10% кокса по предлагаемому способу вместо 15-20% по известному) и применением более низких температур, снижающих угар восстановителя.

Ввод углеродистого восстановителя н количестве меньше 5% не обеспечивает рост скорости процесса восстановления за счет окисления паров фосфора и вывода одного из продуктов реакции из зоны реакции. При количестве углеродистого восстановителя

10% вследствие меньшего насыпного веса коксика увеличивается разобщение восстановителя, фосфата и кремнезема друг относительно друга, скорость восстановления фосфата уменьшается и снижается также производительность обжигоной печи вследствие меньшей загрузки ее концентратом. Большое количество восстановителя вносит в готовый обожженный продукт и большое количество золы, значительно снижая и качество последнего. Ввод восстановителя в количестве 7,5% от веса концентрата дает высокие степени дефосфорации.

Предлагаемый температурный интервал нагрева ныбран исходя из того, что при температурах меньше 900 С не происходит крекинг метана и не появляется нысокоактинный углерод, способствующий значительной интенсификации процесса. При температуре больше 1050ОС шихта начинает размяг-. чаться, что способствует неравномерной продувке слоя шихты, ноэникнонению канального хода газа и настылеобразонания и снижению степени дефосфорации концентрата.

Выбранный расход природного газа обусловлен целями достижения более высокой степени восстановления фосфора при экономии природного газа.

При малых расходах газа (меньше 3 м на 1 т загружаемой шихты) не образуется и достаточной степени высокоактивного углерода, способствующего интенсификации процесса восстановления фосфата. Большие расходы природного газа (больше 4 м ) приводят к образованию значительного количества мелкодисперсного сажис5

t0

ЬО

65 того углерода, который забивает газовые тракты, способствуя неритмичной работе обжиговой печи, и снижает интенсифицирующее действие кремнезема шихты на восстановление фосфата вследствие увеличения разобщения восстановителя, кремнезема и фосфата друг относительно друга.

При выборе расходов водяного пара ориентиронались на способность водяных паров в присутствии твердого углерода окислять пары фосфора в более холодных частях обжиговой печи до Р О, а также возможность охлаждения нагретой шихты за счет большого количества вдуваемого водяного пара. При незначительных расходах водяного пара (меньше 0,12 м ) не обеспечивается достаточный отвод продукта реакции — фосфора иэ зоны реакции за счет окисления его до

Р 1О и, кроме того, уменьшается объем идеального водяного газа, образующегося при реакции К О+С=Н +СО и способствующего созданию высокого восстановительного потенциала газовой фазы, препятствующего окислению манганозита до нысших окислов марганца.

Большие расходы водяного пара (больше 0,16 м9) приводят к охлаждению нагретой шихты и для стабилизации температурного режима требуются дополнительные расходы углеродистого восстановителя и, как следствие, снижается производительность печи, степень дефосфорации марганценого концентрата и качество карбонатного концентрата.

При соотношении природного газа и нодяного пара менее 18:1 скорость восстановления фосфора снижается эа счет уменьшения количества высокоактивного углерода. При соотношении, превышающем 33:l,уменьшается гаэопроницаемость шихты вследствие большого количества сажистого углерода.

Пример. Карбонатный марганцевый концентрат состава, Мп 26,3

P 0,214; S100 11,15; СаО 12,65>

М .О 2,41; п.rt.ï, 32,1 Р/Мп=

=0,00813 нагревают в трубчатой вращающейся печи и при 1000 С продувают слой материалов природным газом и водяным паром. Расход природного газа составля т 3,5 м, а водяного пара — 0,14 м на 1 т загружаемой шихты. Количество углеродистого восстановителя в шихте — 7,5% от веса концентрата. После охлаждения обожженный продукт имеет состав, %s

Нп 42,44 у S10g 15,2у СаО 17,7)

Р 0,21; Р/Mn=0 0494 °

Степень дефосфорации по предлагаемому способу составляет 39,24 %.

Для сравнения в .той же печи обжигают карбонатный марганцевый концентрат того же . исходного состава и смеси с носстановителем в количестве 20% от веса концентрата, 908867 1ереэ слой шихты при температуре размягчения 1180 С продувают водяной пар. Расход водяного пара 27,5 кг на тонну ыихты (39,5 м на 1 т). Полученный после обработки продукт имеет состав, Ъ: Мп 38,8; S10 14,6;

СаО 16,8; P 0,22; Р/Мп=0,00567.

При количестве восстановителя в шихте 7,5Ъ от веса концентрата обжигают при 1000 С марганцевый концентрат, Расход водяного пара составляет 0,14 м на тонну загружаемой шихты, а расход природного газа меняют по ступеням 0,5у 1; Эр 3,5 4 и 6 м на тонну загружаемой шихты.

Количество водяного пара, подаваемого в смеси с природным газом при (р расходе последнего 3,5 м5 на тонну загружаемой шихты, изменяется от

0,4 до 0,12; 0,14; 0,16у 0,5; 1,5 м9 на тонну шихты. Температура обжига

1000 С.

В таблице приведены значения степеней дефосфорации в зависимости от значений расхода природного газа, водяного пара, количества углеродистого восстановителя, соотношения природного газа к водяному пару.

Степень дефосфорации составляет

30r263 °

При 1000 С производят обжиг карбонатного марганцевого концентрата того же исходного состава в присутствии природного газа и водяногоо пара при расходе газа 3,5 м и водяного пара 0,14 м3 на тонну загружаемой шихты. Количество углеродистого восстановителя меняют по ступеням

2,5у 5у 7,5у 10 и 14% от веса концентрата, Расход природ ного газа, м /т

Степень дефосфорации, Ъ

Степень дефосфорации, Ъ

Природный газ водяной пар

Расход водяного пара,M9/т

Степень дефосфорации, Ъ

Степень дефосфорации, Ъ

Количество углерода, ;- от веса концентрата

Известный

28,4

29гЭ

15,0

39,5

30,2

17,5

30,2

28,7

26,3

20,0

Предлагаемый

36,5

36,3

l6:1

37 3

38,8

39,2

0,5

Э1,2

35 6

0,4

2,5

38,1

37,4

18й1

0,12

0,14

0,16

5,0

1,0

39,2

38, 7

37,5

39,2

25:1

38,3

7,5

3,0

38,4

37,3

34,6

33:1

3,5

39,2

10,0

4,0

12,0

34,3

35:1

37,8

0,5

35,6

6,0

36,3

1,5 марганцевого концентрата от темпер.— туры и условий обжига концентрата.

Кривая 1 — обжиг концентрата по предлагаемому способу. Повышение температуры до 1100-1200 С снижает степень дефосфорации концентрата. бо Максимальная степень дефосфорации достигается при 1050 С.

В условиях паротермической обработки шихты степень дефосфорации значительно снижается (кривая 2 5 известный способ),максимальная стеИэ данных таблицы следует, что высокие значения степеней дефосфорации по предлагаемому способу достигаются при расходе природного газа

3-4 м9 и водяного пара 0,12-0,16 м9 на тонну загружаемой шихты, количестве восстановителя в шихте 5-10% от веса концентрата и соотношении природного газа к водяному пару (18-33): 1.

На чертеже дан график зависимости степени дефосфорации карбонатного

908867

Формула изобретения доо 6700 Иоо

Составитель П.Шашенков

Редактор Л.Пчелинская Техред И.Гайду Корректор M-KocTa

Заказ 757/31 Тираж 657 Подписное

ВНИИ11И Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

Филиал tlTttl Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 пень дефосфорации отмечается при

1 180О С, даль н ейшее повыше н ие температуры обработки не оказывает влияния на увеличение степени дефосфорации.

Следует отметить, что содержание марганца в конечном продукте, полученном по известному способу на

3,64Ъ ниже, чем по предлагаемому.

Предлагаемый способ дефосфорации карбонатных марганцевых руд путем продувки через слой:шихты природного газа и водяного пара обеспечивает по сравнению с известным снижение расхода дефицитного углеродистого восстановителя в 3 раза и повышение содержания марганца в обожженном продукте на 3,643.

Способ дефосфорации карбонатных марганцевых концентратов, включаюций смешивание концентратов с углеродистым восстановителем, нагрев шихты, продувку водяным паром, о т л и ч,а. ю ш и и с я тем, что, с целью интенсификации процесса дефосфорации, повышения качества марганцевого кон- центрата, увеличения производительности обжиговых агрегатов путем снижения расхода дефицитного углеродистого восстановителя и улучшения технико-экономических показателей при выплавке марганцевых ферросплавов в электропечах, карбонатный марганцевый концентрат смешивают с 5-10% углеродистого восстановителя, нагрев ведут в интервале температур

950-1050 С и дополнительно -производят продувку природным газом при соотношении природного газа к водяному пару (18-33):1 и расходе природного газа 3-4 м на 1 т загружаемой шихты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Хитрик С.И., Гасик М.И., Кучер А.Г. Электрометаллургия марганцевых сплавов. Киев, Техника, 1971, с. 62-64 °

2. Авторское свидетельство СССР

25 Р 514027- кл. С 22 В 1/00, 1976.