Повышенное содержание меди в шлаке связано, как мы полагаем, не только с составом шлака, образующегося в циклонной камере, но в значительной степени с температурой и составом газовой фазы в от стойной части циклона. Избыточный кислород газовой фазы и кисло род подсосанного извне холодного воздуха (в случае повышенного раз режения в системе), частично окисляя двухвалентное железо первич ного шлака, изменяют его состав, причем появляющийся магнетит изменяет его физико-химические свойства и приводит в конечном сче те к ухудшению процесса разделения и отстаивания продуктов плавки.
По данным микроскопического анализа, медь в шлаках при плав ке с применением дутья, обогащенного кислородом, находится преиму щественно (на 90%) в тонкодисперсной металлической и частично в сульфидной формах, в то время как для шлаков от плавки на воздуш ном дутье характерно значительное присутствие сульфидной (30— 40 %) и окисленной форм.
Относительно высокий выход пыли в процессе плавки с примене нием кислорода объясняется усиленным сульфатообразованием в си стеме газоходов (табл. 24) и значительным переходом в шлам соедине ний натрия, оставшихся после нейтрализации раствора мокрого элек трофильтра.
Расчеты показали, что механический унос пыли без учета возго нов в процессе плавки с применением обогащенного кислородом дутья не превышает 4% от веса шихты. Анализ данных по распределению основных металлов показывает, что извлечение меди в штейн, состав ляющее 92,5%, сравнительно высокое, тем более, что при этом не учи тывается возврат в процесс меди, находящейся в пылях, а также меди, которая в нормальных условиях отстоя может быть дополнительно извлечена из шлака.
Рациональный анализ пылей показывает, что подавляющая часть меди (до 82%) и свинца (до 92%) в пылях газохода и коллектора за пыленного газа находится в форме сульфатов. Сульфатного цинка в этих же пылях около 56 %; остальное приходится главным образом на ферриты цинка.
Несмотря на то, что рациональный анализ шлама отсутствует, можно сделать вывод, что условия циклонной плавки с применением кислорода являются особо благоприятными для образования сульфа тов тяжелых металлов. Это подтверждается и сопоставлением кон центрации металлов и серной кислоты в растворах электрофильтров.
Так, концентрация свободной серной кислоты в рассматриваемом случае (214 г/л) почти в десять раз превосходит ее для случая плавки на воздушном дутье (25,4 г/л), а концентрация меди составила соот ветственно 17,86 и 10,19 г/л, цинка — 5,67 и 3,7 г/л, железа — 6,15 и 2,06 г/л.
общее
водорастворимое
9,14
0,14
Железо-
0,43
6,12
0,07
общий
сульфатный
окисленный
сульфидный
6,66
ферритный и др.
Свинец:
сульфидный
3,30
1,86
0,09
0,02
1,56
общий
сульфатный
окисленный
окисленная
сульфидная ферритная и др.
Цинк:
общая
сульфатная
18,39
14,16
1,52
0,18
2,55
металлов
Медь:
Пыль га зохода
Форма
содержания
Табшца 24
Рациональный анализ пылен, полученных в период плавки на дутье, обогащенной кислородом, %
Продукт плавки
7,5
0,61
0,12
0,44
6,53
5,78
1 Ь'Л
3,41
1,90
0,20
0,03
13,08
1,12
0,10
1,72
15,9
Пыль кол лектора грязного газа
Кадмий почти на 91,03% переходил в пыль, причем 48,94% его (от исходного в шихте) улавливалось также в мокрых электрофильт рах. Общее извлечение рения в пыль составило 73,54%.
Рассматривая возможность дальнейшего улучшения отгон ки металлов в газовую фазу и пыль следует отметить, что наи лучших показателей в циклон ном процессе можно достичь как совершенствованием регулирова ния соотношения топливо — шихта — воздух, так и устране нием подсосов холодного возду ха в отстойнике с осуществлени ем ряда мероприятий конструк тивного порядка.
Общий характер распреде ления ценных элементов в слу чае применения кислорода из меняется незначительно по срав нению с распределением их при циклонной плавке на воздуш ном дутье.
Результаты, полученные при переработке балхашских медных шихт на полупромыш ленной циклонной установке ВНИИЦветмета, показали, что применение дутья, обогащенного кислородом обеспечивает более устойчивую работу циклонной установки. Удельная производи тельность, отнесенная к объему циклонной камеры, достигает
77,5 т/м3-сутки, а отнесенная к лещади отстойника — 8,6 т/м2-сутки. Соблюдение оптимальных параметров процесса — состава газовой
фазы при заданном соотношении топливо — шихта — воздушно-кисло родная смесь — необходимое условие для снижения потерь металлов со шлаками и получения требуемого состава штейна.
При циклонной плавке с применением кислорода достигается комплексное и сравнительно высокое извлечение ценных компонентов, в том числе редких и рассеянных элементов, в газовую фазу. Большая часть пылей может быть переработана самостоятельно с наиболее пол
ным извлечением из них меди, свинца, цинка и редких металлов; при этом общее извлечение меди в конечный продукт — черновую медь — повысится до 98 %.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИКЛОННОЙ ПЛАВКИ МЕДНЫХ ШИХТ БГМК С РАЗДЕЛЬНЫМ ВЫВОДОМ ПРОДУКТОВ ПЛАВКИ
Комплекс проведенных работ позволил наметить пути усовершен ствования процесса циклонной плавки. С целью исключения обратных реакций, которые могут происходить между газовой фазой и распла вом в условиях высоких температур отстойной камеры была усовер шенствована технология циклонной плавки за счет раздельного выво да газов и расплава. Циклонная установка ВНИИЦветмета была ре конструирована таким образом, чтобы газы, выходящие из циклонной камеры (диаметр циклона 0,4 м ; 0,65 м), направлялись непосредствен но в газоход, а расплав через водоохлаждаемый порог стекал в электрообогреваемый отстойник.
Главной особенностью новой конструкции явилось то, что циклон ная камера А устанавливается над специальной камерой разделе ния Б. Перегретый расплав, попадая из циклона на порог разделитель ной камеры, не задерживаясь стекает в прилегающий электрообогреваемый отстойник Д, из которого по мере накопления и отстаивания периодически выпускаются штейн и шлак.
Газы с содержащимися в них парами летучих металлов и их сое динений, выходя из циклона с температурой 1450—1500°, сразу же направляются в газоход Г, расположенный в противоположной от электрообогреваемого отстойника стороне, и затем — в систему пыле улавливания. Отстойник представляет собой электропечь для поддер жания заданной температуры расплава, а в случае необходимости он использовался как агрегат для глубокого обезмеживания шлака. На этой установке в комбинации с электрообогреваемым отстойником проводились балансовые опыты на подогретом воздухе, обогащенном до 30% кислородом, и на техническом кислороде [18].
Основные технологические показатели опытов на вышеуказанной установке приведены в таблице 25.
Плавка с раздельным выводом газов и продуктов плавки на дутье, подогретом до 450—500°, позволила получить отвальные шлаки, со держащие 0,29 % меди, при штейне, содержащем 40 % меди. При пере ходе на дутье, обогащенное до 30% кислородом, производительность циклонной камеры возросла до 1800 кг/час, а концентрация сернисто го ангидрида повысилась до 9,1% при содержании в газовой фазе 0,5—0,8% свободного кислорода.
Как в случае работы нй воздушном дутье, так и на дутье, обога щенном кислородом, в пылегазовую фазу было извлечено 72—75% свинца, 58—55% цинка и 95—97% рения. Пылеунос составил 2,5— 3,1 % от веса шихты.
|
|
|
|
Таблица 25 |
Технологические показатели плавки медных шихт БГМК |
с раздельным выводом продуктов плавки |
|
|
|
|
Плавка на |
Плавка на |
Показатель |
|
Плавка на дутье, обо |
техничес |
|
воздуш |
гащенном |
ком кисло |
|
|
ном дутье |
до 30 ?о |
роде |
|
|
|
кислородом |
|
|
|
|
Производительность |
установки, |
26,0 |
40,0 |
44,5 |
т.'сутки |
|
Размеры циклонов, м: |
|
0,65 |
0,65 |
0,4 |
диаметр |
|
высота |
|
0,95 |
0,95 |
0,7 |
Удельная производительность, от |
|
|
|
несенная к объему циклонной ка- |
79 |
110 |
400 |
меры, т/м*-сутки или т/м3-час |
Расход условного топлива, % |
3,25 |
4,58 |
16,6 |
22,5 |
18,0 |
— |
Расход кислорода шихты, м3/т |
— |
100 |
150-180 |
Содержание меди, %: |
|
50,0 |
50,4 |
36,4 |
в штейне |
|
в шлаке |
сернистом |
0,29 |
0,58 |
0,34 |
Содержание в газах |
2,8 |
9,1 |
35-40 |
ангидрида, % |
|
Однако, как видно из таблицы 25, содержание меди в шлаках при переходе на обогащенное кислородное дутье, возросло на 0,58%. Это вызвано недостаточным временем отстаивания расплава (вследствие малого объема отстойника, запроектированного на предельную произ водительность циклонной камеры при работе лишь на воздушном дутье). При дополнительной выдержке расплава в отстойнике в течение одного часа содержание меди снйЖйлось с 0,58 до 0,3%.
Таким образом, при переработке шихты с раздельным выводом продуктов плавки с применением Дуткя, обогащенного кислородом, и технического кислорода резко повышается производительность цикло на, что позволяет в последнем случае йести плавку автогенно, т. е. без применения углеродистого топлива.
Положительным моментом при йтом является также получение сравнительно небольшого объема гайой с высоким содержанием сер нистого ангидрида. Тем не менее полученные по распределению цинка
и свинца данные оказались несколько худшими, чем те, что были по лучены при применении воздушного дутья.
В общей сложности на циклонных установках с раздельным вы водом газов и электрообогреваемым отстойником было переработано более 1500 тбалхашской шихты. Это позволило отработать конструк цию полупромышленного агрегата, которая может служить прототи пом опытно-промышленной циклонной установки, выявить оптималь ные параметры в случае применения воздушного дутья, дутья, обога щенного кислородом, и на техническом кислороде, более детально изу чить распределение металлов. Конструктивное оформление установки было положено в основу разрабатываемого в настоящее время кисло- родно-взвешенно-циклонно-электротермического агрегата и процесса (КИВЦЭТ) для переработки медно-цинковых концентратов [19].
ЦИКЛОННАЯ ПЛАВКА МЕДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ НА ЧЕРНОВУЮ МЕДЬ
В последнее время в развитии пирометаллургических способов пе реработки медных концентратов наблюдается тенденция разработки и внедрения процессов прямого или непрерывного получения черновой меди путем совмещения таких операций, как обжиг, плавка, конверти рование и обеднение шлаков в одном металлургическом агрегате. Из разрабатываемых процессов прямого получения меди необходимо от метить следующие: процесс Уоркера, предложенный и испытываемый в Австралии, непрерывный процесс, испытываемый фирмой «Норанда Майнз» в Канаде, и различные варианты прямого получения меди, предложенные в Японии, ФРГ, США и Англии [20].
В Советском Союзе разрабатываются и испытываются процессы плавки сульфидных медь- и никельсодержащих концентратов в по груженном факеле и в жидкой ванне [21—24].
На основании результатов испытаний по циклононй плавке мед ных концентратов на штейн с 1961 г. в АН КазССР были начаты ис следования по плавке богатых медью сульфидных концентратов на черновую медь. Опытные плавки проводились на стендовой циклонной установке АН КазССР производительностью 250—300 кг/час шихты
[25].При этом прямое извлечение меди в черновую медь колебалось
впределах 48,03—78,60%, а содержание меди в шлаках — 6,47—
7,5%, что соответствовало потерям меди со шлаком порядка 12,87— 18,51%. Потери меди с пылями находились в пределах 4,32—11,18%. Таким образом, по распределению основного металла — меди — в про дуктах опытных плавок результаты испытаний нельзя было признать удовлетворительными, что обусловлено некоторыми конструктивными недостатками опытной установки.
зхо