СПОСОБ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ИЗ СОДЕРЖАЩЕГО МЕТАЛЛ ШЛАКА, А ТАКЖЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА
METHOD FOR EXTRACTING METAL FROM METAL-BEARING SLAG AND A DEVICE FOR EXTRACTING METAL

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу для извлечения металла из содержащего металл шлака, а также к устройству для извлечения металла.
Уровень техники
Общеизвестно извлечение металлов из шлаков, которые содержат соответствующий металл. Для этого шлаки переводятся в жидкое состояние и нагреваются в, по меньшей мере, одной электродуговой печи.
Например, при выплавке медных концентратов образовываются медный штейн и шлак. Образованный шлак содержит медь как в растворенном виде, так и в виде превращенных механически включений штейна. Для очистки шлака или для извлечения меди из шлака имеются два основных способа, а именно флотация шлака после резкого охлаждения, измельчения и размалывания шлака и пирометаллургическое восстановление жидкого шлака.
Для пирометаллургической очистки шлака или для извлечения металла, соответственно меди, из шлака известны, по меньшей мере, три различных способа, а именно:
1. в электродуговой печи переменного тока посредством восстановления с коксом и электродами, посредством подогрева шлака и седиментации,
2. в горизонтальных цилиндрических вращающихся печах посредством вдувания восстанавливающего вещества, например в печи очистки шлаков по способу Тенинте (Teniente),
3. в вертикальном конверторе с вдуванием восстанавливающего вещества, например в конверторе TBRC (Top-blown rotary converter) или при помощи процесса Isasmelt.
В этой связи в WO 2006/131372 A1 предлагается предусматривать первую печь и вторую печь, причем первая печь выполнена в виде электрической печи переменного тока, а вторая печь выполнена в виде печи постоянного тока. В печи постоянного тока расплав перемешивается за счет электромагнитного поля, что достигается посредством, по меньшей мере, одного электромагнита, который расположен на боковых областях печи постоянного тока. Силовые линии магнитного поля находятся под прямым углом к направлению тока электродов печи постоянного тока, по меньшей мере, по отношению к некоторым из токопроводящих элементов. Соответственно возникает сила Лоренца, которая вызывает электромагнитный эффект перемешивания.
Согласно этому уровню техники предлагается соответственно двухступенчатое восстановление шлака и извлечение меди в двух электродуговых печах. Электродуговая печь переменного тока, которая выполнена в виде первой печи, служит для предварительного восстановления шлака и для оседания медного штейна, причем восстановительная печь постоянного тока с желобом осуществляет глубокое восстановление шлака и извлечение включений при электромагнитном перемешивании.
В WO 2006/131371 A1 описан способ для восстановления и/или очистки содержащего металл шлака.
Указанные способы и устройства уже обеспечивают очень высокий выход выделяемого металла, в частности меди. В частности содержащийся в шлаке металл хорошо извлекается.
Сущность изобретения
Тем не менее, задача данного изобретения обеспечить еще более эффективное извлечение металла из содержащего металл шлака.
Эта задача решается с помощью способа с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления проистекают из зависимых пунктов формулы изобретения.
В соответствии со способом для извлечения металла из содержащего металл шлака содержащий металл шлак нагревается в, по меньшей мере, одном реакторе с перемешиванием, и жидкий шлак перемешивается в реакторе с перемешиванием при помощи направленного соответствующим образом магнитного поля. Согласно изобретению шлак перемешивается периодически.
Оказалось, что выход или обеднение металлом в шлаке может значительно улучшаться, если шлак перемешивается при помощи электромагнитного перемешивания только периодически, и соответственно не происходит непрерывного перемешивания жидкого шлака. В частности посредством периодического перемешивания, то есть, например, посредством пульсирующего перемешивания и/или посредством изменения направления перемешивания, достигается значительно более импульсивное протекание шлака в области электродов. Вследствие этого достигается усиленная коагуляция и соответственно более позднее осаждение частиц, благодаря чему может дополнительно повышаться эффективность обеднения металлом. Благодаря периодическому перемешиванию возникает импульсное воздействие на жидкий шлак, которое вызывает упомянутые выше эффекты.
Соответственно благодаря периодическому перемешиванию шлака достигается улучшенная коагуляция частиц и тем самым как следствие улучшение осаждения.
Предпочтительно магнитное поле для периодического перемешивания шлака периодически включается и выключается. В наиболее предпочтительном исполнении способа магнитное поле включается и затем снова отключается в периоде от 5 секунд до 5 минут, предпочтительно между 10 секундами и 3 минутами, более предпочтительно между 50 секундами и 1,5 минутами, наиболее предпочтительно каждую минуту. При этом продолжительность включения может быть точно такой же, как и продолжительность отключения. Однако эти продолжительности могут быть также различными, и продолжительность включения может быть больше, чем продолжительность отключения, и предпочтительно продолжительность включения составляет 1 минуту, а продолжительность отключения - 10 секунд.
По меньшей мере, благодаря включению и выключению или изменению полярности магнитного поля устройства перемешивания, например, каждую минуту, может достигаться то, что коагуляция частиц улучшается, и тем самым соответствующие частицы осаждаются позднее, и вследствие этого выход осажденного металла из шлака повышается еще более значительно по сравнению с известными способами.
В предпочтительном усовершенствовании или альтернативе магнитное поле для перемешивания шлака периодически меняет свою полярность. Изменение полярности магнитного поля может осуществляться от каждых 5 секунд до 5 минут, предпочтительно от каждых 10 секунд до 3 минут, более предпочтительно от каждых 50 секунд до 1,5 минут, наиболее предпочтительно каждую минуту. Предпочтительно периоды работы в соответствующем направлении магнитного поля являются одинаковыми. Однако могут также использоваться различные по продолжительности периоды.
В предпочтительном усовершенствовании между соответствующими изменениями полярности магнитного поля выдерживается пауза, предпочтительно пауза от 5 секунд до 5 минут, предпочтительно между 10 секундами и 3 минутами, более предпочтительно между 50 секундами и 1,5 минутами, наиболее предпочтительно в 10 секунд.
Благодаря изменению полярности магнитного поля может также достигаться более импульсивное распределение скоростей частиц в расплаве и вследствие этого предпочтительный ход коагуляции и более позднее осаждение частиц, что приводит к большему выходу или обеднению металлом в шлаке.
Предпочтительно шлак нагревается в реакторе с перемешиванием, который выполнен в виде руднотермической (восстановительной) печи с переменным магнитным полем, предпочтительно в виде электрической печи постоянного тока, наиболее предпочтительно в виде реактора с транспортировкой желобом или ковшом или в виде печи переменного тока, предпочтительно с низкочастотным магнитным полем переменной полярности.
Устройство для извлечения металла из содержащего металл шлака с признаками пункта 11 формулы изобретения также решает поставленную выше задачу. Предпочтительные варианты осуществления проистекают из зависимых пунктов формулы изобретения.
Устройство для извлечения металла из содержащего металл шлака включает в себя реактор с перемешиванием для нагрева содержащего металл шлака и электромагнит для создания магнитного поля таким образом, что жидкий шлак перемешивается. Согласно изобретению предусмотрено коммутационное устройство для периодического режима работы электромагнита.
При помощи коммутационного устройства для периодического режима работы могут достигаться описанные уже выше предпочтительные эффекты, если шлак перемешивается периодически. В частности таким образом можно достигать улучшенного обеднения металлом в шлаке.
Коммутационное устройство для периодического режима работы может быть выполнено в виде переключателя и/или в виде реле времени (таймера) для электромагнита. Таким образом, получается простая конструкция устройства, которая позволяет простое дооснащение уже существующих установок, так как должно модифицироваться только управление подводом тока.
Для того чтобы достигать эффективного перемешивания шлака, электромагнит предпочтительно расположен таким образом, что магнитное поле имеет составляющие перпендикулярно к полю постоянного тока электрической печи постоянного тока, причем магнитное поле предпочтительно направлено полностью перпендикулярно к полю постоянного тока.
Предпочтительно реактор с перемешиванием выполнен в виде восстановительной печи с переменным магнитным полем, предпочтительно в виде электрической печи постоянного тока, наиболее предпочтительно в виде реактора с перемешиванием с транспортировкой желобом или ковшом или выполнен в виде печи переменного тока, предпочтительно с низкочастотным магнитным полем переменной полярности.
Краткое описание фигур
Предпочтительные дальнейшие варианты осуществления и аспекты данного изобретения разъясняются более подробно посредством последующего описания фигур.
Фиг. 1 схематично показывает электродуговую печь переменного тока с последовательно присоединенным реактором с перемешиванием,
фиг. 2 показывает вид спереди в разрезе реактора с перемешиванием,
фиг. 3 схематично показывает имитацию распределения скоростей частиц в реакторе с перемешиванием при периодическом перемешивании шлака и
фиг. 4 схематично показывает имитацию распределения скоростей частиц в обычном реакторе с электромагнитным перемешиванием.
Подробное описание предпочтительных примеров осуществления
В дальнейшем при помощи фигур описываются предпочтительные примеры осуществления. При этом одинаковые, аналогичные или действующие аналогичным образом элементы обозначаются на различных фигурах идентичными ссылочными позициями, а повторное описание этих элементов частично опускается, для того чтобы избегать избыточности в описании.
На фиг. 1 в качестве примера плавильной печи можно увидеть первую печь в виде печи 1 переменного тока, которая имеет два электрода 9 и 10, например, в виде графитовых электродов. Электроды 9, 10 подключены к источнику 11 питания переменного тока. Печь 1 переменного тока служит для того, чтобы переводить в жидкое состояние шлак, который содержит извлекаемый металл. Предварительно присоединенная плавильная печь может выполняться в различных осуществлениях и может быть выполнена, например, в виде печи постоянного тока или в виде печи переменного тока и может выполняться с от 1 до 6 электродами или даже содержать до 9 электродов.
Подготовленный соответствующим образом в печи 1 переменного тока расплав из металлургического шлака вводится по плавильному желобу 8 во вторую печь. Вторая печь выполнена в виде печи 2 постоянного тока. В качестве альтернативы для плавильного желоба 8 может также использоваться транспортировка ковшом.
В печи 2 постоянного тока находятся два электрода 4 и 5, которые соединены с источником 12 питания постоянного тока при помощи контактных электродов, например графитовых контактных электродов. Электрод 4 является слоем кокса, который служит в качестве анода. Электрод 5 выполнен в виде пластинообразного металлического электрода и в качестве катода. Верхний, расположенный горизонтально электрод 4 соединен с положительным полюсом источника 12 питания постоянного тока и соответственно служит в качестве анода. Нижний, расположенный также горизонтально электрод 5 соединен при помощи подового электрода с отрицательным полюсом источника 12 питания постоянного тока и соответственно служит в качестве катода печи 2 постоянного тока. В качестве варианта печь постоянного тока может также иметь расположенные наоборот полюса.
Металл извлекается из жидкого шлака соответственно при помощи электролитического процесса.
Как следует из фиг. 2, которая является схематичным изображением в разрезе показанной на фиг. 1 печи 2 постоянного тока, снова предусмотрены пластинообразные электроды 4, 5, которые соответственно подключены к источнику 12 питания.
Кроме того, по бокам вдоль печи с желобом выполнены электрические обмотки, которые намотаны вокруг металлических сердечников 3 и соответственно образовывают электромагниты 13 и 14. Так как созданное электромагнитами 13 и 14 магнитное поле расположено по существу перпендикулярно к созданному электродами 4 и 5 полю постоянного тока, здесь соответственно возникает сила Лоренца, которая воздействует на соответствующие металлические частицы таким образом, что находящийся в печи с желобом шлак соответственно приводится в движение. Вследствие этого создается электромагнитный эффект перемешивания, который перемешивает расплав в печи 2 постоянного тока.
Предусмотрено коммутационное устройство 15 для периодического режима работы электромагнитов 13 и 14 соответственно возникающего из них магнитного поля. Коммутационное устройство 15 для периодического режима работы имеет реле времени, для того чтобы периодически подавать на электромагниты 13 и 14 напряжение и выключать их затем снова, для того чтобы вследствие этого соответствующим образом периодически перемешивать шлак. Предпочтительно коммутационное устройство 15 для периодического режима работы имеет также переключатель, при помощи которого может изменяться полярность созданного электромагнитами 13 и 14 магнитного поля. Предпочтительно здесь также имеет место комбинация, то есть периодическое включение и выключение с периодическим изменением полярности магнитного поля. Соответственно шлак периодически перемешивается. Вследствие этого на шлак оказывается импульсное воздействие, которое вызывает усиленную коагуляцию и соответственно более позднее осаждение частиц, благодаря чему может дополнительно повышаться эффективность обеднения металлом.
При помощи коммутационного устройства 15 для периодического режима работы соответствующим образом достигается то, что находящийся в печи 2 постоянного тока шлак перемешивается периодически. Под периодическим перемешиванием здесь подразумевается то, что магнитное поле не эксплуатируется непрерывно, а эксплуатируется согласно определенным шаблонам переключения. Например, магнитное поле периодически включается и выключается, то есть, например, включается на 1 минуту, для того чтобы быть потом выключенным снова на 1 минуту. Само собой разумеется, могут также использоваться любые другие промежутки времени, как, например, от 5 секунд до 5 минут эксплуатации и отключения. Фактически используемое время переключения предпочтительно рассчитывается и/или экспериментально определяется.
Также предпочтительно выдерживать соответствующие периоды отключения более короткими, чем периоды эксплуатации, или же выдерживать периоды эксплуатации более короткими, чем периоды отключения, для того чтобы в каждом случае достигать соответствующей коагуляции частиц и следующего затем осаждения частиц в зависимости от консистенции шлака и в зависимости от структуры соответствующего металла.
В альтернативном или дополнительном примере осуществления магнитное поле периодически изменяет свою полярность, то есть, например, один раз в минуту или же в любой другой промежуток времени, который предпочтителен для соответствующего обрабатываемого шлака или соответствующего обрабатываемого металла. Предпочтительно между отдельными изменениями полярности магнитного поля могут также иметься паузы, которые могут предпочтительно длиться от 5 секунд до 5 минут. В наиболее предпочтительном примере осуществления 10 секунд паузы сменяются 1 минутой перемешивания.
Соответствующие периоды перемешивания и периоды отключения могут быть симметричными друг к другу, то есть, например, 1 минута перемешивания и 1 минута покоя, или они могут быть асимметричными, то есть, например, 1 минута перемешивания и 30 секунд покоя или 30 секунд перемешивания и 1 минута покоя. Также возможны комплексные последовательности с варьирующимися периодами.
Фиг. 3 схематично показывает изображение существующего в жидком шлаке перемещения частиц при имеющем место периодическом перемешивании, то есть периодическом включении и выключении магнитного поля или периодическом изменении полярности, или при имеющей место комбинации из них.
По сравнению с этим фиг. 4 показывает имитацию при таких же параметрах относительно поля постоянного тока и магнитного поля, причем магнитное поле эксплуатируется, тем не менее, постоянно, и соответственно происходит неизменяемое с течением времени перемешивание.
Из сравнения фиг. 3 и 4 сразу же следует, что распределение скоростей в периодически перемешиваемом шлаке является значительно более динамичным и влечет за собой значительно более импульсивные протекания жидкого шлака в области магнита, чем при постоянном перемешивании.
Оказалось, что вследствие этого может достигаться усиленная коагуляция соответствующих металлических частиц, и металлические частицы также осаждаются лишь в более поздний промежуток времени, благодаря чему также достигается улучшенный ход коагуляции.
Благодаря периодически управляемому или пульсирующему перемешиванию, например при использовании в области медных шлаков, достигается конечная концентрация медного шлака в среднем от 0,5% до 0,3%, то есть почти полное обеднение соответствующим металлом содержащего металл шлака.
Список ссылочных позиций
1 печь переменного тока
2 печь постоянного тока
3 металлический сердечник электромагнита
4 электрод (анод)
5 электрод (катод)
8 плавильный желоб
9 электрод
10 электрод
11 источник питания переменного тока
12 источник питания постоянного тока
13 электромагнит
14 электромагнит
15 коммутационное устройство для периодического режима работы.