Способ переработки конвертерных шлаков медного производства
METHOD OF PROCESSING COPPER PRODUCED CONVERTER SLAG

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам переработки конвертерных шлаков медного производства.
Конвертерные шлаки медного производства содержат значительное количество меди и не являются отвальными шлаками. Их обязательно перерабатывают с целью извлечения содержащихся в них ценных компонентов.
Иногда их измельчают, подвергают флотации, получая медный концентрат, который перерабатывают в пирометаллургических агрегатах. В этом случае извлекается дополнительное количество меди, но существенная часть все-таки теряется.
Если конвертерные шлаки перерабатывать без предварительной обработки степень извлечения меди можно увеличить. Конвертерные шлаки медного производства можно перерабатывать в различных пирометаллургических агрегатах.
2
Известен способ плавки конвертерного шлака медного производства, включающий подачу конверторного шлака и карбида кальция (СаС) в качестве восстановителя (патент Республики Казахстан KZ №23261). Этот способ позволяет осуществлять плавку конвертерных шлаков медного производства. Однако для ее осуществления требуется использование дорогостоящего восстановителя - карбида кальция.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ переработки конвертерных шлаков медного производства, включающий подачу конвертерного шлака, углеродистого топлива, кислородсодержащего газа, клинкера цинкового производства в ванную печь (патент Республики Казахстан KZ №1249). Этот способ позволяет осуществлять переработку, используя клинкер цинкового производства как более дешевый восстановитель. Температура в печи обеспечивается горением углеродистого топлива в кислородсодержащем газе. Однако применение этого способа не обеспечивает длительную непрерывную работу без образования слоя частично расплавившихся частиц клинкера или магнетита в печи.
Технической задачей изобретения является увеличение длительности непрерывной работы печи за счет исключения возможности образования слоя частично расплавившихся частиц клинкера или магнетита.
Для решения этой задачи в известном способе переработки конвертерных шлаков медного производства, включающем подачу конвертерного шлака, углеродистого топлива, кислородсодержащего газа и клинкера цинкового производства в ванную печь, нагрев, расплавление конвертерных шлаков и клинкера, выпуск продуктов переработки, согласно предлагаемому изобретению, количество подаваемого клинкера определяется по формуле
кл
кл
кл
шл
М=(1,0÷2,0)(3Fe+14C)Fe/100,
кл
кл
кл
шл
где М - количество подаваемого клинкера, кг/т конвертерного шлака; Fe - содержание металлического железа в клинкере, %; С - содержание углерода в клинкере, %; Fe - содержание железа в конвертерном шлаке, %.
2
3
4
Обычно медный конвертерный шлак содержит, мас.%: 1,2-3 Сu; 20-28 SiO; 50-55 Fe. Железо в этих шлаках присутствует в форме двух оксидов: FeO и FeO. Содержание магнетита может изменяться в очень широких пределах - от 10 до 28-30%.
2
Клинкер цинкового производства содержит, мас.%: Сu - 1-4; S - 3-8; SiO - 10-15; Fe - 20-30; С - 10-20. Железо в клинкере присутствует в виде оксидов и металлического железа. Соотношение металлического железа к железу в оксидах меняется в зависимости от технологии извлечения цинка и образования клинкера. Углерод в клинкере присутствует в виде свободного углерода.
3
3
В ванную печь с температурой 1250-1350°С подается углеродистое топливо и кислородсодержащий газ. Углерод топлива окисляется кислородом с выделением тепла. Количество топлива и кислорода должно быть достаточным для поддержания температуры в печи. Также в печь подается конвертерный шлак медного производства и клинкер цинкового производства. Под действием высокой температуры из подаваемых материалов формируется расплав, состоящий из оксидов и сульфидов. Из-за отличий в плотностях расплава оксидов (как правило, 3,2-3,5 г/см) и сульфидов (как правило, 4,2-5,2 г/см) они разделяются на две жидкие фазы: оксиды формируют шлак, сульфиды - штейн, расположенный ниже шлака. По мере накопления шлак и штейн выводятся из печи. Шлак направляется в отвал, штейн на производство меди. Процесс может вестись в непрерывном и периодическом режиме.
Экспериментально установлено, что если количество подаваемого клинкера будет меньше, чем вычисленное по формуле
кл
кл
кл
шл
M=1,0(3Fe+14С)Fe/100,
в печи образуется слой магнетита, препятствующий длительной непрерывной работе печи. То есть, в этом случае, в печи поддерживается восстановительный потенциал, недостаточный для восстановления магнетита, содержащегося в конвертерном шлаке.
Магнетит при рабочих температурах процесса присутствует в шлаках в виде твердой фазы с плотностью выше плотности жидкого шлака и имеет склонность к выпадению в отдельный слой, загромождая рабочее пространство печи.
Восстановителями по отношению к магнетиту конвертерного шлака являются углерод и металлическое железо клинкера. При этом магнетит в печи будет накапливаться и через некоторое время работа печи будет нарушена из-за скопления магнетита в печи.
Если количество подаваемого клинкера будет больше, чем вычисленное по формуле
кл
кл
кл
шл
М=2,0(3Fe+14С)Fe/100,
в печи образуется слой частично расплавившихся частиц клинкера, что также препятствует длительной непрерывной работе печи.
Это объясняется тем, что количество содержащихся в клинкере железа и углерода будет больше того, которое может провзаимодействовать с магнетитом конвертерного шлака, восстановительный потенциал в печи будет таким, что непрореагировавшие с магнетитом конвертерного шлака железо и углерод клинкера будут накапливаться, препятствую длительной непрерывной работе печи, так как они при температурах процесса образуют частично расплавленную железо-углеродистую массу с плотностью выше плотности жидкого шлака, которая имеет склонность к образованию отдельного полутвердого слоя, накапливаясь в печи.
Примеры.
3
В ванную печь непрерывно подают 4 тонны в час конвертерного шлака медного производства, углеродистое топливо, содержащее 1,5 тонны в час углерода, кислородсодержащий газ, содержащий 2100 м кислорода в час и клинкер цинкового производства.
Конверторный шлак содержит 30% железа.
Клинкер цинкового производства содержит 30% металлического железа и 15% углерода.
кл
кл
кл
шл
Если количество клинкера цинкового производства меньше М=1,0(3Fe+14С)Fe/100=1,25(3×30+14×15)30/100=90 кг на 1 тонну конвертерного шлака, то есть менее 90×4=360 кг в час, длительность работы печи составит 6 суток, после чего в печи образуется слой магнетита, препятствующий ее дальнейшей работе. Необходимо печь останавливать, удалять магнетит из печи, чтобы печь могла работать дальше.
кл
кл
кл
шл
Если количество клинкера цинкового производства больше М=2,0(3Fe+14С)Fe/100=2,0(3×30+14×15)30/100=180 кг на 1 тонну конвертерного шлака, то есть менее 180×4=720 кг в час, длительность работы печи составит 8 суток, после чего в печи образуется слой непрореагировавшего с магнетитом частично расплавившихся частиц клинкера, препятствующий ее дальнейшей работе. Необходимо печь останавливать, удалять слой частично расплавившихся частиц клинкера из печи, чтобы печь могла работать дальше.
кл
кл
кл
шл
Если количество клинкера цинкового производства в пределах М=(1,0÷2,0)(3Fe+14С)Fe/100=(1,0÷2,0)(3×30+14×15)30/100=90÷180 кг на 1 тонну конвертерного шлака, то есть от 360 до 720 кг в час, длительность работы печи составит 90 суток без образования слоя магнетита или частично расплавившихся частиц клинкера, препятствующих ее дальнейшей работе. Длительность непрерывной работы печи в этом случае определяется производственными потребностями.