СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЧЕРНОВОЙ МЕДИ
METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING BLISTER COPPER

Настоящая заявка испрашивает приоритет Китайской патентной заявки № 201310314853.8, поданной в Патентное ведомство Китая (SIPO) 23 июля 2013 года и озаглавленной «Способ получения черновой меди и производственное устройство для применения при получении черновой меди», которая включена сюда по ссылке во всей своей полноте.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к технической области цветной металлургии, в частности к способу получения черновой меди и производственному устройству для применения при получении черновой меди.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
3
4
3
4
В промышленной отрасли пирометаллургического производства меди один способ представляет собой получение черновой меди непосредственно из сульфидного медного концентрата, который обычно включает две стадии: сначала сульфидный медный концентрат подвергают обессериванию и удалению железа и плавке для получения высокосортного медного штейна, а затем полученный медный штейн дополнительно подвергают обессериванию и удалению железа и конверсии с образованием черновой меди. Еще один способ состоит в получении черновой меди напрямую из медного концентрата, который принят в промышленном производстве на плавильном заводе Олимпик-Дам (Olympic Dam) в Австралии, на плавильном заводе в г. Глогув (Glogow) в Польше и на плавильном заводе KCM в Замбии. Черновая медь, полученная этими способами выплавки меди, как правило, имеет содержание меди 98,5% по весу. Однако эти способы имеют тот общий признак, что образовавшийся при производстве шлак содержит CuО и FeО в относительно большом количестве. Как правило, шлак содержит от 10% до 20% по весу меди и от 30% до 50% по весу FeО, что ведет к потере в отходы большого количества ресурсов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для разрешения вышеуказанной технической проблемы настоящее изобретение предлагает способ получения черновой меди и производственное устройство для применения при получении черновой меди. Этим способом может быть получена черновая медь, а образовавшийся шлак имеет низкое содержание меди.
Настоящее изобретение предлагает способ получения черновой меди, включающий следующие стадии:
в производственном устройстве смешивают медеплавильный расплавленный шлак, углеродсодержащий восстановитель и сжатый инертный газ, с последующей реакцией для получения черновой меди и послереакционного шлака, причем давление инертного газа составляет от 100 кПа до 800 кПа.
Производственное устройство предпочтительно включает:
корпус печи, причем корпус печи содержит внутри себя ванну расплава и снабжен газовым соплом, загрузочным отверстием, каналом выпуска черновой меди и каналом выпуска шлака;
при этом газовое сопло размещено на боковой стенке корпуса печи и направлено на срединную часть ванны расплава.
Медеплавильный расплавленный шлак и углеродсодержащий восстановитель предпочтительно вводят в производственное устройство через загрузочное отверстие посредством желоба соответственно;
Инертный газ подают в производственное устройство через газовое сопло.
Предпочтительно, корпус печи снабжен топливной горелкой наверху;
В топливную горелку направляют топливо и интенсификатор горения.
Предпочтительно, интенсификатор горения представляет собой промышленный газообразный кислород с концентрацией кислорода свыше 95% по весу.
Предпочтительно, инертный газ представляет собой газообразный азот.
Предпочтительно, медеплавильный расплавленный шлак находится при температуре от 1050°С до 1350°С.
Предпочтительно, углеродсодержащий восстановитель представляет собой по меньшей мере один из кокса и угля.
Предпочтительно, массовое отношение содержания углерода в углеродсодержащем восстановителе к содержанию кислорода в медеплавильном расплавленном шлаке составляет (0,1-0,35):1.
Кроме того, настоящее изобретение предлагает производственное устройство для применения при получении черновой меди, включающее в себя:
корпус печи, причем корпус печи содержит внутри себя ванну расплава и снабжен газовым соплом, загрузочным отверстием, каналом выпуска черновой меди и каналом выпуска шлака;
при этом газовое сопло размещено на боковой стенке корпуса печи и направлено на срединную часть ванны расплава.
2
3
4
По сравнению с уровнем техники, в настоящем изобретении вводят в производственное устройство медеплавильный расплавленный шлак и углеродсодержащий восстановитель, подают в производственное устройство сжатый инертный газ с давлением от 100 кПа до 800 кПа, смешивают материалы и проводят реакцию с получением черновой меди и послереакционного шлака. В настоящем изобретении теплосодержание медеплавильного расплавленного шлака используется для того, чтобы позволить углеродсодержащему восстановителю достигать состояния красного каления, и CuО в шлаке восстанавливается до металлической меди раскаленным докрасна углеродсодержащим восстановителем, в то же время как FeО в шлаке восстанавливается до FeО. Подводимый инертный газ интенсивно перемешивает реакционные материалы, вынуждает расплавленный шлак бурлить («кипеть»), втягивает углеродсодержащий восстановитель в расплавленный шлак и способствует объединению образовавшихся мелких капель расплавленной меди друг с другом так, чтобы формировались отдельные фаза черновой меди и фаза шлака. Благодаря интенсивному перемешиванию инертным газом в настоящем изобретении стимулируется быстрое обновление поверхности раздела реакционных фаз, интенсифицируется протекание реакции, быстро изменяются свойства шлака, снижается вязкость шлака и возрастает вероятность столкновения и слияния капель расплавленной меди, тем самым облегчая осаждение (седиментацию) капель расплавленной меди. Таким образом, в интенсифицированном процессе по настоящему изобретению может быть получена черновая медь и может быть снижено содержание меди в конечном шлаке. На практике показано, что согласно настоящему изобретению может быть получена черновая медь с содержанием меди свыше 98,5% по весу, а содержание меди в конечном шлаке сокращается до 0,4% по весу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 представляет схематическое изображение конструкции производственного устройства, используемого для получения черновой меди, которое применяется в примерах настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для содействия пониманию настоящего изобретения ниже изложены предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения в сочетании с примерами, но должно быть понятно, что это изложение предназначено лишь для дополнительного иллюстрирования признаков и преимуществ настоящего изобретения, но не для ограничения притязаний настоящего изобретения.
Настоящее изобретение предлагает способ получения черновой меди, включающий следующие стадии:
в производственном устройстве смешивают медеплавильный расплавленный шлак, углеродсодержащий восстановитель и сжатый инертный газ, с последующей реакцией для получения черновой меди и послереакционного шлака, причем давление инертного газа составляет от 100 кПа до 800 кПа.
2
3
4
Для того чтобы адаптироваться к развитию металлургии и преодоления недостатков уровня техники, способ получения черновой меди согласно настоящему изобретению представляет собой способ получения черновой меди непосредственно из расплавленного шлака, богатого CuО и FeО, который является продуктом медеплавильного производства. Этим способом не только может быть получена черновая медь, но и может быть снижено содержание меди в обработанном шлаке, так что конечный шлак, без дополнительных обработок типа обогащения, после его гранулирования может служить в качестве сырья для других отраслей промышленности и тем самым обеспечивает сниженные капиталовложения и производственные затраты. Поэтому способ по настоящему изобретению можно рассматривать как способ очистки медеплавильного расплавленного шлака.
В одном примере настоящего изобретения в производственное устройство вводят медеплавильный расплавленный шлак и углеродсодержащий восстановитель и подают в производственное устройство сжатый инертный газ под давлением от 100 кПа до 800 кПа. Затем материалы перемешивают для осуществления реакции с получением тем самым черновой меди и послереакционного шлака.
2
3
4
3
4
В настоящем изобретении получают черновую медь с использованием медеплавильного расплавленного шлака в качестве сырья, и оно имеет высокую экономическую выгоду и общественную пользу. Медеплавильный расплавленный шлак представляет собой богатый CuО и FeО шлак в расплавленном состоянии, который получен в результате выплавки меди, хорошо известной специалистам в этой области техники. В настоящем изобретении нет конкретного ограничения в отношении компонентов медеплавильного расплавленного шлака, где медь находится в окисленном состоянии и, как правило, в количестве от 10% до 20% по весу, и FeО, как правило, присутствует в количестве от 30% до 50% по весу. Медеплавильный расплавленный шлак имеет теплосодержание, и его температура предпочтительно составляет от 1050°С до 1350°С. В настоящем изобретении теплосодержание медеплавильного расплавленного шлака используется для того, чтобы углеродсодержащий восстановитель достигал состояния красного каления, и нет необходимости в подведении дополнительного тепла для содействия повышению температуры углеродсодержащего восстановителя, благодаря чему достигается хороший эффект экономии энергии и сбережения экономических затрат.
2
3
4
В настоящем изобретении углеродсодержащий восстановитель смешивают с медеплавильным расплавленным шлаком для восстановления CuО в шлаке до металлической меди и, вместе с тем, для восстановления FeО с получением тем самым черновой меди и очисткой шлака. Углеродсодержащий восстановитель является гранулированным и предпочтительно представляет собой по меньшей мере один из угля и кокса, более предпочтительно кокс. В настоящем изобретении нет конкретного ограничения в отношении источника углеродсодержащего восстановителя. В настоящем изобретении массовое отношение содержания углерода в углеродсодержащем восстановителе к содержанию кислорода в медеплавильном расплавленном шлаке (С/О) предпочтительно составляет (0,1-0,35):1.
В настоящем изобретении энергия для вынуждения расплавленного шлака бурлить и обеспечения интенсивного перемешивающего действия подводится путем подачи сжатого инертного газа в вышеуказанные реакционным материалам. Более конкретно, подаваемый инертный газ интенсивно перемешивает реакционные материалы, вынуждает расплавленный шлак бурлить, втягивает углеродсодержащий восстановитель в расплавленный шлак и стимулирует объединение образующихся мелких капель расплавленной меди друг с другом с формированием отдельных фазы черновой меди и фазы шлака.
Благодаря интенсивному перемешиванию инертным газом в настоящем изобретении стимулируется быстрое обновление поверхности раздела реакционных фаз, интенсифицируется протекание реакции, быстро изменяются свойства шлака, снижается вязкость шлака и возрастает вероятность столкновения и слияния капель расплавленной меди, тем самым облегчая осаждение капель расплавленной меди. Таким образом, в интенсифицированном процессе по настоящему изобретению может быть получена черновая медь и может быть снижено содержание меди в конечном шлаке. В дополнение, перемешивание инертным газом может предотвращать окисление углеродсодержащего восстановителя и образовавшейся черновой меди и снижать количество используемого углеродсодержащего восстановителя, а также обеспечивать высокую производительность и снижение затрат.
В настоящем изобретении инертный газ имеет давление от 100 кПа до 800 кПа, предпочтительно от 200 кПа до 600 кПа, более предпочтительно от 300 кПа до 500 кПа. Инертный газ предпочтительно представляет собой газообразный азот, и он может усиливать контактирование реакционных материалов между собой и улучшать эффективность реакции. Более того, газообразный азот в качестве инертного газа не вызывал бы повторного окисления Cu и FeО, будучи благоприятным для получения черновой меди.
В настоящем изобретении предпочтительным является введение медеплавильного расплавленного шлака в производственное устройство, пропорциональное добавление углеродсодержащего восстановителя и подача сжатого инертного газа в производственное устройство. В настоящем изобретении производственное устройство предпочтительно представляет собой производственное устройство, описываемое следующим образом.
Настоящее изобретение представляет производственное устройство для применения при получении черновой меди, включающее:
корпус печи, причем корпус печи содержит внутри себя ванну расплава и снабжен газовым соплом, загрузочным отверстием, каналом выпуска черновой меди и каналом выпуска шлака;
при этом газовое сопло размещено на боковой стенке корпуса печи и направлено на срединную часть ванны расплава.
Предлагаемое настоящим изобретением производственное устройство используется для получения черновой меди и упрощает получение черновой меди и снижает содержание меди в обработанном шлаке.
Производственное устройство для применения при получении черновой меди, приведенное в примерах настоящего изобретения, представляет собой металлургическую печь с боковым дутьем, конструкция которой показана на фигуре 1. Фигура 1 - схематическое изображение конструкции производственного устройства, используемого для получения черновой меди, которое применяется в примерах настоящего изобретения.
На фигуре 1 позиция 1 обозначает медеплавильный расплавленный шлак, позиция 2 - углеродсодержащий восстановитель, позиция 3 - сжатый инертный газ, позиция 4 - корпус печи, позиция 411 - газовое сопло, позиция 412 - топливную горелку, позиция 413 - загрузочное отверстие, позиция 414 - дымоход, позиция 415 - канал выпуска черновой меди, позиция 416 - канал выпуска шлака, позиция 5 - топливо, позиция 6 - интенсификатор горения, позиция 7 - слой непрореагировавшего углеродсодержащего восстановителя, позиция 8 - слой шлака, а позиция 9 - слой черновой меди.
В настоящем изобретении корпус 4 печи содержит внутри себя ванну расплава, где главным образом проводится получение черновой меди. В одном примере настоящего изобретения корпус 4 печи дополнительно включает в себя дымоход 414, который сообщается с ванной расплава. Образовавшийся в процессе получения печной газ выводится через дымоход 414, охлаждается, обеспыливается и затем выпускается наружу.
Корпус 4 печи оснащен загрузочным отверстием 413, через которое добавляются медеплавильный расплавленный шлак и углеродсодержащий восстановитель. Медеплавильный расплавленный шлак 1 и углеродсодержащий восстановитель 2 предпочтительно вводятся в производственное устройство через загрузочное отверстие 413 посредством желоба соответственно.
Корпус 4 печи оснащен газовым соплом 411, которое размещено на боковой стенке корпуса печи и направлено на срединную часть ванны расплава. Срединная часть ванны расплава относится к положению, соответствующему образовавшемуся слою шлака. Газовое сопло 411 может быть размещено в одной боковой стенке или в двух боковых стенках корпуса 4 печи. В настоящем изобретении в одной боковой стенке могут находиться одно или более, предпочтительно 5, газовых сопел.
В настоящем изобретении инертный газ 3 предпочтительно вводят в производственное устройство через газовое сопло 411. Поскольку газовое сопло 411 размещено в боковой стенке корпуса 4 печи и может быть погружено в расплав в ванне расплава, то есть инертный газ может подаваться в слой шлака, вводимый инертный газ 3 может лучше подводить энергию для приведения расплавленного шлака в состояние бурления и создания интенсивного перемешивания, без повторного захвата продукта в шлак. Таким образом, инертный газ облегчает осаждение и отделение продукта и повышает производительность.
2
3
4
В одном примере настоящего изобретения корпус 4 печи наверху оснащен топливной горелкой 412, к которой подаются топливо 5 и интенсификатор 6 горения. В настоящем изобретении предпочтительным является сжигание топлива 5 в топливной горелке 412 с выделением тепла. Дополнительно, когда CuО и FeО в шлаке реагируют с углеродсодержащим восстановителем 2, будет образовываться определенное количество СО (это не показано на фигуре 1), и сжигание образовавшегося СО в присутствии воздуха и интенсификатора 6 горения также будет выделять тепло. Воздух втягивается через загрузочное отверстие 413, и выделившееся тепло может поддерживать термическое равновесие реакции восстановления. Применяются топлива, традиционно используемые в данной области техники. Интенсификатор горения предпочтительно представляет собой промышленный газообразный кислород с концентрацией кислорода свыше 95% по весу для обеспечения малого количества печного газа, чтобы был достаточно малым унос тепла с печным газом. В настоящем изобретении нет конкретного ограничения в отношении количеств топлива и интенсификатора горения, при условии, что выделившееся при сгорании совокупное тепло может поддерживать термическое равновесие реакции восстановления.
В настоящем изобретении канал 415 выпуска черновой меди размещен на корпусе 4 печи и находится в нижней части боковой стенки корпуса 4 печи. Нижняя часть боковой стенки относится к положению, соответствующему образовавшемуся слою черновой меди. Черновую медь выводят через канал 415 выпуска черновой меди, и она может быть направлена в печь анодного рафинирования для проведения рафинирования черновой меди.
В настоящем изобретении канал 416 выпуска шлака размещен на корпусе печи для выведения шлака. В одном примере настоящего изобретения загрузочное отверстие 413 размещено наверху на одном конце корпуса 4 печи, и реакционные материалы могут добавляться пропорционально и непрерывно. Канал 416 выпуска шлака находится в нижней части другого конца корпуса 4 печи. Вновь образовавшийся шлак непрерывно выводится из канала 416 выпуска шлака и может быть гранулирован, чтобы служить в качестве сырья для других отраслей промышленности.
В настоящем изобретении нет конкретного ограничения в отношении материалов и размеров корпуса печи, газового сопла и топливной горелки, и могут быть применены материалы и размеры, обычно используемые в данной области техники. Размеры загрузочного отверстия, канала выпуска шлака, канала выпуска черновой меди, ванны расплава и дымохода представляют собой технические сведения, хорошо известные специалистам в этой области, и в настоящем изобретении нет конкретного ограничения в этом отношении.
Когда получение черновой меди проводят согласно одному примеру настоящего изобретения, медеплавильный расплавленный шлак 1 вводят в корпус 4 печи через загрузочное отверстие 413 посредством желоба на одном конце корпуса 4 печи, углеродсодержащий восстановитель 2 пропорционально добавляют через загрузочное отверстие 413 посредством желоба, и сжатый инертный газ 3 непрерывно подают через газовые сопла 411, которые размещены на двух боковых стенках корпуса 4 печи и погружены в расплав в ванне расплава, для приведения расплавленного шлака в состояние бурления и для втягивания гранулированного углеродсодержащего восстановителя в расплавленный шлак с тем, чтобы образовывалась смесь.
2
3
4
2
2
В ходе процесса теплосодержание шлака делает углеродсодержащий восстановитель раскаленным докрасна, и раскаленный докрасна углеродсодержащий восстановитель восстанавливает содержащееся в шлаке соединение меди CuО до металлической меди. В то же время содержащееся в шлаке соединение железа преобразуется из FeО с высокой температурой плавления в FeО. Кроме того, содержащиеся в шлаке FeО и SiО формируют шлак и образуют 2FeO⋅SiO с более низкой температурой плавления, изменяя свойства шлака и снижать его вязкость, что является благоприятным для осаждения и разделения меди и шлака. Вводимый инертный газ интенсивно перемешивает реакционные материалы, стимулирует быстрое обновление поверхности раздела реакционных фаз, интенсифицирует течение реакции и быстро изменяет свойства шлака и, между тем, содействует слиянию образовавшихся мелких капелек расплавленной меди друг с другом с формированием отдельных слоя 8 шлака и слоя 9 черновой меди в корпусе 4 печи.
2
Избыточный и непрореагировавший углеродсодержащий восстановитель всплывает на поверхность шлака вследствие своей более низкой плотности с образованием слоя 7 раскаленного докрасна твердого непрореагировавшего углеродсодержащего восстановителя. Слой 7 раскаленного докрасна твердого непрореагировавшего углеродсодержащего восстановителя изолирует слой 8 шлака и слой 9 черновой меди в жидкой фазе от находящегося над ними слоя воздуха, тем самым предохраняя FeО в слое шлака и Cu в слое черновой меди от контакта с О в слое воздуха и гарантируя, что восстановленная медь и шлак не будут вновь окислены.
Кроме того, согласно одному примеру настоящего изобретения, топливо 5 и интенсификатор 6 горения подаются в топливную горелку 412, размещенную на верху корпуса 4 печи, и термическое равновесие реакции восстановления поддерживается сгоранием топлива 5 и СО в горелке. Интенсификатор 6 горения, используемый для сжигания топлива 5, представляет собой промышленный газообразный кислород с концентрацией кислорода свыше 95% по весу, для обеспечения малого количества печного газа, чтобы гарантировать то, что уносимое печным газом тепло является достаточно малым.
На другом конце корпуса 4 печи шлак в жидкой фазе выводится из канала 416 выпуска шлака, а черновая медь в жидкой фазе выводится из канала 415 выпуска черновой меди, который размещен в нижней части боковой стенки корпуса 4 печи. Кроме того, образовавшийся в вышеописанном процессе печной газ выводится через дымоход 414, охлаждается, обеспыливается, обессеривается и затем выпускается наружу.
Разделенные черновая медь и новый шлак получаются после завершения производства. Согласно стандарту проведения испытаний в данной области техники, шлак содержит медь в количестве 0,4% по весу или менее, и он может служить в качестве сырья для других отраслей промышленности после его гранулирования. Черновая медь содержит медь в количестве свыше 98,5% по весу и может быть направлена в печь анодного рафинирования для проведения рафинирования черновой меди.
Таким образом, в представленном в настоящем изобретении способе получения черновой меди достигается высокая эффективность реакции и получается черновая медь из медеплавильного расплавленного шлака с низким содержанием меди в шлаке. В дополнение, способ по настоящему изобретению не только является простым в исполнении и удобным в управлении и эксплуатации, но и имеет преимущества малогабаритного устройства, низкого энергопотребления, меньших капиталовложений и пригодности к типизации.
Для более полного понимания настоящего изобретения способ получения черновой меди и применяемое для получения черновой меди производственное устройство, представленные в настоящем изобретении, ниже описаны более конкретно в сочетании с примерами.
Медеплавильный расплавленный шлак, использованный в нижеследующих примерах, имеет содержание меди 20% и содержание кислорода 30% и находится при температуре 1250°С.
Пример 1
В производственном устройстве, показанном на фигуре 1, медеплавильный расплавленный шлак 1 вводили в корпус 4 печи через загрузочное отверстие 413 посредством желоба, пропорционально добавляли кокс 2 через загрузочное отверстие 413 посредством желоба и вводили сжатый газообразный азот 3 через газовые сопла 411, которые были размещены в двух боковых стенках корпуса 4 печи и погружены в расплав в ванне расплава. Материалы перемешивались с последующей реакцией. В корпусе 4 печи образовались отдельные слой 8 шлака и слой 9 черновой меди, а избыточный и непрореагировавший кокс сформировал слой 7 непрореагировавшего кокса.
Исходный шлак обрабатывали с расходом 100 тонн/час, кокс добавляли с расходом 4,2 тонны/час; газообразный азот был под давлением 100 кПа; и массовое отношение содержания углерода в коксе к содержанию кислорода в медеплавильном расплавленном шлаке (С/О) составляло (0,1-0,35):1.
Топливо 5 и промышленный газообразный кислород 6 подводили к топливной горелке 412, размещенной на верху корпуса 4 печи, и термическое равновесие реакции восстановления поддерживалось сгоранием топлива 5 и СО в горелке.
Шлак в жидкой фазе выводили через канал 416 выпуска шлака, а черновую медь в жидкой фазе выводили из канала 415 выпуска черновой меди, который был размещен в нижней части боковой стенки корпуса 4 печи. В дополнение, образовавшийся в вышеописанном процессе печной газ выводили через дымоход 414, охлаждали, обеспыливали, обессеривали и затем выпускали наружу.
После получения разделенных черновой меди и нового шлака, согласно стандарту проведения испытаний в данной области техники, шлак содержит медь в количестве 0,4% по весу, а черновая медь содержит медь в количестве 98,5% по весу.
Пример 2
Разделенные черновая медь и новый шлак получали согласно способу примера 1, с газообразным азотом под давлением 800 кПа и при массовом отношении содержания углерода в коксе к содержанию кислорода в медеплавильном расплавленном шлаке (С/О), которое составляло (0,1-0,35):1.
Согласно стандарту проведения испытаний в данной области техники, шлак содержит медь в количестве 0,4% по весу, а черновая медь содержит медь в количестве 98,5% по весу.
Из вышеуказанных примеров можно видеть, что представленным в настоящем изобретении способом получения черновой меди может быть не только получена черновая медь, но и снижено содержание меди в обработанном шлаке, так что конечный шлак, без дополнительных обработок, таких как обогащение, может служить в качестве сырья для других отраслей промышленности после его гранулирования, обеспечивая поэтому возможность снижения расходов на инвестирование и производство.
В дополнение, способ согласно настоящему изобретению имеет преимущества в простоте процесса и удобстве контроля и эксплуатации и применим для типизации.
Вышеприведенное описание с примерами предназначено исключительно для способствования пониманию способа по настоящему изобретению и его основной идеи. Следует отметить, что специалистом с обычной квалификацией в этой области техники могут быть проделаны некоторые усовершенствования и модификации без отклонения от принципа настоящего изобретения, и все такие усовершенствования и модификации попадают в пределы объема охраны, покрываемого пунктами формулы настоящего изобретения.