СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ СВИНЦОВО-ЦИНКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
METHOD FOR PROCESSING OF LEAD AND ZINC CONCENTRATES

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть применено для переработки свинцово-цинковых концентратов.
Известен способ переработки свинцовых и свинцово-цинковых сульфидных концентратов (патент РФ №1110182, опубл. 27.07.1999), включающий их плавку во взвешенном состоянии в присутствии флюсов в атмосфере кислорода с использованием пылей плавки в качестве оборотного материала, восстановление свинца из диспергированного оксидного расплава на фильтре из углеродсодержащего материала, при этом стадию восстановления свинца ведут при перемешивании оксидного расплава под фильтром потоком газа. Недостатком способа является сложность процесса, связанного с подачей газа под фильтр в расплав.
Наиболее близким по своей сущности и достигаемому результату является способ переработки свинцовых и свинцово-цинковых концентратов (патент РФ №851981, опуб. 27.07.1999), включающий обжиг в атмосфере кислорода, подачу флюсов и последующее восстановление углеродсодержащим восстановителем. Недостатком способа является сложность процесса, связанного с применением углеродсодержащего фильтра.
Задачей изобретения является упрощение процесса переработки свинцово-цинкового концентрата за счет разделения металлов в одном процессе.
Достигается это тем, что в способе переработки свинцово-цинковых концентратов, включающем обжиг в атмосфере кислорода, подачу флюсов и последующее восстановление углеродсодержащим восстановителем, шихту, состоящую из обожженного концентрата, флюса и углеродосодержащего восстановителя при массовом соотношении обожженного свинцово-цинкового концентрата и восстановителя 1:(0,2-0,4), продувают воздухом, кислородом или смесью воздуха с кислородом, используя верхнее непогружное дутье.
2
3
Данные условия необходимы для того, чтобы при использовании верхнего непогружного дутья около 60% твердого восстановителя сгорело с выделением тепла, необходимого для получения расплава, оставшаяся его часть пойдет на восстановление оксидов цветных металлов с получением металлического свинца, оксида цинка и шлака, содержащего основную часть железа. Под действием верхнего непогружного дутья в перерабатываемой системе образуется три слоя. Верхний слой - твердая шихта, средний слой - жидкий шлак и нижний слой - металлический свинец. В верхнем слое идут основные реакции: горения 1 и восстановления CO до CO 2; восстановление оксидов железа до FeO 3, 4 и образование жидкого шлака 5; разложение ферритов и силикатов цинка 6-9 и восстановление цинка из оксида до парообразного цинка 10, 11; окисление парообразного цинка в кислороде непогружного дутья 12, который впоследствии улавливается в виде пылей в очистных аппаратах; при наличии феррита свинца и силиката PbSiO идут реакции аналогично реакциям 6-9; оксиды свинца восстанавливаются по 13, 14, а при наличии в обожженном концентрате некоторого количества серы возможно прохождение реакции 15. Реакции, происходящие в данной системе при использовании в качестве восстановителя углерода, а окислителя верхнего непогружного дутья, можно записать в виде:
C+O<sub>2</sub>=CO<sub>2</sub>
(1)
CO<sub>2</sub>+C=2CO
(2)
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+2C=2FeO+CO
(3)
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+CO=2FeO+CO<sub>2</sub>
(4)
2FeO+SiO<sub>2</sub>=2FeO·SiO<sub>2</sub>
(5)
ZnF<sub>2</sub>O<sub>4</sub>+C=2FeO+ZnO+CO
(6)
ZnF<sub>2</sub>O<sub>4</sub>+CO=2FeO+ZnO+CO<sub>2</sub>
(7)
Zn<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>+2C=2Zn<sub>пap</sub>+SiO<sub>2</sub>+2CO
(8)
Zn<sub>2</sub>SiO<sub>4</sub>+CO=2Zn<sub>пap</sub>+SiO<sub>2</sub>+CO<sub>2</sub>
(9)
ZnO+CO=Zn<sub>пap</sub>+CO<sub>2</sub>
(10)
ZnO+С=Zn<sub>пap</sub>+CO
(11)
Zn<sub>пap</sub>+0,5O<sub>2</sub>=ZnO
(12)
PbO+C=Pb+CO
(13)
PbO+CO=Pb+CO<sub>2</sub>
(14)
2PbO+PbS=3Pb+SO<sub>2</sub>
(15)
Таким образом, при использовании верхнего непогружного дутья можно разделить цинк, железо и свинец: цинк в возгоны, железо в шлак, свинец в металл, причем восстановленный свинец, проходя через слой шлака, фильтруется от неметаллических примесей, а возникающие циркуляционные токи за счет верхнего дутья способствуют лучшему извлечению металлов, причем процесс можно вести с периодическим сливом свинца и шлака.
Нижний предел массового соотношения обожженного свинцово-цинкового концентрата и восстановителя 1:0,2 выбран для высококалорийного восстановителя (например, для кокса) с высоким содержанием углерода. Ниже этого предела не достигаются температуры для плавления шлака и не хватает углерода для восстановления оксидов свинца и цинка. Выше соотношения 1:0,4 резко возрастает температура процесса, происходит восстановление железа и загрязнение свинца им, увеличивается пылевынос и повышается загрязнение цинкового продукта примесями, ухудшается разделение металлов. Таким образом, использование верхнего непогружного дутья дает разделение шихты при ее восстановлении на отдельные продукты: пыль, в которой концентрируется цинк, шлак, в котором концентрируется железо, и металлический свинец, что упрощает процесс переработки свинцово-цинковых концентратов.
Совокупность вышеперечисленных признаков позволит упростить по сравнению с прототипом процесс переработки свинцово-цинкового концентрата.
Способ поясняется следующим примером.
2
3
2
Пример 1. Свинцово-цинковый агломерат состава 44% ZnO, 22% PbO, 13% FeO, 12% SiO, 1,5% S и восстановитель - кокс загружали в разогретый в силитовой печи футерованный тигель для компенсации потерь во внешнюю среду с подачей окислителя (воздуха, воздуха + кислорода, чистого кислорода) через верхнюю непогружную фурму. Плавку вели до более полного извлечения свинца в металл. Результаты анализов о выходе цинка в пыль, железа в шлак и свинца в металл указанного состава свинцово-цинкового концентрата с различными соотношениями шихты к восстановителю сведены в таблицу.
Таким образом, по сравнению с прототипом возможно упрощение переработки свинцово-цинкового концентрата за счет разделения металов в одном процессе.
Дутье
Массовое соотношение обожженного свинцово-цинкового концентрата и восстановителя (%/%)
Содержание Zn в пыли, %
Содержание Fe в шлаке, %
Содержание Pb в металле, %
Воздух
1:0,1 (91/9)
Недостаточно для плавления шлака
1:0,2 (83/17)
60
44
88
1:0,3 (77/23)
66
48
88
1:0,4 (71/29)
69
48
89
1:0,5 (67:33)
Перегрев шлака и футеровки.
Воздух + 40%
1:0,1 (91/9)
Недостаточное восстановление цинка, железа и меди и окисление цинка
1:0,2 (83/17)
70
48
90
1:0,3 (77/23)
72
50
91
1:0,4 (71/29)
71
51
90
Кислород
1:0,1 (91/9)
Низкий выход оксида цинка
1:0,2 (83/17)
68
45
87
1:0,3 (77/23)
67
46
87
1:0,4 (71/29)
66
45
86
1:0,5 (67:33)
Сильный перегрев шлака и футеровки