Электротермия в металлургии меди свинца и цинка
..pdfтор соединен с печью газоходом длиной 0,2 м и сечением 0,4 X X 0,7 м.. Внешние размеры конденсатора 3 X 2 м, толщина стен 230 мм, футерован он шамотным кирпичом.
В своде имеется отверстие, закрывающееся графитовой проб кой, через которую проходит вал с графитовым разбрызгивате лем. У одной из длинных сторон конденсатора расположен внешний разливочный зумпф (размер в плане 0,75 X 0,75 м). С другой стороны к конденсатору примыкают два сообщающих ся соединительньгм каналом (размер в плане 1,5 X 0,3 м) зумп фа, служащих для охлаждения цинка.
Отъем тепла от ванны регулируется с по*мощью качающего ся водоохлаждаемого змеевика-холодильника. Непрерывная циркуляция расплавленного цинка между конденсатором и зумпфами происходит по соединительному каналу вследствие движения металла, создаваемого импеллером.
Глубину ванны расплавленного цинка в конденсаторе и по гружения разбрызгивателя регулируют, изменяя уровень цинка в разливочном зумпфе. Число оборотов разбрызгивателя изме няли. от 650 до 790 в минуту подбором шкивов различного диа метра. Дроссы удаляли с торца конденсатора.
Перерабатывали коллективный концентрат, содержавший, %: 2 Си, 8,3 РЬ, 18,6 Zn, 21,7 Fe и 31 S. В шихту агломерации вводили 24% по весу известняка и 10% оборотных дроссов.
Полученный при этом агломерат содержал 2% Си, 7,6% РЬ, 21,5% Zn и около 5% S. Его плавили с добавкой 8—10% кокса. При этом на ванне имелся постоянный слой раскаленного кок са и температура под сводом была на уровне 1000—1050° С.
Шлак содержал 0,15% Си, 0,20% РЬ, 2% Zn, 15% Fe и по 30% Sii02 и СаО. Штейн содержал 10% Си, 5% РЬ, 2% Zn и 50% Fe. Цинк содержал 2% РЬ, 0,1% Fe, 0,17% As, 0,4% Cd и
160 -г/т As.
Полученный из конденсатора свинец содержал 1,6% Zn, по 0,02% Си и Fe и следы благородных 'металлов.
Дроссы содержали 0,1% Си, 8% РЬ, 75% Zn, до 5% S и 0,25% Cd. Пыль из инерционного пылеуловителя отличалась от дроссов только повышенной концентрацией кадмия, содержа
ние которого достигало 1,5%.
О выходе продуктов плавки и балансе металлов можно су
дить по данным табл. 49.
Приведенные в таблице данные относятся к переработке кон центрата, состав которого более благоприятен для плавки, по скольку весьма важное для результатов отношение содержания железа к меди в нем в два раза меньше и соответственно выход шлака на 10% меньше. При этом меньше потери с ними метал лов. Несколько выше и содержание цинка в исходном концент
рате.
16 М. М. Лакерник
Т а б л и ц а 49
Состав продуктов плавки медно-свинцово-цинкового концентрата и распределение между ними металлов
при работе с цинковым конденсатором, %
Продукты плавки
Загружено
Агломерат
Получено
Цинк Свинец из конденсатора
Свинец из печи Штейн Шлак Дроссы Пыль
|
Медь |
Свинец |
Цинк |
|||
Выход |
содержа •ние |
извлече ние |
содержа ние |
извлече ние |
содержа ние |
извлече ние |
% |
|
|
|
|
|
|
100 |
2 |
100 |
7,6 |
100 |
21,5 |
100 |
13,1 |
— |
— |
2 |
3,0 |
97 |
64,0 |
2,5 |
— |
— |
.98,3 |
35,5 |
1,6 |
0,2 |
2,1 |
0,11 |
0,1 |
99 |
32,0 |
0,3 |
— |
20,2 |
10 |
96 |
6,5 |
17,2 |
5,7 |
5,3 |
39,7 |
0,14 |
2,9 |
0,2 |
1,3 |
2 |
3,6 |
5,4 |
0,2 |
0,5 |
8,9 |
6,3 |
74 |
19,0 |
2,3 |
0,13 |
0,2 |
12 |
4 |
66 |
‘ 8,0 |
Ниже приведены данные, позволяющие сравнить конденса тор со свинцовым и цинковым орошением:
|
|
|
|
|
Конденсатор |
Конденсатор |
|
|
|
|
со свинцовым |
с цинковым |
|
|
|
|
|
|
орошением |
орошением |
Содержание меди в концентрате, %. |
3,5 |
2 |
||||
Содержание свинца в концентрате, % |
7,5 |
8,3 |
||||
Содержание цинка в концентрате, % |
21,0 |
18,6 |
||||
Содержание железа |
в концентрате, %. |
18 |
21,7 |
|||
Отношение железа |
к меди |
в концентрате |
5 |
10,8 |
||
Выход штейна, % |
|
|
|
|
21 |
20,2 |
Теряется в штейне цинка, % |
3,6 |
5,3 |
||||
Выход шлака, % |
|
|
% |
|
30 |
39,7 |
Теряется в шлаке цинка, |
. . |
2,7 |
3,6 |
|||
Выход дроссов, % |
|
|
|
14,8 |
5,4 |
|
Переходит в дроссы цинка, |
% |
13 |
19 |
|||
Переходит в дроссы свинца, |
% |
35 |
6,3 |
|||
Выход пыли, % |
|
|
. . |
2,2 |
2,3 |
|
Переходит в пыль цинка, |
% |
5,2 |
8,0 |
|||
Переходит в пыль свинца, |
% |
5,6 |
4,0 |
|||
Прямой выход пинка, |
% |
|
|
75 |
64 |
|
Прямой выход свинца, |
%. |
|
40 |
67,5 |
При работе с конденсатором со свинцовым орошением выход дроссов в три раза больше и переход в них свинца в шесть раз больше, чем при работе -с конденсатором, орошаемым цинком.
Несмотря на уменьшенный выход дроссов, в конденсаторе с цинковым орошением переходит в них цинка в полтора раза больше, чем в конденсаторе со свинцовым орошением, и прямой выход цинка в металл на 10% меньше.
Если внести поправку на несколько худший состав концен трата, подвергавшегося планке при конденсации паров на цин ке («больше железа, хуже отношение железо—-медь и меньше содержание цинка), то, согласно расчету, прямой выход цинка в металл, в идентичных условиях, окажется всего на 4—5% мень ше, чем в орошаемых свинцом.
Видимо, при переработке полиметаллических концентратов применение конденсаторов, орошаемых цинком, не только воз можно, но и более целесообразно, чем конденсаторов, орошае мых свинцом.
Очистка газов от пыли
Отходящие из конденсатора .газы направляются в пылевой бункер, далее в инерционный пылеуловитель и мокрый безнасадочный скруббер, после чего выбрасываются в атмосферу. Вы брос газов в атмосферу является временны-м и неудовлетвори тельным решением, поскольку они могут быть с успехом исполь зованы для предварительного подогрева шихты, отопления за жигательной камеры агломерационной машины и других целей.
В газоходе за скруббером была установлена дроссельная заслонка, управляемая исполнительным механизмом от регуля тора РДНБИ-100 с головкой МНД-1-5 мм.
Аппаратурная схема пылеулавливания приведена на рис. 92. ГГ. И. Воскресенский, Г. М. Гордон и В. М. Цетлин [387] ис следовали пылеулавливающие агрегаты электротермических це хов по переработке цинковых, и полиметаллических концентра тов. Они установили, что газы, проходящие через пылеулавли вающие агрегаты, содержат 85% окиси углерода и около 10% двуокиси углерода. Газы, покидающие инерционный пылеуло
витель, содержат более |
100 г\нмъ пыли при среднем к. п. д. это |
||
го агрегата |
около 80%. |
Газы, удаляемые из скруббера, имеют |
|
температуру |
не более 30—35° С и их запыленность |
не превы |
|
шает 1 —1,2 г/'нм3. К. н .д. скруббера достигает 99%, |
а общий |
к. п. д. всей системы близок к 100%.
Общий объем удаляемых .газов весьма мал и колеблется в зависимости от состава агломерата и расхода кокса, однако не превышает 150—200 нм^/т агломерата.
Это обстоятельство, а также значительная крупность легко коагулирующих частиц пыли позволяют очищать газы из элек тропечей в простейших механических пылеуловителях с к. п. д., достигающим 99,9%.
Технологические показатели при переработке концентратов различного состава
Выше указывалось, что коллективные 'концентраты могут быть весьма различны по составу. Однако с точки зрения метал лургической переработки их можно разделить на несколько ос новных групп:
1.Медно-цинковые концентраты, совсем не содержащие сви нец или содержащие его в небольших количествах при значи тельном содержании (9—12%) меди.
2.Медно-свинцово-цинковые концентраты, содержащие за метное (8—15%) количество свинца и небольшое количество (3—5%) меди.
3.Свинцово-цинковые концентраты, не содержащие меди. Примеры переработки некоторых концентратов, представ
ляющих перечисленные группы, приведены ниже.
Переработка медно-цинковых концентратов
На одной из отечественных фабрик получали медный, свин цовый и цивковый концентраты. Показатели приведены в табл. 50 [388, 389].
Т абл и ц а 50
Состав медно-цинковых концентратов, %
|
Медь |
Свинец |
Цинк |
|||
Концентрат |
содержа |
извлече |
содержа |
извлече |
содержа |
извлече |
|
ние |
ние |
ние |
ние |
ние |
ние |
Медный |
25 |
76 |
2 |
16 |
10,4 |
12,3 |
Свинцовый |
2,9 |
1,7 |
40,3 |
53,5 |
14 |
3,1 |
Цинковый |
3,6 |
14,5 |
1,4 |
15 |
46,5 |
73,3 |
При обезмеживании цинкового концентрата содержание в нем меди снижается до 1,8%, а содержание цинка повышается
до 50—52%'.
Получаемый при этом промежуточный продукт ^или коллек тивный концентрат содержит, %: 10,5 Си, 2,3 РЬ, 16,5 Zn, 27 Fe и 39 S. В него извлекается до 6% Zn, 5% РЬ и до 8% Си.
В обычных условиях этот продукт присоединяется к медному концентрату и содержащийся в нем цинк полностью теряется в
шлаке.
Промпродукт с добавкой известняка и кварца подвергали обжигу с агломерацией, а полученный агломерат в смеси с 10% кокса перерабатывали в электропечи. Состав продуктов плавки и распределение между ними металлов приведены в табл. 51
Т а б л и ц а 51
Состав продуктов плавки медно-цинкового концентрата и распределение между ними металлов, %
Продукты плавки
Загружено
Агломерат
Получено
Штейн
Шлак
Возгоны
Возможное распределение при конденсации
Цинк
Свинец
|
Медь. |
Свинец |
Цинк |
|||
Выход |
содержа ние |
извлече ние |
содержа ние |
извлече ние |
содержа ние |
извлече ние |
% |
|
|
|
|
|
|
100 |
7,9 |
100 |
1,9 |
100 |
11,8 |
100 |
34,6 |
22,1 |
97 |
0 ,8 |
13 |
1,8 |
6 ,2 |
45,0 |
0 ,2 |
1 • |
0,15 |
3,1 |
1,9 |
6 ,0 |
14,6 |
0,5 |
2 |
10,0 |
83,2 |
68 |
87 |
10,3 |
0 ,2 |
1,5 |
2 |
10 |
98 |
86 |
1,4 |
2 ,0 |
0,5 |
96 |
70 |
0 ,6 |
— |
(медно-цинковый концентрат плавил'и с получением сухих воз гонов).
В процессе плавки достигалось высокое извлечение меди в штейн и цинка в возгоны. При этом получали отвальный шлак, не требующий какой-либо дополнительной переработки.
Вывод промпродукта позволил заметно улучшить качество цинкового концентрата и соответственно улучшить показатели при его переработке. Так как и промпродукт переработан с до статочно высокими показателями, то общее извлечение из руды меди повысилось на 3% и цинка на 8%.
Переработка медно-свинцово-цинкового концентрата, бедного медью
На одном из месторождений полиметаллических руд смешан ная руда находится на границе перехода сульфидных руд в окисленные. Содержание металлов в ней сильно колеблется и в среднем равно 1—1,5% Си, 2—3% РЬ, 6—8% Zn и 14—16% Fe. Несмотря на сравнительно высокое содержание в этой руд* цветных 'металлов (сумма меди, свинца и цинка равна 10—. 11%), получение из нее селективных концентратов оказалось невозможным из-за высокого содержания в руде плюмбоя!розита и окисленных соединений меди и, в частности, заметных ко личеств воднорастворимого сульфата.
При коллективной флотации достигается высокое извлечение металлов. Коллективный концентрат, полученный из этой руды,
содержит 3—3,5% Си, 7—8% РЬ, 20—22% Zn, 17—20% Fe. около 30% S и 7% Si02.
Концентрат в смеси с известняком, расход которого состав лял около 20% к весу концентрата, подвергали обжигу с агло мерацией, а полученный агломерат с добавкой 10—11% кокса
плавили в электропечи с конденсацией паров |
в конденсаторе, |
орошаемом свинцом. |
1300—1350° С и |
Шлак выпускали из печи при температуре |
штейн при 1200° С. Уровень ванны в печи колебался в пределах 500—650 мм. Температура под сводом была 1100—1200° С. Рас ход энергии на плавку составлял 1100 квт-ч на 1 т агломерата.
Состав полученных при этом продуктов плавки и распреде ление между ними -металлов приведены в табл. 52.
Т а б л и ц а 52
Состав продуктов плавки медно-свинцово-цинкового концентрата и распределение между ними металлов, %
Продукты плавки
Выход
%
|
Медь |
Свинец |
|
Цинк |
|
содержа ние |
извлече ние |
содержа ние |
извлече ние |
содержа ние |
извлече ние |
|
Загружено |
|
|
|
|
|
Агломерат |
| 100 |
| 3,3 |
100 |
8,6 |
| 100 |
| 2 ..2 | |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
Получено |
|
|
|
|
|
Штейн. |
21 |
15 |
95 |
5,3 |
13 |
4,2 |
Шлак |
30 |
0,2 |
2 |
0,3 |
1 |
2,2 |
Свинец |
3,6 |
3 |
0,3 |
96 |
20 |
— |
Цинк |
18,6 |
0,2 |
1,1 |
2,5 |
5 |
97 |
Дроссы |
14,8 |
0,2 |
1 |
67 |
35 |
21,3 |
Пыль |
2,2 |
0,12 |
— |
21,5 |
5,6 |
56,5 |
Переработка медно-свинцово-цинкового концентрата, богатого свинцом
Концентрат был получен в результате коллективной флота ции сульфидной головки смешанных руд. Селективная флота
ция связана с очень сложной схемой и низкими |
показателями |
||||||
по извлечению и селекции. |
РЬ, |
23,3% Zn |
и |
||||
Концентрат |
содержал |
3,6% Си, 15,2% |
|||||
13% |
Fe. После обжига и спекания с добавкой 20% |
известняка |
|||||
и 5% |
кварца |
агломерат |
с добавкой 11% |
кокса |
подвергали |
||
электроплавке. |
Результаты плавки приведены в табл. 53. |
при |
|||||
Сравнение |
полученных |
результатов показывает, |
что |
Т а б л и ц а 53
Состав продуктов плавки медно-свинцово-цинкового концентрата и распределение между ними металлов, %
Продукты плавки
Агломерат
Свинец
Штейн.
Шлак Цинк . Дроссы Пыль
|
Медь |
|
Свинец |
Цинк |
|||
Выход |
л |
в |
1 |
л |
извлече ние |
8 д |
извлече ние |
|
содерж ние |
извлече ние |
содерж ние |
||||
% |
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
о. |
|
|
|
|
|
|
|
|
е* <о |
|
Загружено |
|
|
|
|
|
|
|
| 100 [ |
3 | |
100 |
| |
14,9 |
| 100 |
| 23,8 |
| |
Получено |
|
|
|
|
|
|
|
5,23 |
2,6 |
5 |
|
96 |
50 |
— |
|
15,70 |
16,5 |
90 |
|
11 |
11,5 |
1,8 |
|
30,4 |
0,16 |
1,65 |
|
0,22 |
0,4 |
1 |
|
18,9 |
0,3 |
1,4 |
|
2,5 |
3,2 |
97 |
|
11,6 |
0,2 |
0,9 |
|
63 |
25 |
22,8 |
|
4,9 |
0,23 |
0,38 |
22,8 |
9,0 |
43,3 |
|
плавке концентратов различного состава образуется отвальный шлак.
Несмотря на то что переработке подвертали концентраты, бедные по содержанию меди, извлечение ее в штейн весьма вы сокое и в результате большой степени сокращения полученный штейн можно подвергать прямому бессемерованию.
Чем выше содержание свинца в шихте, тем полнее прямое его извлечение в металл при плавке. Значительное количество свинца улетучивается в 'возгоны и переходит в дроссы.
Прямой выход цинка в металл превышает 75% от содержа ния его в агломерате и при переработке оборотных материа лов— дроссов и пыли, общее извлечение цинка приближается к 90—92% — цифре весьма высокой для столь бедного сырья.
Характеристика продуктов плавки
Ш л а к в соответствии с приведенными выше данными тео ретических исследований выбирали с отношением CaO Si02, близким к единице, при содержании этих компонентов около 30—35% и содержании 10—15% Fe.
Содержание .глинозема в шлаке при этом колебалось в пре делах 4—6% и серы от 1 до 1,5%. Шлак содержал от 0,15 до 0,25% Си, от 0,2 до 0,3% РЬ и от 1,5 до 2,5% Zn.
Содержание золота не превышало 0,1 г/г, а серебра 10— 15 г/т, что примерно вдвое ниже содержания этих металлов в шлаках и отражательной плавки свинцового и медного произ водств.
Выход шлака, как правило, не превышал 30—35% от веса агломерата и потери с ним металлов были невелики. Электро
проводность |
шлака при 1300° С не превышала 0,1 ом~1»см~К |
что позволяло вести плавку на напряжении около 200 в. |
|
Шт е й н |
в зависимости от состава исходного сырья и режи |
ма плавки содержал от 10 до 50% Си. Столь широкие пределы колебаний связаны с различным количеством серы, оставляемой в агломерате, различным содержанием меди в сырье и различ ной степенью восстановления железа при плавке.
При переработке менее железистых шихт получается более богатый медью штейн, при плавке шихты с высоким содержани ем железа его целесообразнее переводить в штейн, чем в шлак, а это связано с обеднением штейнов медью. О составе некоторых штейнов, полученных при переработке полиметаллических кон центратов, можно судить по данным табл. 54.
|
|
Химический состав штейнов, |
% |
Т а б л и ц а |
54 |
||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Агломерат |
|
|
|
|
Штейн |
|
|
Си |
РЬ |
Zn |
Fe |
S |
Си |
РЬ |
Zn |
Fe |
S |
3 |
7 |
20 |
12 |
4,5 |
15,5 |
5,3 |
2,4 |
49 |
20 |
3,4 |
10,6 |
11,5 |
12,2 |
2,9 |
27,7 |
16,36 |
8,13 |
23 |
— |
3,4 |
6,8 |
22,7 |
16,7 |
5,0 |
16,9 |
4,1 |
4,4 |
38 |
20 |
4 |
18 |
17 |
10 |
5 |
22 |
10 |
7 |
27 |
23 |
4 |
8 |
15 |
12 |
4,5 |
30 |
10 |
10 |
25 |
— |
8,7 |
5,6 |
7,7 |
15 |
6,0 |
42,2 |
9,55 |
5,31 |
12 |
— |
7,9 |
1,9 |
11,8 |
20 |
6 |
22 |
2,3 |
1,8 |
42 |
20 |
Степень концентрации меди при плавке достигает 8 и штейн можно бессемеровать без предварительной сократительной плавки.
Чем больше меди в концентрате, тем больше может содер жаться в нем железа без соответствующего увеличения выхода шлака.
Однако содержание в штейне цинка примерно равно содер жанию его в шлаке, и поэтому увеличение содержания железа в концентрате во всех случаях связано с дополнительными по
терями цинка. |
электротермическом процессе являются од |
В о з г о н ы при |
|
ним из основных |
продуктов плавки. В простейшем случае по |
кидающие печь возгоны можно окислить, подсасывая необхо димое количество воздуха, и полученные окислы подвергнуть, выщелачиванию и электролизу. Такой способ переработки воз гонов связан с необходимостью сооружения мощных пылеулав
ливающих устройств со сложной гидрометаллургической схе мой переработки свинцово-цинковых возгонов и большим рас ходом электроэнергии при электролизе растворов. Кроме того, при этом способе не используется большое преимущество элек тротермического способа — малый объем газов, образующих ся при плавке, и отсутствие в них кислорода и двуокиси угле рода.
Опыты по осаждению возгонов, образующихся при плавке полиметаллических концентратов, в виде металлической пыли
показали, |
что частицы осаждаемой |
пыли имеют |
крупность |
до |
3 мк и |
содержат около 20% РЬ, |
66—70% Zn, |
до 4% S |
и |
0,3% Cd. Кроме того, пыль содержит около 0,4% Си и 1% Fe, 1,5% Si02 и 0,75% СаО, перешедших в нее с механическим уносом.
Как показали наблюдения, пыль обогащалась свинцом при недостатке восстановителя в процесс плавки и повышении тем пературы в печи. Объясняется это явление тем, что при недо статке кокса степень отгонки цинка снижается, в то время как улетучивание сульфидов и окислов свинца интенсифицируется и относительное содержание свинца в возгонах возрастает.
Цинк в возгонах присутствует главным образом в виде ме талла— 8% Zn находится в окисленной и 7% — в сульфидной формах. Свинец присутствует главным образом в виде металла и только в небольшой степени — в виде сульфидов и окислов.
Поскольку возгоны полученного состава не могут найти практического применения, а вторичная их переработка каки
ми-либо простыми способами невозможна, плавка |
с получени |
|
ем твердых возгонов практически неприемлема. |
способ |
плав |
Единственный экономически целесообразный |
||
ки — процесс с прямой конденсацией. Как показано |
выше, |
прямой выход цинка в жидкий металл при этом достигает 75— 80% и до 20% Zn переходит в дроссы и пыль.
Химический состав дроссов из конденсатора со свинцовым орошением и пыли, улавливаемой в инерционном пылеулови
теле, приведен |
в табл. 55. |
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
55 |
|
|
Химический состав |
дроссов |
и пыли, % |
|||||
|
|
|
|
|||||
Продукт пловки |
Си |
РЬ |
1 |
|
|
Cd |
|
|
Zn |
S |
Si02 |
Au. ajm Ag. e/m |
|||||
Дроссы |
0,17 |
63 |
23 |
3 |
2 |
о , п |
1,4 |
73,2 |
Пыль |
0,23 |
29 |
43 |
7 |
5 |
0,45 |
1,0 |
70,2 |
Дроссы представляют порошкообразный продукт, содержа щий до 50% ковкой части в виде небольших корольков евин-