1223

связан с расходом металлического цинка, сооружение установки связано с расходом дорогих огнеупоров, эксплуатационные рас­ ходы высоки.

Испытывался способ восстановления цинка из рудоугольных брикетов в вертикальных ретортах, с конденсацией паров в ви­ де пыли. Получаемая при этом пыль была достаточно высокого

Рис. 82. Камера-конденсатор для получения цинковой пыли:

1 — камера; 2 — змеевиюг, 3 — шнек; 4 — разгрузочный шнек; 5 — предохрани­ тельный клапан; 6 — электропечь

качества, но способ оказался малопроизводительным, требовал большого расхода дорогих огнеупоров и был оставлен.

Л. М. Рабичева с сотрудниками (330] исследовала процесс получения цинковой пыли путем плавки цинксодержащего аг­ ломерата в руднотермической печи и конденсации паров в ин­ тенсивно охлаждаемой металлической камере.

В качестве плавильного агрегата была использована печь мощностью 900 /сва, описанная выше. Газы из печи по корот­ кому газоходу направлялись ъ пылевой конденсатор и два по­ следовательно расположенных инерционных пылеуловителя.

Конструкция пылевого конденсатора была ранее разработа­ на и освоена на Иртышском заводе применительно к электро­ термической переработке полиметаллических 'концентратов.

и коническим днищем, в нижней части которого находится пла­ вающий шнек, разгружающий осевшую пыль через отверстие в конце камеры. Пыль поступает в приемник, из которого корот­ ким поперечным щнеком разгружается на вибрационное сито.

скруббере высотой 1,7 ж и диаметром 450 жж, орошаемом водой

Рис. 83. Аппаратурная схема осаждения цинковой пыли:

/ — электропечь; 2 — пылевые бункера; 3 — инерционный пылеуловитель; 4 — скруббер; 5 — эжектор; 6 — выхлопная труба; 7 — форсунки; 8 — шнек; 9 — плунжерный затвор

через 8 форсунок. Газы из скрубберов отсасывали водоструйны­ ми насосами и выбрасывали в. трубу [ПО]. Схема осаждения пы­ ли приведена на ,рис. 83.

Температура в пылевой камере колебалась в пределах 300— 450° С и определялась количеством поступающих в нее газов и паров, а также количеством воды, поступающей на орошение камеры.

В пылевом конденсаторе осаждалось 83% пыли, до 17% улавливалось в инерционных пылеуловителях и в скруббере до 3% от веса товарной пыли.

Полученная цинковая пыль имела активность до 95% при содержании, %: 0,06—0,6 Fe, 0,8—1,6 Pb, до 0,3 Cd, до 0,3 Си, 0,5 S, до 0,01 As, до 0,004 Sb, до 0,3 С, до 0,6 нерастворимых примесей и до 50 г/т Ag.

При интенсивном предварительном прокаливании шихты, со­ провождавшемся полным разложением известняка и частичным отгоном свинца и кадмия, активность пыли повышалась на 3— 4%. Следует полагать, что при переработке шихты, из которой

свинец и кадмий удалены достаточно полно, получаемая пыль может обладать активностью, близкой к 98%.

В проведенных исследованиях активность пыли заметно ме­ нялась, так как имелись сильные колебания в содержании при­ месей в пыли, вызванные неустойчивым режимом плавки, а так­ же значительные колебания в. гранулометрическом составе агло­ мерата. Фазовый анализ 'показал, что пыль содержала 87% металлического, 5% окисленного и 1% сульфидного цинка. Бо­ лее 7% состава пыли приходилось *на примеси железа, свинца, меди, серы, кислорода и др. Применение этой пыли для очистки сульфатных цинковых растворов от примесей затруднений не встретило, но использование ее для других целей затрудни­ тельно.

Гранулометрический анализ пыли показал, что в ней содер­ жится 10% частиц крупностью 0,045—0,022 мм, 60% частиц крупностью 0,009—0,0045 мм, 30% частиц крупностью менее 0,0045 мм.

Получаемая в инерционном пылеуловителе и скруббере пусьера содержала 90—94% Zn, до 1,5% РЬ, до 0,4% Cd и 0,3% S. Пусьера может быть использована для очистки раство­ ров, так же как пыль, осажденная в камере. При этом весьма полно извлекается содержащийся в ней 'кадмий.

Режим плавки агломерата в процессе получения цинковой пыли не отличался от описанного ранее.

Шлак содержал от 2 до 4% Zn, 8—10% Fe, 28—30% Si02, 25—30% СаО и 9—10% MgO. Отношение суммы окиси кальция

имагния к кремнезему было равно 1,3.

Вдонной фазе получалось два продукта — штейн и металли­ ческий сплав. Штейн содержал 2,5—5% Zn, 30—35% Fe, 30—

ходило ее до 7% и потери в шлаке не превышали 2—3%. Кадмий распределялся так же, как цинк.

Производство цинковой пыли описанным способом намного дешевле, чем любым другим способом из металлического цинка но качество пыли значительно ниже и возможности ее приме­ нения ограничены только металлургической промышленностью.

Глава VII

ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА МЕДНО-СВИНЦОВО-ЦИНКОВЫХ ПРОДУКТОВ

1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Внастоящее время в промышленную переработку почти не поступают монометаллические руды, содержащие какой-либо один металл. Практически все руды содержат в том или ином количестве несколько металлов. В частности, руды тяжелых цветных металлов содержат минералы меди, свинца, цинка и сопутствующих им младших, редких и рассеянных элементов.

Взависимости от преимущественного содержания тех или иных минералов различают руды медно-цинковые, свинцово­ цинковые, медно-авинцово-цинковые или медно-свинцовые.

Современные способы обогащения руд и, в частности, селек­ тивная флотация, пфзволяют выделить из этих руд относитель­ но чистые и богатые монометаллические концентраты, подвер­ гаемые металлургическому переделу по соответствующим тех­ нологическим схемам.

Ксожалению, разделение руды *на совершенно чистые мо­ нометаллические фракции, т. е. на концентраты, содержащие только один какой-либо металл, невозможно. Более того, толь­ ко в особо благоприятных случаях оказывается возможным по­

лучить богатый свободный от примесей концентрат при доста­ точном извлечении в него основного металла.

Во многих случаях концентраты наряду с основным метал­ лом содержат металлы-примеси, количество которых бывает весьма значительно.

Это связано с различными причинами: малыми размерами частиц минералов, степенью их прорастания друг с другом и с вмещающей породой, свойствами минералов и пр.

Как правило, стремление к повышению извлечения какоголибо металла в соответствующий концентрат сопровождается увеличением содержания примесей других металлов в этом

концентрате.

Поэтому цинковые концентраты содержат заметное количе­ ство свинца и меди, в свинцовые концентраты переходит зна­

металлы-примеси переходят в различные промежуточные про­ дукты. При плавке медных концентратов основная масса цин­ ка и часть свинца переходят в шлак. Часть цинка и свинца переходят в пыли, в которых концентрируются многие редкие и рассеянные элементы.

При плавке свинцовых концентратов основная масса цинка концентрируется в шлаке, а меди — в штейне. В пыль перехо­ дит часть цинка и основная масса редких и рассеянных эле­ ментов.

При переработке цинковых концентратов медь, благородные металлы, свинец и часть редких и рассеянных элементов кон­ центрируются в кеках или раймовке.

Все эти продукты требуют переработки для извлечения содержащихся в них ценных компонентов. Причем объем со­ ответствующих цехов, строящихся для этой цели на предпри­ ятиях, часто не уступает объему основных производств, а по сложности технологии и аппаратуры превосходит их [337, 338].

Совершенствование средств и способов обогащения слож­ ных руд, применение многостадийных схем флотации, новых флотореагентов и новой аппаратуры позволяет добиваться все более полной селекции, но одновременно в производство вов­ лекаются все более сложные по составу и упорные при обо­ гащении руды, из которых выделение монометаллических кон­ центратов с достаточно высоким извлечением металлов встре­ чает значительные трудности.

Поэтому получение чистых, содержащих малое количество примесей, концентратов в большинстве случаев связано с вы­ делением в процессе флотации промежуточных продуктов обогащения, в которых сосредоточены тонкие сростки минера­ лов, различные шламовые фракции и- другие не поддающиеся селекции продукты, представляющие по существу коллектив­ ные концентраты, содержащие медь, свинец и цинк в различ­ ных соотношениях.

Встречаются руды, в которых степень прорастания мине­ ралов столь велика, что выделение из них монометаллических концентратов вообще не представляется возможным и в ре­ зультате обогащения, после отделения пустой породы, полу­ чаются только коллективные концентраты.

Кроме того, значительную долю в общем балансе руд со­ ставляют смешанные руды (в большинстве случаев залегающие в верхних выветренных зонах месторождений), содержащие окисленные минералы. Такие минералы плохо флотируются и переработка смешанных руд, как правило, сопровождается

повышенными потерями металлов. Очень часто переход на кол­ лективную флотацию в этом случае позволяет достигнуть за­ метного повышения извлечения металлов в общий концентрат.

О преимуществах переработки богатых и свободных от при­ месей концентратов неоднократно сообщалось в литературе [339, 340]. Увеличение извлечения, повышение производительно­ сти, улучшение условий труда — вот что несут с собой такие концентраты.

Но их получение в большинстве случаев связано с необхо­ димостью выделения и вывода из цикла флотации промежуточ­ ных продуктов — коллективные концентратов, которые должны перерабатываться в самостоятельном металлургическом пере­ деле с достаточно высокими технологическими показателями.

Внастоящее время на многих обогатительных фабриках промежуточные продукты образуются при существующих схе­ мах. Получающиеся продукты присоединяют к одному из кон­ центратов или разассигновывают между несколькими концен­ тратам,и, так как вывод их без последующей переработки связан с большими потерями металлов, а возможности пере­ работки коллективных концентратов металлургическими спосо­ бами весьма ограничены.

Медно-цинковые концентраты перерабатываются двумя способами: пирометаллургическим и гидрометаллургическим.

Всоответствии с пирометаллургической схемой концентрат обжигают с использованием газов для производства серной кислоты. Огарок плавят с извлечением меди <в штейн и основ­ ной массы цинка — в шлак. Штейн бессемеруют для получения

меди, а шлак подвергают фьюмингованию для извлечения из из него цинка. Возгоны перерабатывают электролизом [341— 348].

Схема эта очень сложна и недешева, так как для перевода цинка в шлак требуется большой расход флюсов, а большой выход шлака вызывает значительный расход топлива при руд­ ной плавке и фьюми-нговании. Переработка возгонов связана с большими капиталовложениями и высоким расходом элек­

троэнергии при электролизе.

При большом содержании цинка в концентрате (с отноше­ нием его к меди 1 1) такая схема становится экономически

неприемлемой.

Гидрометаллургическая схема переработки медно-ции'ковых концентратов применяется в Японии на заводе «Косако» [349 351].

Концентрат в виде пульпы обжигают в кипящем слое и по­ лученный сульфатный огарок после выщелачивания подверга­ ют электролизу и цементации для осаждения меди, а затем электролизу для осаждения цинка.

Благородные металлы при этом переходят в кек, требую­ щий самостоятельной переработки, скорее всего по схеме хло- рид-возгоночного процесса.

Процесс «Косако» гарантирует высокое и комплексное из­ влечение всех составляющих, но требует значительных капи­ таловложений и в больших масштабах производства достаточ­ но сложен.

Для переработки свинцово-цинковых концентратов в пос­ ледние годы английской фирмой «Империал Смелтинг» освоен процесс шахтной плавки. Процесс этот применим к концентра­ там, содержащим 35—40% Zn, до 20% РЬ и не более 1,5—2% Си. Значительное снижение содержания цинка затрудняет кон­ денсацию его в жидкий металл, повышение концентрации меди делает невозможным процесс плавки [309—311].

Технологическая схема процесса предусматривает обжиг концентрата с агломерацией и плавку агломерата с 45—50% по весу кокса в шахтной печи с герметичным колошником и с дутьем, подогретым до 600—700° С.

При плавке образуется черновой свинец, шлак и возгоны, при конденсации которых в конденсаторах, орошаемых свин­

словно эффективный процесс, единственным недостатком кото­ рого являются довольно жесткие ограничения по химическому составу перерабатываемого сырья.

Для бедных свинцово-цинковых продуктов возможно приме­ нение вельц-процесса [352—355], но приходится считаться с тем, что в результате вельцевания не получаются какие-либо готовые продукты, так как свинцово-цинковые возгоны нуж­ даются в сложной гидрометаллургической переработке (с са­ мостоятельной переработкой свинцового кека), а клинкер, в котором остаются золото и серебро, должен подвергаться плав­ ке для извлечения этих металлов. Бели в сырье нет меди и благородных металлов и, следовательно, отсутствует необхо­ димость переработки клинкера — вельц-процесс становится вполне приемлемым. Для таких продуктов вполне рациональ­ ным может оказаться изучаемый в настоящее время процесс циклонной плавки [356].

Для медно-свинцово-цинковых продуктов рациональной промышленной схемы переработки до настоящего времени нет. Известны случаи применения для этой цели шахтных печей [357], но полученные при этом показатели не могут считаться удовлетворительными.

В какой-то мере все указанное можно отнести и к перера­

ботке ряда промежуточных продуктов металлургического про­ изводства.

Для цинковистых шлаков широко распространенным спосо­ бом переработки является фьюминг-процесс[358—365]. Расплав­ ленный шлак продувают углевоздушной смесью при расходе около 20% к его весу пылеугля. При этом возгоняются цинк и свинец, улавливаемые в виде окисленных возгонов. Окислы выщелачивают в серной кислоте и из раствора цинк извлека­ ется электролизом, а свинец осаждается в виде кека, направ­ ляемого в свинцовую плавку. Из шлака, освобожденного от свинца и цинка, в некоторых случаях, добавляя пирит, извле­ кают часть меди в бедный штейн.

Процесс фьюмингования обеспечивает высокое извлечение свинца и цинка из шлака. К недостаткам процесса фьюминго­ вания следует отнести периодическое его проведение и полу­ чение цинка в виде возгонов, нуждающихся в сложной, доро­ гой и энергоемкой переработке.

В литературе упоминаются случаи переработки шлаков в вельц-печах, однако процесс этот мало перспективен и очень ограничен в применении.

Кеки цинкового производства перерабатывают главным образом двумя способами: в шихте шахтных печей или про­ цессом вельцевания. Кеки гидрометаллургического производст­ ва цинка вводят в шихту свинцовой шахтной плавки перед ее агломерацией. При этом в шихте должна отсутствовать медь и обжиг проводят с полным удалением серы.

При плавке агломерата основная масса цинка, содержаще­ гося в кеке, переходит в шлак; свинец, золото и серебро извле­ каются в черновой металл, который в дальнейшем рафинируют.

Шлак подвергают фьюмингованию и цинковые возгоны — гидрометаллургической переработке. Этот способ можно счи­ тать способом фьюмингования кеков, поскольку предваритель­ ная плавка служит только для подготовки кеков к этому про­ цессу.

Такому способу переработки кеков свойственны все преи­ мущества и недостатки фьюминг-процесса.

При вельцевании кеков содержащиеся в них свинец и цинк переходят в возгоны и далее извлекаются при гидрометаллур­

гической переработке возгонов.

Медь и благородные металлы остаются в клинкере, пере­ работка которого представляет известные трудности, поскольку в клинкере остается много непрореагировавшего углерода, а содержание в нем ценных металлов незначительно.

В последнее время предпринимаются усилия, направленные на выделение и использование содержащегося в клинкере же­ леза [366].

Раймовку, получаемую при дистилляции цинковых концен­ тратов, перерабатывают обычно в вельц-печах. При этом до­ стигается достаточно полное извлечение в возгоны свинца и цинка, но вся медь и благородные металлы остаются в клин­ кере. Возгоны обычно возвращаются в шихту дистилляционных печей, а проблема переработки клинкера, содержащего обычно не более 2—3% Си при 15—20% С, столь же сложна, как и такого же клинкера от вельцевания кеков. Такой клин­ кер трудно спекать из-за избытка углерода. По этой же причи­ не он ухудшает показатели отражательной медной плавки. Клинкер слишком мелок, чтобы его можно было без предвари­ тельного спекания загружать в шахтные печи медной или свинцовой плавок.

В пылях металлургического производства наряду со значи­ тельным количеством свинца и цинка, сосредотачиваются мышьяк, кадмий, а также основная масса редких и рассеянных элементов. Пыли перерабатывают гидрометаллургическим спо­ собом, по достаточно сложным и многостадийным схемам, пре­ дусматривающим полное извлечение всех составляющих их ценных металлов [367—368].

Можно утверждать, что переработка коллективных продук­ тов, будь то промежуточные продукты обогащения или метал­ лургического производства, совместно с медными, свинцовыми или цинковыми концентратами, как правило, технически нецеле­ сообразна и экономически невыгодна [369]. Лучшим решением вопроса является самостоятельная их переработка [370].

При этом появляется возможность получать и перерабаты­ вать высококачественные монометаллические концентраты, по­ высить производительность основного металлургического обо­ рудования, улучшив технологические показатели и условия тру­ да на медных, свинцовых и цинковых заводах.

В производство можно вовлекать не поддающиеся селекции руды и руды, представленные тонковкрапленными или значи­ тельно окисленными минералами. Можно рационально исполь­ зовать полупродукты металлургического производства.

Возможности электротермического процесса для переработ­ ки медно-свинцово-цинковых продуктов описаны ниже.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ

Примером руд, трудноподдающихся селективной флотации, могут служить медно-цинковые руды Урала, проблемой пере­ работки которых длительное время занимались обогатители и металлурги.

Эти руды характеризуются тонкой вкрапленностью и тес­ ным взаимопрорастанием медных и цинковых минералов.