книги из ГПНТБ / Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление)

ангидрида в газах плавильной части КИВЦЭТной установки достига­ ло 90 %• При доработке высокоцинковистого шлака с температурой 1400° в электротермической части были получены следующие пока­ затели: удельная производительность электропечи по шихте б—7, по расплаву 5 т/м2 ■сутки, расход электроэнергии и восстановителя на 1 т шихты соответственно составил 150—450 ктв ■ч и 1,5—2%, сте­ пень конденсации паров цинка — 85 %• При этом состав полученных расплавленных продуктов был следующим: шлака — 2,2% Zn, 0,3 Pb, 40 Fe и 32 Si02; штейна — более 50% Cu, 2,6 Zn, 2,4 Pb, 19 Fe и 23 S.

ПЛАВКА МЕДНО-СВИНЦОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

В некоторых медных сульфидных рудах, кроме основного метал­ ла — меди, содержится значительное количество свинца, цинка, ред­ ких и рассеянных элементов. Большое содержание свинца и его не­ равномерное распределение по рудному телу требует иногда раздель­ ной добычи таких медно-свинцовых руд, которые затем подвергаются обогащению с получением коллективного медно-свинцового концент­ рата, а последний в свою очередь подвергается селективной флотации. Извлечение свинца в свинцовый концентрат при этом не превышает 50—60%. Технологические схемы самостоятельной металлургической переработки подобных коллективных медно-свинцовых концентратов пока находятся на стадии разработки и испытаний в различных мас­ штабах.

Испытания по циклонной плавке медно-свинцового концентрата проводились с целью достижения максимального перевода меди в штейн, а свинца и цинка — в возгоны. Опытные плавки проводи­ лись на ранее описанной стендовой циклонной установке производи­ тельностью шихты 6—8 т • сутки. Содержание основных компонентов

Влажность их 1—1,5% (табл. 31, 32).

Для получения шлаков приемлемого состава с учетом высокого содержания кремнезема в концентрате (35—36%) к шихте добавля­ лось около 26% от веса шихты измельченного известняка. Данные свидетельствуют, что коллективные медно-свинцовые концентраты могут быть переработаны путем пирометаллургической селекции в циклонной плавильной камере с извлечением в пыль и возгоны до 96% РЬ, 85% Zn и значительной части редких и рассеянных элемен­ тов. Богатые по меди шлаки и недостаточное извлечение меди явились следствием плохого отстоя расплавленных продуктов и получения

323

Таблица 31

Условия проведения опытных плавок медно-свинцового концентрата на штейн

Таблица 32

Баланс металлов при циклонной плавке медно-свинцового концентрата на штейн, %

богатых по меди штейнов. Дополнительное обеднение шлаков позво­ лит снизить содержание меди в них до 0,1—0,2%.

Возможность пирометаллургической селекции подобных коллек­ тивных концентратов с высоким извлечением свинца, цинка и редких элементов в возгоны была показана нами также при лабораторных и укрупненных испытаниях плавки во взвешенном состоянии приме­ нительно к медно-свинцовому концентрату, содержащему, %: 25,30 Си, 22,27 РЬ, 2,7 Zn, 4,50 Fe, 14,64 S и 20,87 Si02 [7, 8].

Испытаниями установлено, что при плавке медно-свинцового концентрата во взвешенном состоянии на подогретом воздухе и на воздухе, обогащенном кислородом, и в случае создания в печи нейт­ ральной или слабовосстановительной атмосферы степень отгонки летучих металлов достигает, %: свинца 93,3, цинка 73,2, кадмия

83,5 и рения 73,0.

ЦИКЛОННО-ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ВИСМУТОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

ВСоветском Союзе висмут в основном получают попутно в про­ цессе шахтной плавки совместной переработкой свинцовых и бедных висмутовых концентратов. Однако такое смешение приводит к разубоживанию шихты свинцовой плавки, вносит дополнительные тех­ нологические затруднения, увеличивает выход полупродуктов и шла­ ков.

Всвязи с этим в ИМиО АН КазССР разработан и испытан цик­ лонно-электротермический способ самостоятельной переработки вис­ мутовых концентратов [9].

Сущность способа заключается в плавке висмутсодержащих концентратов в циклонном плавильном агрегате с отгонкой висмута, свинца и других летучих составляющих в газовую фазу с получением товарного штейна и отвального шлака. В последующем возгоны, богатые свинцом и висмутом, плавятся в электропечи с добавкой сульфата натрия (или соды) в присутствии восстановителя с получе­ нием висмутистого свинца и штейно-шлакового расплава. Висмутистый свинец направляется на электрорафинирование, а штейно-шла­ ковый расплав подвергается водному выщелачиванию с целью извле­

чения других ценных составляющих.

В работах [7, 10, 11] показана возможность почти полной отгонки свинца, цинка и других летучих металлов в газовую фазу при циклонной плавке полиметаллических материалов с достаточно высоким извлечением меди и благородных металлов в штейн. В пер­ вой стадии летучие соединения висмута и свинца отделяются от соединений железа, меди и других нелетучих металлов. Возгоны

325

представляют собой преимущественно окисленные соединения метал­ лов.

В процессе электроплавки возгонов с сульфатом натрия (или содой) и восстановителем образуется сульфид натрия:

Na2SOj + 4СО= Na2S -Ь 4С02.

При высоких температурах он взаимодействует с окислами вис­ мута и свинца:

Ві20з-1- Na2S = 2Ві + Na20 + SO2 ,

3PbO+Na2S = ЗРЬ+ Na20 + S02.

При температурах 1100—1300° окислы цинка и мышьяка также взаимодействуют с сульфидом натрия, образуя соответствующие суль­ фиды и тиосоли, которые, в свою очередь, с сульфидами меди и желе­ за образуют натриевый штейн.

Таблица 33

При наличии в возгонах серы в шихту электроплавки добавля­ ется некоторое количество соды. В условиях электроплавки [12] карбонат натрия подвергается термохимическому разложению по реакции

Na2C0 3 — >-Na20 • С02— >-Na20-bC02,

с восстановителем он взаимодействует по реакции

Na2CO,3 + С = 2Na + С02 + СО.

Образовавшаяся в процессе разложения карбоната натрия окись натрия взаимодействует с сульфидом висмута:

Bi2S3+ 3Na20 — >-Ві20,з + 3Na2S,

или

Bi2S3 + 2Ві 20 з— >-6Bi+3C 02.

Опыты по плавке висмутовых концентратов (табл. 33) проводи­ лись в циклонной камере диаметром 180 мм, высотой 350 мм, произ­ водительностью шихты до 100 кг ■час.

326

Отличительной особенностью установки являлось комбинирова­ ние плавильного циклона с электроотстойником и раздельный выход газов и расплава из циклонной камеры, что создавало наиболее благоприятные условия для максимальной отгонки летучих компо­ нентов. Для переработки возгонов использовалась прямоугольная однофазная электропечь с глубиной ванны 800 мм, площадью пода

600X300 мм.

Плавка концентрата I. Выбраны следующие условия плавки: известняка — 7% от веса концентрата, производительность циклона — 60 кг/час по шихте, расход солярового масла — 35 л/час и воздуха 380 нмъ/час. Выход продуктов плавки составил: возгонов — 11—13%. штейна 63-—66, шлака 22—24 от веса шихты (табл. 34).

Таблица 34

Содержание и распределение металлов при циклонной плавке концентрата I, %

Из таблицы видно, что висмут и свинец практически полностью извлекаются в пыли и возгоны, так как содержание их в шлаке и штейне незначительное. Медь на 97% концентрируется в медном штейне при содержании 28%, в отвальном шлаке находится около

0,40% меди.

Плавка концентрата И. Расход известняка — 5%, кварцевого

Данные таблицы показывают, что свинец и висмут также в ос­ новном переходят в возгоны, причем содержание висмута в пылях рукавных фильтров достигает 22%, а грубые пыли осадительной камеры и циклонов содержат около 17% висмута. Следует отметить, что при плавке концентрата III с повышением содержания железа наблюдается некоторое увеличение потерь свинца со шлаком и штей­ ном. Такие концентраты, содержащие мало меди и свинца, целесо­ образно перерабатывать совместно с богатыми свинцом и бедными

327

железом материалами. Сырьем при этом является медно-свинцово-вис- мутовый концентрат III (табл. 33).

Таблица 35

Содержание и распределение металлов при циклонной плавке концентрата II, %

Плавка смеси концентратов II и III. К смеси концентратов Е соотношении 1:1 было добавлено 6% известняка и 9% кварцевого песка от веса концентратов. Данные таблицы 36 свидетельствуют, что при плавке смеси концентратов получаются возгоны, пригодные для электроплавки без добавки свинецсодержащего материала. Шлак получается отвальным. Железо между шлаком и штейном распреде­ ляется примерно поровну. Недостаток плавки такого соотношения концентратов — получение бедных медью штейнов, не пригодных для непосредственной переработки. Поэтому последующие опыты прово­ дились примерно в таком соотношении, в каком они поступают на свинцовый завод, т. е. в пропорции 7:5.

При плавке концентратов в указанном соотношении (расход квар­ цевого песка — 10%, известняка — 4% от веса смеси концентратов) извлечение висмута, свинца и цинка в возгоны соответственно состав­

концентратах. При наличии в концентрате меди, достаточной для образования штейна, в него извлекается 97—98% меди.

Результаты электроплавки возгонов (табл. 37). Возгоны, содержа­ щие 8,85 % Ві, 28 Pb, 6,4 Zn и 8,2 S плавились в электропечи с сульфа­ том, карбонатом натрия и восстановителем. Получены также висмутистый свинец (24% Ві и 75,2% РЬ) и штейно-шлаковый расплав (0,022% Ві, 1,6 Pb и 6,7 Zn). Извлечение висмута и свинца в металли­

328

ческую фазу составило соответственно около 98 и 96%. Висмутистый свинец практически не имел примесей других металлов, за исключе­ нием серебра. В шлако-штейновый расплав 'было извлечено около 95 % цинка, который в результате водного выщелачивания и фильтрации отделяется в виде цинкового концентрата. Штейно-шлаковый расплав

Таблица 36

Состав продуктов и распределение металлов при циклонной плавке смеси концентратов II и III

в основном содержит натрий, серу, цинк, мышьяк. Пыли от электро­ плавки возгонов оборотные. Пылевынос при электроплавке 2,6% от веса шихты. Пыль представлена содой и возгонами. В них обычно со­ держится мало серы, что указывает на обжиг возгонов.

Таким образом, опытами установлено, что разработанный цик­ лонно-электротермический способ переработки сульфидных висмуто­ вых концентратов может обеспечить прямое извлечение висмута до 95% и свинца 90—92% с получением товарного штейна с содержанием 27—30 % меди, цинкового концентрата и отвального шлака.

На основании полученных данных предложена схема само­ стоятельной переработки бедных сульфидных висмутистых кон­

329

центратов, обеспечивающая комплексное использование сырья с вы­ соким извлечением висмута, свинца, меди и цинка в товарные про­ дукты.

Таблица 37

Результаты по электроплавке возгонов (шихта: 250 кг — возгонов, 75 — соды, 50 — сульфата натрия)

ших залежей окисленных цинковых руд, практически не поддающих­ ся обогащению [13], поставило задачу изыскания метода их прямой металлургической переработки. Начиная с 1954 г. Гинцветметом, Казахским политехническим институтом [14] и ИМиО АН КазССР [15] проводились исследования по переработке ачисайских руд как пирометаллургическими (вальцевание, плавка во взвешенном состоя­ нии и др.), так и гидрометаллургическими (сернокислотная и щелоч­ ная схемы) методами. Результаты этих исследований не позволили выбрать эффективного способа переработки окисленных цинковых руд Ачисая. Нами был испытан циклонный способ для переработки ачисайской окисленной цинковой руды.

Исследование проводилось на укрупненной циклонной установке АН КазССР [16]. Средний химический состав окисленных руд сле­ дующий, %: Zn — 9,36—10,1; Pb — 1,16—3,21; Cd — 0,01—0,02; Fe — 15,7—17,18; Si02 — 7,03—10,61; CaO — 11,27—17,62; A1203— 1,2—3,11; S — 0,06—0,97; Cu — следы — 0,02; MgO — 6,7—7,4.

Цинк в руде находится в виде смитсонита, каламина и гироцин­ кита, свинец в виде церусита, железо представлено лимонитом и ге­ матитом. Основные вмещающие породы — известняки и доломиты.

330

Таблица 38

Условия проведения плавок руд и их основные технологические показатели

Руды, подвергавшиеся опытным плавкам, условно классифицирова­

кварцевого флюса применялся песок, содержащий 85—90% Si02

флюса; бесфлюсовая плавка руды крупностью —2,5 мм. Определялось влияние на отгонку металлов степени измельчения

руды, расхода твердого восстановителя, состава газовой фазы печи и других факторов. Во всех опытах использовалось жидкое топливо.

Среднее значение извлечения цинка в возгоны для опытов с 15%-ным расходом угольной пыли достигало 81,4%, с 30%-ным — 84,6% и с 35%-ным — 85,92%. Извлечение цинка в возгоны было примерно одинаковым во всех опытах — 93,94%. Значительное коле­ бание в расходе жидкого топлива по отдельным плавкам объясняется отчасти влиянием различного содержания твердого восстановителя

331

в шихте (от 35 до 15%), являющегося дополнительным источником

тепла.

В результате балансовых плавок установлен следующий выход продуктов, % к весу руды: пыли рукавных фильтров — 11,57, пыли горизонтального рекуператора — 1,32, пыли вертикального рекупера­ тора— 0,95, пыли кулеров — 1,77 и шлака — 65,04. Основная масса цинка (66,76) и свинца (68,91) концентрировалась в пылях рукавных фильтров. В грубые пыли (пыли горизонтального, вертикального рекуператоров и кулеров) перешло свинца 25,44%, цинка 13,95%.

Таблица 39

и 0,094% свинца. Выход товарной пыли в этой серии опытов равнялся 15.61% от веса руды. Среднее содержание цинка в товарных пылях (смеси пылей грубых и рукавных фильтров) было равно 51,29% и свинца 8,23 %.

Шлак, полученный при плавке ачисайских руд в смеси с квар­ цевым флюсом, был достаточно жидкотекучим, свободно выпускался из отстойной камеры. Вязкость шлака, определенную при различных температурах, можно представить как:

Минералогический анализ (табл. 39) показал, что в шлаках наблюдаются два вида минералогических форм — силикаты и шпи­ нели типа магнетита. Основным минералом шлака (65—70%) являет­ ся монтичеллит, представляющий собой раствор магнезиального монтичеллита (CaOMgO • віОг) в железистом (СаО • FeO • Si02). На 15—20% шлак состоял из шпинели типа магнетита, а также стекла, мервинита и ß-двухкальциевого силиката.

332