способ конвертирования медно-никелевых штейнов

Формула изобретения

1. Способ конвертирования медно-никелевых штейнов, включающий продувку окислительным газом через штейн в присутствии кремнекислого флюса с образованием расплава файнштейна, отличающийся тем, что под зеркало расплава файнштейна подают серу посредством пневмотранспорта с одновременной продувкой конвертера неактивным газом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что серу подают в среде неактивного газа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии цветных металлов и применимо при конвертировании медно-никелевых штейнов.

Известен способ конвертирования медно-никелевых штейнов путем продувки их сжатым воздухом в присутствии кремнекислого флюса (кварцита) (Ванюков А. В. Уткин Н. И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья, 1988, стр. 431).

В известном способе при конвертировании медно-никелевых штейнов с низким содержанием серы и интенсивной переработкой окисленных металлосодержащих материалов в файнштейне образуется металлическая фаза, которая при флотационном разделении возвращается в голову процесса. Для файнштейнов АО "Комбинат Североникель" с содержанием серы от 19 до 20% доля металлической фазы достигает 12 16% тогда как оптимальное содержание серы в файнштейне - 23 24% при котором металлическая фаза составляет 1 4%

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в конечной стадии варки файнштейна конвертер переводится на дутье неактивным газом с подачей посредством пневмотранспорта элементарной серы под зеркало расплава файнштейна.

В предпочтительном варианте серу подают в среде неактивного газа.

Сера взаимодействует с металлической фазой файнштейна с образованием сульфидов меди и никеля.

Вдувание серы в среде неактивного газа посредством пневмотранспорта, через фурмы конвертера с высокой скоростью, непосредственно в массу файнштейна приводит к турбулизации ванны расплава, т.к. значительно увеличивается площадь контакта серы с металлической фазой.

Реакция образования сульфидов протекает с высокой скоростью, практически при 100% -ном усвоении серы, исключая вынос серы с газами и ее окисление кислородом воздуха.

Продувка неактивным газом способствует поддержанию температурного баланса конвертирования, т.к. с неактивным газом отводится часть энергии, выделившейся в результате реакции образования сульфидов.

Примерный тепловой баланс 60-тонного конвертера при продувке файнштейна азотом 5х10³ м³ и подаче элементарной серы посредством пневмотранспорта в течение 15 минут приведен в таблице.

Примерный тепловой расчет позволяет сделать вывод, что сочетание продувки массы файнштейна неактивным газом с подачей посредством пневмотранспорта элементарной серы через фурмы конвертера не приводит к перегреву файнштейна.

Пример выполнения предложенного способа конвертирования медно-никелевых штейнов.

Медно-никелевые штейны являются продуктом плавки шихты в электропечах и поступают на дальнейшую переработку в конвертерное отделение.

Целью процесса конвертирования является удаление из штейнов практически всего железа, присутствующего в штейне в форме сульфида FeS, магнитита Fe₃O₄ и в металлической форме, для получения конечного продукта файнштейна, в который с максимально возможной полнотой должны быть извлечены никель, медь, кобальт, благородные и редкие металлы.

Конвертерный шлак обедняется в электропечах; газы, содержащие серу, направляются на производство серной кислоты, конвертерная пыль возвращается в производство.

Термодинамика реакций конвертирования.

Расплавленный штейн заливается в конвертер при температурах 1100 - 1200^oС, подвергается действию кислорода воздушного дутья, подаваемого через фурмы, которые в рабочем положении конвертера погружены в слой штейна на глубину 300 600 мм. Кварцевый флюс загружается через горловину на поверхность расплава.

В конвертере различаются две зоны физико-химических процессов: зона интенсивного окисления штейна, примыкающая непосредственно к фурмам, и зона шлакообразования, формирующаяся в поверхностных слоях конвертерной ванны.

Ориентируясь на значении убыли изобарного потенциала основных реакций конвертерного процесса, очевидно, что при контакте с кислородом дутья все компоненты расплавленного штейна, как сульфиды, так и свободные металлы, с одинаковой и весьма с высокой степенью активности способны окисляться.

Термодинамические закономерности служат теоретическим обоснованием разделения процесса конвертирования медно-никелевых штейнов на две стадии: период набора штейна и период варки файнштейна. Во время набора штейна каждая его порция продувается с таким расчетом, чтобы в ней оставалось не менее 15% железа, т.е. с той допустимой концентрацией, при которой сульфид железа надежно экранирует от окисления сульфидов цветных металлов.

"Варка" файнштейна начинается при накоплении определенного объема обогащенной массы, и основная задача ее заключается в возможно полном сохранении никеля и кобальта при минимальном количестве железа до 2 3,5%

Порядок ведения процесса конвертирования.

1. Зарядка конвертера.

В конвертер заливаются 3 4 ковша штейна. Конвертер ставится под дутье.

2. Первая продувка.

Через 10 15 минут после начала дутья в конвертер загружается кварцит и наводится шлак с содержанием SiO₂ 16 20% Во время дутья производится чистка фурм и поддерживается расход воздуха в пределах 650 700 нм³/мин. При достижении температуры массы больше 1200^oС заливаются 2 3 ковша штейна.

Общая продолжительность первой продувки 75 минут, затем сливается шлак (3 4 ковша).

2. Вторая продувка.

После слива шлака в конвертер загружаются оборотные никельсодержащие материалы, примерно 20 тонн. Заливаются 2 3 ковша штейна и производится продувка в течение 20 30 минут, затем грузится кварцит. Температура расплава доводится до 1240^oС и сливается шлак.

3. Третья продувка.

Данная операция определяет получение богатой массы по цветным металлам с содержанием железа 8 10% По окончании слива шлака второй продувки загружаются богатые по никелю холодные присадки до 10т.

Конвертер ставится под дутье в течение 20 30 минут, затем грузится кварцит и сливается шлак. Температура расплава составляет 1200 1240^oС, расход воздуха регулируется прочисткой фурм и составляет более 40 тыс.м³/час.

4. "Варка" файнштейна.

"Варкой" файнштейна заканчивается процесс конвертирования медно-никелевых штейнов. После слива шлака третьей продувкой конвертер устанавливают под дутье. Загрузка кварцевого флюса ведется в два приема. Через 10 15 минут загружают 5 8 тонн кварцита, файнштейн доводится по фурмовке и за 15 20 минут до его готовности загружается вторая порция кварцевого флюса в количестве 2 4 тонн.

"Варка" файнштейна ведется на пониженной температуре (до 1180^oC с целью сохранения кобальта и серы в конвертерной массе. По окончании "варки" файнштейна производится отбор проб, делается стехиометрический анализ, который окончательно определяет готовность файнштейна к розливу его в изложницы.

Способ предлагаемого технического решения.

После окончания "варки" файнштейна и полной его готовности конвертер переводится на дутье неактивным газом. В нашем примере этим неактивным газом является азот, т. к. его в избытке образуется на существующих кислородных блоках предприятия, но может быть и любой другой инертный газ аргон, неон и т.д. В качестве сульфитизатора использовалась комковая сера.

Испытание проведено на установке пневмотранспорта из камерного питателя емкостью 1,2 м³ по транспортному трубопроводу, диаметром 24 мм и длиной 2200 мм. Комковая сера, подаваемая в питатель, была предварительно высушена, измельчена до размера частиц не более 10 мм. Загрузка питателя составила 750 кг с содержанием чистой серы 83% Подача серы осуществлялась на конечной стадии варки файнштейна в среде азота.

Испытание показало:

пневмотранспорт серы работал стабильно в течение всего времени испытаний; при этом достигнута производительность 4500 кг серы в час;

при подаче серы через фурмы конвертера в нем не отмечалось выбросов расплава и дополнительного газообразования;

t ванны расплава не повышалась.

Анализ файнштейна до подачи серы.

Никель 33,36%

Медь 39,41%

Кобальт 1,31%

Железо 4,49%

Сера 21,33%

Анализ файнштейна после подачи серы.

Никель 34,15%

Медь 40,07%

Кобальт 1,23%

Железо 2,20%

Сера 22,31%

Общий вес плавки составил 21,3 т.

Вывод: проведенные испытания подтвердили целесообразность подачи серы разработанным способом в среде неактивного газа: увеличение содержания серы в общей массе файнштейна снижает металлизацию его, что, в конечном счете, позволит провести более качественно флотационное разделение медно-никелевого концентрата с дополнительным получением в концентратах меди и никеля.