способ переработки железомарганцевых конкреций, содержащих фосфор
Классы МПК: | C22B47/00 Получение марганца C22B5/10 твердыми углеродсодержащими восстановителями |
Автор(ы): | Русаков М.Р., Глазатов А.Н., Рябко А.Г., Ковалев О.В., Парамонов Н.П., Серебряков Л.Г., Сидельников С.М. |
Патентообладатель(и): | ОАО "Институт Гипроникель", ЗАО "Восточно-оренбургская металлургическая компания" |
Приоритеты: |
подача заявки:
2001-05-07 публикация патента:
27.11.2002 |
Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, в частности к электропечному восстановлению высокофосфористых железомарганцевых конкреций, содержащих цветные металлы. Изобретение включает высокотемпературную обработку железомарганцевых конкреций при температуре 800-1000oС и восстановительную электроплавку, причем восстановитель подают на поверхность расплава в определенном количестве и выдерживают в таком состоянии в течение заданного времени. Передельный шлак электроплавки поступает на извлечение марганца, а сплав - на утилизацию ценных компонентов. Предусмотрено также разделение железомарганцевых конкреций на фракции +5 и -5 мм с их раздельной переработкой. Способ позволяет переработать конкреции с высоким содержанием фосфора при снижении затрат электроэнергии и упрощении технологии переработки. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Способ переработки железомарганцевых конкреций, содержащих фосфор, включающий высокотемпературную обработку конкреций при температуре более 800oС, восстановительную электроплавку конкреций с твердым углеродсодержащим восстановителем на марганцовистый шлак и металлический сплав, переработку шлака на товарный марганецсодержащий продукт и сплава с утилизацией ценных компонентов, отличающийся тем, что конкреции после высокотемпературной обработки путем обжига и/или прокаливания при температуре 800-1000oС подвергают восстановительной электроплавке с подачей твердого углеродсодержащего восстановителя на поверхность расплава в количестве 2,5-6% в расчете на углерод от массы загруженных конкреций, проводят выдержку расплава с восстановителем в печи в течение 0,5-3 ч, а полученный шлак направляют на получение марганецсодержащих продуктов. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что из железомарганцевых конкреций перед обжигом отделяют фракцию -5 мм и перерабатывают ее отдельно. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что фракцию -5 мм перерабатывают отдельно по схеме обжиг и/или прокалка при температуре 800-1000oС, восстановительная электроплавка с загрузкой твердого углеродсодержащего восстановителя, подаваемого в количестве 2,5-6% на поверхность расплава, и выдержкой расплава в течение 0,5-3 ч, а полученный марганцовистый шлак перерабатывают на товарный продукт совместно со шлаком, полученным при электроплавке фракции +5 мм.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, в частности к процессу электропечного восстановления высокофосфористых железомарганцевых конкреций, содержащих цветные металлы, и может быть использовано для извлечения марганца, цветных и сопутствующих благородных металлов. Известен способ переработки марганецевого сырья с повышенным содержанием фосфора (0,2-0,25%), низким содержанием железа и весьма низким содержанием цветных металлов, в частности обогащенного марганцевого концентрата на передельный марганцевый шлак путем его восстановительной плавки в ферросплавных рудотермических печах с подачей в шихту небольшого количества твердого восстановителя, например, кокса ("Производство низкофосфористых марганцевых ферросплавов", Обзорная информация. Центральный научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований черной металлургии, выпуск 3, М., 1987 г., с.2-3). Сущность процесса дефосфоризации концентрата состоит в селективном восстановлении углеродом содержащихся в марганцевом концентрате фосфора и железа с переводом их в попутный металл. При этом в металлосодержащий продукт плавки переходит также небольшое количество восстановленного марганца (до 10%). Перед плавкой исходное марганецсодержащее сырье (руду) с высоким содержанием пустой породы подвергают обогащению (промывка, магнитная сепарация и др.). При этом 20-25% Мn, содержащегося в сырой руде, теряется с промывочными шламами. При необходимости (мелкий гранулометрический состав) обогащенный марганцевый концентрат подвергают окускованию, например, агломерацией. Полученный металл, как правило, направляют на утилизацию в доменное производство для получения специальных литейных чугунов или в сталеплавильное производство для выплавки автоматных сталей с повышенным содержанием фосфора. Недостатком указанного способа является его громоздкость (большое количество переделов), а также ограничение допустимого содержания фосфора в перерабатываемом сырье, что не позволяет перерабатывать по этому способу высокофосфористые виды сырья, включающего цветные металлы, в частности железомарганцевые конкреции. Кроме того, совместная загрузка восстановителя в смеси с сырьем приводит к перерасходу восстановителя из-за более длительного времени его пребывания в печи и большей степени "выгорания". Наиболее близким к заявляемому способу переработки железомарганцевых конкреций техническим решением является принятый за прототип патент США 4162916 "Способ переработки комплексной металлосодержащей руды, например конкреций". По данному способу конкреции, содержащие наряду с ценными металлами (марганец, железо, цветные металлы) и такие примеси, как фосфор, сера и др. , подвергают высокотемпературной обработке посредством сушки при температуре более 500oС (преимущественно 650oС), затем конкреции или полученные из них брикеты загружают с требуемым для отделения меди от марганца количеством углеродсодержащего восстановителя в электропечь. (На 100 кг конкреций добавляют 5 кг кокса). Переработка конкреций возможна также с использованием жидкого восстановителя, например мазута, который вводят на стадии получения брикетов. На первой стадии электроплавки получают два промежуточных продукта: первичный марганецсодержащий шлак, включающий меньшую часть меди, и первичный металлический сплав, содержащий основное количество меди, а также никеля и кобальта. Полученный первичный металлический сплав направляют на переработку с целью извлечения цветных металлов. На следующей стадии процесса первичный марганецсодержащий шлак обезмеживают ферросилицием с получением передельного марганцовистого шлака и вторичного металлического сплава, содержащего кроме Сu и Fe до 15% Мn. Передельный марганцевый шлак перерабатывают с получением товарных марганецсодержащих продуктов, например ферромарганца, а вторичный сплав направляют в голову процесса с использованием имеющегося Fe в качестве восстановителя цветных металлов. К недостаткам прототипа следует отнести невозможность получения данным способом шлаков, пригодных для производства ферромарганца и других марганецсодержащих продуктов из высокофосфористых конкреций (содержание фосфора более 0,25%) из-за перехода фосфора в передельные марганцовистые шлаки, а также сложность процесса и высокий расход электроэнергии. Техническим результатом изобретения является повышение соотношения Мn/Р в передельном шлаке до требуемого (не менее 350) для его дальнейшей переработки на товарные марганецсодержащие сплавы, а также упрощение способа и снижение расхода электроэнергии. Технический результат достигается тем, что переработку железомарганцевых конкреций, содержащих помимо марганца и железа цветные металлы и фосфор, осуществляют следующим образом: железомарганцевые конкреции направляют на операцию высокотемпературной обработки при температуре 800-1000oС, подготовленный материал без подачи восстановителя расплавляют в электропечи, на расплав загружают твердый восстановитель в количестве 2,5-6% в расчете на углерод от массы загруженных конкреций, выдерживают расплав с восстановителем в печи в течение 0,5-3 часов и выпускают полученный передельный шлак, который направляют на переработку для получения товарных марганецсодержащих продуктов, а образующийся металлический сплав выпускают и направляют на утилизацию полезных компонентов. В частном случае для повышения общего извлечения марганца из железомарганцевых конкреций перед обжигом производят разделение конкреций на фракции +5 мм и -5 мм, фракцию -5 мм отделяют и перерабатывают отдельно, а фракцию +5 мм направляют на электроплавку с загрузкой твердого углеродсодержащего восстановителя на поверхность расплава. Фракция железомарганцевых конкреций -5 мм может быть переработана и по схеме, принятой для фракции +5 мм, а передельные шлаки, полученные от электроплавок обеих фракций переработаны совместно. Электроплавка подвергнутых высокотемпературной обработке конкреций с загрузкой твердого углеродсодержащего восстановителя на поверхность расплава с последующей выдержкой расплава позволяет за одну стадию обеспечить необходимую степень отделения фосфора от марганца с переводом требуемой части фосфора в металлический сплав и тем самым получить при переработке высокофосфористых железомарганцевых конкреций продукты, пригодные для дальнейшей переработки: металлический сплав, содержащий основное количество цветных металлов, железа и фосфора и передельный марганцовистый шлак, содержащий марганец и железо, при соотношении в нем Мn/Р>350, который может быть использован в производстве ферромарганца. Электроплавка с подачей твердого восстановителя на поверхность расплава и выдержкой расплава с восстановителем в течение определенного времени приводит к тому, что восстановитель взаимодействует с постоянно обновляющейся поверхностью расплава, находящегося в сильном конвективном движении в области погружения электродов, расположенной до граничной поверхности раздела шлак - металлический сплав. Образующиеся мельчайшие частицы металлического твердого раствора на основе восстановленного железа, являющегося извлекающей фазой для фосфора, и цветных металлов коагулируют между собой, укрупняются и опускаются в донную фазу, образующуюся на подине печи. Тем самым за счет постоянного контактирования верхнего слоя расплава с восстановителем происходит обеднение его по железу, цветным металлам и фосфору, переходящими в сплав, и обогащение его марганцем. Сплав, накапливающийся на подине, содержит, мас. %: Мn~9-11; Сu~0,2; Ni~0,5; Со~0,1; Р~5; Fe~78-83 и может быть утилизирован в доменном производстве. Заявляемое количество углеродсодержащего восстановителя (2,5-6%) является достаточным для развития процесса восстановления количества железа, необходимого для перевода цветных металлов и фосфора в сплав без восстановления марганца, который в основном остается в передельном шлаке при требуемых соотношениях Мn/Р. Количество восстановителя менее 2,5% не обеспечивает необходимой степени восстановления фосфора и цветных металлов. Выдержка расплава с восстановителем в течение 0,5-3 часов позволяет достичь необходимой степени восстановления фосфора и цветных металлов, более длительная выдержка связана с повышением расхода электроэнергии. Условия подготовки конкреций к электроплавке (обжиг или прокалка при температуре 800-1000oС) позволяет полностью удалить летучие компоненты конкреций и осуществить электроплавку с загрузкой восстановителя на расплав, не допуская "вспенивания" расплава, которое может привести к останове процесса. Температура менее 800oС не позволяет полностью удалить летучие компоненты. Подъем температуры свыше 1000oС нецелесообразен, так как необходимая степень удаления летучих составляющих уже достигнута и дальнейшее повышение температуры приводит только к перегреву конкреций и повышенному расходу электроэнергии. Предлагаемый способ, по сравнению с прототипом, позволяет за одну стадию электроплавки получить из высокофосфористых конкреций продукты, которые могут быть использованы для получения товарной продукции, содержащей ценные компоненты, при этом упрощается способ переработки и снижается расход электроэнергии за счет исключения второй стадии электроплавки, а также переработки оборотного сплава, полученного на этой стадии. При разделении исходных железомарганцевых конкреций на фракции +5 мм и -5 мм значительная часть цветных металлов концентрируется в более мелкой фракции, сюда же переходит и значительная часть фосфора, поэтому отделение ее позволит уже в голове процесса дополнительно разделить фосфор и цветные металлы от марганца. Соотношение марганца, фосфора и цветных металлов в выделенной при механическом разделении фракции (+5 мм) таково (табл.1), что при последующей ее электроплавке передельные шлаки практически не содержат цветных металлов и пригодны для переработки на ферромарганец (табл.1). Фракция -5 мм может быть переработана в отдельной ветке, например, по схеме обжиг-восстановительная электроплавка, и при восстановлении этой фракции в печи с учетом применения всей совокупности заявляемых параметров цветные металлы в основном переходят в металлический сплав. Получаемый шлак имеет состав, аналогичный составу пердельного шлака от электроплавки фракции +5 мм, что дает возможность перерабатывать их совместно. Параметры заявляемого способа переработки железомарганцевых конкреций были установлены в процессе исследований на укрупненно-лабораторной трехэлектродной электропечи. Прокалку железомарганцевых конкреций проводили в укрупненно-лабораторной трубчатой вращающейся барабанной печи. Осуществление предлагаемого способа проиллюстрировано на представительной партии железомарганцевых конкреций месторождения Балтийского моря. В табл. 1 представлены средние составы железомарганцевых конкреций, в т.ч. исходной пробы (без разделения на фракции), фракции +5 мм и фракции -5 мм. В качестве восстановителя использовали кокс с содержанием углерода 85 мас.%. Электропечная установка (ЭПУ) мощностью 225 кВА представляла собой опытную укрупненно-лабораторную трехэлектродную прямоугольную печь с диаметром электродов 125 мм, предназначенную для плавки металлов, руд или концентратов, шлаков и др. материалов. Производительность агрегата по шлаку - 30 т/сут

Класс C22B47/00 Получение марганца
Класс C22B5/10 твердыми углеродсодержащими восстановителями