способ переработки оборотных материалов и техногенных отходов металлургического производства

Формула изобретения

Способ переработки оборотных материалов и техногенных отходов металлургического производства, включающий их сушку, смешение с сульфидирующим реагентом, углеродсодержащим восстановителем и кварцевым песком для получения шихты, содержащей тяжелые цветные металлы, кальций и магний, и ее восстановительно-сульфидирующую плавку, отличающийся тем, что в качестве сульфидирующего реагента используют сульфат натрия, соотношение которого и суммы масс тяжелых цветных металлов в шихте составляет (1,3-1,7):1, при этом соотношение кварцевого песка и суммы масс кальция и магния в шихте составляет (1,25-1,60):1, а углеродсодержащий восстановитель берут в количестве от 20,8 до 30,8% от суммы масс тяжелых цветных металлов в шихте.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургической промышленности, преимущественно к металлургии меди, никеля и кобальта.

Известен способ переработки окисленных никелевых руд, включающий агломерацию или брикетирование, восстановительно-сульфидирующую плавку на штейн в присутствии сульфидирующего реагента (гипса, пирита или маломедистого колчедана), конвертирование штейна и последующую гидрометаллургическую переработку обогащенной кобальтом массы [2, 3, 4].

Недостатком этого способа является низкое извлечение кобальта из руды, большие материальные затраты при плавке.

Известен способ переработки вторичных материалов, в том числе оборотных материалов и техногенных отходов металлургического производства, совместно с первичными, включающий их сушку, брикетирование, восстановительно-сульфидирующую плавку на штейн в присутствии сульфидирующего реагента и последующую гидрометаллургическую переработку штейна с разделением содержащихся в нем металлов и получением из них солей или чистых металлов. При этом в качестве сульфидирующего реагента используют пирит или гипс [1].

Недостатком этого способа является введение в шихту в составе сульфидирующего реагента железа или кальция и необходимость их удаления со шлаками или кеками, что существенно снижает извлечение полезных металлов.

Известен способ переработки окисленных никелевых руд, включающий их восстановительно-сульфидирующий обжиг с применением в качестве сульфидизатора сульфата натрия с последующей шахтной плавкой на штейн [6].

Недостатком этого способа является относительно низкая степень сульфидирования никеля и железа. Способ не применялся в промышленных масштабах.

Наиболее близким к предлагаемому является способ перерабтки оборотных материалов и техногенных отходов металлургического производства, включающий их сушку, брикетирование, восстановительно-сульфидирующую плавку с введением в качестве сульфидирующего реагента элементарной серы [5].

Недостатком способа-прототипа является повышенная вязкость шлака при плавке, что приводит к снижению извлечения полезных металлов, а также относительно высокая цена сульфидирующего реагента.

Техническим результатом изобретения является повышение извлечения металлов за счет снижения вязкости шлака и снижение материальных затрат на переработку сырья.

Технический результат достигается при использовании способа переработки оборотных материалов и техногенных отходов металлургического производства, включающий их сушку, смешение для получения шихты, содержащей тяжелые цветные металлы, кальций и магний с сульфидирующим реагентом, углеродсодержащим восстановителем и кварцевым песком и ее восстановительно-сульфидирующую плавку.

В качестве сульфидирующего реагента используют сульфат натрия, являющийся отходом гидрометаллургического производства никелевых солей, солей хрома и других металлов. Сульфат натрия в 3 раза дешевле элементарной серы.

Соотношение массы сульфата натрия к сумме масс тяжелых цветных металлов в шихте составляет (1,3-1,7):1.

Уменьшение загрузки сульфата натрия ниже 1,3:1 к сумме масс тяжелых цветных металлов приводит к образованию металлизированной фракции в штейне, что затрудняет последующую гидрометаллургическую переработку его.

Увеличение загрузки сульфата натрия более 1,7:1 к сумме масс тяжелых цветных металлов приводит к увеличению массовой доли железа в штейне и увеличению затрат.

В шихту вводят кварцевый песок из расчета от 1,25:1 до 1,60:1 к сумме масс кальция и магния в шихте.

Снижение загрузки кварцевого песка ниже 1,25:1 и увеличение ее выше 1,60:1 к сумме масс кальция и магния в шихте приводит к увеличению вязкости шлака и снижению извлечения полезных металлов.

Третьим элементом шихты является углеродсодержащий восстановитель (например, графитовая мелочь), который вводят в количестве от 20,8 до 30,8% к сумме масс тяжелых цветных металлов в шихте.

Снижение загрузки восстановителя ниже 20,8% приводит к уменьшению извлечения металлов в штейн.

Повышение загрузки восстановителя выше 30,8% от суммы масс тяжелых цветных металлов ведет к увеличению затрат.

После плавки получают штейн с суммой массовых долей тяжелых цветных металлов не менее 55% и массовой долей серы от 20,9 до 25,5%. Извлечение полезных металлов в штейн от 90 до 99,5% (в способе-прототипе от 88,1 до 99,3%).

Пример 1. Гидратно-карбонатный осадок из отстойника засоленных стоков гидрометаллургического никелевого производства смешивали с осадком, полученным при очистке никелевых растворов от железа, и с осадком, полученным при автоклавном выщелачивании сульфидной никель-кобальтовой массы, и сушили в трубчатой печи до остаточной влажности 0,5%. Химический состав смеси в пересчете на сухой вес, %:

никель 22,0	кальций 5,0
кобальт 2,2	магний 0,5
медь 0,5	кремний 0,6
железо 3,5	сера 1,5
Исходная влажность	65%

Высушенный осадок смешивали в смесителе с сульфатом натрия, мелким речным песком и графитовой стружкой. Количество сульфата натрия в шихте варьировали в соотношении от 1,3:1 до 1,8:1 к сумме масс тяжелых цветных металлов в шихте, а количество речного песка и восстановителя поддерживали постоянным соответственно в соотношении 1,6:1 к сумме масс кальция и магния в шихте и 20% от суммы масс тяжелых цветных металлов в шихте. Шихту плавили в отапливаемом природным газом конвертере на штейн при температуре от 1350 до 1400°С. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1
№ п/п	ПОКАЗАТЕЛИ	Отношение массы сульфата нитрия в шихте к сумме масс тяжелых цветных металлов
		1,2:1	1,30:1	1,40:1	1,55:1	1,70:1	1,80:1
1.	Извлечение никеля в штейн, %	93,2	95,0	97,0	97,9	97,0	97,0
2.	Извлечение кобальта в штейн, %	72,0	74,5	78,8	80,3	78,6	75,0
3.	Извлечение меди в штейн, %	95,0	96,4	98,0	98,5	98,3'	98,0
4.	Массовая доля никеля в штейне, %	62,5	61,3	60,6	59,2	58,4	56,1
5.	Массовая доля кобальта в штейне, %	5,9	5,8	5,5	5,4	4,6	4,2
6.	Массовая доля меди в штейне, %	1,27	1,25	1,21	1,18	1,11	1,06
7.	Массовая доля железа в штейне, %	6,3	6,6	7,5	8,7	8,7	8,3
8.	Массовая доля серы в штейне, %	16,0	17,0	21,0	22,5	24,0	24,5
Выделения сернистого ангидрида в атмосферу не замечено.

Пример 2. Высушенный осадок из примера 1 смешивали в смесителе с сульфатом натрия в соотношении 1,55:1 к сумме масс тяжелых цветных металлов, речным песком в соотношении 1,6:1 к сумме масс кальция и магния в шихте. Добавку в шихту восстановителя варьировали от 15 до 30% к сумме масс тяжелых цветных металлов в шихте. Шихту плавили на штейн в отапливаемом природным газом конвертере при температуре от 1350 до 1400°С. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2
№ п/п	ПОКАЗАТЕЛИ	Массовая доля восстановителя, % к сумме масс тяжелых цветных металлов в шихте
		12,0	18,0	20,0	25,8	30,0
1.	Извлечение никеля в штейн, %	95,0	97,0	97,9	98,0	98,0
2.	Извлечение кобальта в штейн, %	72,5	76,2	80,3	80,2	80,1
3.	Извлечение меди в штейн, %	90,4	94,0	94,5	94,6	94,6
4.	Массовая доля никеля в штейне, %	58,3	59,1	59,2	60,4	60,0
5.	Массовая доля кобальта в штейне, %	4,8	5,4	5,5	5.6	5,6
6.	Массовая доля меди в штейне, %	1,25	1,20	1,18	1,11	1,11
7.	Массовая доля железа в штейне, %	6,7	6,8	8.6	8,6	8,6
8.	Массовая доля серы в штейне, %	20,7	21,0	24,5	24,0	24,5

Пример 3. Высушенный осадок из примера 1 смешивали в смесителе с сульфатом натрия в соотношении 1,55:1 к сумме масс тяжелых цветных металлов в шихте, графитовой стружкой в количестве 20% от суммы масс тяжелых цветных металлов в шихте.

Добавку в шихту речного песка вырьировали от соотношения 1:1 до 2,2:1 к сумме масс кальция и магния в шихте. Шихту плавили на штейн в отапливаемом природным газом конвертере при температуре от 1350 до 1400°С. Результаты плавки приведены в таблице 3.

Таблица 3
№ п/п	ПОКАЗАТЕЛИ	Соотношение массы кварцевого песка к сумме масс кальция и магния в шихте
		1:1	1,25:1	1,6:1	1,9:1	2,2:1
1.	Извлечение никеля в штейн, %	94,9	96,9	97,4	97,3	95,0
2.	Извлечение кобальта в штейн, %	74,6	75,4	80,0	77,0	74,8
3.	Извлечение меди в штейн, %	90,0	93,5	94,0	93,5	90,6
4.	Массовая доля никеля в штейне, %	56,0	56,0	60,0	59,0	55,0
5.	Массовая доля кобальта в штейне, %	4,5	4,5	5,5	5,3	4,5
6.	Массовая доля меди в штейне, %	1,1	1,1	1,2	1,2	1.1
7.	Массовая доля железа в штейне, %	9,0	8,8	6,7	6,7	6,7
8.	Массовая доля серы в штейне, %	20,0	23,0	23,5	23,4	25,0

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Металлургия вторичных тяжелых цветных металлов. / И.Ф.Худяков, А.П.Дорошкевич, С.В.Карелов - М.: Металлургия, 1987, стр.257-260.

2. Металлургия меди, никеля и кобальта, часть II / В.И.Смирнов, А.А.Цейдлер, И.Ф.Худяков, А.И.Тихонов. - М.: Металлургия, 1966, стр.28-31, 44-47, 68.

3. Совершенствование шахтной плавки окисленных никелевых руд / И.Д.Резник. - М.: Металлургия, 1983, стр.106-130.

4. Технологическая инструкция по производству никеля из окисленных никелевых руд огневым способом. ТИ 00194547-173232-01-96. ОАО "Комбинат Южуралникель", г.Орск, 1996.

5. Способ переработки оборотных материалов и техногенных отходов металлургического производства / Патент №2186132 с приоритетом от 21.09.2000 г.

6. Восстановительно-сульфидирующий обжиг с применением сульфата натрия для переработки Буруктальской никелевой руды / С.П.Тациенко - Л.: ЛПИ им. М.И.Калинина, 1987, автореферат диссертации.