Шихта для обеднения никель-кобальтсодержащих конвертерных шлаков
Патент 2258754
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Шихта для обеднения никель-кобальтсодержащих конвертерных шлаков
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии обеднения конверторных шлаков. Для снижения потерь кобальта и никеля с отвальными шлаками, повышения извлечения ценных компонентов в штейн и уменьшения удельного расхода электроэнергии и реагентов шихта, содержащая сульфидизатор, мраморную крошку, коксик, дополнительно содержит алюминийсодержащий шлак от переработки вторичного алюминия, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: мраморная крошка - 6-10, коксик - 15-25, алюминийсодержащий шлак - 2-20, сульфидизатор - остальное. 1 табл.
Реферат
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии обеднения конвертерных шлаков, и может быть использовано при осуществлении процесса в электропечах, с выделением штейна и отвального шлака.
Методы обеднения, используемые для одновременного восстановления и сульфидирования оксидов цветных металлов и железа смесями колчедана и коксовой мелочи, применяются во многих технологических схемах. Как правило, такая схема обеднения всегда многостадийна, требует нескольких пирометаллургических операций и транспортировки расплавов. В целом процесс характеризуется высокими энергозатратами, низкой удельной производительностью и невысокой степенью обеднения шлака в одну стадию. Для улучшения экономических показателей процесса обеднения часто идут на снижение его стадийности, что не может положительно сказаться на степени обеднения шлака. В настоящее время разработано большое количество шихт и способов для обеднения шлаков. Для интенсификации электропечного обеднения шлаков конвертирования никелевых штейнов предлагается использовать в качестве обедняющего агента шихту, состоящую из пиритсодержащего сульфидизатора, углеродистого восстановителя и алюминийсодержащего материала.
Согласно известному способу [1] конвертерные шлаки, содержащие 0-15% Cu, 0-15% Ni, 0-7% СоО, а также SiO2, Fe2О3, Al2О3, CaO, MgO, смешивают с одним из восстановителей - Al, СаС2, Fe - Si и подвергают плавке. В случае алюмотермического восстановления вводят 2-35% Al и до 70% CaO (от массы шихты). После нагрева и плавления образуется сплав на основе железа, экстрагирующий тяжелые цветные металлы, и отвальный силикатный шлак, который можно использовать для производства огнеупоров. Восстановление проводят в две стадии. На первой стадии, при добавлении малого количества восстановителя, образуется железистый штейн, в котором концентрируются цветные металлы. Этот штейн сливают и возвращают в голову процесса, например, на отражательную плавку. После добавления следующей порции восстановителя образуется железосиликатный шлак, обедненный по цветным металлам. Недостаток способа - образование тугоплавких сплавов на основе железа, стадийность процесса и высокие энергозатраты. Способ не предусматривает введения сульфидизатора.
По известному способу [2] обеднению подвергают шлаки плавки медно-никелевых концентратов, содержащие, %: 0,2-1,0 Cu, 0,1-1,0 Ni, 0,1-0,3 Со, 15-40 SiO2, 35-60 Fe2О3, 1-8 Al2О3, 2-20 СаО и 1-3 MgO. Шлак смешивают с углеродистым восстановителем (1-10% от массы шлака) и алюминием (5-30%), добавляют СаО и нагревают до плавления. При этом образуется металлический расплав на основе железа, в который переходят медь, никель и кобальт. Вторичный шлак, состоящий из силикатов кальция, алюминия и железа, становится отвальным. Для способа характерны те же недостатки, что и для предыдущего.
Способ [3] отличается тем, что в шлаковый расплав в токе азота под давлением 2,0-2,5 атм вдувают обедняющую смесь, состоящую из 10% отсевов алюминиевой стружки (класса - 5 мм), содержащей 52% алюминия, и 5% пиритного концентрата. В результате обеднения в штейн переходит 99% никеля, 92,5% меди и 98,3% кобальта. Отвальный шлак содержит не более 0,014% никеля, 0,085% - меди и 0,007% - кобальта. Указанный способ не применяют в промышленной практике в связи со сложностью конструкции агрегата, а также из-за абразивного и коррозионного износа фурм.
В качестве прототипа взята шихта [4], для обеднения конвертерных шлаков, составленная из коксика (12-20%), мраморной крошки (2-6%) и сульфидизатора - колчедана (35-75%). Использование такой шихты при обеднении конвертерного шлака в электропечах обеспечивает выделение штейнов с 4,36-20,0% Ni, 0,7-2,9% Со и 5,0-29,4% железа металлического и шлака с 0,14% Ni и 0,124% Со. Среднее извлечение в штейн: кобальта 48,2%, никеля 79,6%. Для достижения высоких показателей но извлечению никеля и кобальта в штейн но этому способу требуется высокий расход реагентов шихты и электроэнергии. Так, удельный расход электроэнергии может достигать 555 кВт·час/т, расход коксика до 7,5%, а колчедана до 36,7% от веса конвертерного шлака. Кроме того, в результате получают бедный штейн. Способ не обеспечивает регулирования степени металлизации штейна и восстановления оксидов железа, никеля и кобальта в необходимой степени, в связи с чем потери последних со шлаком остаются высокими, а извлечение в штейн - низким.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка состава шихты для обеднения шлаков, обеспечивающей повышение технико-экономических показателей процесса конвертирования.
Техническим результатом при использовании изобретения является снижение потерь кобальта и никеля с отвальными шлаками, повышение извлечения ценных компонентов в штейн и уменьшение удельного расхода электроэнергии и реагентов.
Указанный результат достигается тем, что известная шихта для обеднения никель-кобальтсодержащих конвертерных шлаков, включающая коксик, мраморную крошку и сульфидизатор, согласно изобретению, дополнительно содержит алюминийсодержащий шлак от переработки вторичного алюминия при следующем соотношении ингредиентов, % по массе:
| мраморная крошка | 6-10 |
| коксик | 15-25 |
| алюминийсодержащий шлак | 2-20 |
| сульфидизатор | остальное |
Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый состав шихты, включающий алюмосодержащий шлак (30-40% Alобщ, 8-25% Alмет, 8-10% Feобщ, 4-8% Feмет, 10-20% Siобщ, 5-8% Siмет, 2-8% MgO и 0,8% СаО) позволяет создать в печи условия для повышения производительности процесса и комплексности использования сырья. В этом случае металлический алюминий будет выполнять роль активного восстановителя, как за счет прямого восстановления оксидов металлов, так и образования Al2S3, являющимся активным сульфидизатором и восстановителем, а оксиды алюминия и кремния, содержащиеся в алюминиевом шлаке, будут способствовать лучшему разделению продуктов плавки. Кроме того, при использовании в качестве восстановителя алюминийсодержащих шлаков решается важная проблема их утилизации. Шихта с добавками алюминийсодержащего шлака требует меньшей продолжительности прямого восстановления шлака коксом и газами, что увеличивает производительность электропечи. При малых (менее 2,0%) добавках алюминийсодержащего шлака указанные положительные эффекты не проявляются в связи с нехваткой алюминия на восстановление железа шлака. Добавка шлака сверх указанного предела (20,0%) ведет к избыточной металлизации штейна, выделению ферроникелевых настылей на поду печи и повышению температуры процесса. Кроме того, поступление большого количества оксидов алюминия и кремния делает отвальный шлак тугоплавким, увеличивает его вязкость и, следовательно, ухудшает разделение продуктов плавки. Сульфидизатор, в качестве которого применяют пиритсодержащий материал (колчедан), обеспечивает сульфидирование цветных металлов и образование легкоплавкого штейна. Мраморная крошка позволяет получить легкоплавкий сульфидный расплав системы CaO-FeS, также являющийся активным обедняющим агентом. При его количестве менее 6,0% повышается температура плавления шлака и растут потери цветных металлов. Введение большого количества мраморной крошки (более 10,0%) требует увеличения расхода электроэнергии и мало сказывается на дальнейшем снижении потерь металлов со шлаком. Указанное количество коксика в составе шихты обеспечивает необходимую восстановительную атмосферу в электропечи. При его количестве менее 15% не удается достичь требуемой металлизации штейна, а введение более 25,0% - снижает производительность печи и не влияет на потери металлов. Следует отметить, что при высоком расходе коксика образуются тугоплавкие "корки" на поверхности расплава и требуется окисление углерода воздухом.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом и аналогами показал, что шихта отличается от известных шихт для обеднения никельсодержащих шлаков использованием алюминийсодержащих шлаков от выплавки вторичного алюминия и соотношением ингредиентов. Оптимальный состав шихты обеспечивает получение отвальных по кобальту и никелю шлаков. Таким образом, сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники позволяет сделать вывод о его соответствии изобретательскому уровню.
Примеры использования шихты по данным испытаний.
Испытания способа проведены в лабораторных и промышленных условиях.
С целью исключения сильного вспенивания расплава при добавлении алюминийсодержащего шлака его подвергали предварительной сушке, совместно с остальными компонентами шихты.
Пример 1. Конвертерный шлак (0,79% Ni, 0,52% Со, 0,50% Feмет, 53-55% Feобщ, 1,1% S, 21-25% SiO2, 0,8% CaO, 0,9% MgO и 0,3% Cr2О3) загружали в тигель, который устанавливали в печь, разогретую до 1250-1300°С. После расплавления на шлак загружали обедняющие агенты - алюминийсодержащий шлак (34,6% Alобщ, 9,7% Alмет, 8,5% Feобщ, 14,6% SiO2, 2,5% MgO, 0,8% CaO), колчедан (50,4% S, 44,0% Fe, 0,2% Cu), коксик (78,0% С, 0,4% S и 20,0% зольность) и мраморную крошку (51,9% CaO, 3,3% Al2O3, 1,8% Fe2O3, 0,9% MgO). Обедняющие агенты предварительно смешивали и подсушивали до влажности не более 4%. После загрузки материалов расплав выдерживали в течение 10-20 минут, тигель вынимали из печи, охлаждали, в продуктах плавки (шлаке и штейне) определяли содержание Ni, Co, Fe, S, SiO2. При использовании шихты заявляемого состава были получены шлаки с содержанием никеля 0,09-0,10% и кобальта - 0,07-0,11% и штейны, содержащие 6,8-8,3% никеля, 1,15-1,31% кобальта (таблица).
При плавке шихты за пределами предлагаемого состава не достигается низкое содержание никеля и кобальта в отвальном шлаке.
Пример 2. Эксперименты выполнены в промышленном масштабе в электропечи мощностью 2500 кВт с площадью пода 25 м. В электропечь залили конвертерный шлак, на расплав подали обедняющие агенты - смесь алюминийсодержащего шлака, колчедана, коксика и мраморной крошки (составы по примеру 1). Исходный шлак содержал, %: 0,68-1,11 никеля, 0,17-0,25 кобальта, 21-25 диоксида кремния и 53-55 железа общего. По мере обеднения из печи сливали (температура 1300°С) обедненный шлак и заливали свежие порции конвертерного шлака. После обеднения шлак содержал 0,12-0,18% никеля и 0,06-0,13% кобальта. В приведенных примерах испытаний (таблица) было переработано от 72 до 1524 т шлака. Расход электроэнергии составил от 314 до 339 кВт·ч/т шлака. Полученный штейн содержал, %: 6,4-10,2 Ni; 0,84-1,08 Со; 62,0-62,2 Feобщ; 17,0-18,6 Feмет; 23,8-25,4 S. Степень извлечения из шлака в штейн составила 78,8-81,1% никеля и 47,3-56,6% кобальта.
Экономический эффект от применения данного способа обеднения достигается за счет повышения комплексности использования сырья и увеличения извлечения цветных металлов в штейн.
| Таблица | ||||||||||
| Результаты экспериментов по обеднению конвертерного шлака | ||||||||||
| Наименование | Лабораторные опыты (1300°С) | Промышленные испытания | ||||||||
| 1 (за пределами формулы) | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 (за пределами формулы) | 7 (прот отип) | 8 | 9 | 10 | |
| Содержание в исходном шлаке, %- никель | 0,79 | 0,79 | 0,79 | 0,79 | 0,79 | 0,79 | 0,85 | 0,65 | 1,07 | 0,72 |
| - кобальт | 0,52 | 0,52 | 0,52 | 0,52 | 0,52 | 0,52 | 0,19 | 0,15 | 0,24 | 0,21 |
| -SiO2 | 21,0 | 22,3 | 23,0 | 24,2 | 24,9 | 23,4 | 22,6 | 22,6 | 23,35 | 24,3 |
| - Feобщ | 53,0 | 55,0 | 54,5 | 54,3 | 54,1 | 53,8 | 54,5 | 54,1 | 54,1 | 54,0 |
| - S | 1,1 | 1,1 | 1,1 | 1,1 | 1,1 | 1,1 | 3,1 | 3,0 | 2,30 | 3,1 |
| Количество шихты для обеднения в % к конверторному шлаку | 16,3 | 19,7 | 17,7 | 18,0 | 33,8 | 20,5 | 19,8 | 17,8 | 17,9 | 20,5 |
| Содержание в шихте, % | ||||||||||
| - алюминийсодержащий шлак | 1,5 | 8,2 | 15,0 | 5,0 | 19,6 | 21,1 | 0,0 | 3,6 | 3,4 | 5,3 |
| - сульфидизатор | 63,5 | 64,4 | 54,3 | 72,7 | 49,8 | 55,3 | 73,0 | 66,7 | 63,0 | 63,5 |
| - коксик | 28,0 | 18,4 | 22,2 | 15,3 | 24,5 | 17,6 | 21,0 | 19,7 | 23,8 | 22,4 |
| - мраморная крошка | 7,0 | 9,0 | 8,5 | 7 | 6,1 | 6,0 | 6,0 | 10,0 | 9,8 | 8,8 |
| Содержание в шлаке после обеднения, % | ||||||||||
| - никель | 0,26 | 0,10 | 0,10 | 0,11 | 0,09 | 0,16 | 0,18 | 0,12 | 0,16 | 0,15 |
| - кобальт | 0,21 | 0,11 | 0,08 | 0,09 | 0,07 | 0,12 | 0,10 | 0,06 | 0,10 | 0,10 |
| -SiO2 | 23,0 | 24,2 | 23,2 | 23,1 | 23,2 | 24,3 | 24,5 | 23,5 | 23,2 | 24,7 |
| - Feобщ | 53,1 | 53,6 | 53,9 | 55,8 | 52,8 | 54,1 | 54,1 | 53,7 | 54,6 | 53,1 |
| - S | 3,6 | 3,9 | 3,8 | 3,9 | 4,1 | 4,3 | 4,1 | 4,2 | 4,6 | 4,4 |
| Содержание в штейне, % | ||||||||||
| - никель | 3,2 | 6,8 | 8,6 | 10,6 | 8,3 | 5,9 | 6,8 | 10,2 | 8,8 | 6,4 |
| - кобальт | 0,82 | 1,15 | 0,97 | 1,12 | 1,31 | 0,95 | 0,86 | 1,08 | 1,13 | 0,84 |
| - Feобщ | 59,3 | 61,5 | 62,3 | 61,0 | 63,2 | 62,0 | 62,0 | 62,5 | 61,0 | 62,2 |
| - Feмет | 16,9 | 18,3 | 18,5 | 17,8 | 18,9 | 17,6 | 18,2 | 17,8 | 18,6 | 17,0 |
| - S | 22,3 | 24,3 | 25,3 | 24,7 | 24,9 | 25,0 | 23,8 | 24,3 | 24,6 | 25,4 |
| Коэффициент | ||||||||||
| распределения | ||||||||||
| [Ni]/(Ni) | 12,3 | 68,0 | 86 | 96,3 | 92,2 | 36,8 | 37,8 | 85,0 | 41,9 | 42,6 |
| [Со]/(Со) | 3,9 | 14,4 | 12,1 | 12,4 | 32,7 | 7,9 | 8,6 | 18,0 | 9,4 | 8,4 |
| Степень обеднения | ||||||||||
| шлака, %: | ||||||||||
| по никелю | 67,1 | 87,3 | 87,3 | 86,1 | 88,6 | 79,7 | 78,8 | 81,1 | 80,4 | 79,2 |
| по кобальту | 59,6 | 78,8 | 84,6 | 82,7 | 86,5 | 76,9 | 47,3 | 56,6 | 50,0 | 52,4 |
| Расход электроэнергии, кВт·час/т | - | - | - | - | - | - | 383 | 322 | 314 | 339 |
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Method of recovering metals and producing a secondary slag from base metal smelter slag: Пат. 5868872 США, МПК 6 С 22 В 5/04/ David Krofchak, Werner Dresler; Fenicem Minerals Inc.- № 815508; Заявл. 12.3.97; Опубл. 2.2.99.
2. Method of recovering metals and producing a secondary slag from base metal smelter slag: Пат. 5626646 США, МКИ 6 С 21 В 15/00/ Krofchak D.; Fenicem Minerals Inc.- № 663724; Заявл. 14.6.96; Опубл. 6.5.97.
3. Резник И.Я., Ермаков Е.П., Шнеерсон Д.М. Никель: в 3 томах. Т.3. М.: Наука и технологии, 2003. - С.129-130.
4. Баитов А.А., Набойченко С.С., Пименов Л.И., Жуков В.П. Результаты одностадийного обеднения конвертерных шлаков//Цветная металлургия. 1997, № 2-3. С.10-13).
Шихта для обеднения никель- кобальтсодержащих конвертерных шлаков, содержащая сульфидизатор, мраморную крошку, коксик, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит алюминийсодержащий шлак от переработки вторичного алюминия, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Мраморная крошка | 6-10 |
| Коксик | 15-25 |
| Алюминийсодержащий шлак | 2-20 |
| Сульфидизатор | Остальное |