автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Исследование и обоснование выбора состава шлака автогенной плавки медных сульфидных концентратов и способа его переработки с целью повышения степени безотходности производства

/'^ОГ . 9 с.-) г , ¿Л

РГБ ОД

На правах рукописи

- Б'ЙЮИ 1998

ДОВЧЕНКО Владимир Анатольевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СОСТАВА ШЛАКА АВТОГЕННОЙ ПЛАВКИ МЕДНЫХ СУЛЬФИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ И

СПОСОБА ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ СТЕПЕНИ БЕЗОТХОДНОСТИ ПРОИЗВОДСТВ \

Специальность 05.16.03 "Металлургия цветных и редких металлов"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-1998

Работа выполнена в Государственном научном центре Российскс Федерации - Государственном научно-исследовательском институте цве ных металлов и Алмалыкском горно-металлургическом комбинате.

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

■ доктор технических наук Парецкий В.М.

- доктор технических наук, профессор Брюквин В. А.

■ кандидат технических наук, старший научный сотрудни» Ковгаи П.А.

Ведущая организация

АО "Среднеуральский медеплавильный завод' (СУМЗ)

Защита диссертации состоится

139.05.(

1998 г. в

/О

оо

на заседании диссертационного совета Д 139.05.01 в Государственно научно-исследовательском институте цветных металлов "Гинцпетме по адресу: 129515, Москва, ул. Академика Королева, 13, тел. 215-39-82.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Гинцветмета.

Автореферат разослан Ф^А^Ш г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Нелидова Г.А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Алмалыкский ГМК является флагманом отечественной цветной металлургии в области автогенных процессов: комплекс кислородно-факельной плавки (КФП) на медеплавильном заводе успешно эксплуатируется с 1968 года, имея сегодня наилучшие технико-экономические показатели среди заводов России и стран СНГ, использующих автогенную плавку медного сырья. Тем не менее высокое содержание меди в шлаках остается основной проблемой всех без исключения разновидностей автогенной плавки, в том числе и КФП, в которой при 40% по меди штейнах шлаки содержат 0,6-0,8% меди, что в два с лишним раза превышает содержание меди в руде.

Эта проблема становится еще более актуальной при переходе к одностадийной плавке на "белый матт", принятой в настоящее время к внедрению на Алмалыкском медьзаводе, что является принципиальным шагом в развитии автогенных процессов. Наиболее подготовленными к внедрению одностадийными процессами получения "белого матга" в настоящее время являются КФП с наведением высокоосновных ферритно-кальциевых шлаков и факельно-барботажная плавка (ФБП) с наведением комбинированных силикатно-кальциевистых шлаков, предложенные и отработанные Гинцветметом совместно с ИМЕТУрО РАН. Однако, вопросы получения отвальных шлаков, в частности обоснование выбора их состава и способа обеднения, остаются недоработанными.

Задачи исследования. Завершить разработку технологий одностадийного получения "белого матта" методами КФП и ФБП в части выбора состава шлаков, способов обезмеживания и отработки практических приемов их реализации с целью повышения степени безотходности производства.

Методика исследования. Шлаки, полученные при лабораторных плавках в силитовой печи (синтетические шлаки), при полупромышленных испытаниях кислородно-факельной и факельно-барботажной плавки, заводские шлаки промышленной печи КФП АГМК изучали методами рудной минералогической микроскопии, электронно-зондового анализа на микрозонде "Камека М5-46" и ядерной газорезонансной спектроскопии (ЯГРС, метод Мессбауэра). Изучали раскристаллизованные и закаленные шлаки. Закалку шлаков для исследования осуществляли на металлическом стержне (ломковая проба) со скоростью охлаждения 103 град/сек. и на специальной установке по методу вращающегося диска со скоростью охлаждения 106 град/сек. (сверхбыстрая закалка, СБЗ), которая обеспечивала сохранение структуры жидкого шлака (переохлажденной жидкости) и позволяла достаточно определенно судить об истинной структуре шлака в расплавленном состоянии.

Разработку технологии флотационного обеднения саморассыпающихся шлаков проводили в лабораторных условиях и на полупромышленной установке, обеспечивающей переработку 1000 кг шлака в сутки (I т/сут.).

Испытания технологии одностадийной КФП на "белый матт" и саморассыпающиеся высокоосновные шлаки проводили на полупромышленной установке КФП на Опытно-экспериментальном металлургическом заводе в г.Рязани с площадью пода 2 м2 и производительностью 24-30 тонн концентрата в сутки.

Испытания технологии одностадийной факельно-барботажной плавки на "белый матт" с внутрипечным обеднением шлаков до уровня отвальных осуществляли на полупромышленной установке Опытного свинцового завода в г.Усть-Каменогорске с площадью пода 5,76 м2 и производительностью по шихте 25-40 тонн в сутки.

Научная новизна работы.

1. Впервые изучен фазовый состав сверхбыстрозакаленных шлаков медеплавильного производства, охлажденных со скоростью (105 град/сек.), обеспечивающей структуру переохлажденной жидкости реального расплава. Это позволяет судить об истинной структуре шлакового расплава и сделать обоснованные рекомендации по снижению содержания меди и шлаках.

2. Установлено, что традиционная ломковая проба шлака (скорость закалки 103 град/сек.) не является представительной для суждения об истинном фазовом составе расплава и причинах потерь меди со шлаками.

3. Установлено, что в реальном шлаковом расплаве, полученном нал штейнами с содержанием 70-80% меди:

- с ростом отношения ионов Са2+ и Ре2+ возрастает доля ионов Ие2+ г тетраэдрических позициях ионной решетки шлака и соответственно уменьшается в октаэдрических позициях, в связи с чем снижается вероятность замещения ионов Ре2+ ионами Си2+, размещающимися только в окта эдрических позициях;

- с ростом отношения ионов Са2* и Ре-+ увеличивается общая доля ио нов Ре2+, что способствует снижению растворимости меди в шлаке;

- снижение содержания 5Ю2 приводит к освобождению ионами Бг" тетраэдрических позиций, что облегчает вытеснение ионами Са2+ ионог Ре2* из октаэдрических позиций в тетраэдрические и снижает тем самык вероятность замещения ионов Ре2+ ионами Си2+;

- потери меди снижаются в ряду шлаков:

силнкатный-силикатно-кальциевистый-ферритно-кальциевын при оди паковом содержании меди в штейне.

Практическая значимость работы.

Завершена разработка научно обоснованных технологий одностадий "ного получения "белого матта" методом КФП на саморассыпающисо

ферритно-кальциевые шлаки с последующей их флотацией и методом ФБП на комбинированные силикатно-кальциевистые шлаки с внутрипечным их обезмеживанием. Разработана и испытана в полупромышленном масштабе технология флотации саморассыпающихся шлаков КФП. Технология КФП с флотацией саморассыпающихся шлаков рекомендована к внедрению на заводе "Ковогуты Кромпахи" (Словакия), ФБП - на Алмалыкском ГМК. Разработаны технологические регламенты на реконструкцию указанных заводов по доработанным технологиям. Завершено рабочее проектирование. Ведется строительство комплексов КФП в Словакии и ФБП в Узбекистане.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Влияние скорости закалки шлака на фазовым состав охлажденного шлака; величина скорости охлаждения, обеспечивающие возможность определения истинной структуры жидкого шлака по фазовому составу закаленной пробы.

2. Механизм влияния оксида кальция на растворимость меди в шлаках различной основности, полученных над штейнами, содержащими 70-80% меди; последовательность в ряду шлаков по мере уменьшения содержания меди: силикатный-силикатно-кальциевистый-ферритно-кальциевый.

3. Режимы и показатели флотации саморассыпающихся ферритно-кальциевых шлаков с целью их обезмеживания.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты доложены на Международной конференции "Metallurgy East-West'97", Стара Лесна, Словакия, октябрь, 1997г.; Научно-технических советах ВНИИ-Цпетмета, Усть-Каменогрорск, 1991г.; АГМК, Алмалык, 1992г.; Гинцвет-мета, Москва, 1993-1996 it.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключительных выводов, списка литературы из 92 наименований, содержит 16 таблиц, 15 рисунков и изложена на 117 страницах машинописного текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 (литературный обзор) рассмотрено современное состояние изучаемого вопроса: влияние на потери меди со шлаками различных факторов: содержания меди в штейне, химического состава шлака, плотностей расплавов, поверхностного натяжения, вязкости и электропроводности шлаков, межфазного натяжения на границе штейн-шлак. На основании имеющихся в литературе данных сделан анализ фазового состава и структуры шлаков автогенных процессов, исходя из этого рассмотрены и проанализированы пирометаллургические и флотационные методы обезмежи-

вания шлаков, показаны их достоинства и недостатки. Рассмотрены, обсуждены и выбраны наиболее передовые и рациональные методы изучения структуры и фазового состава шлаков автогенных процессов. Показаны наиболее характерные и стабильные зависимости содержания меди в шлаках при плавке на богатые штейны и "белый матт" для шлакового ряда -силикатные —> сшшкатно-кальциевистые —> ферритно-кальциевые (рис.1).

О 10 20 30 40 50 ВО 10 ЬО Содержание меди о штейне,'/»

Рис. 1. Влияние состава штейна на содержание меди в шлаке автогенных процессов Данные В.А.Ступина для шлаков ПЖВ: 1 - Р5/?1 - (0.25 - 0.50)-105 Па;

2- Р301 20.1-105Па; 3 - />^-(0.1-0.2)-10* Па, (СаО-9-11%);

4 - данные В.АКукоева для шлаков КФП - СаО-1,5-2,5%;

5 - данные А.В.Ванюкова, Р^ =7.2-10 5 Па,

РХ02= 1.3-10-' Па; - СаО -3-3,5%

6 - данные А.Язавы, атмосфера-азот. - СаО ~ до 20%

В главе 2 представлены результаты экспериментального исследования фазового состава шлаков КФП и ФБП различными методами.

Экспериментальному исследованию фазового состава, структуры и причин потерь меди подвергались синтетические шлаки, отвечающие по химическому составу реальным полупромышленным высокоосновным кальциево-ферритным шлакам КФП на "белый матт", комбинированным силикатно-кальциевистым шлакам ФБП на "белый матт", а также шлаки КФП АГМК текущего периода. Применяемые методы исследования описаны выше. Результаты, представленные в табл. 1, показывают:

- в жидких шлаках имеет место значительная растворимость меди (до 8%), т.к. в сверхбыстрозакаленных шлаках практически вся медь находится в стекловидной фазе; самостоятельные фазы металлической и сульфидной меди составляют от сотых до десятых долей процента;

Содержание меди в штейне и формы выделений медн в шлаках при различных скоростях охлаждения

№№ №№ Содер- СаО Содержание медн (%%) в пробах шлака

п/п пробы жание 5Ю2 СБЗ Ломковых Раскрнсталлизованных

меди, (%%) в в шлаке стекло Си(°> СигБ стекло Си«» силикат магнетит Си<°> СигБ Си5реБ4 Си общ.

штеине

Силикатпо-кальциевистые шлаки

IV 73,5 0,46 3,38 0,0п н/обн.

V 71,3 0,48 7,61 0,п-п,0 0,0п

3,8 10,0

Высокоосновные феррнтно-кальцневые шлаки

3. VI 71,3 1,2-1,5 2,17 0,0п <0,01 4,5- 0,0п 1,1 0,18 от0,0п н/обн. н/обн. 2,7

4,78 0,п до 2-3%

VIII

IX

38,2 0,05

Заводские шлаки

0,48 н/обн.

не опр.

<0,00п <0,01

34,2 0,072 0,39 0,00п 0,00п

0,0п-0,1 0,89 0,66

- наблюдается достаточно четкая зависимость снижения содержания и растворимости меди в жидких (СБЗ) шлаках с повышением содержания оксида кальция в них при содержании меди в штейне 71-76%;

- результаты фазового анализа сверхбыстрозакаленных проб и ломко-вых проб не всегда совпадают по содержанию растворенной меди, что свидетельствует о недостаточной представительности ломковых проб для изучения истинного фазового состава шлака;

- в раскристаллизованных пробах шлака количество растворенной меди в стекловидной фазе составляет 30-40% от общего содержания меди в шлаке, остальная медь выделяется при охлаждении в самостоятельные металлическую, сульфидную или оксидную фазу (до сотых долей процента).

В табл. 2 приведен состав проб шлаков, структура которых была изучена методом мессбауэровской спектроскопии. Состав этих шлаков может быть достаточно точно выражен формулой 36 РеО • 11 РегОз • (53-х) 5Юг • х СаО, где х принимает значения 3; 17; 33.

На рис. 2 представлены типичные ЯГР-слектры заводского шлака КФП, по которым производилось выявление позиций катионов Ре2+ в упаковке анионов, составляющих структурную решетку расплавленного шлака.

Иимп.

17000

16000

17000

16000

{ !

и

14% [

-10 1 2 ЗУ, мм/с

Рис. 2. ЯГР - спектры заводского шлака

1. Сверхбыстрая закалка (стекло) (скорость закалки - 106 град/сек)

2. Ломковая проба (скорость закалки 103 град/сск)

Состав исследуемых шлаков ЯГРС

Тип Состав: % мае. / % молек. Состав: % ат.

шлака РеО РегОз БЮг СаО Отношение СаО БЮг ре2+ РеЗ+ Са2+ 02-

(А) силикат-ко-каль-циевистый 33 36 24 11 30 36 13 17 0,47 13,5 8,2 13,5 6,3 58,5

(В) высокоосновный ферритно-кальциевый 33 36 24 11 17 20 26 33 1,65 14,2 8,7 7,9 13,0 56,1

Заводской 33 36 24 11 41 50 2 3 0,06 12,5 8,5 17,5 1,0 60,5

Содержание меди в шлаке типа А - 1,8% ат., в шлаке типа В - 1,2% ат.

Интерес представляют в основном ионы Ре3*, так как именно их повс деннс, а также ионов Са2+ непосредственно связано с изоморфным замещс ннем нонами Си2+ (или других тяжелых металлов) ионов Ре2+ при рассмот ренин вопроса о возможных потерях этих металлов со шлаками. Расшиф ровка ЯГР-спектров показывает, что:

- ломковая проба (V закалки 103 град/сек.) характеризует промежуточ ное состояние между жидким шлаком и раскристаллизованным (60% фаялит, 40%-стекло);

- выявлено наличие двух типов мест в решетке, заселенных ионам) Ре2+ - тетраэдрические (А-позиции) и октаэдрические (В-позиции), прича ионы Ре2+ предпочитают располагаться в октаэдрических пустотах, нош Са2* занимают только октаэдрические пустоты, а ионы БИ+ только тетра эдрические пустоты;

- с ростом отношения Са2+/Ре2+ возрастает доля Ре2+ в А-позициях 1 уменьшается в В-позициях, что приводит к уменьшению вероятности за мещения ионов Ре2+ ионами Си2+, которые могут размещаться только в В позициях (рис.3);

- увеличение концентрации 8102 в шлаке приводит к заселению ионам: БИ* А-позиций, оставляя В-позиции свободными для заселения ионам! Ре2+ и, следовательно, увеличивая вероятность растворения меди в шлаке;

- общая доля ионов Ре2+ в расплавленных шлаках возрастает с увели чением концентрации СаО в шлаке, т.е. возможно часть ионов Ре3+ восста навливается ионами Са2+ до Ие2+ (рис.3).

сС 0.6 0.4 0,2 О

• - октаэдрические позиции

* - тетраэдрические позиции

масса,'/, СаО ю го зо

, 1 Рег'акт.

><

£

0.7 0,6 0.1

<о го 30 чо мол%СаО 0 № го зо чо мол,% СаО

Рис. 3. Зависимость доли ионов Ре2+ (И) н их позиций (а) от содержания СаО п шлаке

А - силикатно-кальциевистын; В - высокоосиовный кальцисво-феррнтнын; С - заводской; Е - по данным Боуксра

Данными исследованиями объяснено, почему при получении богаты: штейнов или "белого матта" потери меди должны и будут уменьшаться 1 шлаковом ряду: силикатный -» силикатно-кальциевистый —> ферритно кальциевый.

Полученные теоретические результаты позволяют сделать некоторые рекомендации по снижению потерь меди со шлаками автогенных плавок. Прежде всего необходимо констатировать, что дать исчерпывающие рекомендации по снижению содержания меди в жидких шлаках плавки не представляется возможным в силу недостаточной изученности их сложной структуры. Для шлаков, полученных над обычными 40-45% по медн штейнами, кроме известных и отработанных практикой методов, основными из которых является передача шлака в обособленную обеднительную зону или отдельный агрегат и обработка его восстановительно-сульфидирующими реагентами с наведением бедного штейна, могут быть предложены только нетрадиционные и более дешевые реагенты, например, клинкер цинкового производства, что и осуществлено в настоящее время на печи КФП АГКМ путем добавления в шихту 4-6% последнего.

При плавке на богатые штейны и "белый матт" необходимо снижать содержание кремнезема в шлаке до 5-10% и повышать содержание оксида кальция, но не выше 22-27%, дальнейшее повышение является экономиче-:ки и технологически невыгодным. Поэтому плавку в КФП медных сульфидных концентратов на белый матт наиболее рационально вести на вы-;ококальциевистые шлаки с содержанием СаО - 20-26% без добавки кварцевого флюса, производить раскристаллизацию такого шлака с целью вы-целения соединений меди в самостоятельные фазы и самораспада шлака до порошкообразного состояния за счет полиморфных превращений двух-<альциевого силиката, флотацию шлака с извлечением 70-85% меди в концентрат, возвращаемый в плавку, и получением высококальциевистых хвостов, направляемых в цементную промышленность.

В главе 3 приведены результаты лабораторных и полупромышленных (сследований по флотации шлаков КФП, полученных при полупромыш-тенных испытаниях одностадийной плавки на "белый матт" и высокоос-ювные ферритно-кальциевые саморассыпающиеся шлаки. Химический со-:тав исходных шлаков КФП приведен в табл. 3.

Таблица 3

Химический состав «сходных шлаков КФП для лабораторных опытов а средней пробы для полупромышленных испытаний

Наименование продукта Содержание компонентов,% мае.

Си Ге Ъп РЬ БЮг СаО А1Юз МкО Б

Шлак КФП № 1 2,04 40,6 0,46 0,04 13,6 22,0 3,0 2,2 1,1

Шлак КФП № 2 1,71 43,2 0,58 0,06 11,3 21,5 2,0 - 1,7

Шлак КФП № 3 1,87 37,2 - - 15,4 23,9 М - 1,7

ШлакКФП-

средняя проба

для полупромышленных ис- 2,0 40,1 0,49 0,05 11,8 23,0 1,4 2,0 1,4

пытаний

Гранулометрическая характеристика шлака КФП после охлаждения и самораспада приведена в табл. 4.

Таблица 4

Гранулометрическая характеристика исходного шлака КФП после охлаждения и распада

Класс крупности, Выход класса, Содержание меди, Распределение меди,

мкм % % %

+400 6,8 3,2 11,7 -400+250 6,0 2,4 7,8 -250+150 16,1 2,2 19,2 -150+100 14,7 2,2 17,4 -100+74 12,5 2,3 15,5 -74_43^9_1^2_28,4

Исходный шлак 100 1,85 100

Как видно из приведенных данных, дробление шлака КФП после саморассыпания не требуется, необходимо только доизмельчение в шаровой мельнице. Исследовали также измельчаемость саморассыпагощегося шлака КФП в сравнении с рядовой сульфидной рудой. Результаты представлены на рис. 4.

х з о

Я О

о

ГЗ

ч

X о X

к

м

ч о

и

80

60

40

20

X

X >

20 40

Время измельчения, мин.

1 - саморассыпающийся шлак

2 - рядовая сульфидная руда

Рис. 4 Измельчаемость саморассыпающегосн шлака КФП

Как видно, измельчаемость шлака в 4 раза выше, чем руды. Отработан режим измельчения и флотации шлака: крупность питания флотации -90% содержания класса -74 мкм, расход бутилопого ксантогсна - 200 г/т, бутилового аэрофлота - 100 г/г, вспенивателя 'Г-80-70 г/т, время основной флотации - 20 мин, контрольной - 25 мин., каждой перечистки - 10 мин., рН пульпы - 11-12. Схема цени аппаратов полупромышленной установки флотации приведена на рис. 5.

Образцы флотационного концентрата и хвостов изучены микроскопическим способом в полированных шлифах и препаратах иммерсии. Содержание оксидов железа определяли, кроме того, рентгено-структурным методом. Установлено, что в концентрате оксиды железа составляют 45-50%, выделения находятся как в свободном виде, так и в тесном срастании с различными силикатами кальция. Содержание последних составляет до 2528%, имеются выделения сульфида железа (5-7%) в тесном контакте с соединениями типа борнита (до 4-6%). Медь во флотационном концентрате представлена халькозином (до 5-7%) с размерами зерен 5-40 мкм и металлической медыо (2-3,5%) в свободных зернах размером до 40 мкм, часто с каймой из халькозина толщиной 3-6 мкм. В хвостах флотации содержание оксидов железа возрастает до 50-55%, силикатов кальция - до 30-37%, медь представлена в основном в металлическом виде в количестве менее 0,3%, размеры зерен - менее 10 мкм. Сводные результаты полупромышленных испытаний по флотации саморассыпающнхся шлаков КФП приведены в табл. 5.

Таблица 5

Результаты полупромышленных испытаний по флотации саморассыпающнхся шлаков КФП

Наимено- Содержа- Концентрат Хвосты

вание ние меди в Выход, Содер- Извле- Ныход, Содер- Извле-

проб неходком % жание чение % жание чение

шлаке, % меди, % меди, % меди, % медн, %

Проба 1 2.0 14.7 12.1 88.9 85.3 0.26 11.1

Проба 2 1.9 15.9 10.5 87.9 84.1 0.27 12.1

Проба 3 2.1 16.6 10.9 86.1 83.4 0.35 15.9

Проба 4 1.8 10.0 15.2 84.8 90.0 0.31 15.2

Проба 5 2.0 27.0 7.5 92.0 73.0 0.24 8.0

Проба 6 2.0 15.0 11.7 87.8 85.0 0.28 12.2

11роба 7 2.0 15.2 11.7 88.9 84.8 0.25 11.1

Проба 8 2.1 18.7 9.8 87.2 81.3 0.33 12.8

Проба 9 2.2 16.9 11.4 85.7 83.1 0.33 12.5

Средний

показа- 2.0 15.7 11.2 87.8 84.3 0.29 12.2

тель

Рис. 5. Схема цепи аппаратов установки флотационного обеднения шлаков 1. Мельница. 2. Классификатор. 3. Насос. 4. Флотомашина - 12л. 5. Флотомашина - 12л. 6. Контактный чан. 7. Флотомашина - Зл. 8. Флотомашина - 3 л.

Таким образом, из саморассыпающихся шлаков КФП, полученных при плавке на "белый магг" и содержащих в среднем 2% меди, флотационным способом получен концентрат с содержанием 11,2% меди при извлечении 87,8% и хвосты с содержанием 0,29% меди. Хвосты яплягатся товарным продуктом для использования в строительной индустрии. Разработанная схема флотации заложена в технологический регламент на реконструкцию завода "Ковогуты Кромпахн" (Словакия).

Б главе 4 представлены результаты испытаний в полупромышленном масштабе оборудования н технологии двух современных процессов одностадийного получения "белого матта" - КФП и ФБП. Технико-экономнчсские и экологические преимущества одностадийного получения "белого матта" очевидны и заключаются главным образом в снижении энергетических затрат за счет повышения степени использования энергии сульфидов при плавке и сокращения длительности конвертирования, повышения извлечения меди за счет возможности сокращения количества флюсов и, следовательно, объема шлака, снижении выбросов 5СЬ в атмосферу и на рабочие места за счет превращения конвертирования в одностадийных процесс варки меди и снижения суммарного объема серусодержа-щих газов.

КФП на белый маттп саморассыпающиеся шлаки.

Плавке подвергали модельный концентрат, имитирующий концентрат завода "Ковогуты Кромпахи", состава, %: 24,7 Си; 35,1 Б; 26,8 Ре; 5,6 $¡02; 0,6 СаО; 1,8 АЬОз; 0,5 Ъп\ 0,3 РЬ; 0,09 БЬ; 0,4 Аэ. Содержание влаги в сухом концентрате - 0,1-0,7%. Минералогический состав, %: халькопирит - 50; пирит - 25; ковалин - 6; халькозин - 2; борнит - 1,5; сфалерит - 0,75; остальное - нерудные материалы.

В качестве известкового флюса использовали молотый известняк состава, %: 46-48 СаО; 7-8 БЮг, 36,5-37,5 СОг. Крупность молотого известняка составила 100% класса -1000 мкм. Влажность - до 3%. Окислителем служил технологический кислород с содержанием чистого кислорода - 97-99%. Плавку вели без подачи кварцевого флюса на белый магг и высокоосновные саморассыпающиеся шлаки, которые при охлаждении рассыпались в порошок и направлялись на флотацию. В период испытаний печь КФП работала на вертикальных горелках в автогенном режиме. Избыток подачи технологического кислорода в шихтово-кислородныи факел составил 2-3% против стехиометрического, степень усвоения кислорода в факеле - 97-98%.

Установлено, что основными оксидными составляющими кристаллизованных саморассыпающихся шлаков являются: эвтектпна - оксиды железа (преимущественно вюстпт), железистый ларнит, двукальциевый и кальциевый силикаты, немного свободного оксида кальция, магнетит (часто в срастании с вюститом, силикатное стекло). Большая часть меди и серы в жидком шлаке присутствует в растворенном виде и выпадает при охлаждении в форме капель борнита и сульфида железа. Остальная медь содержится в корольках взвеси халькозин-борнитового состапа, металлической ме-

дн, иногда покрытой тонкой оболочкой халькозина. Размеры выделений зависят от скорости охлаждения расплава и изменяются от единиц до десятков мкм. Полученные шлаки практически не содержат оксидов меди.

Установка работала длительное время, все агрегаты (система загрузки, печь, горелки, газоохладительная камера (ГОК), электрофильтр (ПХГ-1,4-3) функционировали устойчиво, без аварийных ситуаций. Состав газовой фазы на выходе из аптейка печи, %: 48-51 SO2; 17,5-19,5 СОг; 18-19 N2; до 5-6 О2; 5-7 Н2О. Изучено в балансовых плавках распределение сопутствующих элементов: Zn, Pb, As, Sb по продуктам плавки. Тепловая работа печи в период технологических и балансовых испытаний осуществлялась при средних температурах, °С: факела печи - 1460, белого матта -1210, шлака - 1350, газов на выходе из печи - 1360, перед ЭФ - 440, после ЭФ - не ниже 250.

Основные технологические результаты балансовых испытаний КФП на "белый матг" и высокоосновные саморассыпающиеся шлаки:

удельная производительность по шихте - 1бт/м2-сут.;

содержание меди в "белом матге" - 75,5%;

содержание меди в шлаке -2,1%;

извлечение меди в "белый матт" при плавке - 84,6%;

извлечение в шлак при плавке -4,5%;

извлечение в пыли ГОК и ЭФ (возврат в плавку) - 10,7%;

потери с угаром и невязка баланса - 0,2%;

сквозное извлечение меди в штейн

(с учетом флотации шлаков и оборота пылей) - 99,25%;

расход технологического кислорода на 1 т концентрата - 270 нм3;

извлечение серы при плавке в КФП - 77,7%;

содержание диоксида серы в газах из печи - 52,95%.

По результатам балансовых испытаний выполнен технологический

регламент на реконструкцию по технологии КФП словацкого завода "Ковогуты Кромпахи". В настоящее время ведется проектирование и строительство комплекса КФП в Словакии. Достоинствами КФП на "белый матт" и саморассыпающиеся феррнтно-кальциевые шлаки является простота плавильного агрегата и технологии плавки, возможность эффективной переработки шлака с использованием незагруженных мощностей обогатительных фабрик, имеющихся вблизи металлургических заводов, высокая степень извлечения меди. К недостаткам процесса следует отнести трудность переработки в печи КФП всех цеховых оборотов, невозможность переработки больших количеств золотосодержащего кварцевого флюса, необходимость дополнительного передела по переработке шлаков (охлаждение, флотация).

ФБП с получением белого матта и отвальных шлаков.

При необходимости переработки большого количества золотосодержащих кварцевых флюсов получение саморассыпающпхся шлаков затруднено. Поэтому нами разработай комбинированный способ и агрегат, использующий в полной мере достоинства как факельных, так и барботаж-ных процессов. В вертикальной шахте ведется бесфлюсовая плавка концентрата в кислородном факеле на штейн с 30-40% меди; барботажное до-окисление оксидно-сульфидного расплава осуществляется в расположенной под факелом ванне, куда подаются необходимые флюсы. Кислород, необходимый для процесса, распределяется и подается раздельно на каждую стадию плавки (в факел и ванну). Это играет решающую роль в процессе формирования шлака плавки с минимальным содержанием Ре3+ над "белым маттом". Далее этот шлак поступает в специальную зону печи, отделенную от плавильной шлако-штейновой перегородкой, за которой он подвергается внутрипечному обезмеживанию с помощью восстановитель-по-сульфидирующих реагентов. В этом смысле процесс ФБП является дальнейшим шагом в области совершенствования технологии автогенной плавки. Преимуществом ФБП в сравнении с КФП является наличие одного плавильного агрегата, обеспечивающего и получение отвального шлака, и переработку всех цеховых оборотов. Это приводит к снижению энергетических затрат за счет переработки жидкого шлака, отсутствия переделов флотации и переработки оборотов, улучшению экологических показателей за счет отсутствия других (кроме печи ФБП н конвертеров) источников пылевых и газообразных выбросов, повышению технико-экономических показателей за счет возможности переработки значительного объема золотосодержащих кварцевых флюсов.

Был создан специальный полупромышленный комплекс ФБП на Опытном свинцовом заводе в г.Усть-Каменогорске. Аппаратурно-гсхнологическая схема его приведена на рис. 6. Общая площадь пода печи 5,76 м2.

Плавке подвергали сульфидный медный концентрат Алмалыкского ГМК состава, %: 14,47 Си; 33,4 Ре; 1,05 гп; 1,26 РЬ; 40,38 Б; 0,11 СаО; 3,8 эЮг; 0,36 С. Влажность менее 1%, крупность - 100% -1000 мкм. В качестве флюсов применяли кварцевый песок (96% БЮз) и дробленый известняк 53% СаО). Для обеднения шлака в отстойно-обеднительную зону подава-ш пиритный концентрат и клинкер УКСЦК. Окислитель - технологиче-:кий кислород (95-98% Ог). После отработки конструктивных узлов, агре-атов всего комплекса и технологических режимов были проведены балан-овые испытания. За весь период испытаний все зоны печи - факельная, ¡арботажная и отстойно-обеднительная работали устойчиво, обеспечивая емпературы, °С: штейна - 1100-1250; шлака - 1250-1380. В процессе всех шавок отбирали пробы материала из факела, шлака, штейна, пылей, ко-"орые были исследованы химическим, микрозондовым и минералогиче-ким способами.

Рис. 6. Аппаратурно-технологнческая схема полупромышленной установки ФБП

1. Бункер-питатель. 2. Печь КФП. 3. Газоохладительная камера. 4. Электрофильтр ПХГ-1,4-3(ЭФ). 5. Газоходная система. 6. Химцех очистки и нейтрализации газов. 7. Дымовая труба. 8. Отсек для перемешивания концентрата. 9. Трубчатая печь. 10. Бункера для концентрата

В результате технологических и балансовых плавок были получены: штейн факелыю-барботажной зоны - 66-78% Си (в отдельных плавках до 83%); шлак в этой же зоне - 0,7-4,3% Си; 22-26% БЮг; 10-12% СаО; 41-44% Ре; 0,35-0,9% Б. После обеднения шлаки содержали 0,4-0,6% Си при штейнах обеднения 33-51% Си. Также получены данные по распределению сопутствующих элементов. Эффективность очистки газов от пыли в системе пылеулавливания составила 99,54%. Содержание диоксида серы в аптейке печи - 80-56%. На основании результатов балансовых плавок разработан технологический регламент перевода АГМК на технологию ФБП и технологическая схема получения черновой меди на АГМК на основе ФБП (рис. 7).

Рис. 7. Технологическая схема получения черновой меди на

медеплавильном заводе Алмалыкского ГМК на основе ФБП

Основные технологические показатели, принятые в технологическом регламенте:

производительность комплекса ФБП по шихте - 127,5 т/ч;

удельная производительность по шихте - 26,1 т/мг-сут.;

суммарный расход кислорода на плавку и обеднения - 26200 нм3/час; содержание меди в штейне, поступающем в конвертер - 75%; содержание меди в обедненном шлаке - не более 0,4%;

содержание диоксида серы в газах - 38%;

извлечение серы в технологические газы - 79,63%;

извлечение меди в белый матт - 97,85%.

Для обоснования перевода АГМК на технологию ФБП выполнено сравнение технико-экономических показателей ФБП и КФП. Результаты приведены в табл. 6 (в ценах 1992 г.).

Таблица (:

Сводные техинко-экоиомические показатели КФП и ФБП АГМК

№№ п/п Наименование показателей КФП ФБП

1. Объем переработки медных концентратов, тыс.тонн/год 476,0 476,0

2. Капитальные затраты, млн.руб. 487,7 415,7

3. Эксплуатационные затраты, млн.руб. 8434,0 8510,0

4. Товарная продукция, млн.руб. 21640,0 22135,8

5. Прибыль, млн.руб. 13206,0 13625,8

6. Налоги в госбюджет, млн.руб. 4225,9 4360,3

7. Прибыль комбината, млн.руб. 8980,1 9265,5

8. Прирост остаточной прибыли, млн.руб. - 285,4

9. Рентабельность производства, % 156,6 160,1

ВЫВОДЫ

1. На основе анализа результатов последних исследований и практик! автогенной плавки еще раз показано, что основными факторами, опреде ляющими потери меди со шлаками, являются содержание меди в штейне г состав шлака. Эти факторы становятся решающими при ведении плавки нг штейн, по содержанию меди приближающемуся к белому матту.

2. Истинная структура жидкого шлака может быть определена только в результате анализа сверхбыстрозакаленной пробы жидкого шлака со скоростью закалки 105 град/сек. Обычно применяемый в производственной практике ломковый способ отбора пробы шлака не всегда пригоден для определения истинной структуры жидкого шлака.

3. В жидких шлаках автогенной плавки на штейн, содержащий более 70% меди, имеет место значительная растворимость меди, достигающая 8% абс.; обнаружена однозначная зависимость снижения содержания и растворимости меди в таких шлаках при повышении содержания в них оксида кальция.

4. В раскристаллизованном шлаке количество растворенной меди в силикатной фазе составляет 30-40% от общего содержания меди в шлаке; остальная медь выделяется при медленном охлаждении в самостоятельную металлическую или сульфидную фазы.

5. С помощью ЯГР-спектроскопии изучено перераспределение катионов Ре2+ в жидких (сверхбыстрозакаленных) шлаках по тетраэдрическим (А) и октаэдрическим (В) позициям упаковки анионов в зависимости от концентрации СаО. Установлено, что с ростом соотношения Са2*/Ре2+ возрастает доля Ре2+ п А-познциях и соответственно уменьшается в В-позицпях, что в свою очередь снижает вероятность замещения ионов Ре2* нонами Си2+, которые могут располагаться только в В-позициях.

6. Показано, что общая доля Ре2+ в расплавленных шлаках возрастает с увеличением концентрации СаО в них, т.е. часть ионов Ре3+ ионы Са2+ восстанавливают до Рс2+ , что также способствует снижению растворенной меди.

7. Показано, что потерн меди со шлаками связаны с содержанием в шлаке ионов кислорода, кальция и кремния. Эти потери уменьшаются в ряду силикатный - силикатно-кальциевистый - феррнтно-кальциевый шлаки. Уменьшение потерь связывается, с одной стороны, с заселением окта-эдрпческих (В) позиций ионами Са2+, что уменьшает число попов Ре2+ в В-познциях, которые могут замещаться нонами основного металла Ме2+ (меди), с другой стороны - с увеличением свободных А-позиций за счет снижения количества ионов в которые вытесняются ионы Ре2+ из В-позпций.

8. В настоящее время не представляется возможным выдача однозначных рекомендаций по снижению содержания меди в жидких шлаках до отвального в силу сложной структуры жидких шлаков и недостаточной ее изученностью. При одностадийной нлавкс на белый матг наиболее рационально вести плавку на высококальциевпстые шлаки с содержанием СаО 22-25% без добавки кварцевого флюса, производить раскрнсталлизацню шлака и флотационное обезмеживание саморассыпавшегося при раскрн-сталлизации шлака.

9. Проведены лабораторные исследования и полупромышленные испытания флотационного обезмежнвання саморассыпающнхся шлаков, со-

держащих 19,6-26% СаО, полученных при КФП на белый мачт, которые показали:

- нзмельчаемость саморассыпаюшегося шлака в 4 раза выше измель-чаемостн сульфидной руды;

- при стандартной схеме флотации (основная флотация, 3 перечистки и контрольная флотация) с применением стандартных флотореагеитов из шлаков, содержащих в среднем 2% меди, получен концентрат с содержанием 11,2% меди при извлечении в него 87,8% и хвосты с содержанием 0,29% меди, которые являются хорошим продуктом для цементной промышленности.

10. Проведенные исследования по изучению состава и структуры шлаков автогенной плавки и способа флотационного обезмеживания высоко-кальциевистого саморассыпающегося шлака позволяют считать завершенными разработки двух новых процессов автогенной плавки: КФП на белый матт и высококальциевистые саморассыпающиеся шлаки с последующей их флотацией и ФБП на белый матт и комбинированные силикатио-кальциевистые шлаки с внутрипечным их обезмеживанием до отвального содержания меди.

11. Завершены с получением высоких технико-экономических показателей полупромышленные испытания одностадийных технологий получения белого матта с использованием процессов КФП и ФБП. Первая технология принята к внедрению на словацком заводе "Ковогуты Кромпахи" где в настоящее время ведется строительство, вторая - на медьзаводе Ал-малыкского ГМК.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Довченко В.А., Парецкий В.М., Чахотин B.C., Селиванов E.H. Кислородно-факельная плавка сульфидных концентратов на белый матт и вы сокоосновные саморассыпающиеся шлаки// Цветная металлургия.- 1996. № 11-12,-С. 15-18.

2. Парецкий В.М., Чахотин B.C., Довченко В.А., Селиванов E.H. Из учение потерь меди со шлаками при факельно-барботажной плавке// Цвет ная металлургия,-1996.-№ 11-12.-С. 19-21.

3. Парецкий В.М., Чахотин B.C., Довченко В.А., Селиванов E.H. Ис пытаиия факельно-барботажной плавки медных сульфидных копцентрато! с получением белого матта и отвальных шлаков// Цветная металлургия. 1997.-№ 1,- С. 16-20.

4. Довченко В.А., Парецкий В.М., Чахотин B.C., Комарова Т.Ю., Се Ливанов E.H. Флотационное обеднение саморассыпающихся шлаков плав ки медных концентратов на белый матт// Цветная металлургия.- 1997. №1,- С. 27-31.

5. Dovchenko V.A., Paretskii V.M., Chakhotin V.S. Modern view oi composition of autogenous smelting slags and methods of their decoppering/ Metallyrgy East-West'97. 1997,-October 6-9.- P. 53-57.