автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Исследование вязкости, электропроводности шлаков цветной металлургии и влияния некоторых энергетических воздействий на процессы их обеднения

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Ордена Трудового Красного Знамени Институт металлургии и обогащения

ОД

На правах рукописи УДК 669. 3. 333

КОРЖУМБАЕВ АЛТАЙ ЕРМЕКОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЯЗКОСТИ, ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ШЛАКОВ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ И ВЛИЯНИЯ НЕКОТОРЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРОЦЕССЫ ИХ ОБЕДНЕНИЯ

Специальность 05.16.03 - Металлургия цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Апматы - 1994

РГ &

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Институте металлургии и обогащения Национального центра по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан.

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

академик НЛП РК, доктор ■ технических наук, профессор С.М. КОЖАХМЕТОВ

ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук Э.Н. СУЛЕЙМЕНОВ

доктор технических наук, про(|х.'ссор ВА. ЛУГАНОВ

кандидат технических наук ВА. ЛАТА

Восточный научно-исследовательский институт цветных металлов

Защита диссертации состоится •М •■ а ту 1994 ища на заседании специализированного совета Я 53.17.01 Института металлургии и обогащения НЦ КПМСРК по адресу: 480100, г. Алматы, ул. Шевченко, 29/33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института металлургии и обогащения.

ан " Ф » МП У

Автореферат разослан "_ / " 1ЛЛЛА V 1994 года.

Ученый секретарь

специализированного совета, л

доктор технических наук М.М. СГ1ИВАК

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Внедрение в производство тяжелых цветных металлов высокоинтенсивных автогенных процессов плавки делает задачу обеднения шлаков не только актуальной, но и насущно необходимой. Попытки минимизировать потери металлов со шлаками в ходе пирометаллургического передела с помощью варьирования типов шлаков и различных методов обеднен ия не привели к решающему успеху. Нет ясности и в вопросе переделов обеднения шлаков и количестве потерь цветных металлов со шлаками, используемыми в строительстве, горном деле и др.

Возникает необходимость в проведении исследований по изучению механизма перехода цветных металлов в шлак, поиске методов извлечения металлов из шлаков и создании теоретических предпосылок для организации технологий с минимальными потерями ценных компонентов.

Целью настоящей работы явилось проведение физико-химических исследований оксидных систем и медьсодержащих промышленных шлаковых расплавов в следующих направлениях:

исследование некоторых реологических свойств (вязкость, электропроводность) синтетических и реальных оксидных расплавов и растворимости в них меди в зависимости от состава газовой фазы и температуры;

- изучение влияния отдельных энергетических воздействий на изменение вязкости и электропроводности, разделение оксидных и сульфидных фаз и структурные преобразования в оксидных расплавах;

- исследование-влияния механических колебаний на процесс обеднения ряда промышленных шлаков, полученных, в условиях различных процессов плавки сульфидного медного сырья на штейн.

Научная новизна. В ходе термографических исследований шлаков плавки Ванюкова и синтетических охсидных расплавов показано наличие термических эффектов при значительном перегреве синтетических оксидных расплавов над линией ликвидуса, аналогичное термическим эффектам в ходе нагрева твердых образцов шлакоп. При этом экспериментально обнаружено наличие термического эффекта у безжелезистого шлака только на кривой охлаждения и совпадение температуры эффекта с появлением электропроводности у данного расплава при температуре на 200°С выше температуры плавления шлака.

Показано изменение » газопоглащении расплавленными шлаками в зависимости от химического состава и структурных изменений в ходе нагреза.

Экспериментально установлено, что метод вибрационного определения вязкости расплавов обладает структурной чувствительностью и зависимость вязкости от температуры при этом методе описывается уравнением Ле-Ш ателье:

Обнаружено, что механические колебания и переменныеэлектромагнитные поля вызывают коацервацию псевдогомогенных оксидных расплавов, их фазовое и количественное деление.

На основании обнаруженных явлений и особенностей поведения оксидных и оксидночульфшшых расплавов под действием механических колебаний, электромагнитных полей и температуры сделан вывод о необходимости более зетальных исследований структурных превращений в исследуемых системах, зключая проведение специальных превращений в исследуемых системах, включая

проведение специальных фундаментальных исследований и на их основе обоснование применимости различных теорий оксидных систем для описания физико-химических превращений в них.

Практическая ценность работы. Экспериментально показана неприменимость вибрационного метода для измерения вязкости сложных жидкостей в широком интервале температур из-за влияния механических колебаний на структуру жидкости.

Установлена возможность влиять на структурные превращения в жидких системах с помощью механических колебаний и комбинированных переменных электромагнитных полей, что может оказаться полезным при формировании направленных структур изделий, получаемых из жидких оксидов и сульфидов.

Результаты систематических исследований по определению вязкости и электропроводности ряда промышленных шлаков медной плавки, полученных в различных металлургических агрегатах и термографических, минералогических изучений их поведения и состава будут использованы при решении проблем обеднения шлаковых расплавов медеплавильных заводов.

В работе дана практическая рекомендация о целесообразности скорейшего внедрения непрерывных процессов получения черновой меди и организации обеднения богатых по меди шлаков при одновременном сокращении расхода флюсов и полного извлечения всех компонентов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: Всесоюзном совещании "Состояние работ по переработке шлаков тяжелых цветных металлов", июль 1983 года, Москва; 3-й Республиканской конференции "Физико-химия и технология свинца", август 1984 г, г. Чимкент; 3-м Всесоюзном совещании по химии и технологии халькогенов и халькогенидов, сентябрь 1986, г. Караганда; Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка и внедрение энергосберегающих и малоотходных технологий в металлургии цветных и редких металлов", декабрь 1986, Москва; Всесоюзной научно-технической конференции 'Теоретические и технологические предпосылки интенсификации производства тяжелых цветных металлов и комплексного использования сырья", июнь 1988, Свердловск; 11-ой международной конференции по термлчексому анализу, сентябрь 1988, Высокие Татры, ЧССР; Межреспубликанской научно-практической конференции "Проблемы освоения техногенных месторождений", октябрь 1991, Алматы, доклады Академии наук России, том 327, N"11, 1992; 32-я ежегодная международная конференция металлургов, Канада, Монреаль, август 29 - сентябрь 2, 1993 г.

Публикации, По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 2 работы в международной печати.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 192 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения. Список литературы включает 282 наименования. Работа проиллюстрирована 61 рисунком и 23 таблицами.

На защиту выносятся:

- результаты исследования вязкости и электропроводности шлаков цветной металлургии;

- результаты растворимости меди и ее соединений в шлаках при высоких температурах свыше 1350°С;

- данные по газопоглощению оксидных расплавов;

- результаты влияния некоторых энергетических воздействий на шлаки и оксидно-сульфидные расплавы.

Объект и методы исследования. Объектами исследований служили расплавы синтетических промышленных шлаков медной плавки, составы которых приведены в таблице №1;

При изучении растворимости меди, определении вязкости и электропроводности шлаковых расплавов использовались циркуляционный метод исследования равновесий, вибрационный вискозиметр и метод замера электропроводности в четырехэлектродной ячейке.

Таблица №1

№№ пп

А1203

Ре

СаО Си

Состав синтетических шлаков

шлак 1 24.73 8.16 52.63 42.18 14.80 1

шлак 2 38.70 1033 35.94 28.40 14.55 |

шлак 3 41.44 10.48 1738 13.62 3237 |

шлак 4 4638 18.18 10.16 3.57 25-56 |

шлак 5 • 44.18 2023 5.74 4.86 29.83 - |

шлак 6 42.08 18.65 - - 39.25 -

шлак 7 41.1 14.10 520 0.77 39.50 -

шлак 8 37.70 13.55 11.93 4.94 36.80 -

шлак 9 31.40 16.40 24.42 11.12 27.45

| шлак ПВ 29.6 8.6 - 5135 8.40 0.8 0.-18

шлак ДГМК 48.57 8.48 11.96 • 1620 0.46 0.18

шлак ¡1 Б ГМК 42.62 1027 22.14 - 8.70 0.55 0.45

1 шлак СУМЗ 31.42 7.76 3528 27.15 5.10 0.42 -

| шлак | РТП 45.50 11.06 2.60 • 3120 0.12 0.12

1ри проведении исследовании использовались энергетические воздействия

на расплавы (механические колебания, скрещенные электромагнитные поля), исследовались вязкость и электропроводность расплавов, обеднение шлаков под воздействием различных видов энергии. Твердые продукты исследовались с помощью рентге неструктурного, петрографического, ИК-спектроскопичексого, термографического анализов, отдельные образцы исследовались с помощью рентгеновских микрозондов - Котеса -МБ - 46, Комебакс.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре литературы дана характеристика тенденции в развитии автогенных и других высокоэффективных пирометаллургических процессов плавки сульфидного сырья, в частности плавки на медный штейн. Показано соотношение процессов плавки и обеднения шлаков, проанализированы существующие методы обеднения шлаков в металлургии меди. Сделан вывод о недостаточности теоретических описаний потерь меди со шлаками и затруднениях в описании взаимодействия оксидных и сульфидных расплавов из-за разночтений в теории строения жидких халькогенидов.

Приведены результаты технологических исследований, послуживших исходными данными для экспериментов по установлению влияния различных энергетичексих воздействий на структурные преобразования воксидных расплавах и оксидно-сульфидных системах. В ходе опытно-промышленных испытаний плавки Ванюкова (ПВ) на БГМК были получены данные, которые говорили о значительных колебаниях химического состава расплавов как по меди и железу, так и по содержанию оксидов флюсующих компонентов. Было сделано предположение о макрогетерогенности расплава в печи ПВ и повышенных скоростях химичексих преобразований в ванне агрегата, что повлекло за собой необходимость уточнения оптимального содержания количества меди в шлаках. Отстаивание проводилось в шлаковом сифоне печи ПВ, который обогревался мазутной форсункой. Пробы шлаков отбирались с поверхности о геометрическом центре сифона, отстаивание проводилось в течение нескольких часов в зависимости от срока остановки печи для ремонтных работ. Процесс обеднения шлаков отстаиванием заканчивался за 2 часа, показатели отстаивания приведены в таблице 2. Как видно из таблицы, был выявлен ряд особенностей процесса обеднения методом отстаивания: заметное снижение количества меди в шлаке начинается лишь через 55-60 минут, а поведение серы согласуется с физическими свойствами сульфидов, ее содержание в шлаке монотонно снижалось с 0.18 до 0.1% за 100-105 минут, т.е. бытующее мнение о флотации сульфидов пузырьками газа здесь также не подтверждается. Последовательное увеличение и снижение содержания двухвалентного железа говорит в пользу химических реакций, влияющих на обеднение шлака по меди. Сделано предположение, что на химические процессы влияет атмосфера в объеме сифона. Показано, что отстаивание в течение двух и более часов не приводит к положительным результатам и не влияет на остаточное содержание меди в данных шлаках (0.22%). Сложность идущих в расплаве шлаков ПВ процессов косвенно потверждается структурным анализом твердых образцов, в частности, магнетит представлен как кристаллами роста,так и изоморфиыми зернами и частично корродированными дендритовидиыми образованиями, а его содержание в поле зрения микроскопа колебалось от 8 до 15%.

Для изучения влияния газовой фазы на растворимость меди в шлаках были получены синтетические шлаки достаточно широкого диапазона концентраций компонентов. Были проведены рентгенофазовый и петрографический анализы. Установлено, что искусственно приготовленные шлаки в основном представлены стеклофазой и лишь некоторые из них были слабо раскристализованы. В ряде случаев рентгеноструктурный анализ говорит о стекловании шлаков без выраженной кристаллической структуры, петрографический • дает возможность установить некоторые структурные составляющие шлака в рентгеноаморфных образцах.

Растворимость металлической меди в синтетических шлаках в интервале температур 1350-1500°С исследовалась циркуляционным методом для определения влияния состава газовой фазы на растворимость. Рассчитанные полуэмпирическим методом коэффициенты активности меди в шлаках широкого диапазона составов (шлаки 1-6, табл. 1) удовлетворительно совпадают с литературными данными только для 1350°С. Повышение температуры приводит к несоответствию расчетных данных с распределением меди, что вызвано, по-видимому, несовершенством метода расчета или же неточными представлениями о механизме перехода металла в оксидный расплав. Об этом говорит и наличие сравнительно высоких содержаний меди в шлаках при высоких температурах и низком окислительном потенциале газовой фазы (рис. 1).

Рис. 1. Распюримосгь меди в шлакх 1-6 в зависимости от температуры и состава газовой фазы (СО / СОг).

Исследования взаимодействия газовой фазы с расплавленными шлаками -7, проведеннные на дериватографе типа Паулик, Паулик Эрдеи и Д 1500, юказали зависимость газопоглащенкя от химического состава щлакоз и труктуриых особенностей шлаков. В интервале температур от 20 до 1500°С для селезистых шлаков растворимость газов немонотонно изменялась с емпературой, а для безжелезистого шлака наблюдался постоянный рост астворимости. Термические эффекты в расплавах шлаков были аналогичными ффектам в твердом состоянии. Аналогичная картина наблюдалась и для

промышленных шлаков. Были обнаружены неизвестные ранее моменты: на кривой охлаждения шлака & (безжелезистого) при 1450°С появлялся термоэффект, не отмеченный при нагревании, причем температура этого эффекта совпадала с моментом появления электропроводности расплава, а в пределах 200°С над линией ликвидуса этот шлак не проводил тока в наших условиях. Обнаруженные особенности во взаимодействии газов со шлаковыми расплавами и зависимость их от структуры как твердого, так и жидкого шлака ставит задачу исследования, структуры жидких шлаков с привлечением более чувствительных методик.

На вибрационном вискозиметре в интервале температур Тпл - 1500°С измерялась вязкость синтетических оксидных расплавов шлаков 1-9 и шлаков различных медеплавильных заводов. Частота замеров составляла 50-80 гц с амплитудой щупа 0.1-02 мм. Анализ данных по вязкости оксидных расплавов показал, чтоони удовлетворительно описываются только уравнением Ле-Шателье, причем измерение вязкости в политермическом режиме непрерывным методом невозможно из-за влияния механических колебаний на структурные особенности расплава. Установлено, что шлаки обладают значительным временем* релаксации, что затрудняет измерение вязкости в непрерывном режиме. Измерение вязкости шлаков промышленных агрегатов подтвердило полученные результаты. Измерения в дискретном режиме совпадали с литературными дашышс, а веарерывные замеры показали очевидную зависимость вязкости он цикличности замеров и изменении температурно-временного режима в: щвклах измерений (рис 2). Изменения в показателях, вязкости могут достигать значительной величины Показано, чтопричиной изменений в основном. я.вляетсл коацервация расплавос под влиянием механических колебаний с адаиввремеявьвм делением оксидна сульфидных составляющих шлака и обогащением верхних слоев расплава по меди и сере (рис. Э). Такая картина характерна для всех типов промышленных шлакос с теми или. иными вариациями в значениях вязкости. Измерения электропроводности шлаковых расплавов проводились обычные четырехзондовым методом. Измерения показали, что в непрерывном режим< наблюдается инверсия показаний и несоответствие этих показаний теоретическиv зависимостям. Показатели по электропроводности, скорее всего, зависят от молекулярного движения в расплавах и коацерваци, вызванной электрически?, током. Были проведены исследования с целью обнаружения молекулярной движения и коацервации. Расплавы подвергались обработке в скрешенны; электромагнитных полях. Было показано деление синтетических оксидны; расплавов в фазовом и количественном отношении под воздействием переменны; электромагнитных полей. ■ Скрещенные электромагнитные поля оказывал! сильное воздействие на электропроводность расплавов. В таблице 3 приводят» данные для изменения электропроводности расплавов шлаков шахтной медно! плавки состава (%): Си - 0.43; FeO - 403; Si02- 34.1; CaO - 8.7; A12Oj 8.2; S - 0.98

Таблица N»2

Результаты обеднения шлаков плавки Ванюкова отстаиванием в условиях опытно-промышленного агрегата Б ГМК

Химический состав шлаков %

Исходные даные Си ею, СаО А1.0, Тс" 7л РЬ 5е 5

^.Исходный шлак (средне-сменный) .83 зи 7.6

2-Огстаивание 5 мин. .45 2934 8.40 7.0 51.25 25.75 133 .13 .0001 .0007 .18

З.Огстаивание 10 мин. .45 2934 8.15 72 5030 2530 136 .095 .0001 .0007 .17

4.0гстаиваиие 15 мни. .42 29.74 8.40 6.72 49 Й0 27Л 133 Ж - .0007 .15

5.0гстаиваине 30 мин. .41 30.10 8.70 6.90 4930 2Я.70 133 .11 - .0007 .14

б.Огстаивание | 1 час .40 30.52 а40 7.00 48.94 27-51 136 Л95 • .0005 .12

9 7.0гстаивание | 1 час 30 мин. 34 30.74 8.70 7Я) 48.95 134 134 £95 .001 .0005 .12

I 8-Ог стаивание 1 1 час 45 мин. 22 3Ш 8.40 6.64 49.30 17.01 1.40 .056 ш ЯЮ7 .10

9.Штейн после пуска печи 44.8 ■ . • - 235 • - • • - 21.8

М.Шихта 17.0 ЮЛ 42 - 24.2 - - ■ -

Таблица №3

Изменение электропроводности шлака шахтной плавки в зависимости от и Т°С под влиянием магнитного поля

т°с 1475 1325 1200 1050 900 825 1325 1400

(- ,мин. 1 3 4 6 9 11 18 19

^ Л ом'смЧО ' 2.442 11.40 11.40 4275 0.0 0.0 0.0 1.068

ограниченном участке температурной зависимости под влиянием магнитного поля и без него. Очевидно, что это влияние весьма значительно и переменные поля также действуют на жидкие системы, как и постоянные. Снижение проводимости расплава дает основание считать такой эффект фактом для предположения об электронном типе проводимости расплавов шлаков. Предположение подтверждается и поведением расплавов шлаков ПВ при измерении их электропроводности под влиянием магнитного поля (рис. 5). Как видно из рис. 5, под влиянием электромагнитных воздействий электропроводность с течением времени уменьшается и после снятия этого влияния и отключения нагрева скачком достигает прежнего предела и при охлаждении снижается по обычным закономерностям. На срезах тиглей, которые подвергались воздействию электромагнитных полей химическим и рентгеноструктурным анализами было обнаружено фазовое и количественное деление расплавов (коацервация). Данные по делению оксидно-сульфидных расплавов под действием переменных электромагнитных полей приведены в таблице №4.

Переменными электромагнитными полями можно существенно обеднить .шлак по меди и провести сегрегацию расплавов и по оксидным составляющим. Как и под действием механических колебаний, деление оксидной и сульфидной составляющей шлака может быть весьма эффективным. Можно получить вертикальный столбик жидкого штейна в расплаве оксидов.

Влияние механических колебаний на структурные преобразования в расплавах исследовалось на синтетических шлаках и шлаках ПВ, состав которых приведен в таблице №5. При обработке механическими колебаниями расплав обрабатывался импульсом малой мощности частотой 54-57 Гц в течение 30-170 минут в интервале температур от 1250 до 1120°С и от 1500 до 1180°С. Изменение массы навески колебалось от 67 до 109 г. В таблице №6 приведены данные по обработке шлака механическими колебаниями.

Показано, что сульфиды в данных условиях можно высадить из расплава практически нацело. Что же касается оксидной меди, то даже в жестких условиях обработки с частотой 60-80 Гц она остается в структуре расплавов. Рентгеноструктурным и петрографичексим анализами установлены существенные преобразования в шлаках под действием механических колебаний. Так в обработанных шлаках после охлаждения не удалось обнаружить наличие магнетита. Анализ на различных типах рентгеновских микрозондов показал наличие направленной кристаллизации фаялита и других оксидных минералов, образование пленки сульфида кальция вокруг сульфидных включений, изменение концентрации меди по сечению сульфидных образований и другие структурные

íh'C J* 32

30 . 2S

ъ

20 11

/б I . .

/ 2 J мцит Peo. 2. Зависимость вяакосга шаков электрошшзка os цшшноста заызров

vernos

l-m-Horc(2SNUH)

l-m-tun(20) §4№~t№(is) S'ms'tw/20)

ЬП09-№(25) шлакАГНК

Pao в 3» Влияние содэртдяя иодн з вэрхяеа олоэ расплава ПВ на вязкость планов

Рис. 4. Электропроводность шлака ДШК сод влвяниеи тпщтного поля (I) а без (2)

времени ваыэра а температуры

Таблзта 4

Результаты нзшзненая состава оксидно-сульфидных расплавов под девотввем переменных элахтромагантшсс полей

м | Тип шлака щ , ¡¿»ремя ! 1воздейст| Срез , мин ; ! Си- ¡РЬ 1 ! ! ки ! • г~:...... т 1^1 'V-

Верх(В) 0,18 0,75 0,10 43,77 10,75 32,42 9,36 0,70

I ЫМК 120 Серед(С) 0,18 0,77 0,10 43,86 10,50 32,42 9,18 0,90

Дно ,(Д) о,?в 0.77 0.10 40,96 14.85 32.85 9.18 0.51

в 0,19 .0,89 0,14 46,37 14,34 18,77 14,87 0,90

2 ДШК 120 с 0,21 1,13 0,18 42,42 9,33 18,77 15,58 0,90

л 0п2? 0.90 0.15 47.36 11.77 19,70 15,2? 1.15

в 0,21 0,87 0,16 45,26 14.67 17.90 15.30 0,77

3 ДШК 120 с 0,19 0,75 0,23 48,42 12,30 17,92 14,58 1,15

л 0,?9 0,79 0.14 48.00 10.24 18.34 15.30 1.02

в 0,35 3,82 0,21 31,96 5,63 40,95 16,00 0,90

4 . Ш 120 с 0,25 3,60 0,24 32,00 8,19 39,54 15,30 1,02

л 0.26 3.60 0.18 31,66 7.70 40.10 15.46 1.02

5 Ш 120 в 0 д . 0,41 0,22 0,26 1,14 1,14 1,18 0,20 0,18 0,20 49,15 48,86 49,00 9,21 8,70 8,90 18,77 19,60 19,60 16,02 15,00 15,45 0,77 1,28 1,21

6 Шяак Карсакпая 120 в с д 0,86 о;52 0,53 0,17 0,61 0,62 0,39 0,39 0,40 53,00 52,62 54,08 9,21 9,21 8|96 19,60 19,60 18,77 11,02 11,02 Ю|85 0,77 0,77 0 77

изменения. Предположено наличие химических трансформаций в расплаве под действием механических колебаний, что было подтверждено на синтетических

,илаках- Таблица 5

ч Соотав шлаков плавка Ваникова (опытно-

промшдвшшв испытания)

т ш 1 Он, ! ! РеД S В ¡SiO,; \п К

5 0,80 49,6 0,14 31,30 6,75 6,00 1.2 1,50

II 0,88 50,32 0,28 31,64 6,75 6,90 1,30 1,54

14 1,36 51,35 0,48 29,60 6,70 6,30 1,20 1,50

20 0,45 51,35 0,18 29, ai 8,15 7,00 1,25 1,48

22 0,33 49,6 0,17 29,74 6,40 6,72 1,10 1,46

25 0,36 49,3 0,13 30,60 8,40 8,40 1,12 1,48

Таблищ 6

Содершние меди и серы в шлаке ПВ после обработки матннческшк кодобаяаяма

ш

№ пробы ! шлака

Теше-

(

I мин I

¡dfe »»Я»

Медь

i __

| исхода. (конетЛо"

Сора

т-1--

! исхода 1К0НЗЧ1

I Расплав

печа QB 170 I500-II80 0,80 0,74-0,79 0,52 0,10

2 Шлак В 12 70 I250-II20 1,19 0,54-0,59 0,47 0,10

8 Шлак & 1 ' 106 1500-И 80 0,94 0,46 0,20 ОДО

4: Шлак м 18 30 I250-II20 1,91 0,48 0,80 0,10

5 Шлак JS 23 145 2500-Ц 80 0,42 0,14 0,14 0,10

Лабораторными исследованиями по обеднению шлаков различных процессов медной плавки (злектроплавки, отражательной плавки, рудно-термической и отражательной плавки обожженных медных концентратов).

Проведены сравнительные эксперименты по отстаиванию шлаков и обеднению с помощью механических колебаний. Показано, что вибрация более эфффективно разделяет оксидные и сульфидные соединения в расплавах всех шлаков, за исключением шлака СУМЗ.

Наиболее эффективно обеднялись высококальциевистые шлаки

электроплавки медных концентратов. Фазовый анализ показал, что наличие магнетита в шлаках может быть обнаружено и при длительной обработке вибрацией, т.е. его присутствие может зависеть или от взаимодействия с газовой фазой или иметь другие причины. Интересным было поведение сульфидных составляющих расплава! ВтаблицвЫ^ приведено максимальное содержание меди и корольках сульфидов с поверхности расплавов. Очевидно, что всплытие корольков богатых по меди может быть обусловлено малой плотностью сульфидной составляющей, тж. корольки диаметром до 5-8 мм не могут находиться на поверхности расплава по соображениям влияния поверхностного натяжения, особенно при повышенных температурах и наличии механических колебаний. Вероятнее всего всплывают оксисульфиды со значительным содержанием кислорода, что косвенно подтверждается наличием ретроградного распада материала корольков. __Таблица 7

Химический состав корольков сульфидов

Тип плавка

ПВ

БШК

СУШ

ДШК ♦ РШ

Содержание Си в корольках, % 92

Содержание Са в " а, %

64,1 72,8

93 Д

штёйно плавка,% 40-56 35-45 35-45 45-50

Также косвенное подтверждение можно увидеть в таблице N'8

95,5 45-60

___; •____Таблица 8

Состав корольков сульфидов в зависимости от времена обработки механичесавми колебаниями

№ шх ! Тип |олака 1 | шш ! °С т | ! Место • отбора | Вес, \ г | Са Ье 1 а

X ПВ 5 то дао 0,345 57,87 19,66

2 РШ 60 1350- верх 0,081 £5,5 0,46 _

1420

3 ДШК 5 1400 верх 0,257 54,05 15,20 -

4 15 1400 верх 0,226 55,4 14,35 12,2

5 30 1400 верх 0,355 55,4 14,35 12,9

6 45 1400 верх 0,251 58,76 13,40 12,9

7 60 1400 верх 0,0559 63,1 12,60 11,6

8 п 15 1300 верх 0,141 ' 64,1 16,45 -

Можно проследить к расслаивание сульфидной вставляющей в ходе обработки, можно отметить повышенное содержание меди в корольках сульфидов на поверхности шлака по сравнению с содержанием ее в штейне, на который работал плавильный агрегат, что говорит в пользу химических потерь меди со шлаками.

Остаточное содержание меди в шлаках на уровне 0Л-0.2 и 03% и более дает основание считать процессы обеднения шлаков не выгодными, по крайней мере, в энергетическом отношении. Также очевидно, что к процессу обеднения шлаков необходимо подходить сугубо индивидуально из-за разности в химическом составе соединений меди в шлаках различных типов и составов. В каждом конкретном случае требуется исследование структурных особенностей расплавов шлаков для обоснования техничестят решения по обеднению шлаков.

ВЫВОДЫ

1. Анализ современного состояния разработок в области обеднения шлаков цветной металлургии, теории оксидных расплавов и результатов физико-химических исследований последних лет свидетельствуют о необходимости и актуальности дальнейших фундаментальных исследований по изучению физико-химических свойств и особенностей строения и жидкого состояния оксидных систем и на их основе поиска принципиально новых подходов к проблеме комплексной и безотходной переработки шлаков.

2. Испытаниями процесса обеднения шлаков автогенной плавки сульфидных медных концентратов в жидкой ванне (процесс ПВ) путем их отстаивания в заводских условиях, химическими и минералогическими исследованиями их состава по ходу выпуска из печи установлен ряд особенностей поведения меди и серы в шлаковых расплавах. Технологически процесс отстаивания шлаков ПВ малопроизводителен и требует дополнительной интенсификации путем физических или же химических воздействий.

3. Исследованиями растворимости меди в синтетических шлаковых расплавах показано, что при повышении температуры до 1450 С и выше имеет место несоответствие расчетных величин коэффициентов активности Си^О с фактическим распределением меди в системе медь-шлак-газовая фаза. Такое положение, по-видимому, связано с несовершенством использованного метода расчета или с особенностями механизма перехода меди в оксидный расплав.

4. С использованием вибрационного визкозиметра экспериментально определены величины вязкости девяти составов синтетических шлаков и показано, что вибрационный метод измерения вязкости шлаковых расплавов обладает структурной чувствительностью, а полученные экспериментальные данные удовлетворительно описываются только уравнением Ле-Шателье.

5. С помощью чегырехэлектродной ячейки замерена электропроводимость тех же синтетических шлаковых расплавов и при этом экспериментальные величины в основном удовлетворительно согласуются с литературными данными.

6. Исследованиями синтетических шлаковых расплавов при различных внешних воздействиях установлено, что переменные электромагнитные поля вызывают деление оксидных расплавов в количественном отношении, а механические колебания приводят не только кускорению разделения исследуемых систем и коагуляции сульфидов, но и к сегрегации оксидной фазы шлаков.

7. Проведена серия лабораторных опытов по обеднению ряда

промышленных шлаков медной плавки и изучно влияние механических колебаний исследуемого расплава на изменение химического и минералогического составов шлаков. При этом было установлено, что процесс обеднения оксидной части шлаков в основном зависит от состава исходных шлаков и продолжительности виброобработки.

8. В случае виброобработки шлаков, полученных при плавке необожженных суьфидных медных концентратов в электропечи и отражательных печах, установлено последовательное обогащение медью и серой верхнего слоя шлака и донной его части. Значительное ускорение этого процесса имеет место при виброобработке высококальциевистых шлаков, содержащихпорядка30-37%оксида кальция, чтоявляетя следствием структурных особенностей подобных расплавов.

9. Значительное худшее разделение исследуемою расплава на сульфидные и оксидные составляющие имело место при виброобработке шлаков, полученных при отражательной плавке частично обожженных медно-цинковых концентратов. Такое поведение медно-цинковых шлаков связано с изменением соотношения в них форм нахождения меди, которая в подобных шлаках находится в оксидных соединениях.

10. Описание структуры расплавленных оксидов металлов предпочтительно выполнять с применением молекулярной теории, причем современные положения этой теории должны дополняться с учетом структурных изменений в расплавах, вызванных внешними факторами в соответствии с диаграммами состояния; структура расплавов связана не только с химическим составом и температурой.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Кожахметов С.М, Быстров В.П, Коржумбаев А.Е, Сулейменов Э.Н. Влияние Еиброимпульса на шлаки цветной металлургии. Сборник НТО, Гинцветмет, Москва, 14-17 июля 1983 г.

2. Коржумбаев Л.Е., Кожахметов С.М. Сулейменов Э.Н. Распределение меди в штейно-шлаковых системах после обработки гнбрацией. Сборник Всесоюзного совещания работников ВУЗоз в ускорении научно-технического прогресса в цветной металлургии. Ревда СУМЗ, Свердловская область, 19-23 сентября 1983 г.

3. Коржумбаев А.Е., Кожахметов С.М. Сулейменов Э.Н>» Влияние виброимпульса на поведение жидких металлургических шлаков. 3-я Республиканская конференция "Физико-химия и технология сзинца",Шымкент,21-23 августа 1984 г., том 1, стр. 109.

4. Коржумбаев А.Е., Кожахметов СМ, Быстров В.П, Сулейменов Э.Н. Особенности строения шлаков после .обработки вибрацией. Комплексное использование минерального сырья, Алматы, N"10,1984, стр. 33-36.

5. Кожахметов С.М, Каирбаева З.К, Коржумбаев А.Е, Быстров В.П, Сулейменов Э.Н. Растворимость газов в оксидных системах переменного состава. Комплексное использование минерального сырья, №11,1984 г, с. 74-75.

6. Коржумбаев А.Е, Концов В.М, Быстров В.П, Сулейменов Э.Н. Осаждение сульфидов в жидком шлаке. Сборник трудов Третьего Всесоюзного совещания по химии и технологии халькогенов и халькогенидов. Караганда, 24-26 сентября 1986, ст р. 276.

7. Полывянный И.Р, Мазулевский Е.Н, Жаманбаев А.Е, Коржумбаев А.Е.

Исследование вязкости шлаков коксогазовой шахтной плавки. Комплексное использование минерального сырья, Алматы, №7,1986, с. 55-58.

. 8. Сулейменов Э.Н, Коржумбаев А.Е, Быстрое В.П, Кожахметов СМ. Влияние вибрации на поведение сульфидов меди в жидком шлаке. Минвуз СССР, Госкомитет по науке и" технике. Московский ордена Октябрьской Революции Институт стали и сплавов. Всесоюзная научно-техническая конференция "Разработка и внедрение энергосберегающих и малоотходных технологий в металлургии цвепшх и редких металлов", Москва, 22-24 декабря 1986, с. 184-185.

9. Сулейменов Э.Н, Коржумбаев А.Е, Концов ВЛ1. Поведение сульфидных включений в шлаках при воздействии вибрацией и электрическим током. Доклады к 1 Всесоюзной конференции по автогенным процессам с международным участием. Гинцветмет, инженерно-технический центр Автогенные процессы, МЦМ СССР, Москва, 1988, стр. 46-47.

10. E.N.Suleimenov, A.M.Kunaev, A.Y.Dadabaev, Z.K.Kairbaeva, A.Y.Korzhumbaev. Thermal analysis in the study of oxide melts and liquid slags. Terminal '88, XI Celostatna Konferencia Otermisky Analyze. Термический анализ в исследовании оксидных расплавов и жидких шлаков. Чехословакия, Высокие Татры, 20-23 сентября 1988.

11. Сулейменов Э.Н, Коржумбаев AJL, Концов ВЛ1. Поведение сульфидных включений в шлаках при воздействии вибрации и электрическим током. Комплексное использование минергльного сырья, Алматы, N"1, 1989, с. 63-67.

12. Сулейменов Э.Н, Кунаев А.М, Дадабаев А.Ю, Каирбаева З.К, Коржумбаев AJE. Особенности возникновения термических эффектов в оксидных расплавах. Комплексное использование минерального сырья, Алматы, №4,1989, с. 56-60.

13. Коржумбаев А.Е, Сулейменов Э.Н. Особенности потерь меди со шлаками и способы обеднения. Центральное правление Всесоюзного НТО цветной металлургии. Свердловский Дом техники Всесоюзного НТО Теоретические и технологические предпосылки интенсификации производства тяжелых цветных металлов и комплексного использования минерального сырья", посвящена памяти проф., д.тл, АЛ.Вангокова, Свердловск, 21-23 июня 1988.

14. Кунаев АЛ1, Сулейменов Э.Н, Коржумбаев А.Е. Решение проблемы шлаков - реконструкция технологий. Межреспубликанская научно-практическая конференция "Проблемы освоения техногенных месторождений", Алматы, АН КазССР, РПСНИО СССР, октябрь 1991.

15. Сулейменов ЭЛ, Коржумбаев А.Е, Кунаев AAÍ. Аномалии в электропроводности оксидно-сульфиднь« систем. Доклады Академии наук России, том 327, №1,1992, стр. 100-104.

16. A£Xorzhumbaev, E.N.Suieimenov. Influence of Physical and Chemical Factors on Ccacervation of Qxide-Sulfide Melts. Academy of Sciences, paper 56.2-9.30. McGill University, Montreal, Canada, 32nd Annual Conference of Metallurgists. The Metallurgical Society of CIM, Quebec, August 29-September 2,1993.

Коржумбаев Алтай Ермек-улы

Tyctí металлургия цоцыстарынын тутцырлыш мен элекг1ретк*31чшт1г1 жэне оларды жутатуга кейбгр энер-гияльщ ьщпалдар эсерхн зерттеу.

3epTrey^e dajintiTHJiraH TOTN^TU^ »aHe TOTU^-cyjibfeflTiK jnyRejiepfliH 3nka-x mmhhjimm; ^acHeTTepi« B3eKTi 3epTTeyjiep » HaTHae^epi KeJiTipijireH.

K,C!<;ucTap Men totuk;t№; eajiHUManapfliJ^ peojioniyuKH, nacw-eTTspi, ojiap,n,a muc epirinrririHiH K;u3yra, xHMWWunt i^ypawra w3H3 rac^n KYflre Teyejwijiiri,. ^HCTapfltiH raaflH scyryu TeK-cepijwi. EajiK,UTUjiraH no^ucrapra oHeprawMi^ acep eTy, Mexa-HHKajiuK TepCe^ic nen aflHUMajihi ajieKripMarHHrriK epicrep no-k,uc ^ypujhmuh g3repteti>iih ».ap.e cam^hmajiapnara koanepabamtn ripouecitiin 6acTajiyHHa typtki CojiaraHhiH KopceTTi. Ajrunran i.ia-jiiMeTTep 6ajix;UMa.riap kVPU^imhh MOjieicyjiamiK; ijriM neri3iH#e cy-peTTeyfliH A'fpucTUFU Typajoi TyjiwpuvwJ pacTafl^u Kane 6yn Kea^e (5a^^biMaTOpflarH HiypunuMflhrn; 63repiCTepfliHi fluarpamtajibin KYfire caftKec, cup?x,u ^aKTopjiap acepinen kypstihih Kepcerri.

3epTTey Haraweci doRbiHina ^oKiiCTapflu ■trfv&iy TexHOjiorapcuH MSHe Muc-cyjib$nflTiK iunKi3aTTti CajiK;HTy npoqeCTepin »eTijiflipy »to^apu ycbiHbiJwu.

Altai Ermekovich Korzhumbaev Research of viscosity, electric conductivity of non-ferrous metallurgy slags and affects of some energetic influence on their impoverishment

The results of inevitable research with respect to physical chemistry properties of molten oxide-sulfide systems are presented. Pheology properties of slags and-oxide melts, copper dissolution in the latter depending on the temperature, chemical composition and gaseous phase, gases absorption by slags have been studies. Power impact on molten slags has demonstrated that mechanical fluctuation and alternating electromagnetic fields change the melts structure and promote coacervation in melts. The phenomena discovered have proved the findings that the employment of molecular theory for the description of melts structure is preferred. In this case, structural changes in melts caused by external factors should be considered in accordance with the system diagrams.

The recommendations for improvement of slag impoverishment and copper-containing sulfide raw materials smelting have been provided.

Подписано в печать 05.04.94 г. тираж 100 Заказ № 120. Отпечатано на ротапринта ИМО НЦ КШС.