Домой

Развитие научных основ восстановительно-сульфидирующей электроплавки и ее применение в металлургии цветных и благородных металлов 05. 16. 02 металлургия черных, цветных и редких металлов




НазваниеРазвитие научных основ восстановительно-сульфидирующей электроплавки и ее применение в металлургии цветных и благородных металлов 05. 16. 02 металлургия черных, цветных и редких металлов
страница1/4
Дата26.04.2013
Размер0.61 Mb.
ТипАвтореферат
Содержание
Научный консультант
Ведущая организация
Актуальность работы.
Цель работы
Научная новизна.
Положения, выносимые на защиту
Апробация практических результатов.
Практическая ценность работы.
Основная часть
3. Исследование кинетики и последовательности взаимодействия в шлаковых расплавах системы Cu
4 Изучение влияния сульфата кальция и оксида бора на процесс обеднения промышленного шлака ПВ в различных газовых средах.
Рисунок 9 – Технологическая схема переработки
Рисунок 10 - Технологическая схема переработки
Рисунок 11 - Бесцианидная технологическая схема
Краткие выводы по результатам диссертационных исследований
Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов.
Оценка технико-экономического эффекта внедрения.
Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области.
Подобные работы:
  1   2   3   4


УДК 669.2/.8.046(043.2)


На правах рукописи




ОМАРОВА НУРГУЛЬ САПАРОВНА


Развитие научных основ восстановительно-сульфидирующей

электроплавки и ее применение в металлургии

цветных и благородных металлов


05.16.02 – металлургия черных, цветных и редких металлов


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук


Республика Казахстан


Алматы, 2010 г.


Работа выполнена в АО «Центр наук о земле, металлургии и обогащения».


^ Научный консультант:

Академик НАН РК,

Доктор технических наук, профессор Кожахметов С.М.


Официальные оппоненты:


Доктор технических наук, профессор Сухарников Ю.И.

Доктор технических наук, профессор Даулетбаков Т.С.


Доктор технических наук Абрамов А.С.


^ Ведущая организация: Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева, г. Караганда


Защита состоится «30» ноября 2010 г. в 1000 час на заседании Диссертационного совета Д 53.17.01 при АО «Центр наук о земле, металлургии и обогащения» по адресу: 050010, г. Алматы, ул. Шевченко, уг. ул. Валиханова 29/133, факс 8(727)291-46-60, e-mail:ao.cnzmo@rambler.ru


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке в АО «Центр наук о земле, металлургии и обогащения» по адресу: 050010, г. Алматы, ул. Шевченко, уг. ул. Валиханова 29/133.


Автореферат разослан «____» _______ 2010 г.


Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 53.17.01,

доктор технических наук Агапова Л.Я.


ВВЕДЕНИЕ


Общая характеристика работы. Медь и золото являются одними из наиболее используемых и торгуемых металлов в мире. Казахстан входит в первую десятку мировых производителей меди и катодного золота. Подтвержденные запасы меди оцениваются в 37 млн. т (5,5% от мировых запасов), разведанные запасы золота – на уровне 1700 т (4% от мировых запасов). По этим показателям Республика занимает, соответственно, четвертое и седьмое места в мире.

Однако, в последние годы наблюдается тенденция снижения их производства и экспорта меди, составляющих значительную часть золотовалютного потенциала Республики. Поэтому решение технологических проблем в этих отраслях является очень актуальной задачей.

Снижение производства меди обусловлено не только ухудшением качества казахстанского сырья, но и принятой практикой переработки в шихте конвертерных шлаков после их флотационного обогащения. Анализ литературных источников по современным способам переработки шлаков медного производства показал, что, несмотря на их многообразие, наиболее широкое распространение получили флотационный и электротермический. В частности, в Казахстане на Балхашском медеплавильном заводе, используют флотационный способ ввиду его относительной дешевизны, но степень извлечения меди при этом невысока – до 80%, к тому же он не решает основной задачи – разрушения магнетита, и введение обогащенного конвертерного шлака в шихту медной плавки способствует увеличению потерь цветных металлов с отвальными шлаками.

Из восстановительно-сульфидирующих способов наиболее известны способы с использованием в качестве сульфидизаторов пирита и пиритсодержащих материалов, в то время как использование сульфата кальция имеет ряд преимуществ, таких как: возможность получения сульфидизатора непосредственно в технологическом цикле и менее железистых, а следовательно, и с меньшими потерями цветных металлов отвальных шлаков.

Эффективная отдельная переработка золотомышьяковых концентратов также остается нерешенной задачей, в производство внедрен только метод бактериального выщелачивания, который применим для концентратов с низким содержанием углерода. В основном же, по-прежнему используется традиционный метод обжига концентратов с последующим цианированием полученного огарка с низким извлечением золота и образованием токсичного белого мышьяка.

В научной литературе имеются разрозненные сведения по использованию материалов, содержащих сульфат кальция, при обеднении шлаков, преимущественно никелевого производства. Сведения по применению сульфата кальция при переработке золотомышьяковых концентратов отсутствуют. В связи с этим данная работа посвящена проведению систематизированных физико-химических и технологических исследований и научному обоснованию восстановительно-сульфидирующего метода переработки с использованием, в том числе и сульфаткальциевых флюсов. Положительное решение поставленной задачи по возможности сульфидирования оксидов металлов и мышьяка сульфатом кальция в восстановительной атмосфере позволило реализовать экологически безопасную восстановительно-сульфидирующую электротермическую переработку шлаков медного производства и золотомышьяковых концентратов.

^ Актуальность работы. Около 80% мирового производства меди осуществляется пирометаллургическим способом. Анализ развития и совершенствования мировых технологий выявил тенденцию повышения доли энергосберегающих автогенных процессов, к которым относится и плавка в «жидкой ванне», применяемая на Балхашском медеплавильном заводе. Автогенные процессы и процессы конвертирования, протекающие в условиях сильноокислительной атмосферы, сопровождаются получением шлаков с высоким содержанием магнетита и значительными потерями цветных металлов, что делает проблему вывода конвертерных шлаков на отдельную переработку еще более актуальной. Вывод конвертерного шлака из медного производства должен представлять большие преимущества не только с точки зрения возможности более комплексного использования этих шлаков, но и с точки зрения улучшения технико-экономических показателей: повышения извлечения меди, качества штейна и черновой меди, уменьшения расхода топлива, флюсов, увеличения полезной производительности печей.

Около 30% мировых запасов золота и практически все месторождения казахстанских руд относятся к категории «упорных» из-за тонкой вкрапленности золота и тесного взаимопрорастания с арсенопиритом, наличия мышьяка, углистых веществ и других примесей. Отсутствие рациональной технологии переработки таких концентратов привело к значительному снижению объемов производства золота в Казахстане, поэтому решение проблемы их переработки является актуальной задачей.

^ Цель работы - научное обоснование и разработка эффективной экологически безопасной восстановительно-сульфидирующей технологии электротермической переработки конвертерных шлаков медного производства и «упорных» золотомышьяковых концентратов.

^ Научная новизна. В работе впервые получены следующие научные результаты:

- Изучена кинетика высокотемпературных процессов взаимодействия оксидных компонентов шлаков медного производства и золотомышьяковых концентратов с сульфатом кальция и углеродом при 1200-13500С, соответствующем температурному интервалу их электротермической переработки. Установлено, что благодаря высокой скорости восстановления сульфата кальция, значительно превышающей скорость восстановления оксидов металлов, средняя скорость взаимодействия в системах Cu2O – CaSO4 – C и Cu2O·Fe2O3 – CaSO4 – C, при стехиометрическом соотношении реагентов, равном 1:1:2, превышает среднюю скорость восстановления куприта и делафоссита, соответственно, в 1,9 и 3,5 раза, при пятикратном избытке углерода сверх стехиометрии – в 1,6 и 1,8 раза.

- Изучение скорости взаимодействия компонентов системы Fe3O4 – CaSO4 – C показало, что средняя скорость их взаимодействия при соотношении реагентов 1:1:2 превышает среднюю скорость восстановления магнетита при их соотношении 1:5 в 1,9 раза.

- Изучение скорости взаимодействия компонентов системы Fe3O4 – CaSO4 – C – SiO2 показало, что средняя скорость их взаимодействия при соотношении реагентов 1:0,5:1,5:1,5 превышает среднюю скорость восстановления магнетита при их соотношении 1:5 в 1,6 раза. Добавка диоксида кремния в систему Fe3O4 – CaSO4 – C способствует увеличению скорости взаимодействия компонентов системы, что положительно сказывается при совместной переработке конвертерных шлаков и золотомышьяковых концентратов.

- С применением комплекса физико-химических методов исследования определена последовательность взаимодействия компонентов в системах Cu2O – CaSO4 – C, Cu2O·Fe2O3 – CaSO4 – C, Fe3O4 – CaSO4 – C в интервале температур 1200-13500С свидетельствующая о возможности использования сульфата кальция одновременно в качестве сульфидизатора оксидов металлов, регента, увеличивающего серный потенциал газовой фазы и флюсового материала:

Установлено, что при взаимодействии компонентов системы Cu2O – CaSO4 – C происходит восстановление сульфата кальция до его сульфида; параллельно, но с меньшей скоростью, восстановление оксида меди до металлической; взаимодействие сульфида кальция с оксидом меди с образованием сульфида меди и оксида кальция; взаимодействие сульфида меди с ее оксидом с образованием металлической меди.

При взаимодействии компонентов системы Cu2O·Fe2O3 – CaSO4 – C: восстановление сульфата кальция до его сульфида; параллельно, но с меньшей скоростью, восстановление делафоссита до куприта и магнетита; их взаимодействие с сульфидом кальция с образованием сульфидов железа и меди, оксида кальция и диоксида серы; сульфидирование оксида меди сульфидом железа; взаимодействие оксида меди с ее сульфидом с образованием металлической меди.

При взаимодействии компонентов системы Fe3O4 – CaSO4 – C: восстановление сульфата кальция до его сульфида, взаимодействие образовавшегося сульфида с магнетитом с образованием пирротина, оксида кальция и диоксида серы; параллельно, но с меньшей скоростью, восстановление магнетита до металлического железа; разложение сульфата кальция металлическим железом с образованием оксисульфида CaO·FeS.

- Установлено, что в условиях восстановительной атмосферы добавка 3-11 % оксида бора в шлаки состава, мас.%: 15,02 FeO; 54,23 SiO2; 24,82 CaO; 5,96 Al2O3 и 55,3 FeO; 33,9 SiO2; 5,1 CaO; 5,7 Al2O3 снижает степень восстановления оксида меди, соответственно, в 2 и 2,5 раза в результате снижения степени восстановления шлакового расплава вследствие образования боратов железа.

- Изучена кинетика взаимодействия стехиометрических количеств Cu2O – CaSO4 – C; Cu2O – CaSO4 – B2O3, Cu2O – CaSO4 – C – B2O3 в синтетических шлаковых расплавах состава, мас.%: 55,3 оксида железа; 33,9 диоксида кремния; 5,1 оксида кальция; 5,7 оксида алюминия с добавлением к нему 1 и 5% оксида меди. Установлено, что скорость взаимодействия сульфата кальция с углеродом в шлаковом расплаве превышает скорость взаимодействия сульфата кальция с оксидом бора в 5,6 раза, добавка оксида бора к шлаку, содержащему сульфат кальция и углерод, увеличивает скорость их взаимодействия в 1,5 раза благодаря образованию боратов железа и кальция, улучшающих физико-химические свойства шлакового расплава.

- Определены скорости и степень обеднения по цветным металлам промышленных шлаков БГМК с использованием оксида бора и сульфата кальция в различных газовых средах. Установлено, что совместное использование сульфата кальция с оксидом бора способствует улучшению показателей обеднения промышленных шлаков.

- Установлено, что при электротермической переработке золотомышьяковых концентратов с высоким содержанием углерода использование сульфата кальция в качестве кальцийсодержащего флюса позволяет предотвратить образование шпейзы.

- Обоснована целесообразность и эффективность восстановительно-сульфидирующей электроплавки сложных по составу упорных золотомышьяковых концентратов Казахстана с подбором флюсов, обеспечивающих получение шлака оптимального состава, мас. %: 6-10 железа; 18-20 оксида кальция; 45-50 диоксида кремния; 10-12 оксида алюминия, обеспечивающего легкоплавкость и минимальные потери золота (менее 1 г/т золота) и цветных металлов.

^ Положения, выносимые на защиту:

- результаты изучения кинетики и последовательности взаимодействия оксида меди, делафоссита, магнетита с сульфатом кальция и углеродом в нейтральной атмосфере в области температур 1250-13500С;

- результаты изучения сульфидирования оксида меди в шлаках ПВ в зависимости от количества вводимого сульфата кальция;

- результаты изучения влияния сульфата кальция и оксида бора на процесс обеднения промышленных шлаков ПВ в различных газовых средах;

- результаты укрупненно - лабораторных исследований по электротермическому обеднению шлаков ПВ и конвертирования с использованием восстановительно-сульфидирующих реагентов и золотомышьяковых концентратов;

- результаты укрупненно-лабораторных исследований и полупромышленных испытаний по восстановительно-сульфидирующей электроплавке упорных золотомышьяковых концентратов месторождений Бакырчик, Акбакай с применением различных флюсующих материалов (сульфата кальция, фосфогипса, известняка, пирита, пиритного огарка, оборотного огарка от обжига штейна, дефеката сахарной промышленности и оборотных железосодержащих кеков цианирования);

- результаты промышленных испытаний по электроплавке упорных флотационных золотомышьяковых концентратов с использованием восстановительно-сульфидирующих реагентов на Акбакайском горно-обогатительном комбинате;

- результаты разработанного способа совместной переработки конверторных шлаков и золотомышьяковых концентратов;

- результаты разработанных технологий переработки золотомышьяковых концентратов.

^ Апробация практических результатов. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Республиканской научно-практической конференции «Теория и практика интенсификации ресурсоэнегосбережения в химической технологии и металлургии» (Шымкент - Алматы, 2000 г.); на международной научной конференции «Научные проблемы комплексной переработки минерального сырья цветных и черных металлов» (Алматы, 2000г.); на международной конференции «Молодые ученые - 10-летию независимости РК» (Алматы, 2001 г.); на конференции «Молодые металлурги - 10-летию независимости РК» (Алматы, 2001 г.); на научно – практическом семинаре-совещании «Современное состояние и проблемы электротермических, высокотемпературных процессов хим. технологии и металлургии» (Шымкент, 2004 г.); на VII международной конференции «Золотодобывающая промышленность России. Состояние и перспективы развития» (Москва, 2005 г.).

^ Практическая ценность работы. На основании теоретических положений выполнен комплекс физико-химических и технологических исследований, позволивший:

- разработать и опробовать на Акбакайском горно-металлургическом комбинате эффективную экологически безопасную технологию электротермической переработки сложных по составу «упорных» золотомышьяковых флотационных концентратов с получением 148 кг катодного золота;

- разработать экологически безопасную бесцианидную технологию извлечения золота из упорных золотомышьяковых концентратов, содержащих цветные металлы;

- разработать способ совместной переработки золотомышьяковых концентратов с конверторными шлаками медного производства, позволяющий осуществить процесс обеднения конвертерных шлаков с извлечением в штейн меди до 93,9 - 94,8 %; золота и серебра, соответственно, до 99,7 - 99,8 %; 99,3 - 99,7%.

Новизна научно-технических решений защищена 10 патентами и предпатентами РК.

^ ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ


1 Анализ современного состояния теории, технологии и экономической целесообразности отдельной переработки шлаков автогенных процессов, конвертирования и упорных золотомышьяковых концентратов. Анализ физико-химических особенностей образования магнетита при окислении сульфидно-оксидных расплавов системы Cu – Fe – S – O – SiO2 – CaO выявил, что при современных автогенных способах переработки медного сырья переокисление железа в шлаке до трехвалентного состояния неизбежно, при этом возрастают потери цветных металлов со шлаками. Поэтому снижение магнетита за счет вывода конверторного шлака из шихты плавки – один из важнейших резервов повышения извлечения цветных металлов в конечный продукт при плавке медного сырья в жидкой ванне.

Анализ литературных источников по современным способам переработки шлаков выявил их многообразие, однако ни один из предлагаемых и прошедших полупромышленные испытания способов, кроме флотационного, не внедрен на предприятиях нашей республики из-за их низкой рентабельности. Флотационное обогащение - наиболее простой и доступный способ, не требующий значительных капитальных затрат при использовании обогатительных фабрик в связи с их незагруженностью и нахождению вблизи металлургических предприятий. Но данный способ имеет один существенный недостаток: в получаемых концентратах остается большое количество магнетита, что отрицательно сказывается на процессе плавки медной шихты. Использование при плавке конвертерных шлаков в качестве кремнистых флюсов флотационных золотомышьяковых концентратов, содержащих диоксид кремния и, в некоторых случаях, углистые вещества позволит повысить эффективность их переработки. Увеличение диоксида кремния в шихте плавки за счет замены золотосодержащего флотоконцентрата с низким содержанием диоксида кремния на более качественный флюс также позволит снизить потери меди. Однако, экологически безопасные способы отдельной переработки упорных золотосодержащих концентратов, такие как вакуумный процесс, окислительный обжиг концентратов совместно с пиритом в печи шахтного типа не нашли промышленного применения из-за сложности аппаратурного оформления. Наиболее оптимальным вариантом решения проблемы переработки таких концентратов является их восстановительно-сульфидирующая электроплавка, позволяющая решить вопрос одновременного удаления углерода и мышьяка в нетоксичной сульфидной форме. Эффективность переработки возможно повысить благодаря правильному подбору флюсов, в частности, использование сульфата кальция в качестве сульфидизатора и флюсующего материала не требует ввода дополнительного количества флюсов, соответственно, снижается выход шлака, уменьшается расход реагентов и энергозатраты. Исследований по использованию сульфата кальция при плавке золотомышьяковых концентратов в научной литературе не обнаружено.

Поведение сульфата кальция в качестве сульфидизатора изучено, в основном, при шахтной плавке окисленного никелевого сырья и при обеднении шлаков никелевого производства. Исследования по кинетике и химизму взаимодействия сульфата кальция с окисленными соединениями цветных металлов, растворенных в шлаковых системах, единичны и разрознены. Таким образом, научной основой решения вышеуказанных проблем и единством разработки новых технологий являются физико-химические исследования в области теории совмещенных восстановительно-сульфидирующих процессов в условиях переработки оксидных и оксидно-сульфидных материалов цветной металлургии, в частности конвертерных шлаков медного производства и золотомышьяковых концентратов.

2. Термодинамический анализ возможных реакций при процессах обеднения конвертерных шлаков медного производства и электроплавки упорных золотомышьяковых концентратов с использованием восстановительно-сульфидирующих реагентов. Для проведения термодинамического анализа возможных реакций в системах Cu2O - Fe2O3 - CaSO4 - C, FexOy - ZnO - SiO2 - CaSO4 - C, CaSO4 - Fe2O3 - SiO2 - B2O3 - C, FeS2 - FeAsS - Fe2O3 - SiO2 – CaSO4 - C в интервале температур 1000-14000С использована программа, представленная А. Roihe, Outokumpu Research Oy, Pori, Finland. Сравнительный анализ расчетных данных показал, что с термодинамической точки зрения более вероятно протекание реакций сульфидирования оксидов металлов и мышьяка сульфатом кальция в присутствии углерода (G = -390,3 – (-1287,4) кДж/моль) в сравнении с реакциями их восстановления углеродом (G = -86,0 – (-574,0) кДж/моль).

^ 3. Исследование кинетики и последовательности взаимодействия в шлаковых расплавах системы Cu2O - FeхOу - SiO2 (B2O3) - CaSO4 – С. На комплексной автоматизированной установке с непрерывным взвешиванием массы смесей и одновременной регистрацией количества выделившейся окисленной серы и контролем температуры в реакционном сосуде проведены исследования по изучению последовательности взаимодействия в системах CaSO4 - C, Cu2O - C, Cu2O∙Fe2O3 - C; Fe3O4 - С; Fe3O4 - SiO2 - С; Cu2O - CaSO4 - C, Cu2O∙Fe2O3 - CaSO4 - C; Fe3O4 - CaSO4 - С; Fe3O4 - SiO2 - CaSO4 - С при медленном подъеме температуры от 20 до 13500С и влиянию температуры и количества сульфата кальция и углерода на скорость взаимодействия оксидов меди и железа с сульфатом кальция и углеродом в интервале температур 1250-13500С в нейтральной атмосфере.

Характер зависимости изменения масс исследуемых систем CaSO4 - C, Cu2O - C, Cu2O - CaSO4 - C и степени выделения окисленной серы при непрерывном подъеме температуры от 100 до 13500С со скоростью 100С/мин представлен на рисунке 1.



1 - CaSO4; 2 - CaSO4 и С;

3 - Cu2O и С; 4 - Cu2O, CaSO4 и С.


Рисунок 1 –

Изменение массы смесей и степень

выделения окисленной серы от температуры

Изучение взаимодействия компонентов исследуемых систем с использованием термогравиметрического анализа на дериватографе системы Паулик - Паулик - Эрдей и минералогического и рентгенофазового анализов для идентификации промежуточных и конечных продуктов взаимодействия позволило сделать вывод о последовательности взаимодействия в системе Cu2O - CaSO4 – C: образование оксида углерода; восстановление сульфата кальция до его сульфида; параллельно, но с меньшей скоростью, восстановление оксида меди до металлической; взаимодействие сульфида кальция с оксидом меди с образованием сульфида меди; взаимодействие сульфида меди с ее оксидом с образованием металлической меди.

Изучение кинетики взаимодействия в системе Cu2O – CaSO4 – C в интервале 1250 - 13500С показало, что средняя скорость восстановления сульфата кальция в исследуемом интервале температур в несколько раз превышает скорость восстановления меди, в частности, при пятикратном избытке углерода сверх стехиометрического значения - в 9 раз, благодаря чему средняя скорость взаимодействия оксида меди с сульфатом кальция и углеродом превышает среднюю скорость восстановления оксида меди углеродом при стехиометрических количествах реагентов – в 1,9 раза, при пятикратном избытке углерода – в 1,6 раза (рисунки 2, 3).

Анализ полученных дан­ных позволяет сделать вывод о том, что благодаря высокой скорости взаимодействия суль­фата кальция с углеродом, зна­чительно превышающей ско­рость восстановления оксида меди, для обеднения по меди целесообразней использовать сульфидизатор. Определено, что увеличе­ние количества углерода в системе Cu2O – CaSO4 – C в 2,5 и более сверх стехиометрического значения позво­ляет эффективнее использовать суль­фат кальция, так как при недостатке углерода неполностью восстановившийся сульфат кальция взаимодействует с его сульфидом с выделением диоксида серы в газовую фазу.





1-3 – 1; 4-6 – 2,5; 7-9 – 5


Рисунок 2 –

Зависимость удельной скорости

взаимодействия Cu2O с CaSO4 от

отношения С к стехиометрическому при 1250, 1300 и 1350 0С.


1-3 –1; 4-6 –5; 7-9 –10


Рисунок 3 –

Зависимость удельной скорости

восстановления Cu2O от

отношения С к стехиометрическому

при 1250, 1300 и 1350 0С.



Результаты термогравиметрического иссле­дования систем Cu2O∙Fe2O3 - CaSO4 - C, Cu2O∙Fe2O3 - C приведены на рисунке 4. Сравнивая скорости реакций





Cu2O∙Fe2O3:С = 1 - 1:1; 2 - 1:1,5; 3 - 1:5;

Cu2O∙Fe2O3:CaSO4:С = 4 - 1:0,5:1; 5 - 1:1:1.


Рисунок 4 –

Зависимость изменения массы

смесей и степени выделения окисленной серы от температуры

в изучаемых системах и анализируя промежуточные и конечные продукты взаимодействия минералогическим и рентгенофазовым методами анализа был сделан вывод о последовательности взаимодействия делафоссита с сульфатом кальция и углеродом: восстановление сульфата кальция до сульфида, параллельно, но со значительно меньшей скоростью, восстановление делафоссита, образующийся сульфид кальция активно взаимодействует с магнетитом с образованием сульфида железа, который наряду с сульфидом кальция является хорошим сульфидизатором оксида меди.

На рисунке 5 представлен характер скоростей взаимодействия делафоссита с сульфатом кальция и углеродом и восстановления делафоссита углеродом в зависимости от количества вводимого углерода и температуры.







Cu2OFe2O3 : С = 1-3 – 1:1; 4-6 – 1:5;

Cu2OFe2O3 : CaSO4 : С = 7-9 – 1:1:1; 10-12– 1:1:5.


Рисунок 5 –

Зависимость скоростей взаимодействия Cu2OFe2O3 с С и Cu2OFe2O3 с CaSO4 и С при 1250, 1300 и 1350 0С

от их молярных соотношений



Установлено, что средняя скорость взаимодействия в системе Cu2O·Fe2O3 – CaSO4 – C превышает среднюю скорость восстановления делафоссита при стехиометрических соотношениях реагентов в 3,5 раза, при пятикратном избытке углерода сверх стехиометрии – в 1,8 раза.

Результаты термогравиметрического исследования систем Fe3O4 - CaSO4 - C, Fe3O4 - CaSO4 - SiO2 – C приведены на рисунке 6. Используя минералогический, ИКС и рентгенофазовый методы анализа для идентификации промежуточных и конечных продуктов взаимодействия установлено, что при нагреве смеси магнетита с сульфатом кальция при значительном избытке углерода одновременно с сульфатом кальция восстанавливается магнетит. Металлическое железо взаимодействует с сульфатом кальция с образованием феррита кальция и сульфида железа по реакции: 3Fe + CaSO4 = CaO∙Fe2O3 + FeS, при дальнейшем повышении температуры основными продуктами взаимодействия становятся CaO∙FeS и оксид железа: 4 Fe + CaSO4 = CaO∙FeS + 3 FeO. Образовавшийся сульфид кальция взаимодействует с магнетитом по реакциям: CaS + Fe3O4 = FeS + CaO∙Fe2O3 и CaS + 3 Fe3O4 = CaO + 9 FeO + SO2.




Стехиометрические соотношения реагентов

по реакциям:

1 - Fe3O4+3CaSO4+2SiО2+6,5С=3FeS+3CaO∙2SiО2+6,5СO2;

2 - Fe3O4 + 3CaSO4 + 6,5С = 3 FeS + 3CaО + 6,5СO2;

3- Fe3O4+½ CaSO4+3/2 SiО2+3/2С = ½CaS +3/2(2FeO∙SiО2) + 3/2СO2;

4 - Fe3O4 + CaSO4 + 2 С = FeS + CaO∙Fe2O3 + 2 СO2;

5 - Fe3O4 + 2 С = 3 Fe + 2 СO2;

6 - Fe3O4 + С + SiO2 = 2 FeO SiO2 + Fe + СO2


Рисунок 6 –

Зависимость уменьшения массы смесей

и степени выделения окисленной серы

от температуры


Добавление к смеси диоксида кремния способствует увеличению скорости и степени взаимодействия компонентов смеси: Fe + CaSO4 + SiO2 = CaO∙SiO2 + FeO + SO2, CaS + 3 Fe3O4 + SiO2 = CaO∙SiO2 + 9 FeO + SO2.

Выделение окисленной серы связано с разрушением магнетита при его взаимодействии, в основном, с сульфидом кальция, а также сульфидом железа. При недостатке углерода также возможно взаимодействие сульфида кальция с сульфатом кальция.

Результаты изучения скорости восстановления магнетита и его взаимодействия с сульфатом кальция и углеродом без и с добавлением диоксида кремния представлены на рисунках 7 и 8.








1-3 – Fe3O4 : CaSO4 : SiO2 : С = 1 : 3 : 2 : 6,5;

2 - 4 – Fe3O4 : CaSO4 : SiO2 : С = 2 : 1 : 3 : 3;

7 - 9 – Fe3O4 : SiO2 : С =1 : 1 : 5.


Рисунок 7 –

Зависимость скорости взаимодействия Fe3O4 с CaSO4, SiO2 и С при 1200, 1250 и 1300 0С

от их молярных соотношений

1- 3 – Fe3O4 : CaSO4 : С = 1 : 3 : 6,5;

2 - 4 – Fe3O4 : CaSO4 : С = 1 : 1 : 2,5;

7 - 9 – Fe3O4 : С = 1 : 5


Рисунок 8 –

Зависимость скорости взаимодействия Fe3O4 с CaSO4 и С при 1200, 1250 и 1300 0С

от их молярных соотношений


Максимальные удельные скорости восстановления магнетита без и в присутствии диоксида кремния при 5 – кратном избытке углерода сверх стехиометрического значения в среднем в 1,5-2 раза меньше – 0,31 – 0,37 мг /мин∙см2, чем скорости взаимодействия магнетита с сульфатом кальция и углеродом. Также следует отметить, что в системе Fe3O4 - CaSO4 - SiO2 – С через 0,5 мин скорость взаимодействия составляет уже 0,18 - 0,3 мг/мин∙см2, в системе Fe3O4 - CaSO4 – только 0,07 - 0,12, т.е. в среднем в 2,5 раза меньше. Таким образом, добавление диоксида кремния способствует увеличению скорости взаимодействия реагентов.

Установлено, что добавка сульфата кальция к магнетиту в присутствии углерода в интервале 1200-13000С активно разрушает магнетит, что должно положительно отразиться на снижении содержания меди и магнетита в шлаках при электропечном обеднении конвертерных шлаков и переработке золотомышьяковых концентратов с использованием восстановительно-сульфидирующих реагентов.

Влияние состава шлака и добавок, снижающих вязкость шлакового расплава, на скорость процесса восстановления оксида меди оксидом углерода газовой фазы изучали, используя синтетические шлаковые расплавы составов, мас.%: 1 – 52,7 FeO; 32,3 SiO2; 4,8 CaO; 5,4 Al2O3, 4,8 Cu2O; 2 – 33 FeO; 44,1 SiO2; 16,9 CaO; 1,21 Al2O3, 4,76 Cu2O; 3 – 14,3 FeO; 51,65 SiO2; 23,6 CaO; 5,67 Al2O3, 4,7 Cu2O. Результаты исследований показали, что восстановительная атмосфера не обеспечивает достаточной степени извлечения меди из шлакового расплава. Значительные добавки оксида натрия до 15% к массе шлака позволяют увеличить степень извлечения меди максимум до 80,3%. Добавки оксида бора в восстановительной атмосфере оказывают отрицательное влияние. В то время как одновременные добавки сульфата кальция и углерода позволяют достичь степени извлечения меди 93,3% при расходе сульфата кальция 12-13% и 2-3% оксида бора. Таким образом была установлена возможность сульфидирования окисленных соединений меди непосредственно сульфатом кальция в шлаковых расплавах в восстановительной атмосфере с достаточно высокими показателями извлечения меди в штейновую фазу. Полученные данные могут быть использованы для определения оптимальных технологических параметров при электропечном обеднении шлаков автогенных процессов и конвертирования.

Изучение кинетики взаимодействия оксида меди с сульфатом кальция в шлаковом расплаве в присутствии восстановителя проведено с синтетическим шлаком состава, мас.%: 55,3 FeO; 33,9 SiO2; 5,1 CaO; 5,7 Al2O3 с добавлением к нему 1 и 5% оксида меди. Количество восстановительно-сульфидирующих реагентов использовали в соответствии со стехиометрическими значениями в соответствии с реакциями: Cu2O + CaSO4 + 2 C = Cu2S + CaO + 2CO2; Cu2O + CaSO4 + B2O3 = Cu2S + CaO∙B2O3 и Сu2O + CaSO4 + 2C + B2O3 = Cu2S + CaO∙B2O3 + 2CO2. Установлено, что скорость взаимодействия сульфата кальция с углеродом в шлаковом расплаве превышает скорость взаимодействия сульфата кальция с оксидом бора в 5,6 раза. Поэтому при совместном введении сульфата кальция с углеродом и оксидом бора роследний не оказывает отрицательного влияния, а служит добавкой, снижающей вязкость шлакового расплава. При добавке в шлак сульфата кальция с оксидом бора и углеродом скорость их взаимодействия превышает скорость взаимодействия сульфата кальция с углеродом в 1,5-1,6 раза, что позволит использовать в качестве сульфидизатора некондиционную боратовую руду, содержащую сульфат кальция и оксид бора.

^ 4 Изучение влияния сульфата кальция и оксида бора на процесс обеднения промышленного шлака ПВ в различных газовых средах. Исследования по обеднению промышленного шлака ПВ в различных газовых средах с использованием реагентов (оксида бора, сульфата кальция) при температурах 1250 - 13100С проводили со шлаком состава, мас.%: 2,6 меди; 31,2 железа; 33,5 диоксида кремния; 3,3 оксида кальция; 5,8 оксида алюминия; 6,5 цинка; 1,26 свинца; 2,6 магнетита.

Установлено, что совместное введение в шлак сульфата кальция с оксидом бора при отстаивании промышленного шлака в нейтральной атмосфере способствует лучшему его обеднению благодаря протеканию реакций образования боратов кальция и железа, снижающих вязкость шлакового расплава. При этом скорость обеднения шлака по цветным металлам в интервале 1250-13100С также возрастает в 1,8-2,3 раза до 3,9-7,7 мг/мин благодаря перемешиванию расплава, способствующему коагуляции, в результате выделения газов при взаимодействии компонентов шлакового расплава с сульфатом кальция и бором.

В воздушной атмосфере совместная добавка сульфата кальция с оксидом бора также способствует лучшему обеднению по цинку и свинцу, но степень извлечения меди при этом снижается из-за разукрупнения штейновых частиц. При этом скорость обеднения шлаков по цветным металлам при добавлении 5% оксида бора возрастает в 2,8-3,7 раза до 2,5-6,6 мг/мин.

Наилучшие результаты получены с добавлением в шлак смеси 1% сульфата кальция с 1% оксида бора в восстановительной атмосфере, скорость обеднения промышленного шлака в интервале 1250-13100С возрастает до 13,3 мг/мин. Содержание меди в шлаке снижается при 12500С с 2,6 до 0,6%; при 1280 и 13100С - до 0,3%. Остаточное содержание цинка при этих условиях составило 3,0-3,5% в сравнении с исходным 6,4%; свинца - 0,2-0,3% в сравнении с исходным 1,24%. Количество меди в шлаках снизилось на 76,5-88,2%, цинка - на 45,3-53,1%, свинца - на 75,8-83,9%. На основании полученных данных показана возможность более глубокого обеднения шлаков ПВ в восстановительной атмосфере с использованием в качестве сульфидизатора сульфата кальция.

5 Комплексное извлечение золота и цветных металлов при совместной переработке шлаков медного производства и золотомышьяковых концентратов с использованием сульфата кальция и восстановителей.

Серия опытов по совместной плавке промышленных конвертерных шлаков БМЗ ПО «Балхашцветмет» с золотомышьяковым концентратом Акбакайского ГОКа состава, мас.%: 0,14 Cu; 0,28 Zn; 0,1 Pb; 11,17 Fe; 9,27 S; 42,26 SiO2; 5,33 CaO; 12,79 Al2O3; 1,43 As; 50 г/т Au; 20 г/т Ag; 1,5 С с использованием различных восстановителей и сульфата кальция проведена на экспериментальной базе ТОО «Алтынай» в высокочастотной печи ЛПЗ-67.

Для выяснения оптимального соотношения конвертерного шлака и золотомышьякового концентрата их массовое соотношение меняли от 2,3:1 до 1:5. Расход вводимых реагентов составлял: сульфата кальция - от 2,5 до 10 %, углерода - от 1,1 до 4,4 % от массы смеси. Наилучшие результаты по обеднению конвертерных шлаков получены при соотношении шлака к золотомышьяковому концентрату, равному 2,3:1, с добавлением 7,5% CaSO4 и 5% C. Извлечение меди в штейн составило 94,8%, золота - 99,7%, при содержании в нем меди - 9%, золота - 90 г/т, мышьяка - 0,1%. Содержание меди в шлаке - 0,1%. Однако низкое содержание меди в штейне может вызвать затруднение при его переработке. Для увеличения содержания меди и золота в товарной продукции были проведены исследования по выщелачиванию штейна по способу, разработанному академиком А.Л. Цефтом. Установлено, что при выщелачивании раствором, содержащим 50 г/л серной кислоты и 70 г/л сульфата железа, при температуре 600С при Ж:Т = 8:1 в отфильтрованный раствор извлечено 81% железа, получено 72,3 г кека состава, мас.%: 18,6 меди; 19,3 железа; 22,2 серы; 186 г/т золота; 156 г/т серебра. Кек с высоким содержанием благородных металлов можно перерабатывать добавлением в конвертор в качестве холодных присадок. По результатам проведенных исследований разработана технологическая схема переработки конверторного шлака с золотомышьяковым концентратом, представленная на рисунке 9.

Au-As концентрат + CaSO4 + C












Окатывание















Сушка









конвертерный шлак




Эл. плавка















Штейн

Шлак

Газы







Измельчение

отвал

Пылеулавливание

H2SO4







Выщелачивание



Фильтрация




кек раствор FeSO4




газы




Улавливание возгонов

пыль











Конвертирование







Ca(OH)2






возгоны

Газы







NaOH

Выщелачивание



























H2SO4

осаждение

CaSO4







Na2S

мышьяка



























сульфид мышьяка




  1   2   3   4

Поиск по сайту:



База данных защищена авторским правом ©dogend.ru 2014
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Уроки, справочники, рефераты