BG64652B1

BG64652B1 - Метод за производство на черна мед в суспенсионен реактор

Info

Publication number: BG64652B1
Application number: BG106864A
Authority: BG
Inventors: Jaakko Poijaervi; Tarmo Maentymaeki
Original assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2005-10-31
Also published as: BG106864A

Abstract

Изобретението се отнася до метод за получаване на черна мед по пирометалургичен начин в суспензионен реактор, директно от нейния сулфиден концентрат. По метода концентратът от меден сулфид се подава в суспензионен реактор, в който се подава също охладен и фино смлян меден камък (междинен продукт при получаване на цветни метали от руда), за да приеме освободената топлина.

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до метод за получаване на черна мед по пирометалургичен начин в суспензионен реактор, директно от нейния сулфиден концентрат. Методът намира приложение в металургията.

Предшестващо състояние на техниката

Известен е метод за производство на сурова мед или черна мед от сулфиден концентрат, осъществяващ се в няколко етапа, при които концентратът се разтопява в суспензионен реактор, като например пещ с мигновено разтопяване, с въздух или обогатен с кислород въздух, което води до получаване на богат на мед камък (50-75% Си) и шлака. Този вид метод е описан например в US 2506557. Богатият на мед камък, оформен в пещта с мигновено разтопяване, се преобразува например в конвертор от вида Peirce-Smith или разпрашаващ конвертор и след това се очиства в анодна пещ.

Известен е метод за производство на черна мед в суспензионен реактор, който е най-близък по техническа същност до предмета на настоящото изобретение и е описан в US 4030915. При него черната мед се получава директно от концентрат на меден сулфид, като в реактора се подават концентратът, флюс и наситен с кислород въздух.

С известният метод производството на сурова мед се извършва на една стъпка от концентрат на меден сулфид и руда, съдържаща примеси, такива като олово, антимон, бисмут и арсеник. Суспензионният реактор се захранва с фино раздробения меден концентрат, руда и кислород или обогатен на кислород въздух за суспендиране в работната зона на реактора. Захранването се извършва при висока температура в долната част на реакторната зона така, че се предизвиква въздействие срещу стопилката под реакторната зона, докато газовете и циркулиращите прахове се насочат настрана. Шлаката и суровата мед се отделят от стопилката чрез кислорода или кислородно обогатения въздух, с които се подават в реакторната колона, пропорционално на медния концентрат и рудата, които се оксидират в реактора до такава степен, че стопилката, съдържаща само сурова мед и шлака, се извежда отдолу, под реакторната зона.

Най-големите проблеми, възникващи при производство на черна мед, обхващат шлакуването на медта до шлака, голямото количество на образуваната шлака и голямото количество топлина, отделено при изгарянето на концентрата. Голямото количество шлака изисква голямо устройство за разтопяване в повърхностната област, което се отразява на средствата, инвестирани в процеса.

Освен количеството шлака, друг проблем, възникващ при директното производство на мед, е голямото количество топлина, образувано при изгарянето на сулфидния концентрат, поради което кислородното обогатяване, когато изгаря нормален концентрат (с медно съдържание 20-31 % Си) трябва да е ниско, дори под 50% кислород, при което с нагряването на азота в технологичния въздух се балансира икономията на топлина. Това води до голямо количество технологичен газ, което изисква голям обем на пещта и преди всичко големи устройства за обработването на този газ (бойлери, електрически утаители, газови линии, блокове за промиване на заводска киселина и др.). За да се конструират тези устройства, свързани с обработването на технологичния газ, е по-малък размер, е необходимо да се получи високо кислородно обогатяване в суспензионния реактор (над 50% кислород в технологичния газ).

Ако медното съдържание на концентрата е достатъчно високо, обикновено поне 37% Си, като например в топлинната пещ Olympic Dam smelter, използвана в Австралия, където съдържанието на мед в концентрата превишава 50%, е възможно да се произвежда черна мед директно, в един етап, тъй като топлинната стойност на концентрата е обикновено по-ниска, колкото по-високо е съдържанието на мед в концентрата. В действителност, при високо съдържание на мед, пропорцията на минерала железен сулфид е ниско. Когато се използва описания по-горе концентрат, може да се използва достатъчно високо кислородно обогатяване и като резултат от това, количеството на технологичния газ остава умерено.

Концентрат с по-ниско съдържание на мед, ако има подходящ състав, също така е подходящ за директно производство на черна мед. Например в топлинната пещ Glogow, използвана в Полша, се получава черна мед от концентрат в един етап, тъй като желязното съдържание е ниско и полученото като резултат от това количество на шлаката не е значително високо.

Техническа същност на изобретението

Задачата на изобретението е да се създаде метод за производство на черна мед в суспензионен реактор, осигуряващ намалено относително количеството шлака в сравнение с количеството черна мед при нейното директно получаване, който се управлява с по-малки по размер устройства за обработване на технологичен газ, със значително увеличен общ капацитет на топилната пещ, без необходимост от добавяне на допълнително количество концентрат.

Задачата се решава с метод за производство на черна мед в суспензионен реактор, при който черната мед се получава директно от концентрат от меден сулфид, като в реактора се подават концентратът, флюс и наситен с кислород въздух. Съгласно изобретението охладен и фино смлян меден камък се подава в суспензионния реактор заедно с концентрата, като се свързва с топлината, освободена от концентрата и се намалява относителното количество на образуваната шлака. Въздухът се подава към суспензионния реактор, като се обогатява кислородно с най-малко 50 % О₂.

В едно предпочитано изпълнение на метода съгласно изобретението, медното съдържание на концентрата, подаден към суспензионния реактор, е най-малко 31%.

За предпочитане е метод, при който шлаката от произвеждащия черна мед суспензионен реактор се обработва двустепенно.

Шлаките могат да се обработват в едностепенно или за предпочитане в двустепенно очистване. Двустепенният метод за очистване включва две електрически пещи или една електрическа пещ и инсталация за концентриране на шлаката.

Шлаката от произвеждащия черна мед суспензионен реактор се обработва в една електрическа пещ и след това шлаката от електрическата пещ се обработва в инсталация за концентриране на шлаката.

Ако шлаките се обработват в инсталация за концентриране на шлаката, концентрираната шлака може да се подаде обратно в суспензионния реактор, а черната мед отива за обикновено пречистване в анодна пещ.

Предпочитан е метод съгласно един вариант на настоящото изобретение, при който шлаката от електрическата пещ се охлажда бавно и се обработва в инсталация за концентриране на шлаката, откъдето шлаковият концентрат се пренася към суспензионния реактор, като шлаката е отпадъчна шлака с медно съдържание от 0.3-0.5 % Си.

Пред ложено е и изпълнение на метода, при което шлаката от произвеждащия черна мед суспензионен реактор се обработва в две електрически пещи.

Медният камък, който се подава в суспензионния реактор, се образува в произвеждащ камък реактор, при което медното съдържание на концентрата, който се подава към произвеждащия камък реактор, е 20-31 % Си.

Шлаката от произвеждащия камък реактор се охлажда бавно и се обработва в инсталация за концентриране на шлаката, откъдето полученият шлаков концентрат се пренася до произвеждащия камък реактор, при което се получава отпадъчна шлака с медно съдържание от 0.3-0.5 % Си.

Предвиден е и вариант на изпълнение на метода, съгласно този аспект на изобретението, при който шлаката от произвеждащия камък реактор се охлажда бавно и се обработва в инсталация за концентриране на шлаката, откъдето полученият шлаков концентрат се пренася до произвеждащия черна мед суспензионен реактор, при това се получава отпадъчна шлака с медно съдържание от 0.3-0.5 % Си.

В още едно предпочитано изпълнение на метода съгласно настоящото изобретение, шлаката от произвеждащия черна мед суспензионен реактор се обработва първо в електрическа пещ, като получената от-там шлака се охлажда бавно и се пренася към инсталация за концентриране на шлаката, заедно със шлаката от произвеждащия камък реактор, при което се обработват съвместно.

Методът съгласно изобретението за предпочитане е изпълнен така, че камък реактор е суспензионна топилна пещ.

Особено предпочитан е метод съгласно изобретението, при който произвеждащата камък суспензионна топилна пещ е пещ с мигновено разтопяване.

Ако са налице две топилни устройства, като поне едното от тях е суспензионна топилна пещ, нормалните медни концентрати се третират в устройствата за получаване на камък. Полученият камък е гранулиран и се подава фино смлян в устройството за стопяване на черна мед заедно с концентрата, при което концентратът на пещта за черна мед е по-богат на мед, отколкото нормалния (съдържанието на мед е над 31 %).

Предимствата на настоящото изобретение спрямо предшестващото състояние на техниката се дължат на това, че е разработен нов метод за производство на черна мед в суспензионен реактор, при който охладеният и фино смлян меден камък се по дава в суспензионния реактор заедно с концентрата, за да се свърже с топлината, отделена от този концентрат, съдържащ меден сулфид, като по този начин се намалява относителното количество шлака. Медният камък се получава в отделно устройство охладен, например чрез гранулиране, и след това се смила фино. Намаляването на относителното количество шлака означава, че се генерира по-малко количество шлака, в сравнение с количеството мед, получена по известния конвенционален метод.

Чрез прилагането на този метод е възможно да се използва високо кислородно обогатяване за директно получаване на черна мед, като процесът може да се управлява с по-малки по размер устройства за обработване на получения технологичен газ, в сравнение с известните по-рано устройства за тази цел. В допълнение е и предимството, произтичащо от това, че общият капацитет на топилната пещ може значително да се увеличи, без да е необходимо добавяне на допълнително количество концентрат към общото количество, подадено към суспензионния реактор.

Основната концепция на настоящия метод е, че вместо конвенционалния метод, при който допълнителната топлина се свързва с азота в газа, при този метод топлината се свързва с охладения меден камък. Така чрез добавянето на охладен меден камък към концентрата, кислородното обогатяване може да се увеличи, тъй като пропорцията на камъка нараства и с обогатения и с обеднения на мед концентрат. Ако пропорцията на охладения и фино смления меден камък в захранваното количество е много голяма, кислородното обогатяване може значително да нарасне, тогава дори при обеднен концентрат и директното производство на черна мед става значително икономично.

Друго предимство на метода в настоящото изобретение е това, че относителното количество на шлаката, генерирано в суспензионния реактор се намалява, когато пропорцията на камъка в захранването се увеличава, при това загубите на мед в шлаката намаляват и количеството мед, циркулиращо през очистената шлака, също намалява.

Може да се използват шлаки от силикатни железни руди или калциев ферит в пещта за черна мед в зависимост от състава на концентрата.

Ако както производството на камък, така и на черна мед, се извършва в една и съща топилна пещ, така че обработването на шлаката може да се извършва съвместно, тогава е целесъобразно двата реактора да използват еднакъв вид шлака.

Ако концентрацията на шлака е част от тех нологичната шлака, като предимство се счита шлаката да е от силикатни руди. Камъкът, подаден към пещта за черна мед, може да бъде камък, получен във всеки вид от известните разтопяващи пещи.

Благоприятно е и това, че шлаката от произвеждащата камък пещ се обработва в известните от нивото на техниката устройства, например в инсталация за концентриране на шлаката, а шлаката от пещта за черна мед се обработва първо в електрическа пещ, откъдето отива към инсталацията за концентриране на шлаката.

Така се получава намаляване на относителното количество шлака и се увеличава добива на мед, без добавяне на допълнително количество концентрат.

Описание на приложените фигури

Фигура 1 показва принципна схема на едно изпълнение на изобретението, където се използва суспензионно топилно устройство и една електрическа пещ;

Фигура 2 - друга схема на изпълнение на изобретението, където се използват две суспензионни топилни устройства, инсталация за концентриране на шлаката и електрическа пещ.

Примери за изпълнение на изобретението

Съгласно фигура 1, концентрат от меден сулфид се подава с флюс и меден камък в суспензионно топилно устройство, което в този случай е една пещ с мигновено разтопяване (FSF). От опростената схема се вижда, че кислородът се подава към пещта, но по-скоро това е обогатен на кислород въздух. Както беше отбелязано по-горе, като предимство се счита това, че кислородното обогатяване е над 50%. Черната мед, образувана в пещта с мигновено разтопяване, се пренася към една анодна пещ и там се пречиства по обичаен начин и се отлага в анодите.

Шлаката от пещта с мигновено разтопяване се обработва в електрическа пещ (EF), като тази шлака може да бъде от силикатни железни руди или калциев ферит. Черната мед, произведена в електрическата пещ, се отправя направо към анодната пещ, а малкото количество шлака, получено в анодната пещ се отвежда към електрическата пещ.

Фигура 2 показва схема съгласно второ вариантно изпълнение на настоящото изобретение, където има две топилни устройства, едното е пещ за черна мед, а другото е пещ за получаване на меден камък, който се подава към пещта за черна мед. За да се образува меден камък, концентратът на меден сулфид и съдържащият силикат флюс, такъв като пясък, се подават, съгласно известния от нивото на техниката метод, в реакционната шахта на реактор за първоначално разтопяване на процеса, с кисло- 5 род или наситен на кислород газ. В този случай реакторът за първоначално разтопяване е пещ с мигновено разтопяване, но би могъл да бъде и друг реактор за образуване на камък. Концентратът, който се подава към тази пещ за получаване на камък, е за 10 предпочитане обеднен или нормален концентрат, със съдържание на мед от около 20-31% Си. Медният камък се образува по дъното на долната секция на пещта с мигновено разтопяване, а върху него се получава фаялит-шлака, която съдържа известно ко- 15 личество мед.

Медният концентрат, който е сулфиден концентрат, се подвежда към суспензионния реактор, произвеждащ черна мед (FSF), но неговото медно съдържание е за предпочитане по-високо (съдър- 20 жание на Си над 31%), отколкото на концентрата, подаден в топилната пещ за първоначално разтопяване, която произвежда камъка. Така сярното и желязното съдържание на концентрата, подаден в пещта за черна мед, са по-ниски, отколкото на по-бедния 25 концентрат и по този начин топилната стойност на концентрата е също по-ниска, отколкото на концентрата, подаден в произвеждащата камък пещ за първоначално разтопяване. Медният камък, образуван в произвеждащата камък пещ за първоначално раз- 30 топяване, се гранулира, смила и се подава заедно с медния концентрат, със съдържащият силикат флюс и с кислорода или обогатения с кислород въздух, в реактора за черна мед, който за предпочитане е пещ с мигновено разтопяване. 35

Очевидно не цялото количество е нужно да се получава от произвеждащата камък пещ за първоначално разтопяване, тъй като известно количество камък може да се получи и на друго място.

Черната мед се получава в пещта за черна 40 мед, готова да бъде подадена в анодна пещ, където суровата мед се подава в стопено състояние. Медта, която трябва да се пречисти в анодната пещ, се отлага в медни аноди.

Шлаката, образувана в произвеждащата ка- 45 мък пещ за първоначално разтопяване, се охлажда бавно и в смляно състояние. Шлаката се концентрира (сгъстява) чрез флотация в инсталация за концентриране на шлаката и полученият шлаков концентрат се връща обратно към същата произвеждаща ка- 50 мък топилна пещ за първоначално разтопяване. Тъй като медното съдържание в получения концентрат е често доста високо, то може също така да се пренесе към пещта за черна мед. Загубата от шлаков концентрат е отпадъчна шлака със съдържание на Си от около 0,30-0,50%, за предпочитане 0,30-0,35%.

Шлаката, образувана в реактора за черна мед, изпълнен от пещта за мигновено разтопяване (FSF) се пренася за предпочитане към електрическа пещ (EF) в стопено състояние, например по канали. В електрическата пещ шлаката се намалява с кокс и черната мед, произведена в електрическата пещ, се предава направо в анодната пещ. Шлаката от електрическата пещ се охлажда бавно, както шлаката от суспензионната топилна пещ за първоначално разтопяване, произвеждаща камъка, и се отвежда към инсталацията за концентриране на шлаката за съвместно обработване със шлаката от произвеждащата камъка топилна пещ за първоначално разтопяване.

Пример 1.

Получена е черна мед в суспензионна топилна пещ с мигновено разтопяване, както е показано на фигура 1.

Захранването към пещта с мигновено разтопяване е 83.7 t/h, в състав както следва: концентрат 36.1 t/h, шлаков концентрат 2.2 t/h, флюс 4.4 t/h, камък 35.4 t/h и гърлен прах 5.6 t/h.

Съставът на концентрата е:

Си%43.00

Fe%14.00

S%26.00

SiO₂%5.00

Съдържанието на SiO₂ във флюса, подаден в пещта, е 90%.

Анализът на медния камък е както следва: Си%70.00

Fe%7.96

S%2134

Количеството на кислорода, подаден в пещта, е 13 400 Nm³/h и количеството на въздуха е 4140 Nm³/h, степента на кислородно обогатяване е 74.6%.

35.6 t/h черна мед е получена в пещта с мигновено разтопяване и нейното медно съдържание е 99.41%.

Количеството фаялит шлака е 29.2 t/h и нейният състав е както следва:

Си 20%

Fe 28.7%

S 0.1%

SiO₂ 21%

Количеството на газа, напускащ пещта, е 29 100 Nm³/h, температурата 1320°С и неговият анализ е

SO₂ 42.3% и

О₂ 2.1%

Газът се направлява към котел, който оползотворява обработени газове, откъдето полученият гърлен прах се връща обратно към пещта с мигновено разтопяване.

Шлаката от пещта с мигновено разтопяване и от анодната пещ се обработват заедно в електрическата пещ, при което количеството шлака от пещта с мигновено разтопяване е 701 t/h, Си съдържание 20%, а количеството на шлака от анодната пещ е 4.5 t/h и Си съд ържание е 60%. Подаденият кокс е 30 t/h. Количеството на произведената черна мед в електрическата пещ е 121 t/h и Си съдържание 99.35%.

Черната мед от електрическата пещ се подвежда към анодната пещ за пречистване с черната мед от пещта с мигновено разтопяване. Количеството на шлаката е 557 t/h и Си съдържание е 4%. Тъй като медното й съдържание е така високо, шлаката се пренася за по-нататъшно обработване към инсталация за концентриране на шлаката. В резултат на флотационната концентрация, шлаковият концентрат има Си съдържание от 38.4%, а отпадъчната шлака има Си съдържание от 0.38%.

Пример 2.

Този пример описва решението, показано на фигура 2.

Количествата материал на входа и на изхода са изчислени за 1000 kg концентрат, подаден в пещта за първоначално разтопяване. Пещта за първоначално разтопяване в този случай е пещ с мигновено разтопяване.

1000 kg концентрат е подаден в пещта за първоначално разтопяване, в състав както следва:

Си 31%

Fe 25%

S 31%

Количеството на флюс, като пясък, подадено в пещта, е 88 kg, шлаковият концентрат е 70 kg, а циркулиращите утайки 22 kg. Така общото захранване към пещта е 1180 kg, тъй като циркулацията на прах тук не се взема под внимание. 172 Nm³ въздух и 157 Nm³ кислород се подават в реакционната шахта на пещта за първоначално разтопяване, така че кислородното обогатяване е 57%.

Количеството на камъка, получено в пещта за първоначално разтопяване, е 464 kg и неговият състав е:

Си 70.0%

Fe 7.0%

S 21.2% и температура 1280°С.

Количеството на шлака е 568 kg, а нейният състав е:

Си	2.6%
Fe	42%
S	0.7%
SiO₂	27% и

температура 1320°С.

Камъкът, образуван в пещта за първоначално разтопяване, е гранулиран, смлян и смленият камък се подава в суспензионна разтопяваща пещ за черна мед, за да се свърже с топлината, генерирана в пещта. За да се образува черна мед, в пещта се подава концентрат със следния състав:

Си 38%

Fe 29%

S 26% в количество 214 kg.

Флюсът, който отново е пясък, се подава в количество 44 kg. Така общото захранване е 710 kg, като са взети предвид загубите, причинени от смилането. 50 Nm³ въздух и 111 Nm³ кислород се подават в пещта за черна мед, така че кислородното обогатяване е 72%.

Количеството на суровата мед, образувано в суспензионната разтопяваща пещ, която в този случай е пещ с мигновено разтопяване, е 362 kg и нейното съдържание е:

Си 98.8%

S 0.6% с температура 1280°С.

Количеството на шлаката, образувана в пещта с мигновено разтопяване, е 239 kg и нейният състав е:

Си	20%
Fe	312%
S	0.1%
SiO₂	21% с

температура 1300°С.

Шлаката от пещта за черна мед се направлява към електрическа пещ по същия начин, както шлаката от анодната пещ, като количеството на шлаката е само 3 kg и Си съдържание е 60%. Прибавя се 10 kg кокс. В електрическата пещ се образува 44 kg черна мед с Си съдържание е 96%. Количеството на шлаката в електрическата пещ е 188 kg и нейният състав е както следва:

Си	4%
Fe	273%
S	4.8%
SiO₂	17.6%

Шлаката, идваща от пещта за първоначално разтопяване и от електрическата пещ, се охлажда бавно и се отправя за обработване към инсталация за концентриране. След флотационната концентра6 ция съдържанията на шлаковия концентрат са:

Си 29.3%

Fe 27.3%

S 4.8%

SiO₂ 17.6% 5

Анализът на отпадъчната шлака е както следва: Си 0.3%

Fe 43%

SiO₂ 27.9%.

Claims

Патентни претенции

1. Метод за производство на черна мед в суспензионен реактор, при който черната мед се получава директно от концентрат от меден сулфид, като в реактора се подават концентратът, флюс и наситен с кислород въздух, характеризиращ се с това, че охладен и фино смлян меден камък се подава в суспензионния реактор заедно с концентрата, като се свързва с топлината, освободена от концентрата, и се намалява относителното количество на образуваната шлака, при което въздухът се подава към суспензионния реактор, като се обогатява кислородно с най-малко 50 % О₂.
2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че медното съдържание на концентрата, подаден към суспензионния реактор, е наймалко 31%.
3. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че суспензионният реактор е пещ с мигновено разтопяване.
4. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че шлаката от произвеждащия черна мед суспензионен реактор се обработва двустепенно.
5. Метод съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че шлаката от произвеждащия черна мед суспензионен реактор се обработва в една електрическа пещ и шлаката от електрическата пещ се обработва в инсталация за концентриране на шлаката.
6. Метод съгласно претенция 5, характеризиращ се с това, че шлаката от електрическата пещ се охлажда бавно и се обработва в инсталация за концентриране на шлаката, откъдето шламзвият концент- рат се пренася към суспензионния реактор, като шлаката е отпадъчна шлака с медно съдържание от 0.3-0.5% Си.
7. Метод съгласно претенция 4, характеризиращ се с това, че шлаката от произвеждащия черна мед суспензионен реактор се обработва в две електрически пещи.
8. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че медният камък, който се подава в суспензионния реактор, се образува в произвеждащ камък реактор, при което медното съдържание на концентрата, който се подава към произвеждащия камък реактор, е 20-31 % Си.
9. Метод съгласно претенция 8, характеризиращ се с това, че шлаката от произвеждащия камък реактор се охлажда бавно и се обработва в инсталация за концентриране на шлаката, от където полученият шлаков концентрат се пренася до произвеждащия камък реактор, при което се получава отпадъчна шлака с медно съдържание от 0.3-0.5 % Си.
10. Метод съгласно претенция 8, характеризиращ се с това, че шлаката от произвеждащия камък реактор се охлажда бавно и се обработва в инсталация за концентриране на шлаката, откъдето полученият шлаков концентрат се пренася до произвеждащия черна мед суспензионен реактор, при това се получава отпадъчна шлака с медно съдържание от 0.3-0.5% Си.
11. Метод съгласно някоя от претенции от 1 до 8, характеризиращ се с това, че шлаката от произвеждащия черна мед суспензионен реактор се обработва първо в електрическа пещ, като получената от там шлака се охлажда бавно и се пренася към инсталация за концентриране на шлаката, заедно с шлаката от произвеждащия камък реактор, при което се обработват съвместно.
12. Метод съгласно претенция 8, характеризиращ се с това, че произвеждащият камък реактор е суспензионна топилна пещ.
13. Метод съгласно претенция 10, характеризиращ се с това, че произвеждащата камък суспензионна топилна пещ е пещ с мигновено разтопяване.