PL104774B1 - Sposob swiezenia bogatych kamieni miedziowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób swiezenia bogatych kamieni miedziowych zawierajacych powyzej 60% miedzi, który umozliwia otrzymywanie zuzla o niskiej zawartosci magnetytu i miedzi.

Proces swiezenia kamieni miedziowych polega na utlenianiu w dwóch okresach glównie siarki i zelaza do czasu otrzymania miedzi surowej. Otrzymywany w I okresie swiezenia zuzel stanowi produkt uboczny, który jako topnik i zarazem material miedzionosny zawracany jest do poprzedniej fazy wytwarzania hutniczego miedzi, na przyklad do pieca szybowego. Ze wzgledu na proces wytapianaia kamienia miedziowego i proces konwertoro- wania oraz dazenie do osiagniecia maksymalnego uzysku miedzi konwertorowej z minimalnymi stratami bezpowrotnymi miedzi korzystne jest, aby zuzel konwertorowy zawieral mala ilosc magnetytu i miedzi.

Obecnosc magnetytu utrudnia prowadzenie procesu wytapiania kamienia, bowiem w piecu tworza sie narosty, krusta magnetytowa lub tez powstaja drobne rozproszone dendryty magnetytu Fe304, które utrudniaja tworzenie sie i splywanie kropel kamienia miedziowego.

Natomiast wysoka zawartosc miedzi towarzyszaca wysokiej zawartosci magnetytu w zuzlu konwertorowym sprzyja wydzielaniu sie miedzi metalicznej podczas wytapiania kamienia miedziowego, co prowadzi do nieprawidlowej pracy pieca. Wysoka zawartosc magnetytu w piecu ma bezposredni wplyw na zawartosc miedzi w odpadowym zuzlu. W procesach swiezenia powszechnie przerabianych kamieni miedziowych, zawierajacych od 40 do 60% miedzi, otrzymuje sie zuzle zawierajace od 2,5 do 5% miedzi. W miare wzrostu bogactwa kamienia miedziowego wzrasta równiez zawartosc miedzi w zuzlu konwertorowym. Zaleznosc ta wynika z wlasciwosci bogatych kamieni miedziowych oraz termochemii procesu konwertorowego.

Typowy przebieg procesu tworzenia sie zuzla w I okresie swiezenia jest nastepujacy: — w poczatkowej fazie I okresu swiezenia zachodzi reakcja utleniania siarczku zelazowego FeS do magnetytu Fe304> — jednoczesnie z utlenianiem wzrasta temperatura kapieli, — po uzyskaniu przez kapiel temperatury okolo 1250°C intensywnie przebiegaja w obecnosci aktywnej krzemionki reakcje zuzlotwórcze i tworzy sie fajalit Fe2 Si04.2 104 774 Fajalit stanowi podstawowy skladnik zuzlotwórczy. Reakcje wspomniane przebiegaja zgodnie z zaleznos¬ ciami: Reakcja I- FeS + 3 Fe304 *? 10 FeO + S02, Reakcja II- 10 FeO + 5 Si02 *? 5 Fe2Si04.

Najslabszym ogniwem reakcji zuzlotwórczych jest reakcja I, której stala równowagi w temperaturze tworzenia sie zuzla wynosi K ¦ 6,65* 10~3. Odpowiadajace temu stanowi cisnienie dwutlenku siarki okreslone na podstawie reakcji I i po uwzglednieniu zaleznosci aFe304 = 1 wynosi: PS0 sK>areS = 6,65-10-3';aFgS 2 a10 a10 FeO *FeO gdzie: apeS — aktywnosc siarczku zelazawego, *FeO — aktywnosc tlenku zelazawego Analizujac te zaleznosc mozna stwierdzic, ze na przebieg reakcji I w bardzo duzym stopniu wplywa aktywnosc tlenku zelazawego, która wystepuje w potedze dziesiatej. Wzrost preznosci dwutlenku siarki, a wiec postep reakcji I, mozna uzyskac przez zmniejszenie aktywnosci tlenku zelazawego, co jest mozliwe tylko w obecnosci aktywnej krzemionki Si02. Bowiem, zgodnie z reakcja II aktywna krzemionka reaguje z tlenkiem zelazawym, a w wyniku reakcji powstaje fajalit. W przypadku braku aktywnej krzemionki reakcrja II nie zachodzi i w zwiazku z tym nie zachodzi reakcja L W kapieli pozostaje duza ilosc magnetytu, który zageszcza zuzel i czyni go lepkim. Oddzielenie od zuzla mechanicznie zawieszonych kropel miedzi w postaci Cu2 S jest bardzo trudne.

Podczas swiezenia ubozszych kamieni miedziowych trudnosci te nie wystepuja. Ubogie kamienie zawieraja duze ilosci siarczku zelazawego i dzieki temu I okres swiezenia przebiega dostatecznie dlugo, aby wprowadzony material zuzlotwórczy mógl rozpuscic sie dostarczajac kapieli aktywnej krzemionki.

Natomiast podczas swiezenia bogatych kamieni czas trwania I okresu jest krótki, gdyz niewielka jest ilosc FeS. Wprowadzony material zuzlotwórczy dostarcza aktywnej krzemionki w koncowej fazie I okresu swiezenia, ale wówczas przy duzej ilosci wytworzonego magnetytu brak jest dostatecznej ilosci FeS. Otrzymywane zuzle zawieraja duze ilosci magnetytu i miedzi.

Znane i stosowane sposoby swiezenia kamieni miedziowych, podczas których otrzymuje sie zuzle niskomiedziowe, polegaja na wprowadzaniu wraz z materialem zuzlotwórczym skladników obnizajacych lepkosc i temperature topienia zuzla. Sposoby te maja jednak zastosowanie do kamieni miedziowych zawierajacych nie wiecej niz 60% miedzi. Ograniczenie wynika z braku nadwyzek energetycznych w kamieniach bardzo bogatych.

W dotychczasowych sposobach swiezenia bardzo bogatych kamieni, jako materialu zuzlotwórczego, uzywano kwarcytu lamanego w postaci grysu. Otrzymywane zuzle z I okresu swiezenia zawieraja duze ilosci magnetytu oraz srednio od 8 do 12% miedzi. Jednoczesnie w zlewanym zuzlu nagminnie wystepuje nierozpusz- czony kwarcyt. Jego obecnosc w zuzlu konwertorowym jest przyczyna dodatkowych trudnosci technologicznych wynikajacych z wprowadzania do wsadu w procesie wytapiania kamienia miedziowego trudnotopliwego materialu, jakim jest kwarcyt, wobec czego stosowany w charakterze topnika zuzel konwertorowy nie spelnia swej roli. < Natomiast w procesie konwertorowym niska jakosc zuzla konwertorowego utrudnia usuniecie olowiu ze swiezonego kamienia miedziowego.

Dla usprawnienia metod otrzymywania miedzi czarnej z bogatych kamieni miedziowych przeprowadzono szereg badan i prób. Wynikiem prac doswiadczalnych jest sposób wedlug wynalazku.

Sposób swiezenia bogatych kamieni wedlug wynalazku polega na wprowadzaniu do konwertora w odpowiednim czasie dokladnie okreslonej ilosci materialu zuzlotwórczego o okreslonej granulacji i ilosci.

Material zuzlotwórczy powinien byc wprowadzany do konwertora w co najmniej trzech porcjach. Porcje pierwsza w ilosci ponizej 50% wyliczonej ilosci krzemionki dla swiezonej masy kamienia wprowadza sie do konwertora goracego przed rozpoczeciem szarzy, korzystnie na powierzchnie zuzla tlenkowego przed spustem miedzi z poprzedzajacej szarzy. Kolejne porcje krzemionki winny byc wprowadzone do konwertora podczas trwania I okresu swiezenia lecz ostatnia porcje wprowadzac sie winno nie pózniej niz 10 minut przed przewidywanym poczatkiem operacji sciagania zuzla. Cala ilosc wprowadzanego materialu zuzlotwórczego okresla sie wedlug zaleznosci: N = [(1,45 - 2,9) Pb + 538 Fe] 100Q0 (kg/T) Si(100-w) w której Pb i Fe oznaczaja procentowe zawartosci wagowe olowiu i zelaza w kamieniu, natomiast Si i w — procentowe zawartosci wagowe krzemionki i wilgoci w materiale zuzlotwórczym.

Jako materialu zuzlotwórczego uzywac nalezy kruszywa krzemionkowego o uziarnieniu mieszanym: - dla pierwszej porcji od 0,125 do 10 mm, a dla drugiej i kolejnych od 0,25 do 5 mm.104774 3 Szczególnie korzystne jest stosowanie przemywanego kruszywa otoczakowego o uziarnieniu od 0,5 do 4 mm, które zawiera powyzej 90% krzemionki Si02 i ponizej 1 % tlenku zelazowego Fe2 O3.

Wynalazek jest dokladnie przedstawiony w przykladach wykonania dotyczacych swiezenia kamieni miedziowych zawierajacych powyzej 65% miedzi.

Przyklad I. Do konwertora o objetosci komory roboczej V = 61 m3 wprowadzono przed spustem miedzi 1500 Kg kruszywa krzemionkowego o uziarnieniu mieszanym od 0,15 do 10 mm. Kruszywo zawieralo 85% krzemionki w masie suchej oraz 5% wilgoci. Material ten utworzyl z tlenkami pokrywajacymi miedz skorupe zuzlowa, która po wylaniu miedzi pozostala w konwertorze. Do opróznionego konwertora zaladowano 7000 kg zimnych odpadów miedzianych w postaci zuzla z pieca anodowego oraz skrzepów z kadzi. Ponadto wprowadzono 150 kg dodatku korygujacego - zelazokrzemu. Nastepnie wlano w krótkich odstepach czasu porcji plynnego kamienia miedziowego w ilosci 105 ton. Sklad wagowy kamienia wynosil Cu-65,4%, Fe- 8,8%, S- 20,9% i Pb- 1,6%. Rozpoczeto swiezenie, a po 5 minutach wlano 6 porcje kamienia w ilosci ton. Namiar materialu zuzlotwórczego w postaci mieszaniny plukanego piasku kwarcowego i zwirku o uziarnieniu od 0,25 do 5 mm i skladzie Si02 - 92% i woda- 2% okreslono wedlug zaleznosci: N ¦ (2-1,6 + 5^8*8,8)J^222_ = 56 kilogramów na kazda tone kamienia miedziowego. 92(100-2) Dawka dla 125 ton kamienia wynosila 7000 kg, a po uwzglednieniu w 80% porcji kruszywa krzemionkowe¬ go wprowadzonej przed spustem miedzi z poprzedzajacej szarzy dawka ta wynosila Dk = 7000-0,80*1500 85 (1QQ~5> =g 5925 kilogramów kruszywa otoczakowego w postaci piasku kwarcowego i 92(100-2) zwirku. Po 10 minutach swiezenia wprowadzono druga porcje 1500 kg piasku i zwirku z wyliczonej dawki, a po dalszych 10 minutach swiezenia- trzecia porcje w ilosci 2000 kg. Pozostala ilosc materialu zuzlotwórcze¬ go — 2425 kg wprowadzono po 35 minutach swiezenia. W 50 minucie swiezenia wychylono konwertor i sciagnieto zuzel. Nastepnie zalano 7 porcje kamienia w ilosci 20 ton. Przedtem jednak wprowadzono 5 porcje materialu zuzlotwórczego w ilosci Di = 20*56 = 1120 kg. Po wlaczeniu dmuchu prowadzono swiezenie przez okolo 15 minut, a nastepnie sciagnieto zuzel, konczac tym samym I okres swiezenia. Okresli swiezenia prowadzony byl znanymi metodami.

Przyklad II. Do konwertora z przykladu I wprowadzono na zuzel tlenkowy okolo 1300 kg kwarcytu o uziarnieniu i skladzie podanym w poprzednim przykladzie. Ilosc zaladowanych zimnych dodatków miedzionosnych wyniosla 6500 kg. Nie wprowadzono dodatku korygujacego. Konwertor zalano 126 tonami kamienia miedziowego w szesciu porcjach. Sklad wagowy kamienia wynosil Cu — 66,2%, Fe ?— 8,2%, S — 21,45% i Pb - 1,5%. Namiar materialu zuzlotwórczego N = 51,34 kg/T. Dawka dla 126 ton kamienia D = 6470 kg.

Dawka skorygowana Dr = 5600 kg.

Druga porcje kruszywa w ilosci 1500 kg wprowadzono w 8 minucie swiezenia.

Trzecia porcje — 1500 kg w 15 minucie swiezenia.

Czwarta porcje — 2600 kg w 30 minucie swiezenia.

W 51 minucie swiezenia sciagnieto zuzel i nastepnie wlano do konwertora 7 porcje kamienia w ilosci ton, uprzednio wprowadzajac 1027 kg kruszywa otoczakowego. W 66 minucie procesu zakonczono I okres swiezenia i ostatecznie sciagnieto zuzel.

Wynikiem tych operacji bylo wyswiezenie kamienia miedziowego do miedzi czarnej o skladzie Cu - 99,2%, 02 - 0,3% i Pb - 0,15%.

Natomiast zuzel konwertorowy otrzymany ta metoda zawieral w przykladzie I: Cu — 3,4%, Fe — 47%, Si02 - 24%, Pb - 2,4 i Fe304 - 25%, a w przykladzie II: Cu - 4,2%, Fe- 46,2%, Si02 - 23,8%, Pb - 2,2 i Fe304-26%.

Caly proces konwertorowania przebiegal spokojnie i nie stwierdzono nadmiernego zuzycia obmurza konwertora. Jednoczesnie otrzymany zuzel skutecznie spelnial w piecu szybowym role topnika obnizajacego temperature topienia wsadu miedzionosnego.

Claims (7)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób swiezenia bogatych kamieni miedziowych, zwlaszcza zawierajacych powyzej 60% miedzi, polegajacy na utlenianiu w dwóch okresach swiezenia siarczków zelaza w obecnosci krzemionki oraz siarczków miedzi do miedzi metalicznej, znamienny tym, ze wyliczona dla swiezonej masy kamienia dawke materialu zuzlotwórczego o odpowiedniej granulacji wprowadza sie do konwertora w co najmniej trzech porcjach, pierwsza porcje w ilosci ponizej 50% wagowych wyliczonej dawki krzemionki dla swiezonej masy kamienia wprowadza sie do goracego konwertora przed rozpoczeciem szarzy, korzystnie na powierchnie zuzla4 104 774 tlenkowego przed spustem miedzi z poprzedzajacej szarzy, natomiast pozostala ilosc materialu zuzlotwórczego wprowadza sie do konwertora podczas I okresu swiezenia, przy czym ostatnia porcje wprowadza sie nie pózniej niz 10 minut przed przewidywanym poczatkiem operacji sciagania zuzla.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze konieczna dla swiezonej masy kamienia ilosc materialu zuzlotwórczego wyznacza sie wedlug zaleznosci: N = [(1,45-2,9) Pb + 5,38 Fe]-^22 (kg/T) Si(lOO-w) w której: N - oznacza potrzebna dawke materialu zuzlotwórczego w kilogramach na tone kamienia, Pb — procentowa zawartosc wagowa olowiu w kamieniu, Fe — procentowa zawartosc wagowa zelaza w kamieniu, Si — procentowa zawartosc wagowa krzemionki w suchej masie materialu zuzlotwórczego, w — procentowa zawartosc wagowa wilgoci w materiale zuzlotwórczym.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zawarta w pierwszej porcji krzemionke uwzglednia sie w 75 do 85% wagowych przy okreslaniu namiaru materialu zuzlotwórczego dla swiezonej masy kamienia.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wprowadzany w pierwszej porcji material zuzlotwórczy ma postac kruszywa krzemionkowego o uziarnieniu mieszanym od 0,125 do 10 mm.

5. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wprowadzany material zuzlotwórczy w drugiej i kolejnych porgach ma postac kruszywa krzemionkowego o uziarnieniu od 0,25 do 5 mm.

6. Sposób wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze jako material zuzlotwórczy wprowadza sie do konwertora przemywane, a nastepnie suszone kruszywo otoczakowe o granulacji od 0,25 do 5 mm, zawierajacej powyzej 90% wagowych krzemionki (Si02) i nie wiecej niz 1% wagowych tlenku zelazowego (Fe2 03).

7. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze podczas wprowadzania pierwszej porcji materialu zuzlotwórczego na powierzchnie zuzla tlenkowego, przed spustem miedzi z poprzedzajacej szarzy, do konwertora wprowadza sie powietrze technologiczne przez zanurzone dysze. Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120 + 18 Cena 45 zl