PL213767B1 - Sposób odmiedziowania żużli odpadowych, zwłaszcza - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób odmiedziowania żużli, pochodzących zwłaszcza z procesu zawiesinowego otrzymywania miedzi.

W wyniku przetopu koncentratów miedzi w piecu zawiesinowym otrzymuje się miedź blister, żużel zawierający około 14% miedzi, co stanowi około 1/3 zawartości Cu w topionych koncentratach oraz gazy zawierające między innymi dwutlenek siarki i pyły.

Obecnie stosowana metoda odmiedziowania tych żużli polega na ich redukcji za pomocą materiału węglowego np. koksu, podawanego na jego powierzchnię, z udziałem topnika, którym są związki zawierające tlenki zasadowe np. kamień wapienny, przy czym proces prowadzi się cyklicznie w piecu elektrycznym. W wyniku tego procesu otrzymuje się stop Cu-Fe-Pb o składzie 80-89% Cu, 4-7% Fe, 4-11% Pb, który przerabia się znanym sposobem na miedź czarną. Stosując ten sposób zużywa się ponad czterokrotnie więcej reduktora węglowego aniżeli jest to teoretycznie konieczne. Proces jest długotrwały, trwający około 9 godzin, co powoduje bardzo duże zużycie energii elektrycznej na tonę przerabianego żużla, a średnia zawartość miedzi w żużlu po procesie jest większa od 0,5%.

Proces przerobu żużli z przetopu koncentratów miedzi w piecu zawiesinowym, według polskiego opisu patentowego nr 89 808 polega na tym, że oprócz koksiku i kamienia wapiennego przy końcu procesu podawany jest węglik wapnia.

Sposób odmiedziowania żużli, zwłaszcza z procesów zawiesinowych w hutnictwie miedzi, opisany w opisie patentowym nr 120 304, proponuje dodanie na końcu procesu zgranulowanej miedzi metalicznej lub jej stopu. Celem tego zabiegu jest ograniczenie strat miedzi występującej w formie drobnych wydzieleń zawieszonych w redukowanym żużlu.

Z kolei rozwiązanie według polskiego opisu patentowego nr 123 668 proponuje dwustopniowy sposób ciągłego odmiedziowania żużli w dwukomorowym piecu elektrycznym. W pierwszym etapie odmiedziowanie prowadzi się za pomocą koksiku, a w drugim etapie żużel z pierwszego etapu poddaje się dalszej redukcji za pomocą stopu redukcyjnego Cu-Fe-Pb, zawierającego 20-30% wagowych żelaza, z dodatkiem koksiku. Tak uzyskany stop miedzi o zawartości żelaza od 20-30% odprowadza się na zewnątrz lub zawraca do produkcji.

Ponadto, znany z opisu patentowego PL nr 164 646 sposób przerobu żużli i odpadów pomiedziowych proponuje dodanie dodatkowo do roztopionej mieszanki wsadowej składników zawierających żelazo.

Niestety, żelazo rozpuszcza się w miedzi w ograniczonym stopniu, co powoduje zarastanie pieca stałym żelazem i „zamarzanie” otworów spustowych, przez które odprowadza się na zewnątrz stop Cu-Pb-Fe.

Celem wynalazku jest usprawnienie sposobu odzyskiwania miedzi z żużli zawiesinowych przez przyspieszenie procesu redukcji i prowadzenie operacji redukcji, koalescencji i osadzania miedzi prawie w tym samym czasie.

Istota sposobu odmiedziowania żużli, zwłaszcza z procesu zawiesinowego otrzymywania miedzi polega na tym, że jako reduktor wprowadza się brykiety węglowo-metalowe w ilości 2,0-2,5% masy przerabianego żużla. W środku brykietu umieszczony jest stop Cu-Pb-Fe zawierający 70-80% wagowych miedzi, 10-22% wagowych ołowiu oraz 3-4,5% wagowych żelaza, reszta nieuniknione zanieczyszczenia, otrzymany w procesie redukcji żużla zawiesinowego w poprzednich cyklach, natomiast stosunek masy węgla do masy stopu w brykiecie wynosi od 0,82 do 1,72, w zależności od gęstości fazy węglowej.

Stop Cu-Pb-Fe korzystnie ma postać granulatu.

Jako reduktor dodatkowo wprowadza się koks w ilościach 0,0-0,5% masy żużla.

Ilości materiału węglowego i stopu Cu-Pb-Fe dobiera się tak, aby średnia gęstość brykietu nie ₃ była mniejsza niż 3000 kg/m³. Warunek ten jest spełniony wówczas, gdy masa węgla do masy stopu w brykiecie spełnia warunek:

m_c ^mCuPbFe , 3000 ^_ n^aCuPbFe

3000 „ —-¹ gdzie: mC - masa węgla w brykiecie, mCuPbFe - masa granul wykonanych ze stopu Cu-Pb-Fe, dCuPbFe gęstość usypowa granul wykonanych ze stopu Cu-Pb-Fe, dC - gęstość masy węglowej.

PL 213 767 B1 ₃

Gęstość ciekłych stopów Cu-Pb-Fe jest nieco większa od 8000 kg/m³, wobec tego gęstość na₃ sypowa granul wykonanych stopów Cu-Pb-Fe nie powinna przekraczać 8000 kg/m³. Spełnienie tego warunku jest konieczne, aby uniknąć rozsadzania brykietów podczas topienia stopu Cu-Pb-Fe po ich załadowaniu do pieca. W zależności od gęstości fazy węglowej stosunek masy węglowej do masy stopu Cu-Pb-Fe będzie zmienny. Tabela 1 ilustruje zmianę masy węgla do masy granul dla przypadku ₃ brykietów o kształcie walca, którego wysokość jest równa jego średnicy, a jego objętość 0,200 dm³. Dla przyjętych rozmiarów brykietu jego masa powinna wynosić około 0,6 kg, a masy poszczególnych frakcji zależą od gęstości masy węglowej, co ilustruje tabela 1.

Tabela 1

dC,kg/m3	mc/mcuPbFe	mcuPbFe, kg	mc, kg
2200	1,72	0,222	0,378
2100	1,46	0,244	0,356
2000	1,25	0,267	0,333
1900	1,08	0,289	0,311
1800	0,94	0,310	0,290
1700	0,82	0,330	0,270

Stop Cu-Pb-Fe umieszczony wewnątrz brykietów nie reaguje ani z żużlem, ani z materiałem węglowym. Ma za zadanie obciążyć brykiety, aby nie wypływały na powierzchnię żużla. Natomiast materiał węglowy stanowiący otoczkę brykietów reaguje z żużlem, powodując jego redukcję i otrzymanie stopu Cu- Pb-Fe.

Zaletą sposobu według wynalazku jest skuteczne obniżenie zawartości miedzi w żużlach odpadowych do poziomu 0,2-0,4% oraz znaczne skrócenie czasu redukcji przy zminimalizowanym zużyciu energii elektrycznej.

P r z y k ł a d

Na dno nagrzanego pieca elektrycznego wprowadzono kamień wapienny CaCO3 w ilości 2,6 tony, koks w ilości 1,0 tony oraz brykiety węglowo-metalowe w ilości 12,0 ton. Masę dodawanego kamienia wapiennego wyrażoną w kilogramach na tonę redukowanego żużla/obliczono z zależności: mCaCo3 = 16,6 x (% SiO2) + 9,8 x (% Al2O3) -17,9 x (% Fe) - 24,8 x (% MgO) - 17,9 x (% CaO) -10,6 x (% K2O + % Na2O) kg/1 t, gdzie (% SiO2), (% AI2O3), (% MgO), (% CaO), (% K2O + % Na2O), (% Fe) są zawartościami tlenków metali i żelaza w żużlu przed procesem redukcji.

Następnie, do pieca wlano 450 ton żużla zawiesinowego o składzie: 14,2% Cu, 4,5% Pb, 6,1% Fe, 29,3% SiO2, 15,1% CaO, 8,9% MgO, 10,1% AI2O3, 4% K2O, reszta domieszki i nieuniknione zanieczyszczenia oraz 50 ton żużla z procesu świeżenia stopu Cu-Pb-Fe o składzie: 26,2% Cu, 24,8% Pb, 12,0% Fe, 15,1% SiO2, resztę stanowią nieuniknione zanieczyszczenia.

Brykiety węglowo-metalowe o kształcie walca, którego wysokość jest równa jego średnicy wykonano za pomocą prasy stemplowej. Wewnątrz otoczki, wykonanej z mielonego węgla, umieszczono granule ze stopu Cu-Pb-Fe zawierającego: 80,0% Cu, 15,7% Pb oraz 4,3% Fe.

Brykiety, których gęstość jest większa od gęstości żużla sytuują się na powierzchni powstającego w wyniku redukcji żużla stopu Cu-Pb-Fe, a koks - na powierzchni żużla.

Proces odmiedziowania żużli prowadzono w temperaturze około 1350°C przez okres 5 godzin, po czym dokonano spustu żużla zawierającego: 0,3% Cu, 0,7% Pb, 8,2% Fe, 40,8% SiO2, 19,8% CaO, 11,7% MgO, 13,2% AI2O3, 5,2% K2O, reszta nieuniknione zanieczyszczenia, a następnie spuszczono powstały stop Cu-Pb-Fe o składzie: 68,2% Cu, 27,0% Pb oraz 4,8% Fe.

W wyniku redukcji żużla wytwarzają się gazy CO-CO2, które mieszają żużel, ułatwiając transport cząsteczek Cu2O z wnętrza żużla na powierzchnie, na których zachodzi redukcja.

Ponadto, gęstość redukowanego żużla jest mniejsza aniżeli żużla niezredukowanego, co powoduje, że redukowany żużel ma tendencję do wypływania na jego powierzchnię, a żużel niezredukowany przemieszcza się w kierunku powstającego na dnie pieca stopu Cu-Pb-Fe, co wymusza ruchy konwekcyjne w żużlu i jeszcze bardziej przyspiesza transport Cu2O do strefy redukcji. Wytworzona mieszanina gazu CO-CO2 przechodząc przez warstwę żużla powoduje redukcję miedzi oraz pienienie

PL 213 767 B1 się żużla, co znacznie powiększa powierzchnię, na której zachodzi proces redukcji. W konsekwencji masa zużytego materiału węglowego będzie bliska wartości teoretycznej.

Powstający stop Cu-Pb-Fe nieomal natychmiast osiąga fazę metaliczną, co bardzo ogranicza wielkość strat miedzi w formie zawieszonych w żużlu wydzieleń. Część miedzi, która będzie zredukowana za pomocą przemieszczających się w żużlu pęcherzyków gazu CO-CO2 będzie osadzana na powierzchni żużla, ale dzięki jego ruchom wywołanym przepływającym prądem ulegnie koalescencji i przemieści się bardzo szybko do fazy metalicznej. Po zużyciu części węglowej brykietu uwolniony stop Cu-Pb-Fe przejdzie do fazy metalicznej.

Claims (3)

1. Sposób odmiedziowania żużli odpadowych, zwłaszcza z procesu zawiesinowego otrzymywania miedzi prowadzony metodą redukcji w temperaturze powyżej 1300°C, polegający na przetapianiu w piecu elektrycznym żużli z dodatkiem materiału węglowego oraz z udziałem topnika, znamienny tym, że jako reduktor wprowadza się brykiety węglowo-metalowe w ilości 2,0-2,5% masy przerabianego żużla, przy czym w środku brykietu umieszczony jest stop Cu-Pb-Fe zawierający 70-80% wagowych miedzi, 10-22% wagowych ołowiu oraz 3-4,5% wagowych żelaza, reszta nieuniknione zanieczyszczenia, otrzymany w procesie redukcji żużla zawiesinowego w poprzednich cyklach, natomiast stosunek masy węgla do masy stopu w brykiecie wynosi od 0,82 do 1,72, w zależności od gęstości fazy węglowej.

2. Sposób odmiedziowania żużli według zastrz. 1, znamienny tym, że stop Cu-Pb-Fe ma postać granulatu.

3. Sposób odmiedziowania żużli według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako reduktor dodatkowo wprowadza się koks w ilościach 0,0-0,5% masy przerabianego żużla.