RU2071982C1

RU2071982C1 - Method for continuous converting of copper sulfide materials

Info

Publication number: RU2071982C1
Application number: RU93029261A
Authority: RU
Inventors: В.П. Быстров; А.Н. Федоров; А.А. Комков; А.Г. Шубский; И.И. Кириллин; С.А. Лайкин; А.Г. Колосов
Original assignee: Московский институт стали и сплавов
Priority date: 1993-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1997-01-20

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: method involves continuous charging of sulfide materials into furnace; blowing oxygen into layer of matte-metal-slag emulsion through horizontal blowers positioned in equally spaced relation within furnace side walls; discharging liquid products of conversion from the furnace. Oxygen introduction level is at least 5-20 times the distance between blowers and emulsion-metal interface and at least 10 times the distance between blowers and emulsion-gas interface, with metal in bath being in killed state. EFFECT: increased efficiency, wider operational capabilities by providing joint reprocessing of liquid and solid matte and other copper- bearing materials and products. 3 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для переработки на металл медных и медно-никелевых штейнов, медных концентратов от разделения медно-никелевых файнштейнов и других медных твердых и жидких материалов. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy and can be used for processing copper and copper-nickel mattes, copper concentrates from the separation of copper-nickel matte and other copper solid and liquid materials into metal.

Традиционный способ конвертирования в горизонтальных конвертерах, применяемый в технологических схемах производства цветных металлов из сульфидного сырья не отвечает современным требованиям экологического характера, с трудом совмещается с непрерывными плавильными процессами. Наличие предела конвертирования в горизонтальных конвертерах обуславливает образование больших внутрицеховых потоков промпродуктов, для чего используется сложное и дорогостоящее крановое хозяйство [Ванюков А.В. Уткин Н.И. Комплексная переработка медного и никелевого сырья. Челябинск: Металлургия, 1988 г. The traditional method of conversion in horizontal converters used in technological schemes for the production of non-ferrous metals from sulfide raw materials does not meet modern environmental requirements, it is difficult to combine with continuous melting processes. The presence of the conversion limit in horizontal converters causes the formation of large intra-shop flows of industrial products, which uses a complex and expensive crane management [Vanyukov A.V. Utkin N.I. Complex processing of copper and nickel raw materials. Chelyabinsk: Metallurgy, 1988

Эти причины стимулируют поиск альтернативы традиционному периодическому процессу конвертирования. Известны различные предложения по процессам непрерывного конвертирования. Однако лишь один из этих способов, известный как процесс "Мицубиси", получил промышленное применение [Худяков И.Ф. и др. Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов. М. Металлургия, 1993, с. 76 78] В данном процессе, представляющем непрерывную поточную схему производства черновой меди, передел непрерывного конвертирования осуществляется в частично кессонированной печи овальной формы с низким уровнем расплава. Подача дутья (содержание кислорода не более 25 - 30%) осуществляется через верхнюю вертикальную фурму, сгорающую и возобновляемую по мере протекания процесса. Этот способ непрерывного конвертирования, включающий непрерывную подачу дутья и медьсодержащего материала, раздельный выпуск жидких продуктов конвертирования является самым близким к заявляемому и выбирается в качестве прототипа. These reasons stimulate the search for an alternative to the traditional periodic conversion process. There are various proposals for continuous conversion processes. However, only one of these methods, known as the Mitsubishi process, received industrial application [Khudyakov I.F. et al. Metallurgy of copper, nickel, related elements and design of workshops. M. Metallurgy, 1993, p. 76 78] In this process, which is a continuous flow diagram of the production of blister copper, redistribution of continuous conversion is carried out in a partially coffered oval-shaped furnace with a low level of melt. The supply of blast (oxygen content not more than 25 - 30%) is carried out through the upper vertical lance, which burns and renews as the process proceeds. This method of continuous conversion, including the continuous supply of blast and copper-containing material, the separate release of liquid conversion products is the closest to the claimed and is selected as a prototype.

Недостатками данного способа являются высокие эксплуатационные затраты, связанные с обслуживанием непрерывно сгорающей фурмы, низкой степенью использования кислорода, необходимостью использования дутья высокого давления. Процесс непрерывного конвертирования "Мицубиси" ориентирован на переработку только жидкого штейнового расплава, полученного в плавильной печи. В процессе не может быть использовано дутье с высоким содержанием кислорода (более 30%), поэтому выходящие из печи непрерывного конвертирования "Мицубиси" технологические газы имеют невысокую концентрацию SO₂, а объем этих газов относительно велик. Это повышает стоимость переработки технологических газов и снижает степень утилизации серы.The disadvantages of this method are the high operating costs associated with the maintenance of a continuously burning lance, a low degree of oxygen use, the need to use high-pressure blast. The continuous conversion process of Mitsubishi is focused on the processing of only liquid matte melt obtained in a smelter. The process cannot use blasting with a high oxygen content (more than 30%), therefore the process gases leaving the Mitsubishi continuous conversion furnace have a low concentration of SO ₂ , and the volume of these gases is relatively large. This increases the cost of processing process gases and reduces the degree of sulfur utilization.

В основу настоящего изобретения положен способ непрерывного конвертирования сульфидных медьсодержащих материалов, который позволил бы перерабатывать как твердые, так и жидкие медьсодержащие сульфидные материалы в любом соотношении с переводом серы в непрерывный поток отходящих газов с высоким содержанием SO₂ при одновременном уменьшении эксплуатационных затрат. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе непрерывного конвертирования медных сульфидных материалов, включающем непрерывную подачу жидкого медного штейна, кислородсодержащего дутья и загрузку флюсов в печь, удаление жидких и газообразных продуктов конвертирования из печи, кислородсодержащее дутье подают через боковые дутьевые устройства в слой штейно-металло-шлаковый эмульсии, на уровне 5 20 диаметров дутьевых устройств над поверхностью раздела эмульсия-металл и не менее чем в 10-ти диаметрах дутьевых устройств от поверхности раздела эмульсия газ в расчете на спокойную ванну расплава, в слой штейно-металло-шлаковой эмульсии сверху загружают твердый медный штейн, в печь загружают твердые медьсодержащие оборотные материалы и промпродукты.The present invention is based on a method for continuously converting sulfide copper-containing materials, which would allow to process both solid and liquid copper-containing sulfide materials in any ratio with the conversion of sulfur into a continuous stream of exhaust gases with a high content of SO ₂ while reducing operating costs. The problem is achieved in that in the known method for the continuous conversion of copper sulfide materials, including the continuous supply of liquid copper matte, oxygen-containing blast and loading fluxes into the furnace, removal of liquid and gaseous conversion products from the furnace, oxygen-containing blast is fed through the side blowing devices into the matte layer metal-slag emulsion, at the level of 5 20 diameters of the blasting devices above the emulsion-metal interface and at least 10 diameters of blasting devices from gas emulsion surface section based on the relaxed molten bath in the layer of metal matte-slag emulsion top-loaded solid copper matte is charged into the furnace solid Current copper containing materials and middlings.

Применение данного способа позволяет использовать дутье низкого давления, увеличить степень использования кислорода дутья, получить непрерывный поток концентрированных по SO₂ газов, исключить эксплуатационные затраты на обслуживание вертикальной фурмы, и осуществлять процесс как в режиме совместной переработки твердых и жидких сульфидных медных материалов, так и для переработки только твердых или только жидких материалов. Исходными материалами для предлагаемого процесса непрерывного конвертирования могут служить жидкие медные и медные никельсодержащие штейны, эти же штейны в твердом виде, а также богатые твердые медные концентраты, полученные при флотационном разделении медно-никелевого файнштейна.The application of this method allows the use of low-pressure blast, to increase the degree of oxygen use of the blast, to obtain a continuous stream of SO ₂ concentrated gases, to exclude operating costs for servicing the vertical tuyere, and to carry out the process both in the mode of joint processing of solid and liquid sulfide copper materials, and for processing only solid or only liquid materials. The starting materials for the proposed continuous conversion process can be liquid copper and copper nickel-containing mattes, the same mattes in solid form, as well as rich solid copper concentrates obtained by flotation separation of copper-nickel matte.

Сущность заявленного способа заключается в следующем: исходные сульфидные медные материалы и флюсы загружают в аппарат непрерывного конвертирования через загрузочные устройства (заливочный желоб для расплавов и загрузочные отверстия в своде печи для твердых материалов), где они замешиваются в барботируемый кислородсодержащим дутьем шлаковый расплав, образуя при этом эмульсию капель металла и штейна в шлаке. В этой эмульсии происходят основные реакции окисления сульфидов, приводящие к образованию черновой меди. Поскольку основные реакции процесса протекают в штейно-металло-шлаковой эмульсии, генерируемое тепло расходуется в зоне его основного потребления. Равномерное распределение дутья вдоль боковых стенок печи приводит к быстрому распределению тепла по реакционной зоне и отсутствию локальных перегревов расплава в области фурм. Это предотвращает быстрый износ фурм, как это происходит в горизонтальных конвертерах и имеет место в процессе "Мицубиси". Протекание процесса конвертирования в штейно-металло-шлаковой эмульсии сказывается благоприятно и на усвоении кислорода дутья. Формирующиеся в реакционной зоне капли черновой меди, обладающие более высокой плотностью, оседают в спокойную зону расплава ниже уровня дутьевых устройств, где происходит образование донной металлической фазы. Черновая медь непрерывно удаляется из печи через сифонное устройство или периодически через шпур, шлак также непрерывным потоком удаляется из печи через сифонное выпускное устройство или сливной порог. Неточная дозировка подаваемых в печь сульфидных и окислительных реагентов может приводить к образованию штейна или к получению переокисленной черновой меди. В первом случае штейн образует промежуточный слой между металлом и шлаком. Этот штейновый слой не нарушает общего хода технологического процесса. При чрезмерном накоплении штейна он вновь попадает в зону интенсивного барботажа и окисляется до металла, это обеспечивается выбором оптимального уровня дутьевых устройств. Таким образом, в результате корректирования соотношения сульфидных и окислительных реагентов промежуточный слой штейна может появляться, увеличиваться или уменьшаться, играя роль демпфера. Второй случай переокиление черновой меди является нежелательным нарушением технологического режима процесса непрерывного конвертирования, способствующего переокислению шлакового расплава и ухудшению его физико-химических свойств. The essence of the claimed method is as follows: the initial sulfide copper materials and fluxes are loaded into a continuous conversion apparatus through loading devices (casting trough for melts and loading holes in the roof of the furnace for solid materials), where they are mixed into a slag melt sparged with oxygen-containing blast, thereby forming emulsion of drops of metal and matte in the slag. In this emulsion, the main reactions of oxidation of sulfides occur, leading to the formation of blister copper. Since the main reactions of the process proceed in the matte-metal-slag emulsion, the generated heat is consumed in the zone of its main consumption. The uniform distribution of blast along the side walls of the furnace leads to a rapid distribution of heat over the reaction zone and the absence of local overheating of the melt in the tuyere region. This prevents the lances from wearing out quickly, as occurs in horizontal converters and takes place during the Mitsubishi process. The conversion process in the matte-metal-slag emulsion has a favorable effect on the absorption of oxygen in the blast. Drops of blister copper formed in the reaction zone, having a higher density, settle in a quiet zone of the melt below the level of the blasting devices, where the formation of the bottom metal phase occurs. Blister copper is continuously removed from the furnace through a siphon device or periodically through a borehole, and slag is also continuously removed from the furnace through a siphon outlet device or a drain threshold. An inaccurate dosage of sulfide and oxidizing reagents supplied to the furnace can lead to the formation of matte or to the production of peroxidized blister copper. In the first case, matte forms an intermediate layer between the metal and slag. This matte layer does not violate the overall process flow. With excessive accumulation of matte, it again falls into the zone of intense bubbling and oxidizes to metal, this is ensured by the choice of the optimal level of blowing devices. Thus, as a result of adjusting the ratio of sulfide and oxidizing reagents, the intermediate matte layer can appear, increase or decrease, playing the role of a damper. The second case of blistering copper is an undesirable violation of the technological regime of the continuous conversion process, which contributes to the reoxidation of the slag melt and the deterioration of its physicochemical properties.

Схема взаимного расположения межфазных границ и уровня ввода дутья, иллюстрирующая сущность предлагаемого способа, приведена на чертеже. A diagram of the mutual arrangement of the interphase boundaries and the input level of the blast illustrating the essence of the proposed method is shown in the drawing.

Расположение уровня ввода дутья (h₁) на расстоянии меньшем, чем 10 диаметров дутьевых устройств от поверхности расплава в спокойном состоянии (при отключенном дутье) приводит к снижению степени усвоения кислорода. Уровень ввода кислородсодержащего дутья (h₂) на расстоянии меньшем, чем 5 диаметров дутьевых устройств над поверхностью раздела эмульсия металл создает возможность прямого попадания кислородсодержащего дутья в слой штейна или металла, что ведет к нарушению технологического процесса из-за интенсивного локального тепловыделения при окислении сульфидов и из-за возможного переокисления металла. Уровень ввода кислородсодержащего дутья на расстоянии большем, чем 20 диаметров дутьевых устройств над поверхностью раздела эмульсия металл приводит к ухудшению показателей процесса из-за затруднений вовлечения штейна и обогащенного серой металла с поверхности донной металлической фазы в зону активного окисления и ухудшения в связи с этим использования кислорода.The location of the input level of the blast (h ₁ ) at a distance less than 10 diameters of the blasting devices from the surface of the melt in a calm state (with the blast off) reduces the degree of assimilation of oxygen. The input level of oxygen-containing blast (h ₂ ) at a distance of less than 5 diameters of the blasting devices above the interface of the metal emulsion creates the possibility of direct ingress of oxygen-containing blast into the matte or metal layer, which leads to disruption of the process due to intense local heat during sulfide oxidation and due to possible metal oxidation. The input level of oxygen-containing blast at a distance greater than 20 diameters of the blasting devices above the metal emulsion interface leads to a deterioration of the process due to difficulties in involving matte and sulfur-enriched metal from the surface of the bottom metal phase into the zone of active oxidation and deterioration in the use of oxygen .

Оптимальные условия осуществления процесса устанавливали как в ходе осуществления опытно-промышленных испытаний на опытно-промышленной печи, так и в ходе лабораторных исследований. Опытно-промышленные испытания проводили на опытной печи Ванюкова, модифицированной для проверки осуществимости процесса непрерывного конвертирования по заявленному способу. Подина печи была заложена огнеупорным кирпичом для того, чтобы уменьшить глубину подфурменной зоны и приблизить конфигурацию печи к форме, пригодной для осуществления непрерывного конвертирования. В качестве исходного сырья использовали твердый дробленый до крупности менее 20 мм штейн, содержащий 45% Cu. Для установления возможности переработки жидкого штейна, его предварительно расплавляли в отражательной печи и заливали тонкой струей из ковша. В ходе испытаний на пилотной установке была показана принципиальная осуществимость процесса, устойчивость и управляемость процесса в различных режимах, степень усвоения кислорода была высокой и составила около 95%
Оптимальный уровень введения кислородсодержащего дутья устанавливали в ходе лабораторных исследований. Исследования проводили по следующей методике.Optimal conditions for the implementation of the process were established both during pilot-industrial tests at the pilot-industrial furnace, and during laboratory research. Pilot tests were carried out on a pilot Vanyukov furnace, modified to verify the feasibility of the process of continuous conversion according to the claimed method. The hearth of the furnace was laid with refractory bricks in order to reduce the depth of the tuyere zone and bring the furnace configuration closer to a shape suitable for continuous conversion. As the feedstock used solid crushed to a particle size of less than 20 mm matte containing 45% Cu. To establish the possibility of processing liquid matte, it was previously melted in a reflective furnace and poured with a thin stream from a bucket. During the tests at the pilot plant, the principal process feasibility, stability and controllability of the process in various modes were shown, the degree of oxygen assimilation was high and amounted to about 95%
The optimal level of introduction of oxygen-containing blast was established during laboratory studies. Studies were carried out according to the following method.

В алундовом тигле емкостью 250 мл, помещенном в кварцевый реактор, расплавляли навеску медного штейна и шлака известного состава, после чего в расплав погружали алундовую трубку в форме перевернутой буквы "Г", по которой подавали дутье. Уровень погружения алундовой трубки устанавливали с помощью штатива с микровинтом и расстояние ее от поверхности раздела шлак металл фиксировали в каждом опыте, "замораживая" тигель вместе с капилляром и затем разрезая его. Температуру в реакционной зоне измеряли погруженной в расплав термопарой в алундовом чехле. Расход дутья контролировали при помощи системы ротаметров. Количество выделившейся в ходе опыта серы определяли, исходя из баланса серы и кислорода в опытах. Результаты опытов, проведенных по описанной методике и доказывающих оптимальность выбранных пределов, сведены в таблицу 1. In a 250 ml alundum crucible placed in a quartz reactor, a weighed sample of copper matte and slag of a known composition was melted, after which an alundum tube in the form of an inverted letter “G” was blown into the melt, which was blown. The level of immersion of the alundum tube was established using a tripod with a microscrew and its distance from the metal slag interface was fixed in each experiment, “freezing” the crucible together with the capillary and then cutting it. The temperature in the reaction zone was measured by a thermocouple immersed in the melt in an alundum sheath. The flow rate of the blast was controlled using a rotameter system. The amount of sulfur released during the experiment was determined based on the balance of sulfur and oxygen in the experiments. The results of experiments conducted by the described method and proving the optimality of the selected limits are summarized in table 1.

Как видно из таблицы, заявленные пределы изменения уровней введения дутья в расплав при осуществлении процесса непрерывного конвертирования являются оптимальными и обеспечивают решение поставленной задачи совместной переработки твердых и жидких медьсодержащих сульфидных материалов в любом соотношении при одновременном уменьшении эксплуатационных затрат. As can be seen from the table, the stated limits for changing the levels of injection of blast into the melt during the continuous conversion process are optimal and provide a solution to the task of joint processing of solid and liquid copper-containing sulfide materials in any ratio while reducing operating costs.

Claims

1. The method of continuous conversion of copper sulfide materials, including the continuous supply of liquid copper matte, oxygen-containing blast and loading fluxes into the furnace, removing liquid and gaseous conversion products from the furnace, characterized in that the oxygen-containing blast is fed through lateral blowing devices into the layer of metal-slag emulsion at a level 5-20 diameters of the blasting devices above the emulsion-metal interface and not less than 10 diameters of the blasting devices from the emulsion-gas interface in p Ascetic for a calm melt bath.

2. The method according to p. 1, characterized in that a solid copper matte is loaded on top of the metal-slag emulsion layer from above.

3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that the solid copper-containing circulating materials and industrial products are loaded into the furnace.