RU2205243C2

RU2205243C2 - Method for producing metal alloy from copper-nickel sulfide melt

Info

Publication number: RU2205243C2
Application number: RU2001123439/02A
Authority: RU
Inventors: Л.Н. Шехтер; Б.А. Симановский; М.А. Сулимов; Н.В. Пенский
Original assignee: Шехтер Леонид Натанович
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2001-08-22
Publication date: 2003-05-27

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: method involves blasting copper-nickel sulfide melt at temperature of 1,250-1,600 C in two stages: at first stage oxygen blasting is initially carried out until sulfur content in melt reaches 5-7 wt%, with following blasting with gas-oxygen mixture, with oxygen content providing 10-21% of volume of oxygen in reaction products of said mixture; at second stage iron-free calcium-containing slag is put onto melt surface while gas-oxygen mixture is introduced into sulfide melt. Method is used for producing nonferrous metals, extraction of copper, nickel, platinum and precious metals from copper-nickel melts. EFFECT: reduced process cycle, increased extraction of metals and reduced power consumption. 3 cl, 4 tbl

Description

Изобретение относится к способам получения цветных металлов и может быть использовано в металлургии меди и никеля. The invention relates to methods for producing non-ferrous metals and can be used in the metallurgy of copper and nickel.

Известен способ получения медно-никелевого сплава, включающий флотационное разделение файнштейнов с дальнейшей переработкой никелевого концентрата и магнитной фракции по схеме: обжиг-восстановление-анодная плавка (А.В. Ванюков, Н.И. Уткин. Комплексная переработка медного и никелевого сырья, М. Металлургия, 1988, с. 432). Существенным недостатком способа является его многостадийностъ. A known method for producing a copper-nickel alloy, including flotation separation of Feinsteins with further processing of nickel concentrate and magnetic fraction according to the scheme: firing-reduction-anode smelting (A.V. Vanyukov, N.I. Utkin. Complex processing of copper and nickel raw materials, M Metallurgy, 1988, p. 432). A significant disadvantage of this method is its multi-stage.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ (патент США 3069254, 1962), согласно которому сульфидный никелевый или медьсодержащий никелевый сульфидный расплав продувают кислородом до менее 4 мас.% серы при температуре не ниже 1530^oС, а далее продувают расплав газовой смесью, не содержащей серу и кислород, при температуре выше 1670^oС.The closest in technical essence and the achieved result is the method (US patent 3069254, 1962), according to which the sulfide nickel or copper-containing nickel sulfide melt is blown with oxygen to less than 4 wt.% Sulfur at a temperature of not lower than 1530 ^o C, and then the melt is blown with a gas mixture , not containing sulfur and oxygen, at a temperature above 1670 ^o C.

Данный способ имеет ряд существенных недостатков:
- при продувке расплава нейтральным газом скорость десульфурации уменьшается;
- содержание кислорода в расплаве при температуре продувки 1550^oС и выше и содержании серы менее 4 мас.% превосходит 4 мас.% и в результате не удается добиться удаления последнего из расплава за счет взаимодействия с растворенной серой. Степень извлечения никеля в сплав уменьшается и требуется дополнительная операция доводки расплава по кислороду за счет загрузки восстановителя;
- при продувке расплава техническим кислородом и остаточном содержании серы на уровне 4 мас.% растворимость кислорода в расплаве превышает предельное значение, что приводит к его гетерогенизации (NiO_тв), и даже при интенсивном перемешивании последнего скорость удаления кислорода из расплава мала вследствие диффузионных ограничений;
- данный способ предполагает предварительное разделение файнштейна одним из известных способов (флотационное разделение, Орфрд-процесс и т.д.).This method has several significant disadvantages:
- when the melt is purged with a neutral gas, the desulfurization rate decreases;
- the oxygen content in the melt at a purge temperature of 1550 ^o C and above and a sulfur content of less than 4 wt.% exceeds 4 wt.% and as a result, it is not possible to remove the latter from the melt due to interaction with dissolved sulfur. The degree of nickel extraction into the alloy decreases and an additional operation of finishing the melt through oxygen is required due to the loading of the reducing agent;
- when the melt is purged with technical oxygen and a residual sulfur content of 4 wt.%, the solubility of oxygen in the melt exceeds the limit value, which leads to its heterogenization (NiO _solid ), and even with intensive mixing of the latter, the rate of oxygen removal from the melt is low due to diffusion restrictions;
- this method involves the preliminary separation of the matte by one of the known methods (flotation separation, Orrd process, etc.).

Целью изобретения является сокращение технологического цикла, повышение извлечения цветных, платиновых и благородных металлов и снижение энергоемкости процесса. The aim of the invention is to reduce the technological cycle, increasing the extraction of non-ferrous, platinum and noble metals and reducing the energy intensity of the process.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения медно-никелевого сплава согласно изобретению продувку ведут при температуре 1250-1600^oС: на первой стадии кислородом до достижения содержания серы в расплаве C_S= 5-7 мас.%, а на второй стадии расплав продувают газокислородной смесью с содержанием кислорода, обеспечивающим C_O2 10-21 об. % в продуктах реакции этой смеси. С целью повышения степени десульфурации на стадии продувки расплава газокислородной смесью продувку расплава осуществляют с одновременным введением безжелезистого кальцийсодержащего шлака на поверхность расплава. При этом газокислородную смесь подают непосредственно в сульфидный расплав.This goal is achieved by the fact that in the known method for producing a copper-nickel alloy according to the invention, purging is carried out at a temperature of 1250-1600 ^° C: in the first stage with oxygen until the sulfur content in the melt reaches C _S = 5-7 wt.%, And in the second stage the melt is purged with a gas-oxygen mixture with an oxygen content providing C _{O2 of} 10-21 vol. % in the reaction products of this mixture. In order to increase the degree of desulfurization at the stage of purging the melt with a gas-oxygen mixture, the melt is purged with the introduction of iron-free calcium-containing slag on the surface of the melt. In this case, the gas-oxygen mixture is fed directly to the sulfide melt.

Ведение процесса в данном интервале позволяет осуществлять десульфурацию файнштейнов с различным соотношением Cu/Ni вплоть до медного и никелевого сульфидных концентратов, не прибегая к стадии измельчения и флотации. The process in this interval allows desulfurization of Feinsteins with different ratios of Cu / Ni up to copper and nickel sulfide concentrates, without resorting to the stage of grinding and flotation.

Ведение продувки газовой смесью с содержанием кислорода в продуктах реакции 10-21 об. % при содержании серы в расплаве 5-7 мас.% позволяет, с одной стороны, избежать гетерогенизации расплава и образования твердой или твердо-жидкой оксидной (шлаковой) фазы, а с другой, достигать высоких (более 99%) степеней десульфурации при невысокой (менее 5%) растворимости кислорода. Conducting purging with a gas mixture with an oxygen content in the reaction products of 10-21 vol. % with a sulfur content in the melt of 5-7 wt.% allows, on the one hand, to avoid heterogenization of the melt and the formation of a solid or solid-liquid oxide (slag) phase, and on the other, to achieve high (more than 99%) degrees of desulfurization at low ( less than 5%) oxygen solubility.

Обработка расплава кальцийсодержащим безжелезистым шлаком позволяет снизить остаточное содержание серы и кислорода в расплаве до величин, не превышающих в сумме 0,05-0,06 мас.%, а подача кислородосодержащего дутья прямо в сульфидный расплав позволяет увеличить скорость процессов за счет интенсивного перемешивания последнего. Processing the melt with calcium-containing iron-free slag allows reducing the residual sulfur and oxygen content in the melt to values not exceeding 0.05-0.06 mass% in total, and the supply of oxygen-containing blast directly to the sulfide melt allows increasing the speed of the processes due to intensive mixing of the latter.

Проведение продувки при температуре ниже 1250^oС нецелесообразно из-за окисления никеля и формирования тугоплавкого шлака на основе NiO, что снижает его извлечение. Если температура продувки выше 1600^oС, то растворимость кислорода в расплаве достигает существенных значений и возникает необходимость в проведении стадии обескислороживания.The purge at a temperature below 1250 ^o With impractical due to the oxidation of Nickel and the formation of refractory slag based on NiO, which reduces its extraction. If the purge temperature is above 1600 ^o C, then the solubility of oxygen in the melt reaches significant values and there is a need for the stage of deoxygenation.

Использование на начальной стадии продувки кислорода позволяет вести процесс с максимально возможной скоростью с использованием тепла экзотермических реакций без затрат топлива. Using oxygen at the initial stage of purging allows the process to be carried out at the highest possible speed using the heat of exothermic reactions without fuel consumption.

Если содержание серы в расплаве при продувке кислородом становится меньше 5 мас.%, то никель, окисляясь, образует тугоплавкие оксиды, что приводит к снижению его извлечения в сплав и нарушениям технологического режима процесса. Переход на газокислородную продувку при содержании серы в расплаве более 7% по массе приводит к существенному возрастанию энергетических затрат на ведение процесса. If the sulfur content in the melt during purging with oxygen becomes less than 5 wt.%, Then nickel, being oxidized, forms refractory oxides, which leads to a decrease in its extraction into the alloy and violations of the technological mode of the process. The transition to a gas-oxygen purge with a sulfur content in the melt of more than 7% by mass leads to a significant increase in energy costs for the process.

Ведение продувки расплава газокислородной смесью с содержанием кислорода в продуктах сгорания 10-21 об. % позволяет осуществлять глубокую десульфурацию последнего без сколько-нибудь существенного окисления меди и никеля. Maintaining melt purge with a gas-oxygen mixture with oxygen content in the combustion products of 10-21 vol. % allows deep desulfurization of the latter without any significant oxidation of copper and nickel.

При содержании кислорода в смеси менее 10 об.% резко уменьшается скорость десульфурации и возрастают энергетические затраты на поддержание заданной температуры продувки. When the oxygen content in the mixture is less than 10 vol.%, The desulfurization rate sharply decreases and the energy costs of maintaining a given purge temperature increase.

Если содержание кислорода в продуктах сгорания превышает 21 об.%, то никель и медь, окисляясь, переходят в шлак и извлечение этих металлов в сплав уменьшается. If the oxygen content in the combustion products exceeds 21 vol.%, Then nickel and copper, being oxidized, pass into slag and the extraction of these metals into the alloy decreases.

Введение безжелезистого кальцийсодержащего шлака на поверхность расплава позволяет осуществлять практически стопроцентную десульфурацию и обескислороживание металлического расплава вследствие высокой серопоглотительной способности и низкого кислородного потенциала шлака. The introduction of iron-free calcium-containing slag on the surface of the melt allows for almost one hundred percent desulfurization and deoxygenation of the metal melt due to the high sulfur absorption capacity and low oxygen potential of the slag.

При подаче кислородсодержащего дутья прямо в сульфидный расплав возрастает скорость десульфурации вследствие повышения интенсивности перемешивания и увеличения поверхности взаимодействия. When oxygen-containing blast is supplied directly to the sulfide melt, the desulfurization rate increases due to an increase in mixing intensity and an increase in the interaction surface.

Способ реализуется следующим образом: медно-никелевый сульфидный расплав подается в соответствующий агрегат (конвертер, печь Ванюкова и т.д.), затем, в случае необходимости, разогревается газокислородной смесью до заданной температуры. После чего в ванну подается технический кислород в количестве, достаточном для поддержания требуемого температурного режима. По достижении содержания серы в расплаве на уровне 5-7 мас.% продувку продолжают вести газокислородной смесью с содержанием кислорода в продуктах реакции 10-21 об. % до получения металлического сплава
Для повышения степени десульфурации на поверхность расплава вводится безжелезистый кальцийсодержащий шлак. Повышение интенсивности процесса десульфурации достигается путем подачи дутья непосредственно в сульфидный расплав.The method is implemented as follows: copper-nickel sulfide melt is supplied to the appropriate unit (converter, Vanyukov furnace, etc.), then, if necessary, it is heated with a gas-oxygen mixture to a predetermined temperature. Then technical oxygen is supplied to the bath in an amount sufficient to maintain the required temperature. Upon reaching the sulfur content in the melt at the level of 5-7 wt.%, The purge continues to be carried out with a gas-oxygen mixture with an oxygen content in the reaction products of 10-21 vol. % to obtain a metal alloy
To increase the degree of desulfurization, iron-free calcium-containing slag is introduced onto the surface of the melt. An increase in the intensity of the desulfurization process is achieved by supplying blast directly to the sulfide melt.

Полученный предлагаемым способом металлический расплав может быть использован для отливки анодов или после предварительного распыления переработан по карбонильной технологии. Obtained by the proposed method, the metal melt can be used for casting anodes or after preliminary spraying is processed by carbonyl technology.

Пример. Медно-никелевые сульфидные расплавы различных составов продували техническим кислородом в интервале температур 1200-1700^oС с содержанием кислорода в продуктах реакции 5-30 об.%. Кроме того, продувку расплава с остаточным содержанием серы менее 4 мас.% вели газом, не содержавшим S и O₂ (прототип). Результаты экспериментов представлены в таблицах.Example. Copper-nickel sulfide melts of various compositions were purged with technical oxygen in the temperature range 1200-1700 ^o With the oxygen content in the reaction products 5-30 vol.%. In addition, the purge of the melt with a residual sulfur content of less than 4 wt.% Was conducted by a gas that did not contain S and O ₂ (prototype). The experimental results are presented in tables.

Анализ таблиц показывает, что применение предлагаемого способа по сравнению со способом-прототипом позволяет повысить извлечение никеля в 1,04 раза, меди - в 1,02 раза. Таблицы 1-3 доказывают существенность заявленных интервалов, а анализ таблицы 4 показывает, что применение способа по п.2 позволяет увеличить степень десульфурации на 0,3%, а применение способа по п.3 обеспечивает полуторократное сокращение продолжительности продувки. Analysis of the tables shows that the application of the proposed method in comparison with the prototype method allows to increase the extraction of Nickel in 1.04 times, copper - in 1.02 times. Tables 1-3 prove the significance of the declared intervals, and the analysis of table 4 shows that the application of the method according to claim 2 allows to increase the degree of desulfurization by 0.3%, and the application of the method according to claim 3 provides a half-fold reduction in the duration of the purge.

Реализация предлагаемого способа в промышленном масштабе позволит ликвидировать стадии флотационного разделения файнштейна, обжиг, восстановление и анодную плавку в никелевой ветке, а также технологическую цепочку переработки медного сульфидного концентрата в медной ветке. Существенно сократится объем оборотных продуктов (сухие свернутые никелевые шлаки). За счет сокращения технологического цикла и исключения операций обжига возрастает извлечение цветных, платиновых (Os, Ru) и благородных (Ag) металлов. Ввиду исключения операций флотации, восстановления никелевого огарка, анодной плавки и др. значительно сократятся энергозатраты. The implementation of the proposed method on an industrial scale will eliminate the stages of flotation separation of Feinstein, firing, recovery and anode melting in a nickel branch, as well as the processing chain for processing copper sulfide concentrate in a copper branch. The volume of circulating products (dry rolled nickel slags) will be significantly reduced. By reducing the technological cycle and eliminating firing operations, the extraction of non-ferrous, platinum (Os, Ru) and noble (Ag) metals increases. Due to the exclusion of flotation operations, nickel cinder recovery, anode smelting, etc., energy costs will be significantly reduced.

Claims

1. A method of producing a metal alloy from a copper-nickel sulfide melt, including blowing the melt with gas in two stages to obtain a copper-nickel alloy, characterized in that the blowing is carried out at 1250-1600 ^o C, and in the first stage, the melt is blown with oxygen to sulfur content in the melt 5-7 wt. %, and in the second stage they are purged with a gas-oxygen mixture with an oxygen content providing 10-21 vol. % oxygen in the reaction products of this mixture.

2. The method according to p. 1, characterized in that the melt is blown in the second stage with the simultaneous introduction of iron-free calcium-containing slag on the surface of the melt.

3. The method according to p. 2, characterized in that the melt is purged with the introduction of a gas-oxygen mixture directly into the sulfide melt.