SU908867A1 - Способ дефосфорации карбонатных марганцевых концентратов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии, в частности к подготовке марганцевых концентратов к металлургическому переделу, и может быть использовано дл  выплавки марганцевых ферросплавов.

Известен электрометаллургический способ дефосфорации марганцевых концентратов , включающий восстановление фосфора из расплавленного шлака углеродом рудного расплава. Продуктами плавки  вл ютс  бесфосфористый или низкофосфористый шлак и высокофосфористый металл. Низкофосфористый шлак подшихтовывают к концентрату Г или II сорта и выплавл ют ферросплав 1 .

Существенные недостатки данного способа - дороговизна (80 руб./т), высокий удельный расход электроэнергии (900 кВт-ч/т) и большие потери марганца (15-17%).

Наиболее близок к предлагаемому способ дефосфорации марганцевых концентратов , заключающийс  в смешивании марганцевого концентрата с углеродистым восстановителем, нагреве шихты до температуры разм гчени  1150-1210° С и продувке при этой температуре через слой разм гченной

шихты в течение 8-12 мин вод ного пара при расходе воды 25-30 кг на тонну шихты и при количестве восстановител  в шихте 15-20% от веса марганцевого концентрата. Сущность способа заключаетс  в интенсификации процесса восстановлени  фосфора углеродистым восстановителем присутствием вод ного пара 2.

10

Недостаток указанного способа заключаетс  в значительном непроизводительном расходовании углеродистого восстановител , обусловленном его угаром при благопри тных дл  проте15 кани  этого процесса температурах обжига концентрата (1150-1210 С) и дополнительным расходом топлива на компенсацию охлаждени  печи за счет большого расхода вод ного пара. Ве20 дение процесса обжига при температурах разм гчени  шихты 1150-1210°С совместно с продувкой вод ным паром приводит к значительному настылеобразован ю в результате канального

25 хода вод ного пара. Снижаетс  также содержание марганца в обесфосфоренном продукте, так как содержаща с  в большом количестве вводимого в шихту углеродистого восстановител  зо30 ла полностью переходит в продукт. Это приводит к увеличению кратности шлака, повышенному расходу электроэнергии , снижению производительности электропечи и дополнительным потер м марганца с. отвальным шлаком при последующей выплавке из него ма ганцевых ферросплавов. Цель изобретени  - повышение качества марганцевых карбонатных концентратов , увеличение производитель ности обжиговых агрегатов путем сни жени  расхода дефицитного углеродис того восстановител  и улучшение тех нико-экономических показателей при выплавке марганцевых ферросплавов в электропечах. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе, включающем смешение карбонатного марганцевого кон центрата с углеродистым восстановителем , нагрев шихты и продувку вод  ным паром, концентрат смешивают с восстановителем в количестве 5-10% от веса концентрата, нагрев ведут в интервале температур 950-1050°С и дополнительно производ т продувку природным газом при соотношении при родного газа к вод ному пару (1833 );1 при расходах природного газа 3-4 м на 1 т загружаемой шихты. Повышение качества карбонатных марганцевых концентратов достигаетс  снижением содержани  фосфора за счет интенсификации процесса его во становлени  твердым углеродистым во становителем в услови х продувки смесью природного газа и вод ного пара. Интенсификаци  процесса восстановлени  фосфора происходит в ре зультате применени  более активных восстановителей (высокоактивный углерод от крекинга метана), создани  высокого восстановительного потенциала газовой фазы и окислени  восстановленного фосфора за счет во д ных паров в присутствии углерода. Восстановление фосфата-кальци  возможно окисью углерода, водородом твердым углеродом и металлом. Восстановление фосфата кальци  окисью углерода сопровождаетс  обра зованием элементарного фосфора. Рав новесные газовые фазы характеризуют с  относительно небольшими концентраци ми СО и P(j, т.е. восстановление фосфата с помощью окиси углерода не осуществл етс  с приемлемыми техническими показател ми даже при вцсоких температурах. Заметное восстановление фосфата кальци  окисью углерода отмечаетс  при температурах 1250-1300С, а водородом - начина  с 1150°С. Твердый углерод в термодинамичес ком отношении  вл етс  лучишм восст новителем, чем окись углерода и водород ., восстановление фосфата углеродом начинаетс  с температуры ни же 1050°С, С ростом температуры скорость восстановлени  возрастает, достига  при 1100°С 4,5% за час. Восстановление фосфата облегчаетс  В присутствии шлакующих примесей за счет св зывани  окиси кальци  в силикаты. Особенно успешно восстановление фосфата кальци  происходит углеводородами . Так, при 1200°С удал етс  до 90% фосфора, при этом в газовую фазу переходит практически весь водород метана, а восстановление осуществл етс  высокоактивным углеродом от крекинга метана, происход -, щего по реакции С+2Н2 при 900°С. Причем до оплавлени  фосфата (1250С) восстановление идет преимущественно углеродом, а при более высоких температурах, когда образуетс  расплав фосфатов, - водородом. В последнем случае восстановление протекает с меньшей скоростью, чем при восстано)влении металлургическю-с коксиком. Известно также, что пр мое восстановление фосфата осуществл етс  с помощью окиси углерода в две стадии CagPf Og+5CO ЗСаО+Р +ЗСОз + C+CO/i 2СО Ca P Og+SC 3CaO+PQ +5CO При этом медленным этапом  вл етс  регенераци  окиси углерода по реакции С+СО2 2СО. Скорость регенерации СО весьма чувствительна к активности угл  и увеличиваетс  с . ростом последней. Применение высоко-активного углерода от крекинга метана ускор ет регенерацию СО, т.е. медленный этап процесса, лимитирующий интенсивность всего взаимодействи  в целом. Поэтому в качестве газообразного восстановител  при обжиге карбонатных марганцевых концентратов выбирают метан, поскольку при его крекинге образуетс  высокоактивный углерод , ускор ющий процесс восстановлени  фосфата. Интенсификации процесса способствует также и присутствие в шихте кремнезема, который образует с СаО в присутствии углерода силикаты и тем самым сдвигает равновесие реакции вправо, в сторону образовани  РО. Выдел ющиес  при восстановлении фосфата пары фосфора способны при температурах более холодных частей печи (670-870 К) окисл тьс  в присутствии паров воды и твердого углерода до , что выводит один из продуктов реакции из зоны реакции, способству  повышению скорости восстановлени  фосфора. Наличие вод ных паров и взаимодействие их с углеродом, кокса по реакции +Сте, +СОгаг повы шает восстановительный потенциал пе чи. Рост температуры увеличивает скорость реакции и один объем вод ного пара быстрее превращаетс  в дв объема идеального вод ного газа. Вы сокий восстановительный потенциал печи предотвращает вторичное окисле ние образовавшегос  при восстановительном обжиге концентрата манганозита до высших окислов марганца. Снижение расхода углеродистого восстановител  обеспечиваетс  вводо в шихту значительно меньшего количе ства кокса (5-10% кокса по предлага мому способу вместо 15-20% по извес ному) и применением более низких температур, снижающих угар восстано вител . Ввод углеродистого восстановител  в количестве меньше 5% не обеспечивает рост скорости процесса восстановлени  за счет окислени  паров фос фора и вывода одного из продуктов реакции из зоны реакции. При количестве углеродистого восстановител  10% вследствие меньшего насыпного ве са коксика увеличиваетс  разобщение восстановител , фосфата и кремнезема друг относительно друга, скорость восстановлений фосфата уменьшаетс  и снижаетс  также производительность обжиговой печи вследствие меньшей загрузки ее концентратом. Большое количество восстановител  вносит в готовый обожженный продукт и большое количество золы, значительно снижа  и качество последнего. Ввод восстановител  в количестве 7,5% от веса концентрата дает высокие степени дефосфорации. Предлагаемый температурный интер вал нагрева выбран исход  из того, что при температурах меньше 900°С не происходит крекинг метана и не по вл етс  высокоактивный углерод, способствующий значительной интенсификации процесса. При температуре больше 1050°С шихта начинает разм г чатьс , что способствует неравномер ной продувке сло  шихты, возникнове нию канального хода газа и настылеобразовани  и снижению степени дефосфорации концентрата. Выбранный расход природного газа обусловлен цел ми достижени  более высокой степени восстановлени  фосфора при экономии природного газа. При малых расходах газа (меньше 3 м на 1 т загружаемой шихты) не образуетс  в достаточной степени высокоактивного углерода, способствующего интенсификации процесса восста новлени  фосфата. Большие расходы природного газа (больше 4 м) привод т к образованию значительного количества мелкодисперсного сажистого углерода, который забивает газовые тракты, способству  неритмичной работе обжиговой печи, и снижает интенсифицирующее действие кремнезема шихты на восстановление фосфата вследствие увеличени  разобщени  восстановител , кремнезема и фосфата друг относительно друга. При выборе расходов вод ного пара ориентировались на способность вод ных паров в присутствии твердого углерода окисл ть пары фосфора в более холодных част х обжиговой печи до , а также возможность охлаждени  нагретой шихты за счет большого количества вдуваемого вод ного пара. При незначительных расходах вод ного пара (меньше 0,12 м) не обеспечиваетс  достаточный отвод продукта реакции - фосфора из зоны реакции за счет окислени  его до и, кроме того, уменьшаетс  объем идеального вод ного газа, образующегос  при реакции (+CO и способствующего созданию высокого восстановительного потенциала газовой фазы, преп тствующего окислению манганозита до высших окислов марганца. Большие расходы вод ного пара (больше 0,16 м) привод т к охлаждению нагретой шихты и дл  стабилизации температурного режима требуютс  дополнительные расходы углеродистого . восстановител  и, как следствие, снижаетс  производительность печи, степень дефосфорации марганцевого концентрата и качество карбонатного концентрата . При соотношении природного газа и вод ного пара менее 18:1 скорость восстановлени  фосфора снижаетс  за счет уменьшени  количества высокоактивного углерода. При соотношении, превышающем 33:1,уменьшаетс  газопроницаемость шихты вследствие большого количества сажистого углерода. Пример. Карбонатный марганцевый концентрат состава, Мп 26,3; Р 0,214; SiOo. 11,15; СаО 12,65; AEO.OJ 2,41; п.п.п. 32,1; Р/Мп 0,00813 нагревают в трубчатой вращающейс  печи и при 1000°С продувают слой материалов природным газом и вод ным паром. Расход природного газа составл ет 3,5 м, а вод ного пара - 0,14 м на 1 т загружаемой шихты. Количество углеродистого восстановител  в шихте - 7,5% от веса концентрата. После охлаждени  обожженный продукт имеет состав % i Мп 42,44 SiOQ. 15,2; СаО 17,7; Р 0,21; ,0494. Степень дефосфорации по предлагаемому способу составл ет 39,24 %. Дл  сравнени  в .той же печи обжигают карбонатный марганцевый концентрат того же . исходного состава в смеси с восстановителем в количестве 20% от веса концентрата.

Через слой шихты при температуре разм гчени  1180°С продувают вод ной пар. Расход вод ного пара 27,5 кг на тонну шихты (39,5 м на 1 т). Полученный после обработки продукт имеет состав, %: Мп 38,8; SiOrj. 14,6; СаО 16,8°; Р 0,22; ,00567,

Степень дефосфорации составл ет 30f26%.

При 1000°С производ т обжиг карбонатного марганцевого концентрата того же исходного состава в присутствии природного газа и вод ногоо пара при расходе газа 3,5 м и вод ного пара 0,14 м на тонну загружаемой шихты. Количество углеродистого восстановител  мен ют по ступен м 2,5; 5; 7,5; 10 и 14% от веса концентрата .

При количестве восстановител  в шихте 7,5% от веса концентрата обжигают при 1000°С марганцевый концентрат ,„ Расход вод ного пара составл ет 0,14 м-- на тонну загружаемой шихты, k расход природного газа мен ют по ступен м 0,5; 1; 3; 3,5;4 и 6 м на тонну загружаемой шихты.

Количество вод ного пара, подаваемого в смеси с Природным газом при расходе последнего 3,5 м на тонну загружаемой шихты, измен етс  от 0,4 до 0,12; 0,14; 0,16; 0,5; 1,5 м на тонну шихты. Температура обжига .

В таблице приведены значени  степеней дефосфорации в зависимости от значений расхода природного газа, вод ного пара, количества углеродистого восстановител , соотношени  природного газа к вод ному пару.

Известный

. Из данных таблицы следует, что высокие значени  степеней дефосфораци|{ по предлагаемому способу достигаютс  при расходе природного таза 3-4 м и вод ного пара 0,12-0,16 м на тонну загружаемой шихты, количестве восстановител  в шихте 5-10% от веса концентрата и соотношении природного газа к вод ному пару (18-33 : 1,

На чертеже дан график зависимости степени дефосфорации карбонатного

арг анцевого концентрата от темпере туры и условий обжига концентрата. Крива  1 - обжиг концентрата по предлагаемому способу. Повышение температуры до 1100-1200С снижает степень дефосфорации концентрата, Максимальна  степень дефосфорации достигаетс  при 1050°С.

В услови х паротермической обработки шихты степень дефосфорации значительно снижаетс  (крива  2 известный способ максимальна  степень дефосфорации отмечаетс  при 1180°С, дальнейшее повышение температуры обработки не оказ1 авает вли ни  на увеличение степени дефосфорации .

Следует отметить, что содержание марганца в конечном продукте, полученном по известному способу на Згб4% ниже, чем по предлагаемому.

Предлагаемый способ дефосфорации карбонатных марганцевых руд путем продувки через слойшихты природного газа и вод ного пара обеспечивает по сравнению с известным снижение расхода дефицитного углеродисто ; го восстановител  -в 3 раза и повышение содержани  марганца в обеожженном продукте на 3,64%.

Claims (2)

1.Хитрик С,И., Гасик М.И., Кучер А.Г, Электрометаллурги  марганцевых сплавов, Киев, Техника, 1971, с. 62-64.

2.Авторское свидетельство СССР 5 514027. кл. С 22 В 1/00, 1976.