Способ снижения содержания цветного металла в шлаке при получении цветного металла в печи взвешенной плавки

1 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу, посредством которого уменьшают содержание цветного металла в шлаке, полученном при выплавке цветных металлов, таких как медь или никель, в печи взвешенной плавки, посредством подачи в эту печь металлургического кокса, крупность частиц которого составляет 1-25 мм. Целесообразно разместить перегородки,проходящие сверху вниз от свода печи, за счет которых предотвращается перемещение небольших частиц, содержащих медь или никель,к задней стороне печи и их вывод вместе со шлаком. Наличие этих перегородок приводит к осаждению малых частиц в зоне печи, предназначенной для восстановления шлака. Уровень техники Известно, что шлак с низким содержанием меди может быть получен в печи взвешенной плавки, когда используют в определенном количестве кокс или другое углеродсодержащее вещество для восстановления шлака, восстановления растворенного в нем куприта, и, в особенности, магнетита, который увеличивает вязкость шлака и замедляет процесс сепарации содержащихся в шлаке частиц расплавленного штейна, происходящий за счет их осаждения. В патенте США 5662370 описан способ,сущность которого заключается в том, что содержание углерода в углеродсодержащем материале, который следует подавать в реакционную шахту, составляет, по меньшей мере, 80% и в том, что, по меньшей мере, 65% частиц этого материала имеют крупность менее 100 мкм и, по меньшей мере, 25% частиц - крупность от 44 до 100 мкм. Размер частиц выбирают предварительно, поскольку согласно указанному патенту уменьшение содержания магнетита с помощью необожженного кокса происходит под воздействием двух механизмов, и размер частиц является решающим фактором по отношению к указанным механизмам. Если крупность грубого коксового порошка составляет примерно 100 мкм или более, крупность частиц необожженной его части также велика, и по этой причине кокс остается в поверхностном слое шлака и скорость реакции низкая. Когда же частицы имеют меньшие размеры, порошковый кокс проникает в шлак и вступает в непосредственный контакт с магнетитом, содержание которого необходимо уменьшить, что приводит к увеличению скорости реакции. В опубликованной заявке Японии 58221241 описан способ, согласно которому в реакционную шахту печи для плавки во взвешенном состоянии через горелку концентрата подают коксовую мелочь или коксовую мелочь вместе с пылевидным углем. Кокс подают в печь так, чтобы вся поверхность расплава в нижней секции печи была равномерно покрыта необожженным коксовым порошком. Согласно 2 указанной заявке степень снижения содержания магнетита уменьшается, когда размер зерен соответствует ультратонкому измельчению, поэтому размер используемых зерен предпочтительно составляет от 44 мкм до 1 мм. В патенте Японии 90-24898 описан способ, в соответствии с которым в печь взвешенной плавки подают пылевидный кокс или кокс с размерами частиц менее 40 мкм вместо нефти,используемой лишь как добавочное топливо,чтобы поддержать требуемую температуру в печи. В заявке Японии 9-316562 используют, по существу, тот же способ, что и в вышеупомянутом патенте США 5662370. Отличие от способа по указанному патенту США заключается в том, что углеродсодержащее вещество подают в нижнюю часть реакционной шахты печи взвешенной плавки для того, чтобы предотвратить сгорание углеродсодержащего вещества прежде, чем оно вступит в контакт со шлаком и магнетитом, содержание которого в шлаке необходимо снизить. Размеры частиц углеродсодержащего вещества, по существу, настолько малы, что эти частицы отделяются от газового потока и осаждаются на поверхности шлаковой фазы лишь в задней части печи, причем процесс осаждения протекает очень медленно именно благодаря малым размерам частиц. Поскольку шлак выпускают, в основном, с задней или с боковых сторон печи, эти частицы вещества не успевают осаждаться через шлаковую фазу и переносятся, не осадившись, вместе с выходящим из печи шлаком, дополнительно увеличивая содержание меди в шлаке. Для некоторых из описанных выше способов указанные малые размеры частиц кокса являются одним из недостатков, в частности, для способов, при осуществлении которых малые частицы вообще не осаждаются из газовой фазы, а вместе с газовой фазой переносятся к аптейку (вертикальному газоотводящему каналу) и далее к котлу-утилизатору тепла в качестве восстанавливающего вещества. В котле эти частицы кокса вступают в реакцию и производят в результате ненужную тепловую энергию, причем в таком месте, где это не является необходимым, что может даже ограничивать общую производительность технологического процесса, поскольку уменьшается производительность котла-утилизатора. В печи взвешенной плавки не только пылевидное вещество, такое как частицы закиси меди, перемещается вместе с газовой фазой к задней части печи и к аптейку, но перемещаются, кроме того, и частицы медного штейна. Когда эти маленькие частицы отделяются в задней части печи от газового потока и осаждаются на поверхности шлаковой фазы, процесс осаждения протекает очень медленно именно благодаря малым размерам частиц. Поскольку шлак выпускают, главным образом, с задней или бо 3 ковой сторон печи, эти частицы не успевают затем осаждаться через шлаковую фазу и переносятся вместо этого со шлаком, выходящим из печи, дополнительно увеличивая содержание меди в шлаке. Сущность изобретения Для того чтобы решить описанные проблемы, был разработан способ, позволяющий преодолеть отмеченные недостатки известных способов. Целью нового разработанного способа является снижение содержания цветного металла в шлаке, образующемся при получении цветных металлов, таких как медь или никель, в печах взвешенной плавки с тем, чтобы полученный шлак был отходом производства, не требующим дальнейшей обработки (отвальным шлаком). Согласно предложенному способу для восстановления шлака используют металлургический кокс с крупностью частиц 1-25 мм, при этом основная часть этого кокса, который необходимо подавать через реакционную шахту,отделяется в нижней секции печи взвешенной плавки (в отстойной ванне) от газовой фазы и осаждается на поверхности шлаковой фазы,причем восстановление шлака согласно данному изобретению производится в области, где большая часть продукта, полученного в виде штейна, и шлак отделяются друг от друга. Существенные признаки настоящего изобретения будут раскрыты в приложенной формуле изобретения. В соответствии с предложенным способом предпочтительно использовать металлургический кокс, поскольку в нем содержится малое количество летучих веществ. Следовательно,большая часть восстанавливающего потенциала рассматриваемых исходных веществ может быть использована для восстановления шлака без получения излишка дополнительной тепловой энергии, выделяющейся при сгорании летучих компонент в восстанавливающем веществе. В то же время количество связывающих кислород реакций, которые происходят в коксе в реакционной шахте, снижается, что позволяет лучше контролировать качество получаемого штейна. Традиционно такой контроль достигался путем регулирования в данном технологическом процессе коэффициента избытка воздуха(количество кислорода/количество концентрата,N м 3/т). В способе согласно настоящему изобретению используемый металлургический кокс состоит из частиц определенного размера, таких,что большая часть кокса, который необходимо подать через реакционную шахту, отделяется от газовой фазы в нижней печи указанной печи взвешенной плавки и осаждается на поверхности шлаковой фазы, где и происходит восстановление шлака на определенном участке печи,на котором, кроме того, от газовой фазы отделяются штейн и шлак, представляющие собой основную часть получаемых продуктов. Вос 003005 4 становление шлака происходит в зоне, оптимальной с точки зрения экономии тепла: тепло,необходимое для восстановления шлака, поступает за счет теплосодержания продуктов, выгружаемых из реакционной шахты, подвода какого-либо количества дополнительной энергии для осуществления процесса восстановления не требуется. Крупность металлургического кокса предпочтительно составляет от 1 до 25 мм. Большие размеры частиц кокса имеют такую малую удельную поверхность (отношение поверхности к объему), что они не будут эффективно реагировать со шлаком. Если же используют частицы меньшие, чем 1-25 мм, кокс будет активно реагировать уже в реакционной шахте и, кроме того, частицы кокса будут перемещаться вместе с газовой фазой к аптейку и поэтому их необходимое контактирование со шлаком и, следовательно, эффективность восстановления будут недостаточными. Когда тонкодисперсный кокс вместе с газовой фазой перемещается к аптейку и/или к котлу-утилизатору, он выделяет тепловую энергию на той стадии, когда это не является необходимым, и, следовательно, в этом случае снижается производительность котла. Подача кокса контролируется таким образом, что значительное его количество не накапливается в печи, самое большее лишь в виде слоя в несколько сантиметров, и весь кокс расходуется в реакциях процесса восстановления шлака. В способе согласно предложенному изобретению, кроме того, осаждение пылевидного вещества штейна на поверхности шлаковой фазы создает еще в некоторой степени ту же проблему, что была описана выше: мелкие частицы,содержащие медь или никель, не способны осаждаться через шлаковую фазу и остаются в ней,тем самым увеличивая содержание меди или никеля в отводимым из печи шлаке. Эта проблема в предложенном способе предпочтительно решается за счет размещения перегородок,идущих от свода нижней секции печи взвешенной плавки. Они будут препятствовать перемещению мелких дисперсных частиц вместе с газовой фазой по направлению к задней части нижней секции печи, к месту вблизи выпускных отверстий. Перегородки проходят от печного свода сверху вниз так, что они или входят в слой расплавленного шлака (своей нижней частью) или достигают местоположения вблизи поверхности шлака. Перегородки предпочтительно выполнены из медных водоохлаждаемых элементов, которые снаружи покрыты огнеупорным материалом, например, кирпичом или огнеупорными массами. Благодаря перегородкам материал, содержащий, главным образом, мелкие зернистые частицы меди или никеля, вынужден осаждаться в зоне восстановления шлака. В результате шлак в зоне его выпуска больше не содержит веществ, состоящих из частиц цветного металла, 5 которые бы медленно осаждались и увеличивали содержание меди в шлаке. Шлак, который отводят из выпускного отверстия, имеет более низкое содержание меди или никеля, чем в случае работы печи без восстановления шлака с помощью кокса и без использования перегородок. Перечень чертежей Конструктивное выполнение печи, используемой при осуществлении настоящего изобретения, отображено на приложенных чертежах. На фиг. 1 показано поперечное сечение печи взвешенной плавки; фиг. 2 иллюстрирует влияние количества вводимого в печь кокса на конечные продукты,отводимые из печи взвешенной плавки. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Печь взвешенной плавки 1, показанная на фиг. 1, состоит из реакционной шахты 2, нижней секции 3 и аптейка 4. Металлургический кокс подают через горелку концентрата 5, размещенную на своде реакционной камеры 2, в печь вместе с концентратами меди, флюсом и кислородсодержащим газом. В реакционной шахте поступившие исходные вещества реагируют друг с другом, за исключением кокса, и образуют на днище нижней секции печи слой штейна 6, поверх которого располагается слой шлака 7. Реакции, проходящие в реакционной шахте между металлургическим коксом и другими поступающими в нее веществами, замедляются благодаря выбраннымразмерам частиц материала, и кокс в виде слоя 8 осаждается поверх шлакового слоя, в котором и происходят реакции, необходимые для осуществления процесса восстановления. На своде нижней секции печи 9 установлены одна или несколько перегородок 10 А и 10 В,которые свешиваются вниз со свода и/или входят в слой расплавленного шлака 7 (10 В) или же немного не доходят до его поверхности (10 А). Кроме того, из чертежа можно видеть, что перегородки предпочтительно установлены или перед аптейком 4, или же за ним, причем перед отверстием для выпуска шлака. Газы, выделяющиеся за счет реакций в реакционной шахте,удаляются через аптейк 4 и направляются в котел-утилизатор 11. Шлак и медный штейн, находящиеся в нижней секции, выводят через выпускные отверстия 12 и 13, имеющиеся в задней части нижней камеры. Пример. Эффект ввода металлургического кокса был продемонстрирован в малоразмерной печи для плавки во взвешенном состоянии (MFSF) путем подачи в печь определенной дозы концентрата, составляющей 100-150 кг/ч. Состав концентрата включал в среднем 25,7% Сu,29,4% Fe и 33,9% S наряду с конвертерным шлаком и необходимым кремнеземистым флюсом. Количество поданных флюса и конвертер 003005 6 ного шлака составляло до 26-33% от количества концентрата. Содержание меди в полученном штейне составило 63-76%. В проведенных испытаниях, где подаваемая шихта, кроме того,включала и кокс, загрузка кокса была равной 26 кг/ч или от 1,0 до 3,1% от подачи концентрата. Использовался кокс 80%Сfiх с зольностью 16,3% и с количеством летучих 3,3%. В опытах были использованы две различных фракции кокса и их смеси, а именно, фракции с размерами частиц 1-3 мм и 3-8 мм. Каждый из опытов продолжался от 3 до 5 ч, после чего целевой продукт отводился из печи. В некоторых из проведенных опытов восстанавливающий кокс в целях сравнения вообще не использовался. Результаты проведенных опытов представлены на фиг. 2, которая отображает содержание меди, оставшейся в шлаке(в процентах от общей подачи меди), в зависимости от процентного содержания меди в медном штейне. График на фиг. 2 свидетельствует о том, что даже малая добавка кокса приводит к значительному улучшению с точки зрения содержания меди в шлаке в упомянутой плавильной печи: при загрузке менее 3 кг/ч кокса в шлаке оставалось около 77,5% меди, по сравнению с опытами без использования кокса. Когда же использовали большие количества кокса,количество меди в шлаке составило лишь 54,7% по сравнению с экспериментами без подачи кокса. Следовательно, эффективность предложенного способа очевидна. Лучшие результаты по восстановлению шлака были достигнуты при использовании более грубой фракции, чем в случае только одной более мелкой, где до третьей части кокса прореагировало уже в реакционной шахте печи взвешенной плавки, и эффективное восстановление шлака не достигалось. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ снижения содержания цветного металла в шлаке, образующемся при выплавке цветного металла в печи взвешенной плавки, за счет подачи в печь, с целью снижения содержания цветного металла в шлаке, металлургического кокса в дополнение к подаче концентрата,кислородсодержащего газа и флюса, отличающийся тем, что кокс, загружаемый в печь, представляет собой металлургический кокс с крупностью частиц 1-25 мм. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кокс подают через горелку концентрата. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемещение маленьких частиц, содержащих цветной металл, по направлению к задней части печи и вместе со шлаком из печи предотвращается за счет размещения внутри печи перегородок, проходящих от свода сверху вниз. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что перегородки (10) проходят внутрь ванны с расплавленным шлаком (7). 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что перегородки (10) достигают местоположения вблизи поверхности слоя шлака (7). 6. Способ по п.3, отличающийся тем, что перегородки (10) изготовлены из водоохлаждаемых элементов, которые снаружи покрыты огнеупорным материалом. 8 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что цветным металлом является медь. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что цветным металлом является никель.