Способ получения легкоиспаряющихся металлов, таких как цинк, свинец и кадмий из сульфидного сырья

Настоящее изобретение относится к способу получения цинка, кадмия, свинца и других легко испаряющихся металлов из сульфидного сырья в пирометаллургическом процессе.В пирометаллургическом производстве цинка до сих пор преобладали способы, при которых сульфидную руду или сульфидный концентрат сначала путем обжига переводили в оксидную форму, из которой затем цинк и другие Ценные металлы восстанавливали каким-либо углеродосодержащим материалом.В патенте США Не 2598745 описан способ восстановления железноцинковой руды, содержащей медь, серебро и/или золото в руднотермической электропечи при температурах ниже 1450 С с получением штейна, шлака, не содержащего заметного количества цинка, и пара металлического цинка. В соответствии с этим способом либо используют шихту, содержащую серу в виде сульфида, либо серосодержащее сырье загружают в печь в таком количестве, что в ней образуется штейн, в котором растворена по меньшей мере часть железа, а также медь, серебро и золото. Полученные пары цинка конденсируют с получением расплава металла.В патенте США Не 3094411 описан способ, в котором смесь содержащего оксид цинка сырья и измельченного угля засыпают в расплав меди или медного сплава. Расплав выдерживают при температуре около 1000 1200 С с тем, чтобы восстановить цинк, при этом получают сплав меди и цинка. Невосстанавливающийся шлак поднимается на поверхность, и его снимают. Затем сплав нагревают при атмосферном или пониженном давлении в восстановительной или инертной атмосфере с тем, чтобы большую часть цинка испарить, сконденсировать и извлечь в виде металла.Использование в известном способе для восстановления цинка тонкоизмельченного угля приводит к образованию диоксида углерода, выходящего из реактора вместе с газообразным цинком. В результате этого конденсирование цинка затруднено вследствие того, что при охлаждении он окисляет 34584 ся диоксидом углерода. Для предотвращения нежелательного процесса приходится использовать специальную закрытую камеру, футерованную углеродом - восстановителем, что также усложняет процесс.Другим недостатком известного способа является то, что он предъявляет высокие требования к содержанию цинка в расплаве,причем при низком содержании цинка процесс неэффективен. Так, при содержании цинка 15 мас. в расплаве при температуре 1200 С испаряется лишь 18 от его общего количества, а при содержании 50 мас. всего 29. Дополнительное неудобство заключается в большой длительности процесса.Более того, поскольку температура расплава в восстановительной печи при известном способе составляет всего 1000-1200 С,что недостаточно для эффективного испарения таких металлов, как цинк, свинец и кадмий, процесс приходится вести в несколько стадий, сначала восстанавливая цинк с получением его сплава с медью, затем при охлаждении, очищая сплав от шлака и после этого,испаряя сплав с медью в неокислительной атмосфере.Это сильно усложняет аппаратурное оформление процесса и требует большого расхода энергии на испарение металла.Кроме того, при этом в расплаве металла часто накапливается свинец, парциального давления которого недостаточно для его испарения при той же температуре.Поэтому для облегчения процесса испарения и более полного извлечения испарившихся металлов приходится дополнительно вводить в технологическую схему вакуумную камеру, что в значительной степени усложняет аппаратурное оформление процесса. Тем не менее этот способ обеспечивает возможность извлечения благородных металлов, которые накапливаются в системе, создавая неудобства при проведении процесса.В патенте США Не 3892559, кл.С 22 В 15/00, 01.07.75 описан процесс, при котором концентрат, руду или огарок, содержащие медь и цинк, вводят совместно с флюсом, топливом и кислородосодержащим газом в ванну с жидким шлаком. Образованный медный5 штейн отделяют от шлака в шлакоотделительной печи. Металлический цинк, летучие сульфиды металлов или серу возгоняют и затем улавливают.Поскольку процесс предназначен главнь 1 м образом для получения цинка, в нем,также как и в способе по патенту США Не 3094411, не предусмотрены устройства для разделения и конденсации испарившихся металлов и для извлечения благородных Металлов, накапливающихся в медном штейне, а также отсутствует вакуумная камера.Низкая температура процесса (1200 С) не обеспечивает эффективного испарения свинца вместе с цинком, поэтому свинец,во-первых, накапливается в системе, что создает технологические неудобства, и, во-вторь 1 х, присутствует в виде примеси в цинке,который необходимо подвергать дальнейшей очистке и отделению от других испарившихся металлов, вводя для этого дополнительные стадии, что значительно усложняет аппаратурное оформление процесса.Поскольку концентрат инжектируют совместно с кислородосодержащим газом,последний находится в избытке, что может привести к полному окислению меди, на последующее восстановление которой, для возвращения ее в цикл потребуется затратить большое количество реагентов и энергии.В соответствии с этим способом количество кислородосодержащего газа приходится ограничивать, с тем чтобы содержащаяся в ванне медь окислялась не далее, чем до С 112 З. Это вносит дополнительные аппаратурные и технологические усложнения в процесс. Кроме того, присутствие в системе кислородосодержащего газа приводит к возможности окисления в газовой фазе цинка и других испарившихся металлов, затрудняя их извлечение.В патенте США Не 3463630, кл. С 22 В 19/04, 26.08.69 описан способ, при котором цинк, свинец и/или кадмий получают путем взаимодействия сульфидов, указанных металлов и металлической меди. Сульфидную руду восстанавливают расплавом меди в плавильном агрегате, в результате чего образуется сульфидный штейн (СЦ 2 Б) и сплав восста 34586 новленного металла И меди. Штейн поступает в конвертер, где проводят его окисление кислородом или воздухом до металлической меди и диоксида серы. Медь затем возвращают в плавильную печь.Из печи металлический сплав направляют в вакуумную камеру, где легко испаряющиеся металлы выделяются из расплава медного сплава, после чего полученная медь поступает в конвертер или плавильную печь. Пары металлов конденсируют в конденсат или подвергают фракционной дистилляции,при этом цинк и кадмий конденсируют отдельно.Таким образом, способ предусматривает устройства для раздельного извлечения цветных металлов и позволяет эффективно получать Си, 211, РЬ, са и т. п. Кроме того,способ обеспечивает возможность регулирования содержания серы в сплаве и удаления ее избытка с поверхности расплава с последующим возвращением в плавильную печь. Поскольку в (качестве восстановительного агента по отношению к Си 25) используют кислород, отсутствует необходимость в добавлении углеродосодержащего восстановителя и связанные с этим неудобства.Однако, для эффективного осуществления известного процесса необходимо поддерживать в сплаве высокое содержание цинка и низкое содержание серы. Для соблюдения этих требований медь приходится подавать противотоком к исходной руде, что требует сложного оборудования для обеспечения принудительной циркуляции потоков.Кроме того, неудобство заключается в необходимости поддержания градиента температур, поскольку температура меди на входе в печь должна быть выше температуры сплава на выходе. С одной стороны, для обеспечения высокой эффективности процесса необходимо поддержание высокой температуры в конвертере (1350-1600 С), что обеспечивают вдуванием кислорода или кислородосодержащего газа. В то же время большой расход кислородосодержащего газа отрицательно сказывается на остаточном содержании цинка в меди И последующем окислении цинка, затрудняющем его извлечение.С другой стороны, рост температуры приводит К нежелательному увеличению содержания серы и снижению содержания цинка в сплаве, вызванному его испарением в плавильной печи в газообразном виде. При попытке ограничить количество цинка, растворенного в штейне, путем повышения температурь 1, количество цинка в газовой фазе также возрастает. Аналогичный эффект вызывает добавление газообразного диоксида серы из конвертера в плавильную печь или отходящих газов, образующихся при сгорании топлива. Поэтому сплав можно получить при температуре не выше 1450 С. А оптимальная температура сплава, выходящего из печи, составляет 1200 С. Этой температуры недостаточно для эффективного испарения цинка и других металлов, в связи с чем приходится вводить дополнительную операцию экстракции цинка в специальном аппарате. Для этого используют вакуумную камеру, что существенно повышает стоимость и усложняет процесс. Так как горячий расплав приходится транспортировать из печи в вакуумную камеру, требуется применение специального перекачивающего устройства, в том числе вакуумного насоса.Отрицательной характеристикой такого способа является также необходимость в очистке сплава при охлаждении его до температуры ниже 1125-1250 С, что связано с большими энергетическими затратами на последующий нагрев сплава в вакуумной камере.В заявке на патент Великобритании Не 2048309, кл.С 22 В 5/02, 10.12.80 описан способ извлечения цветных металлов из их сульфидных руд. В этом способе руду растворяют или расплавляют в жидком сульфидсодержащем расплаве, таком как медный штейн, который циркулирует в процессе экстракции металла. Затем на расплав воздействуют кислородом и окисляют, например, в конвертере, с тем чтобы, по меньшей мере,часть руды окислилась. Сульфидсодержащий расплав поглощает выделенную энергию и переносит ее к тем участкам, где протекают эндотермические реакции.быть цинк или расплав, содержащий медный сульфид, который подвергают окислению для перевода содержащегося в нем сульфида меди в медь, которая затем способна восстановить сульфидную цинковую руду непосредственно в цинк. Расплав может содержать сульфид железа, превращаемый в конвертере в оксид железа, который может восстанавливать руду сульфида цинка в цинк на следующей стадии, которая включает восстановление оксида железа в металлическое железо.Такой способ представляет собой наиболее совершенный вариант традиционного процесса получения цветных металлов из их сульфидных руд. Процесс обеспечивает непрерывное извлечение цинка, свинца и меди,а также благородных металлов из процесса,причем, поскольку процесс ведут при пониженном давлении, температура составляет 1150-1350 С.Однако отрицательной особенностью такого процесса является то, что для его эффективного осуществления необходимо введение дополнительных операций, в значительной степени усложняющих процесс.Во-первых, для ускорения протекания начальных реакций требуется тщательное измельчение руды, для чего используется специальный диспергатор, что связано с повышенным расходом энергии.Во-вторых, приходится осуществлять принудительную циркуляцию меди и руды противотоком, что требует применения специального оборудования, а также больших затрат энергии.В-третьих, для интенсификации процесса окисления и для того, чтобы обеспечить циркуляцию композиции, приходится вдувать в нее газ для создания локального снижения плотности композиции. Избыток окислителя приводит к дальнейшей необходимости очистки от образующегося шлака и к возможному окислению цинка, затрудняющему его извлечение.В-четвертых, поскольку процесс осуществляют при пониженном давлении, температура процесса находится в интервале 1150-1350 С. Энергию, необходимую для протекания в контактном аппарате или ваку 9 умной камере эндотермических реакций, получают путем осуществления циркуляции в конвертере избыточного количества сульфидного штейна, что требует сложного аппаратурного оформления процесса.В-пятых, характерной особенностью вышеописанного способа является то, что он включает использование процессов с пониженным давлением, за счет чего отгоняют легкоиспаряющиеся вещества, получая соответствующий металл или сульфид, также как и примеси. Извлекаемым металлом может быть также олово, причем в этом случае легкоиспаряющимся веществом является сульфид олова. С помощью пониженного давления обеспечивают, по меньшей мере частично, циркуляцию жидкой композиции. Такое техническое решение предполагает наличие вакуумного оборудования, значительно усложняющего процесс И повышающего его стоимость.Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка такого способа получения цветных металлов из сульфидных руд с одновременным их разделением, который был бы прост в аппаратурном оформлении, дешев, исключал возможность окисления цинка и других испаряющихся металлов, не требовал проведения принудительной механической циркуляции, а также применения вакуума.Настоящее изобретение предусматривает пирометаллургическое получение цинка, при котором цинк испаряют непосредственно из цинкового концентрата в электропечи при атмосферном давлении, при этом температура в присутствии расплава меди составляет 1450-1800 С, а цинк извлекают в виде расплава металла путем конденсации из газа, выходящего из электропечи. Предлагаемым способом извлекают также другие ценные металлы, обычно содержащиеся в концентрате, т. е. свинец, кадмий, медь, серебро,золото И ртуть. Существенные отличия изобретения очевидны из приведенной формулы изобретения. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен график зависимости отношения концентраций свинца в шлаке и штейне от концентрации меди в шла 345810 ке и на фиг. 2 представлены графики зависимости концентрации цинка в металле и штейне, а также концентрации серы в металле от температуры.Предлагаемый способ основан на уже описанной Фурне в 1883 г. способности меди более легко связывать серу по сравнению с цинком или свинцом. Кадмий, ртуть или серебро ведут себя аналогично цинку и свинцу. Сульфиды указанных металлов при повь 1 шенной температуре подвергают воздействию жидкой меди, находящейся в печи,при этом протекают следующие реакцииВосстановление цинка и других металлов осуществляют при температуре, достаточно высокой для того, чтобы легколетучие металлы испарялись из электропечи в газообразной форме. Полученный в результате фактически свободный от цинка и других легколетучих примесей медный штейн вь 1 водят из печи и направляют в конвертер, где его окисляют до металлической меди и возвращают в электропечь. Газ, содержащий преимущественно пары цинка, подвергают конденсации любым известным способом с образованием расплава металла.Вследствие высокой температуры количество цинка, растворенного в меди, мало. Однако для данного способа это несущественно, поскольку медь фактически не извлекают из печи, а используют в реакциях с восстанавливаемыми сульфидами металлов.Нижний предел температуры расплавов в электропечи определяют, исходя из требуемого выхода цинка. Как показали проведенные в лаборатории эксперименты, после того, как содержание цинка в меди, находящейся в печи, достигло точки насыщения,Извлечение в газовую фазу при 1300 С составило около 55, при 1400 С соответственно около 84 и при 1500 С - более 99. Следовательно, минимальная температура расплава, при которой достигают приемлемого выхода цинка, составляет 1400 С.