Способ извлечения металлов из жидких шлаков

(51) 22 7/04 (2006.01) 22 5/18 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Достигаемым техническим результатом является повышение извлечения металлов из жидких шлаков,содержащих железо и цветные металлы. Способ включает восстановление шлака углеродистым восстановителем путем пропускания шлака через коксовый слой,разогреваемый постоянным электрическим током, отличающийся тем, что восстановление проводят при температуре 15001550 С в коксовом фильтре с погружением одного графитового электрода в донную металлизированную фазу, а другого в шлак на глубину 0,4-0,6 шлакового расплава при соотношении диаметра электродов, высоты слоя восстановителя и шлакового расплава, равном 1(0,1-2,0)(0,4-1,0).(72) Квятковский Сергей Аркадьевич Кожахметов Султанбек Мырзахметович Соколовская Людмила Вячеславовна Сатанов Архат Саинович Шамгунов Амантай Супьянович(73) Акционерное общество Центр наук о земле,металлургии и обогащения(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ ЖИДКИХ ШЛАКОВ(57) Изобретение относится к цветной металлургии,в частности, к способам обеднения медьсодержащих шлаков плавки на штейн, полученных в пирометаллургическом производстве тяжелых цветных металлов. 19924 Изобретение относится к цветной металлургии, в частности, к способам обеднения медьсодержащих шлаков плавки на штейн, полученных в пирометаллургическом производстве тяжелых цветных металлов. Известен способ переработки шлаков медного производства путем плавки в электродуговой печи с подачей на шлаковый расплав слоя углеродсодержащего восстановителя, отличающийся тем,что, с целью повышения извлечения цветных металлов и железа, процесс ведут с погружением электродов в слой углеродсодержащего восстановителя на его высоту при соотношении диаметра электродов, высоты слоев восстановителя и шлакового расплава, равном 1 (0,1-1,0)(0,3-1,5).1463782 А 1, (Кл, С 22 В 7/04, 07.03.1989). Недостатком способа является недостаточно полная селекция извлекаемых металлов, вследствие того, что часть металлов в виде мелких капель не успевает оседать из-за вязкости шлака и теряется в шлаке в виде механических потерь, извлечение составляет,5865,455,558. По этому способу расход необходимой электроэнергии для поддержания в жидкотекучем состоянии сплава с содержанием углерода 0,5,имеющего температуру кристаллизации выше 1500 С, высокий. При данном содержании углерода 0,5, скорость восстановления металлов из шлаков не высока, следовательно и производительность процесса низкая. Известен также способ переработки сульфидных медных и медно-цинковых концентратов, включающий плавку Ванюкова с получением штейна и шлака в окислительно-плавильной зоне и обработку шлака в восстановительной зоне, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь цветных металлов со шлаком и получения шлака, пригодного для производства строительных материалов, плавку ведут с загрузкой известняка при соотношении (12) 1 к кремнезему в полученной шихте, а обработку шлака осуществляют при подаче кокса с заглублением в расплав на величину, равную 0,3-0,6 глубины шлаковой ванны (Патент РК 1251, кл. С 22 В 15/00, 1994). Недостатками данного способа являются высокие потери извлекаемых металлов со шлаками,недостаточно полное извлечение металлов С, , в металлизированный сплав, высокий расход кокса и высокая энергоемкость процесса. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ извлечения металлов из жидких шлаков, содержащих железо и цветные металлы, включающий восстановление шлака углеродистым восстановителем путем пропускания шлака через коксовый слой,разогреваемый электрическим током,отличающийся тем, что, извлечение металлов проводят в две стадии, причем на первой стадии процесс проводят при температуре 1300-1450 С с получением металлизированного сплава на основе цветных металлов, возгонов и обедненного шлака,который направляют на вторую стадию восстановления при температуре 1450-1800 С с 2 получением металлизированного сплава на основе железа (чугуна), возгонов и оборотного шлака(Предпатент РК 13679, кл. С 22 В 7/04,14.11.2003). Недостатками данного способа являются высокие потери извлекаемых металлов С, ,со шлаками, большая энергоемкость процесса и низкое извлечение металлов,80 С 8783 в металлизированную фазу, высокий расход электроэнергии, связанный с проведением процесса восстановления в две стадии, повышенный расход кокса, невысокая производительность. Достигаемым техническим результатом предлагаемого способа является повышение извлечения металлов из жидких шлаков, содержащих железо и цветные металлы. Этот результат обеспечивается в предложенном способе извлечения металлов из жидких шлаков,содержащих цветные металлы и железо, включающем восстановление шлака углеродистым восстановителем путем пропускания шлака через коксовый слой,разогреваемый постоянным электрическим током, отличающийся тем, что восстановление проводят при температуре 15001550 С в коксовом фильтре с погружением одного графитового электрода в донную металлизированную фазу, а другого в шлак на глубину 0,4-0,6 шлакового расплава при соотношении диаметра электродов, высоты слоя восстановителя и шлакового расплава, равном 1(0,1-2,0)(0,4-1,0). В процессе электролиза легирующие металлы С, ,восстанавливаются и приобретают направленное движение, концентрируясь на катоде в порядке их электроположительности. Переход этих металлов в металлизированную фазу резко изменяет механические свойства металла. Частицы нелетучих компонентов шлака перемещаются под действием сил тяжести и электрокапиллярных сил в сторону катода с увеличением разности потенциалов, скорость движения легирующих металлов увеличивается и их направление зависит от заряда частиц, градиента электрического потенциала,состава шлака, самой частицы, окислительного потенциала газовой фазы и может изменяться на прямо противоположное. Вследствие поляризации и направленного движения легирующих металлов, с их концентрацией на катоде, увеличивается степень извлечения С, , из шлака. В предлагаемом способе кроме восстановления металлов и их осаждения, создаются дополнительные условия для наиболее полного извлечения С, ,из шлака, путем придания им направленного движения к катоду. Наличие жидкого подового электрода позволяет управлять толщиной подовой настыли путем регулирования заглубления верхних электродов в шлак и таким образом создать уплотняющую защитную настыль и исключить избыточное настылеоброзование на подине. В процессе электролиза цветные металлы и железо восстанавливаются из шлака электрохимическим путем на катоде в порядке их электроположительности. 19924 Электрохимические, энергетические и гидродинамические процессы, протекающие у электродов разной полярности и несимметрично заглубленных в расплав, существенно различны. В связи с этим периодическое изменение полярности электродов одновременно с изменением взаимного заглубления их в расплав, при которых сохраняется заданная рациональная полярность донной фазы и верхних электродов, погруженных в шлак, может способствовать повышению техникоэкономических показателей процесса обеднению отвальных шлаков по ценным металлам и снижению расхода электродов. Постоянный ток при прохождении последовательно через анод, расплав и катод вызывает осаждение С, ,на катоде. С повышением плотности тока из-за чрезмерного обеднения двойного электрического слоя по меди,начинает выделяться С, , . Крупные и мелкие частицы С, ,могут механически увлекаться на поверхность катода или в непосредственную близость к катоду. Эти частицы являются дополнительным центром кристаллизации С, ,. Одновременно с медью на катоде могут разряжаться все более электроположительные металлы, а также более электроотрицательные металлы, если их концентрация в растворе будет слишком велика. К этим металлам, имеющим потенциал выделения, близкий к меди, относятся ,. Полученные результаты данного способа подтверждают перспективность развития электротермических технологий в металлургии тяжелых цветных металлов в направлении интенсификации электрошлаковых процессов, повышения извлечения ценных металлов за счет поляризации донной фазы, существенного улучшения экологической обстановки. Предлагаемый способ позволяет также за счет несимметрии нагрева создавать неограниченное количество зон различного технологического назначения (плавления, восстановления, отстоя и.т.п.) и значительно расширяет диапазон применения печи постоянного тока. К преимуществам способа относятся- получение отвальных шлаков по цветным металлам, цинк и свинец в основном переходят в возгоны- использование для различного технологического назначения- регулирование и исключение настылеобразования на подине- уменьшение удельного расхода электроэнергии. При переработке шлака медеплавильного производства, в полупромышленной печи по сравнению работой на переменном токе схема печи позволила полностью ликвидировать избыточную подовую настыль, уменьшить потери с отвальным шлакомС - в 1,5 раза, Р - 1,8 раза,- 2,0 раза,- 1,3 раза,- 2 раза производительность печи по шлаку увеличить в 2 раза. Пример 1 Проведены опыты по восстановлению шлака ПВ углеродистым восстановителем при температуре 1500 С путем пропускания шлака через коксовый слой, разогреваемый постоянным электрическим током с погружением одного графитового электрода в донную металлизированную фазу, а другого в шлак на глубину 0,4 шлакового расплава при соотношении диаметра электродов, высоты слоя восстановителя и шлакового расплава, равном 1(0,1)(0,4). На дно тигля загружался кокс, а поверх его шлак. Навеска шлака в опытах 300 г, кокса-150 г, время выдержки 30 мин. ПВ исходный ,32,09 Р 1,676,37 2 29,56 С 1,64 А 2 О 3 5,44 СаО 2,141,38 34 6,90,130,013. Химический анализ состава проб чугунов и восстановленного шлака Извлечение металлов в чугун , Р 0,020,10 С 85909093. Содержание в шлаке , Р 0,0050,006 С 0,13100,0110,012. Пример 2 Проведены опыты по восстановлению шлака ПВ углеродистым восстановителем при температуре 1510 С путем пропускания шлака через коксовый слой, разогреваемый постоянным электрическим током с погружением одного графитового электрода в донную металлизированную фазу, а другого в шлак на глубину 0,5 шлакового расплава при соотношении диаметра электродов, высоты слоя восстановителя и шлакового расплава, равном 1(0,5)(0,6). На дно тигля загружался кокс, а поверх его шлак. Навеска шлака в опытах 300 г, кокса-150 г, время выдержки 30 мин. ПВ исходный ,29,801,267,15 2 32,35 С 1,04 123 6,023,252,20 34 2,90,100,01. Химический анализ состава проб чугунов и восстановленного шлака Извлечение металлов в чугун , Р 0,020,10 С 86,5929295. Содержание в шлаке , Р 0,0250,087 С 0,1180,010,011. Пример 3 Проведены опыты по восстановлению шлака ПВ углеродистым восстановителем при температуре 1520 С путем пропускания шлака через коксовый слой, разогреваемый постоянным электрическим током с погружением одного графитового электрода в донную металлизированную фазу, а другого в шлак на глубину 0,55 шлакового расплава при соотношении диаметра электродов, высоты слоя восстановителя и шлакового расплава, равном 1(1,5)(0,8). На дно тигля загружался кокс, а поверх его шлак. 3 19924 Навеска шлака в опытах 300 г, кокса-150 г, время выдержки 30 мин. ПВ-1 переточный исходный ,32,08 Р 1,605,03 2 29,74 С 2,49 А 12 О 3 2,16 СаО 3,92,59 34 4,60,140,013. Химический анализ состава проб чугунов и восстановленного шлака Извлечение металлов в чугун , Р 0,020,10 С 8893,79596,3. Содержание в шлаке , Р 0,040,064 С 0,1160,010,012. Пример 4 Проведены опыты по восстановлению шлака ПВ углеродистым восстановителем при температуре 1550 С путем пропускания шлака через коксовый слой, разогреваемый постоянным электрическим током с погружением одного графитового электрода в донную металлизированную фазу, а другого в шлак на глубину 0,6 шлакового расплава при соотношении диаметра электродов, высоты слоя восстановителя и шлакового расплава, равном 1(2,0)(1,0). На дно тигля загружался кокс, а поверх его шлак. Навеска шлака в опытах 300 г, кокса-150 г, время выдержки 30 мин. ПВ исходный ,31,28 Р 1,617,40 2 30,86 С 0,9 А 12 О 3 4,28 СаО 2,071,32 34 4,70,130,012. Химический анализ состава проб чугунов и восстановленного шлака Извлечение металлов в чугун , Р 0,020,010 С 89,793,896,498,3. Содержание в шлаке , Р 0,0250,041 С 0,1060,010,011. В процессе плавки свинец интенсивно испаряется из шлака ПВ. В чугуне он содержится в количестве 0,01, в восстановленном шлаке 0,025. Полученные результаты данного способа подтверждают перспективность развития электротермических технологий в металлургии тяжелых цветных металлов в направлении интенсификации переработки шлаков электротермическими способами, повышения извлечения ценных металлов за счет поляризации донной фазы, существенного улучшения экологической обстановки. Таким образом, по предлагаемому способу, по сравнению с прототипом получен сплав с высоким извлечением железа и цветных металлов. В предлагаемом способе кроме восстановления металлов и их осаждения, создаются дополнительные условия для наиболее полного извлечения цветных металлов из шлака, путем придания им направленного движения к катоду по сравнению с восстановлением шлаков без процесса поляризации донной фазы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ извлечения металлов из жидких шлаков,содержащих железо и цветные металлы, включающий восстановление шлака углеродистым восстановителем путем пропускания шлака через коксовый слой, разогреваемый постоянным электрическим током, отличающийся тем, что восстановление проводят при температуре 15001550 С в коксовом фильтре с погружением одного графитового электрода в донную металлизированную фазу, а другого в шлак на глубину 0.40,6 шлакового расплава при соотношении диаметра электродов, высоты слоя восстановителя и шлакового расплава, равном 1(0,1-2,0) (0,4-1,0).