60.Конвертирование никелевого штейна

Процесс конвертирования штейнов медной и никелевой

промышленности, заключающийся в продувке расплавов воздухом с

целью окисления и ошлакования сульфида железа, характеризуется

избытком тепла, выделяющегося в конвертере. За счет избыточного тепла

температура расплава в первом периоде продувки медных штейнов

возрастает со скоростью 2-4 град/мин, а при конвертировании никелевых

или медно-никелевых штейнов на начальном этапе окисления железа и

ошлакования магнетита со скоростью до 6-8 град/мин. По традиционной

технологии конвертирования для предупреждения излишнего перегрева в

конвертер загружают холодные материалы в виде твердых оборотов.

Таким образом, с точки зрения теплового баланса имеются объективные

предпосылки для непосредственной переработки сульфидных

концентратов в конвертере, минуя стадию предварительной

концентрационной плавки на штейн.63

Переработка концентратов в горизонтальных конвертерах

периодического действия

Процесс плавки концентратов в конвертере на дутье, обогащенном

кислородом, впервые был внедрен на заводе "Хитати" (Япония) и позже на

других медеплавильных заводах. Плавка медных концентратов в

горизонтальных конвертерах применялась на заводах: Балхашском и

Жезказганском (Казахстан), Красноуральском (Россия) и Алмалыкском

(Узбекистан). Сульфидные медные концентраты загружаются в первом

периоде вместе с кварцевым флюсом. Так как при конвертировании

медных штейнов в первом периоде происходит окисление и ошлакование

сульфида железа, то с точки зрения сокращения расхода флюсов и выхода

оборотных конвертерных шлаков желательно в конвертер загружать

маложелезистые концентраты с повышенным содержанием кремнезема.

Важную роль при использовании конвертера в качестве плавильного

агрегата имеют вопросы контроля и регулирования температуры,

обогащения дутья кислородом, организации способа подачи шихты в

расплав. На зарубежных заводах для регистрации температур расплава в

конвертере используют оптические и радиационные пирометры.

При конвертировании медных штейнов поддерживают следующий

режим:

-температура штейна, заливаемого в конвертер 1323-1423 К;

-температура расплава в первой стадии 1503-1523 К;

-температура черновой меди из конвертера 1423-1473 К;

-температура конвертера при простоях не менее 1273 К для

предупреждения разрушения кладки за счет перепадов температур.

Поддержание оптимального температурного режима конвертера

позволяет использовать максимально избыточное тепло для плавления

дополнительного количества сырья, а также увеличивает срок службы

огнеупорной кладки.Обогащение дутья кислородом интенсифицирует

процесс окисления сульфидов, повышает удельное тепловыделение, а

следовательно, сокращает потери тепла в окружающую среду и с

отходящими газами за счет сокращения балластного азота. Обогащение

дутья кислородом от 21 до 25% позволяет увеличить количество

проплавляемого концентрата в 2-3 раза. Расчетные величины хорошо

согласуются с практикой конвертирования штейнов с переработкой

концентратов в первом периоде. На Алмалыкском медеплавильном заводе

при содержании в штейне 35% меди на воздушном дутье перерабатывали

до 480 кг концентрата на 1 т штейна. Загрузка концентратов и шихт в

конвертера может проводиться после предварительной грануляции через

вертикальные трубы и горловину конвертера.

Предварительная грануляция снижает пылевынос из конвертера. На

Балхашском медеплавильном заводе для загрузки флотоконцентрата в

расплав конвертера используют камерные насосы и шихта потоком64

сжатого воздуха вдувается в расплав. На зарубежных заводах концентраты

влажностью около 5% загружают в конвертер без предварительного

окускования по вертикальной загрузочной трубе, установленной около

торцевой стенки конвертера.

Плавка концентратов в конвертерах непрерывного действия

Переработку концентратов совместно со штейном можно проводить

как в горизонтальных, так и в вертикальных конвертерах различных

конструкций. Значительное внимание уделяется внедрению в

производство конвертеров непрерывного действия, что улучшает тепловой

баланс, стабилизирует температуру расплава и состав газов, направляемых

на сернокислотное производство.

На заводе "Чукикамата" (Чили) смонтирован конвертер

непрерывного действия с выпуском шлака и белого матта через шпуровые

отверстия в торцевых стенках. Для поддержания теплового баланса

совмещенного процесса конвертирования-плавки в твердую шихту

примешивают уголь (5,7% от массы шихты) крупностью - 8 мм. Два

конвертера аналогичной конструкции (рис.1) установлены на заводе

"Калетонес". Конвертеры с размерами 3,96 х17 м отличаются

расположением горловины у левого торца.

Рис.1 Конвертер непрерывного действия

Шлак выпускается со стороны горловины и белый матт из шпура в

правой торцевой стене. Жидкий штейн заливается через горловину, а

концентрат и флюсы подают через дополнительное отверстие в своде у

правого торца с помощью пушки Гарриса. В этих конвертерах за сутки

перерабатывают 635 т штейна, 655 т концентрата и 123 т флюсов с

получением 721 т белого штейна, 542 т шлака и 13 т пыли. Использование

конвертера непрерывного действия позволило сократить потери тепла в

период простоев. Обогащение дутья кислородом до 25% привело к

увеличению загрузки концентрата с 460 до 800 кг/т штейна и в настоящее

время при содержании в дутье 29% O2 перерабатывается 1030 кг

концентрата на 1 т штейна. Скорость подачи дутья в расплав составляет

550 м

3

/мин при содержании кислорода до 30%, время использования

конвертера под дутьем до 92% времени его работы при65

продолжительности кампании 211суток. Содержание сернистого

ангидрида в газах 10-12% и пылевынос менее 2%. Общее извлечение меди

при работе по схеме отражательная плавка сырой шихты- переработка

штейна и концентрата в конвертере непрерывного действия-

конвертирование белого матта в стандартном конвертере составляет

97,5%, что существенно выше извлечения по традиционной технологии.

По новой технологии сокращается расход топлива и пылевынос,

увеличивается производительность завода. Состав сырья и продуктов

плавки на заводе "Калетонес" приведен в таблице 1.

Таблица 1

Состав сырья и продуктов переработки в конвертерах непрерывного

действия завода Калетонес

Сырье и продукты Содержание элементов и соединений, %

плавки Cu Fe S SiO2 Al2O3 Fe3O4

Штейн 48,0 23,6 25,0 - - 4,8

Концентрат 39,0 19,5 31,4 4,5 2,4 -

Флюс 0,1 1,7 - 86,0 5,0 -

Белый матт 74,0 3,5 21,5 - - 1,0

Шлак 3,7 46,7 1,2 24,9 4,0 23,0

Пыль 43,4 16,8 17,9 4,7 2,8 7,4

Плавка концентратов во вращающемся конвертере TBRC

В практике зарубежной цветной металлургии в последние

десятилетия получил распространение процесс TBRC- плавка во

вращающемся наклонном конвертере Калдо с верхней продувкой.

Название Калдо происходит от первых слогов фирмы "Во Коlling" и

завода "Ct Domuarvet". Наклон печи составляет 28 град. и скорость

вращения до 30 об/мин.

По литературным данным производительность конвертера Калдо по

черновому никелю составляет 275 т/сутки и при переработке медного

сырья достигается рекордная среди автогенных процессов удельная

производительность на единицу полезного объема агрегата - 16 т/м3

в

сутки. Это объясняется хорошим перемешиванием расплава как за счет

барботирования дутьем, так и вращением конвертера.Для переработки

никельсодержащих материалов процесс TBRC применяют на заводе

"Коппер-Клифф"(Канада) с 1975 г. В состав шихты никелевой плавки

входят концентраты, штейны, металлические промпродукты, остатки от

рафинирования, пыль и др. Схема конвертера в процессе TBRC приведена

на рис.2. Измельченные, предварительно высушенные материалы

(концентраты, штейн, пыли) загружают по внутренней трубке фурм66

реактора, а по кольцевому пространству подают обогащенный кислородом

воздух. Шихта на основе концентрата и флюса после предварительной

подсушки может подвергаться брикетированию с добавлением связующего

вещества. Кусковые материалы (флюсы, вторичное сырье) загружают

через горловину конвертера.

Рис 2.Вращающийся конвертер Калдо в процессе TBRC:

1 - летка в положении пробуривания; 2 - летка при выпуске; 3 - ролик

вращения; 4 - ролик радиального поворота; 5 - кольцо; 6 - пластины;

7 - регулятор поворота; 8 - трубка подачи концентрата; 9 - кислородно-

топливная горелка

При плавке сульфидных материалов, регулируя содержание

кислорода в дутье, добиваются автогенности процесса, а для плавки

несульфидных материалов конвертер снабжен кислородно-топливной

горелкой.На заводе "Роншер"(Швеция) в агрегате TBRC перерабатывают

халькопиритовые концентраты с влажностью около 0,3% состава, %: 22,2

Cu; 26,7 Fe; 4,5 Zn; 2,3 Pb; 30,3 S; 6,4 SiO2. При плавке получают штейн

состава, %: 52 Cu; 14,8 Fe; 4,2 Zn; 3,3Pb; 22 S; 0,3 SiO2 . В получаемом

конвертерном шлаке содержится, %: 0,9 Cu; 9,4 Zn; 1,0 Pb; 32,9 Fe; 1,0 S;

31,5 SiO2. Цикл плавки длится 3 часа и дальнейшую продувку штейна до

белого матта или черновой меди проводят после скачивания шлака в этом

же реакторе или в горизонтальном конвертере. Конвертерный шлак

направляют на фьюмингование. Газы из реактора используют для

производства серной кислоты.Модифицированный фирмой "Инко"

(Канада) конвертер Калдо способен проплавлять 700-800 т/сут. шихты.

Плавку медных концентратов во вращающемся конвертере используют на

заводе "Афтон" (Канада) производительностью 28 тыс. т черновой меди в

год начиная с 1978 г. По технологии концентрат перерабатывают до

получения черновой меди в одном агрегате, а конвертерный шлак

обедняют также в конвертере Калдо. Установленный конвертер TBRC

имеет диаметр 4,27 м и высоту 6,4 м. Скорость вращения составляет 40

об/мин и производительность 300 т/сутки. Сульфидный концентрат (55%

Cu) и известь загружают в конвертер и расплавляют при подаче смеси

кислорода и природного газа. С повышением температуры расплава до

необходимой подачу топлива прекращают и расплав продувают67

кислородом.После получения белого матта и слива шлака загружают

богатые по меди (90% Cu) материалы и ведут плавку до получения

черновой меди (99% Cu). Черновую медь разливают в слитки массой по

544 кг и направляют на рафинировочный завод. При плавке в конвертере

медного сырья распределение примесей между штейном и шлаком

составляет: мышьяк и висмут на 13-16% переходят в штейн и на 4% в

шлак, цинк и свинец на 1-3% переходят в штейн и на 15-50% в шлак.На

руднике "Tennant Creek" (Австралия) агрегат TBRC применяют для

конвертирования штейнов взвешенной плавки медных руд с высоким

содержанием висмута. При конвертировании штейна (0,8% Bi и 74-80%

Cu) получают черновую медь с содержанием висмута не более

0,04%.Вместе с указанными достоинствами процесс Калдо имеет и

определенные недостатки, обусловленные тем, что это дорогостоящий и

сложный агрегат периодического действия.

Автогенная плавка сульфидного никелевого сырья в вертикальном

стационарном конвертере.

В России институтом Гипроникель разработан и внедрен на

комбинате "Североникель" в 1986 г. процесс автогенной плавки

сульфидной никелевой руды в вертикальном агрегате с верхним

кислородным дутьем. В период испытаний использовался 15 тонный

агрегат при следующих условиях:

-подача дутья проводилась непрерывно с загрузкой руды;

-выпуск шлака осуществлялся без изменения режима дутья и

загрузки шихты;

-выпуск штейна из агрегата проводился через шпуровое

отверстие.

Агрегат для плавки - стационарный, футерован хромомагнезитовым

кирпичом. Внутренняя высота 1,9 м, диаметр горловины 300 мм и площадь

пода 0,5 м

2

. Диапазон изменения емкости агрегата по расплаву за счет

изменения высоты ванны 1,2-2,5 т.

Процесс характеризуется расходом кислорода 245-255 м

3

на 1 т

проплавляемой руды. Удельная производительность агрегата по шихте

составила 30-45 т/м3

.сут. Выход продуктов плавки определяется удельным

расходом кислорода, составом руды и количеством флюса. При

промышленных испытаниях выход штейна составил 17-22% от веса руды.

В штейне содержание суммы цветных металлов изменялось от 30 до 45%,

а в шлаке содержание кремнезема составляло 21-28% при его выходе 67-

70% от веса руды. Извлечение никеля и меди в штейн равно 80-83%,

кобальта 30-42% и серы 15-19%.

Пылевынос при плавке составляет 0,4-0,8% от веса шихты.

Проведенными испытаниями плавки сульфидных никелевых и медных

материалов в стационарных вертикальных агрегатах показано, что они

достаточно просты в управлении и надежны в эксплуатации, обладают68

высокой удельной производительностью, но требуют большой высоты

здания плавильного цеха.