Спосіб переробки побічної свинцевої сировини

Винахід відносити до області кольорової металургії, зокрема до способів переробки побічної свинцевої сировини. За теперішнім часом основним способом переробки побічної свинцевої сировини є відновлювальна плавка її в шахтній печі. Внаслідок такої переробки свинцевої сировини одержують чорновий свинець, шлак і мідносвинцевий штейн. Загальне вилучення свинцю при шахтній плавці одержується 93-94%. До півтора відсотка свинцю із сировини переходить в мідно-свинцевий штейн, знижуючи при цьому на 1,0-1,5 відсотка загальне вилучення свинцю в товарний метал. До теперішнього часу не розроблена раціональна технологія переробки цього напівпродукту з одержанням мідного і свинцевого товарних напівпродуктів, придатних на мідних і свинцевих заводах для подальшої переробки. Метою переробки побічної свинцевої сировини є більш високе вилучення свинцю в товарний продукт. Це викликано тим, що технологія переробки свинцевої сировини шахтним методом не доскональна, не враховує специфічних властивостей і призначення застосованих флюсів і палива, зокрема вапняку, залізо складового флюсу і коксу. Наприклад, наявність в одержаному шлаку СаО, є одночасно терморегулятором температури в печі і виконує роль десульфуратора під час плавки. Доданий в процес кокс виконує одночасно роль теплоносія і реагенту, створюючого високу відновлювальну атмосферу в печі, як дуже важливі і необхідні умови роботи прийнятної технології. Найбільш близьким, по сукупності ознак до заявленого є спосіб переробки побічної свинцевої сировини (а. с. СССР №1129259, 1983г.), який включає агломеруючий випал дрібної несортової свинцевої сировини з залізним і вапняковим флюсами, шахтн у плавку кускової побічної сировини і агломерату з коксом при витратах повітря 700900нм на 1т шихти. Ша хтн у плавку проводять з висотою стовпа шихти в печі 2,5-3,5м на шлак з наявністю 20-2 % оксиду кальцію і 22-26% закису заліза. Відомий спосіб переробки свинець складових матеріалів має наступні недоліки: а) внаслідок зменшення висоти насипу з 6,2м до 2,5-3,5м зменшується час перебудування шихти в печі, отож не завершаться процеси відновлення свинець складових з'єднувань, не стануть завершуватися процеси шлакоутворення, порушаться умови проходження процесів штейноутворення, погіршаться умови розподілу металів на продукти плавки і, як підсумок - знизиться ступінь вилучення свинцю в одержаний сплав; б) нормальна робота шахтної печі при запропонованих витратах повітря і висоті насипу в печі 2,5-3,5м неможлива, тому що в печі, внаслідок надлишку повітря, буде утворюватися окислювальна атмосфера замість відновлювальної з відношенням СО:СО2=1:1; в) робота шахтної печі для шлаків з наявністю СаО до 20-22% обов'язково потребує збільшення вапнякового флюсу і збільшення витрат металургійного коксу на його розкладення і розплавлення. Такі шлаки потрібно не тільки перевести в рідкий стан, але й перегріти на 100-150°С. Збільшення вапнякового флюсу приведе до збільшення маси шлаку і, отож, до збільшення витрат свинцю з відвальними шлаками; г) зменшення висоти насипу в печі приведе до різкого зниження відновлювальної здібності шахтної печі, отже, до зниження вилучення свинцю в товарний метал. Випадки роботи шахтних печей з насипом, зниженим на 3-4м проти звичайного його рівня, і проведення форсованої плавки приведуть до одержання шлаку з підвищеним вмістом розчиненого свинцю. В основу винаходу поставлено завдання створення способу переробки побічної свинцевої сировини, в якому за рахунок зміни речовинного складу флюсуючи х добавок і режимів переробки, забезпечується підвищення ступеню витягнення свинцю з сировини, спрощення і зниження вартості технології переробки свинецьвмісних видів сировини. Для вирішення поставленого завдання в способі переробки побічної свинцевої сировини, який включає агломерацію дрібної побічної свинцевої сировини з залізним, вапняковим і силікатним флюсами, наступну шахтну плавку суміші кускової побічної сировини і свинцевого агломерату з коксом при витратах повітряного дуття 700900нм 3/м на шихту відповідно винаходу шахтн у плавку ведуть на висоті насипу ши хти в печі 6,0-6,2м на шлак, який містить 18-20% оксиду кальцію і 17-20% закису заліза. Запропонований спосіб плавки побічної свинцевої сировини для шлаків показаного вище складу при висоті насипу 6,0-6,2м не потребує додаткових конструктивних і технологічних змін процесу, але дозволяє підвищити рівень вилучення свинцю в чорновий метал, зменшити витрати тугоплавкої складової шихти, як СаО, здешевіти одержані шлаки,а також знизити і здешевити процес за рахунок зниження витрат коксу, потрібного для розплавлення зайвого СаО в ши хті. Запропонований спосіб переробки побічної свинцевої сировини був випробуваний на промисловій шахтній печі. Плавці в свинцевій шахтній печі з перерізом в області фурм 10м піддавали шихтоскладову із 40% свинцевого агломерату і 60% свинецьскладової великокускової сировини, хімічний склад яких приведено в табл.1, 2. Переробку ши хти такого складу проводили при таких те хнологічних параметрах: 1. Витрати коксу були постійними і складали 10-12% від рудної частини шихти. 2. Температура шлаку замірялась оптичним пірометром і коливалась в межах 1250-1300°С. 3. Витрати повітря в ході досліджень міняли від 600нм 3 до 1000нм 3 на переробку 1 т ши хти. 4. Висоту свинцю в печі в залежності від витрат повітря міняли від 4,5-5,0 до 6,2-6,4м. 5. Плавку шихти проводили з метою отримати шлаки з наявністю в %: 29-35 - SiО2; 19-25 - FeO; 19-22 - CaO; 13-16 - Аl2О3 . В ході досліджень контролювати кількість проплавленої шихти, ви хід шлаку і вміст в ньому свинцю. Результати досліджень представлено в табл.3. Аналіз одержаних результатів від досліджень показав, що на результати переробки побічної свинцевої сировини впливає висота свинцю в печі. Отож, при зменшенні висоти свинцю з 5,0-5,6 до 4,5-5,0м при витратах повітря 600-700нм 3/1т ши хти спостерігається нерівномірний схід ши хти в ша хті печі, спостерігається підвищення шихти в перерізі печі, наявність продувів газів, що і зумовлює підвищення температури на колоснику печі до 500550°С, що дуже небажано. Внаслідок такої роботи печі знижується її відновлювальна здібність і, як наслідок, спостерігається зменшення проплаву печі до 4,5-4,7т/м 2 за добу і, відповідно, вихід шлаку зменшується до 2225% замість оптимального його виходу в середньому 30%. Через не вистачання повітря, частина свинцю в шихті не відновлюється до металевого стану і через це шлаки одержують з вмістом свинцю 2,5-3,5% і більше при витратах повітря 600нм 3 і 2,0-3,0% при витратах повітря 700нм 3. Значно кращі результати по переробці свинцевої сировини одержують при висоті свинцю в печі 5,5-6,0м (третя серія досліджень) і 6,0-6,2м (4-а серія досліджень). В цьому випадку шахтна піч працює в оптимальному режимі - проплав досягає 55-59т/м 2 на добу (на практиці він складає 57т/м 2 на добу), вихід шлаку складає 28-30% від маси переробленої шихти. Ша хтна піч працює в цих режимах спокійно, без провисання з рівномірним розподілом відхідних газів на усьому перерізі печі і вміст свинцю в одержаних шлаках коливається від 0,9-1,5%, що оптимально для даного виду плавки. Збільшення проплаву печі до 60-61т/м 2 на добу з одночасним збільшенням свинцю в печі до 6,2-6,4м при витратах повітря 1000н/м на переробку 1т шихти погіршує техніко-економічні показники процесу, хоч вихід шлаку не значно збільшився від 28-30% до 31-32%, але надмірний кисень дуття зменшує відновлюючи здібність печі і через це спостерігається збільшення кількості свинцю в шлаках з 0,9-1,5% при витратах повітря 800-900нм 3 на 1т шихти до 1,2-1,7% при витратах повітря 1000нм 3 і висоті свинцю 6,2-6,4м спостерігається тенденція подальшого збільшення кількості свинцю в одержаному шлаку. З одержаних результатів досліджень дійшли до висновку; кращих результатів по переробці побічної свинцевої сировини досягають при умовах, якщо висота свинцю в печі 6,0-6,2м і витрати повітря 700-900н/м 3 на 1т ши хти. Піч працює при цих параметрах спокійно з рівномірним сходом шихти в печі за часом і одержують задовільні результати по проплаву печі (50-59т/м 2 печі на добу), по виходу шлаку (27-30% і кількістю свинцю в ньому (0,9-1,5%), що повністю відповідає плановим показникам. Після визначення оптимальних умов ша хтної свинцевої плавки (висота свинцю в печі при постійному складі шихти і витрата х дуття), проводили дослідження способу переробки побічної свинцевої сировини з різним складом шлаків. Для цього плавлення проводили на шлаках змінного складу: збільшували наявність FeO в шлаках з 15% до 30%, при цьому збільшуючи наявність СаО в шлаках з 12 до 24%. Оскільки зміна наявності SiO2 і Аl2О3 в шлаці, як з'ясувалось, із завчасно проведеного кореляційного аналізу, не впливає на склад шлаку, тому і їх вплив на вміст свинцю в шлаці не вивчався. В ході досліджень даного способу було відібрано 780 проб промислових шлаків, які піддали аналізу на вміст FeO, СаО і свинцю. Дані вибірки розбили на інтервальні рядки: y = f (x i ) , де y - вміст свинцю у шлаці, x i - відносно вміст СаО і FeO в шлаці. За допомогою регресивного аналізу виявили ступінь залежності наявного свинцю в шлаці від шлакоскладових, шляхом розрахунку коефіцієнтів кореляції для кожного інтервалу в відповідному інтервальному рядку (табл.4, 5) і побудови емпіричних ліній регресії (фіг.1, 2). Внаслідок обробки одержаних проб шлаків було встановлено, що емпіричні лінії регресії мають яскраво виявлену нелінійність. На фіг. 1 видно, що із збільшенням кількості СаО в шлаці збитки свинцю зі шлаками зменшуються. Найбільш різко спостерігається їх зниження у випадку, коли кількість СаО в шлаках дорівнює 1521% і залежність між ними близька до лінійної. Одержані дані по оптимальному вмісту СаО в шлаках показують, що кращі результати по вмісту свинцю в шлаках можуть бути одержані, коли буде менший вміст СаО в шлаках. Емпірична лінія регресії збитків свинцю зі шлаками від наявності в них FeO характеризується мінімум, якщо кількість цього оксиду дорівнює 20%. При підвищенні кількості оксиду понад 24% в шлаках спостерігається тенденція до зросту збитків свинцю (фіг. 2). Було визначено, що при переробці побічної свинцевої сировини на шлаки з наявністю СаО 18-20% і FeO 1720% при витратах зниження збитків свинцю з відвальними шлаками на 27%. Впровадження запропонованого способу переробки побічної свинцевої сировини в виробництво дозволяє: 1. Підвищити ступінь витягнення свинцю в товарний продукт на 27% (відносно). 2. Підвищити загальне вилучення свинцю при переробці побічної свинцевої сировини. 3. Здешевіти технологію переробки свинецьскладової сировини за рахунок зменшення витрат вапнякового і залізного флюсів. 4. Знизити витрати дорогого і дефіцитного коксу за рахунок зменшення витрат вапнякового і залізного флюсів. 5. Підвищити продуктивність дільниці шахтної печі по переробці побічної свинцевої сировини за рахунок виводу із процесу непотрібних вапнякового і залізного флюсів. 6. Покращити на дільниці шахтної печі в прилеглих регіонах екологічні умови. Таблиця 1. Хімічний склад агломерату Рb 25,8 Sb 0,61 Сu 0,95 Sn 0,81 Наявність компонентів, % S FeO CaO 1,21 23,9 10,0 SiO2 13,3 Аl2O 3 8,3 Другі 15,12 Таблиця 2. Хімічний склад велико кускової сировини Рb 75,23 Sb 3,99 FeO 1,63 CaO 3,4 Наявність компонентів, % SiO2 Аl2O 3 3,81 0,77 Сu 1,6 Sn 0,13 S 4,51 Другі 4,9 Таблиця 3. Результати промислових досліджень способу побічної свинцевої плавки Параметри досліджень Проплав шихти т/м 2 на добу Витрати дуття нм 3/ 1 т ши хти Висота свинцю в печі, м Склад шлаку, % SiО2 FeO CaO АІ 2О 3 Витрати коксу від маси шихти, % Температура шлаку, °С Вихід шлаку від шихти, % Наявність свинцю в шлаках, % 1 45-47 600 4,5-5,0 2 48-51 700 5,0-5,5 29-35 19-25 19-22 13-16 10-12 1250-1300 22-26 2,3-3,5 29-35 19-25 19-22 13-16 10-12 1250-1300 25-27 1,3-1,5 Серії досліджень 3 4 52-55 56-59 800 900 5,5-6,0 6,0-6,2 29-35 19-25 19-22 13-16 10-12 1250-1300 27-28 0,9-1,2 29-35 19-25 19-22 13-16 10-12 1250-1300 29-30 0,9-1,5 5 60-61 1000 6,2-6,4 29-35 19-25 19-22 13-16 10-12 1250-1300 31-32 1,2-1,7 Таблиця 4. Визначення максимальних збитків свинцю в залежності від концентрації СаО в шлаках X1 X2 12 15 18 21 24 15 18 21 24 27 Ксть 24 187 430 103 6 Max y Min y 3 2,9 3 2,1 0,7 0,4 0,5 0,4 0,5 0,4 Середн. y 2,15 1,779 1,392 1,059 0,566 Дисперсія Відхилення 0,59391 0,3644 0,2770 0,1445 0,0106 0,77065 0,6037 0,52639 0,38025 0,10327 Коеф. кореляції. 0,00404 -0,17562 -0,30739 -0,3229 -0,1609 Коеф. для прямої 0,0044 -0,12518 -0,1929 -0,1510 -0,1883 Середн. x 14,3 17,0 19,37 21,90 24,93 Таблиця 5. Визначення мінімальних збитків свинцю в залежності від концентрації СаО в шлаках X1 X2 19 20 21 22 23 24 25 20 21 22 23 24 25 26 Ксть 30 46 69 75 78 60 56 Max y Min y 2,2 2,3 2,3 2,7 2,7 2,5 2,3 0,5 0,4 0,5 0,4 0,5 0,5 0,5 Середн. Дисперсія y 1,0933 0,1799264 1,15 0,192333 1,226 0,176662 1,2133 0,23036 1,2807 0,23741 1,2366 0,22309 1,2267 0,21908 Відхилення 0,423396 0,438558 0,420312 0,479958 0,487255 0,47227 0,46806 Коеф. кореляції. -0,32592 -0,02524 0,00282 -0,07987 0,07880 -0,0551 -0,1363 Коеф. для прямої -0,470117 -0,03804 0,00408 -0,12074 0,12036 -0,0829 -0,1883 Середн. x 19,526 20,558 21,5202 22,5306 23,4487 24,51 25,43