Исследование и обоснование выбора состава шлака автогенной плавки медных сульфидных концентратов и способа его переработки с целью повышения степени безотходности производства Довченко, Владимир Анатольевич

Введение к работе

Актуальность темы диссертации. Алмалыкский ГМК является флагманом отечественной цветной металлургии в области автогенных процессов: комплекс кислородно-факельной плавки (КФП) на медеплавильном заводе успешно эксплуатируется с 1968 года, имея сегодня наилучшие технико-экономические показатели среди заводов России и стран СНГ, использующих автогенную плавку медного сырья. Тем не менее высокое содержание меди в шлаках остается основной проблемой всех без исключения разновидностей автогенной плавки, в том числе и КФП, в которой при 40% по меди штейнах шлаки содержат 0,6-0,8% меди, что в два с лишним раза превышает содержание меди в руде.

Эта проблема становится еще более актуальной при переходе к одностадийной плавке на "белый матт", принятой в настоящее время к внедрению на Алмалыкском медьзаводе, что является принципиальным шагом в развитии автогенных процессов. Наиболее подготовленными к внедрению одностадийными процессами получения "белого матта" в настоящее время являются КФП с наведением высокоосновных ферритно-кальциевых шлаков и факельно-барботажная плавка (ФБП) с наведением комбинированных силикатно-кальциевистых шлаков, предложенные и отработанные Гинцветметом совместно с ИМЕТУрО РАН. Однако, вопросы получения отвальных шлаков, в частности обоснование выбора их состава и способа обеднения, остаются недоработанными.

Задачи исследования. Завершить разработку технологий одностадийного получения "белого матта" методами КФП и ФБП в части выбора состава шлаков, способов обезмеживания и отработки практических приемов их реализации с целью повышения степени безотходности производства.

Методика исследования. Шлаки, полученные при лабораторных плавках в силитовой печи (синтетические шлаки), при полупромышленных испытаниях кислородно-факельной и факельно-барботажной плавки, заводские шлаки промышленной печи КФП АГМК изучали методами рудной минералогической микроскопии, электронно-зондового анализа на микрозонде "Камека MS-46" и ядерной газорезонансной спектроскопии (ЯГРС, метод Мессбауэра). Изучали раскристаллизованные и закаленные шлаки. Закалку шлаков для исследования осуществляли на металлическом стержне (ломковая проба) со скоростью охлаждения 10³ град/сек. и на специальной установке по методу вращающегося диска со скоростью охлаждения 10⁶ град/сек. (сверхбыстрая закалка, СБЗ), которая обеспечивала сохранение структуры жидкого шлака (переохлажденной жидкости) и позволяла достаточно определенно судить об истинной структуре шлака в расплавленном состоянии.

Разработку технологии флотационного обеднения саморассыпающихся шлаков проводили в лабораторных условиях и на полупромышленной установке, обеспечивающей переработку 1000 кг шлака в сутки (I т/сут.).

Испытания технологии одностадийной КФП на "белый матт" и саморассыпающиеся высокоосновные шлаки проводили на полупромышленной установке КФП на Опытно-экспериментальном металлургическом заводе в г.Рязани с площадью пода 2 м² и производительностью 24-30 тонн концентрата в сутки.

Испытания технологии одностадийной факельно-барботажной плавки на "белый матт" с виутрипечным обеднением шлаков до уровня отвальных осуществляли на полупромышленной установке Опытного свинцового завода в г.Усть-Каменогорске с площадью пода 5,76 м² и производительностью по шихте 25-40 тонн в сутки.

Научная новизна работы.

1. Впервые изучен фазовый состав сверхбыстрозакаленных шлаков медеплавильного производства, охлажденных со скоростью (10⁵ град/сек.), обеспечивающей структуру переохлажденной жидкости реального расплава. Это позволяет судить об истинной структуре шлакового расплава и сделать обоснованные рекомендации по снижению содержания меди d шлаках.

2. Установлено, что традиционная ломковая проба шлака (скорость закалки 10³ град/сек.) не является представительной для суждения об истинном фазовом составе расплава и причинах потерь меди со шлаками.

3. Установлено, что в реальном шлаковом расплаве, полученном нал штейнами с содержанием 70-80% меди:

с ростом отношения ионов Са²⁺ и Fe²⁺ возрастает доля ионов Fe²⁺ г тетраэдрических позициях ионной решетки шлака и соответственно уменьшается в октаэдрических позициях, в связи с чем снижается вероятность замещения ионов Fe²⁺ ионами Си²⁺, размещающимися только в окта эдрических позициях;

с ростом отношения ионов Са²*^- и Fe²⁺ увеличивается общая доля ио нов Fe²⁺, что способствует снижению растворимости меди в шлаке;

снижение содержания S1O2 приводит к освобождению ионами Si⁴' тетраэдрических позиций, что облегчает вытеснение ионами Са²⁺ ионої Fe²* из октаэдрических позиций в тетраэдрические и снижает тем самык вероятность замещения ионов Fe²⁺ ионами Си²⁺;

- потери меди снижаются в ряду шлаков:
силнкатныП-силнкатно-кальциевистый-ферритно-кальциевын при оди

паковом содержании меди в штейне.

Практическая значимость работы.

Завершена разработка научно обоснованных технологий одностаднн "ного получения "белого матта" методом КФП на саморассыпающисо

ферритно-кальциевые шлаки с последующей их флотацией и методом ФБП на комбинированные силнкатно-кальциевистые шлаки с внутрипечным их обезмеживаннем. Разработана и испытана в полупромышленном масштабе технология флотации саморассыпающихся шлаков КФП. Технология КФП с флотацией саморассыпающихся шлаков рекомендована к внедрению на заводе "Ковогуты Кромпахи" (Словакия), ФБП - на Алмалыкском ГМК. Разработаны технологические регламенты на реконструкцию указанных заводов по доработанным технологиям. Завершено рабочее проектирование. Ведется строительство комплексов КФП в Словакии и ФБП в Узбекистане.

На защиту выносятся следующие положения:

4. Влияние скорости закалки шлака на фазовым состав охлажденного шлака; величина скорости охлаждения, обеспечивающие возможность определения истинной структуры жидкого шлака по фазовому составу закаленной пробы.

5. Механизм влияния оксида кальция на растворимость меди в шлаках различной основности, полученных над штейнами, содержащими 70-80% меди; последовательность в ряду шлаков по мере уменьшения содержания меди: силикатный-силикатно-кальциевистый-ферритно-кальциевый.

3. Режимы и показатели флотации саморассыпающихся ферритно-
кальциевых шлаков с целью их обезмеживания.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты доложены на Международной конференции "Metallurgy East-West'97", Стара Лесна, Словакия, октябрь, 1997г.; Научно-технических советах ВНИИ-Цветмета, Усть-Каменогрорск, 1991г.; АГМК, Алмалык, 1992г.; Гинцвет-мета, Москва, 1993-1996 гг.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключительных выводов, списка литературы из 92 наименований, содержит 16 таблиц, 15 рисунков и изложена на 117 страницах машинописного текста.