Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблем переработки забалансового медного сырья
1.1. Современное состояние медной промышленности
1.2. Гидрометаллургия меди .
1.2.1. Промышленное применение кучного выщелачивания
1.2.2. Подземное выщелачивание
1.2.3. Бактериальное выщелачивание .
1.3. Пиро-гидрометаллургическая переработка минерального сырья .
1.4 Классификация процессов обжига
1.5 Перспективы использования в цветной металлургии шахтных обжиговых аппаратов с точки зрения комплексной теории печей
1.6. Анализ существующих конструкций шахтных обжиговых печей
1.7. Автогенные процессы плавки медных концентратов на штейн
1.7.1 Общая характеристика автогенных процессов .
1.7.2. Автогенные плавки во взвешенном состоянии .
1.7.3 Автогенные плавки с окислением сульфидов в расплавах..
1.7.4. Автогенные плавки в конвертерах .
1.7.5. Комбинированные автогенные процессы Выводы и задачи исследования
Глава 2. Теоретические основы и методики проведения исследований
2.1. Основные положения вероятностной теории прочности окатышей как основа для расчета допустимой высоты слоя и высоты падения при хранении и транспортировке гранул
2.2. Метод математического планирования эксперимента
2.3. Проверка адекватности частных функций
2.4. Дифференциально-термический анализ медного концентрата
2.5. Материальная база для проведения исследования, включая действующее оборудование. Методики определения состава продуктов исследования Выводы .
Глава 3. Теоретические и экспериментальные исследования процесса переработки забалансовой медьсодержащей руды Жезказганского региона
Изучение вещественного состава руды и выбор схемы предварительного ее концентрирования для повышения степени извлечения меди
Минералогический и фазовый анализ руды .
Подготовка руды к обогащению
Флотация забалансовой руды. Характеристика полученного медного концентрата
Петрографическое описание медного концентрата .
Изучение прочностных характеристик сырых и высущенных окатышей из чернового медного концентрата забалансовой руды при использовании в качестве связующего раствор серной кислоты
Исследование условий обеспечения автогенности обжига чернового медносульфидного концентрата забалансовой руды Жезказганского региона
Изучение зависимости температуры обжига от расхода воздуха и содержания серы в некондиционных медных концентратах .
Исследования процесса сульфатизирующего обжига чернового медного концентрата забалансовой руды
Жезказганского региона .
Выводы .
Практическое использование результатов исследований по разработке технологии пиро-гидрометаллургической переработки забалансового сырья .
Ориентировочные капитальные и эксплуатационные затраты по стадиям передела
Исходные данные для технологического регламента по гидрометаллургической переработке продуктов обогащения
забалансовых руд Жезказганского
региона
Общие расходы, реализация продукции и технико-экономическая оценка рентабельности технологии
Выводы
Общие выводы
Список литературы
- Промышленное применение кучного выщелачивания
- Анализ существующих конструкций шахтных обжиговых печей
- Проверка адекватности частных функций
- Изучение прочностных характеристик сырых и высущенных окатышей из чернового медного концентрата забалансовой руды при использовании в качестве связующего раствор серной кислоты
Введение к работе
Актуальность работы.
Основной сырьевой базой ТОО «Корпорация Казахмыс» является Жез-казганское месторождение медистых песчаников, которое отрабатывается производственным объединением «Жезказганцветмет», имеющим в своем составе 6 действующих рудников. За 80 лет эксплуатации Жезказганского месторождения из недр извлечено уже более 1 млрд. тонн руды, что составляет 75% от общего количества запасов.
Неизбежным следствием многолетней интенсивной разработки любого месторождения является количественное и качественное истощение сырьевой базы. Для Жезказганского региона восполнение сырьевой базы - важнейшая социально-экономическая проблема, т.к. сокращение объемов производства неизбежно приведет к потере рабочих мест. Так, во втором полугодии 2013г. произошло закрытие на реконструкцию Жезказганского металлургического завода (ЖМЗ), 2013-2015гг. закрытие действующих рудников.
В связи с сокращением запасов богатых монометаллических руд на сегодняшний день, актуальной задачей является поиск новых технологий переработки забалансовых бедных или полиметаллических руд с содержанием меди 0,2 - 0,35%. К такому сырью относятся забалансовые медносульфидные руды Жезказганского региона, содержащие редкие металлы. Его переработка по действующим пирометаллургическим технологиям приводит к значительным потерям извлекаемых металлов. Известные гидрометаллургические схемы также не дают высокого извлечения ценных компонентов.
Поэтому разработка новой рентабельной комбинированной технологии комплексной переработки забалансовых медно-сульфидных руд, позволяющей повысить степень извлечения ценных компонентов в товарные продукты (снижая себестоимость), представляет собой актуальную задачу, чему и посвящена настоящая диссертационная работа.
Работа выполнена по госпрограмме «Научно-техническое обеспечение развития горно-металлургической отрасли Республики Казахстан на 2012-2014 годы» по теме «Технология переработки забалансовых медносульфидных руд»; по заказу ТОО «Корпорация Казахмыс» по теме: «Научные исследования и разработка технологии комплексной переработки забалансовой руды Жезказганского месторождения».
Цель работы. Научное обоснование и разработка новой рентабельной технологии комплексной переработки продуктов обогащения забалансовых медносульфидных руд, позволяющая повысить степень извлечения ценных компонентов в товарные продукты.
Задачи исследований:
-
Обоснование необходимости разработки эффективной технологии переработки забалансовых руд Жезказганского региона;
-
Изучение особенностей состава забалансового медьсодержащего сырья Жезказганского региона;
-
Выбор наиболее эффективной операции предварительного концентрирования сырья по меди;
-
Отработка технологии компактирования и обезвоживания чернового медного концентрата;
-
Определение режимов обжига чернового медного концентрата с целью последующей эффективной переработки;
-
Разработка технологической схемы и оценка ее экономической эффективности.
Объект исследования.
Объектом исследования является забалансовая медносульфидная руда Жезказганского региона типа медистых песчаников.
Методы исследований. При выполнении работы был использован комплекс физических, химических и физико-химических методов. Экспериментальные исследования проводились в лабораторном и укрупненно-лабораторном масштабах, в т.ч. с использованием пилотных установок. В ходе работ применялись математические методы планирования эксперимента, вероятностная модель прочности окускованных материалов. Определение химического состава выполнялось методами атомно-эмиссионного, атомно-абсорбционного, спектрофотометрического методов анализа, фазового состава проводилось с использованием рентгенофазового, термогравиметрического методов анализа, термических и кинетических параметров процесса термической обработки образцов проводилось с использованием дериватографическо-го метода анализа.
Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием сертифицированных физико-химических методик исследования, надежностью исходных данных, оценкой полученных результатов методом нелинейной множественной корреляции, удовлетворительной сопоставимостью лабораторных исследований и испытаний на опытно-промышленном участке. Научная новизна
1. Разработаны математические модели, описывающие закономерности обезвоживания гранул по следующим показателям: относительная убыль массы при сушке, относительная убыль массы при последующем досушивании гранул, степень их обезвоживания, статическая прочность гранул применительно к черновому медьсодержащему концентрату, полученному из забалансового сырья Жезказганского региона.
-
Разработан алгоритм управления сохранением целостности гранул чернового концентрата при статической нагрузке в бункерах и реакторе, управляемыми параметрами которого являются: высота слоя, размеры гранул, температура сушки для последующей термической обработки.
-
Изучены кинетические зависимости процесса обжига некондиционных медных сульфидных концентратов при автогенном режиме окисления. Установлено, что в интервале температур 400-700С увеличение расхода кислорода от 20-100 смЗ/с ускоряет процесс окисления в 1,5-2 раза по сравнению с окислением воздухом, без оплавления гранул и их спекания. Установлено, что достаточно высокую степень извлечения меди в условиях автогенного обжига концентрата, гранулированного на смеси из раствора лигносульфонатов (сульфит-спиртовая барда р=1,05) и серной кислоты 10%, можно достичь при условиях: t -500 - 600С, т - 40 - 60 мин., d - 8 - 12 мм. Выход кека при этих условиях составляет 75%.
-
На основе обобщенного уравнения продолжительности, расхода смеси воздуха и кислорода, разработан алгоритм управления температурой процесса автогенного обжига бедных сульфидных медных концентратов.
Практическая значимость и реализация результатов работы
1. Разработанная технология позволяет вовлечь в сферу производства за
балансовые медносульфидные руды.
2. Для обеспечения сохранности гранул не менее 80% установлена допу
стимая высота слоя в бункере и реакторе для среднего диаметра высушенных
гранул.
-
В результате укрупненно - лабораторных исследований процесса обжига медных сульфидных концентратов в условиях автогенного режима окисления установлено, что для предотвращения оплавления присутствующих в концентрате сульфидов и продуктов их окисления обжиг в печи шахтного типа должен осуществляться с ограничением скорости подачи воздуха в зону реакций в зависимости от содержания серы в концентратах.
-
Установлена взаимосвязь особенности фазового состава гранул после обжига чернового концентрата (содержание сульфатов и оксидов металлов) с результатами их последующей обработки, которые определяют выбор технологических приемов, обеспечивающих извлечение меди на последующих стадиях.
-
Выполненные ориентировочные технико-экономические расчеты показали достаточно высокую эффективность разработанной технологии: при условии организации производства по переработке 2 млн. тонн забалансовых руд в год капитальные затраты окупятся в течение 9 месяцев.
На защиту выносятся:
-
Математическая модель прочности гранулированного чернового медного концентрата на смеси из раствора лигносульфонатов и серной кислоты, применительно к забалансовому сырью Жезказганского региона;
-
Результаты исследования процессов обезвоживания и сульфатизирующе-го обжига гранул чернового медьсодержащего концентрата в виде зависимостей технологических показателей процессов от режимных параметров;
-
Технологическая схема комплексной переработки забалансового медьсодержащего сырья Жезказганского региона.
Апробация работы
Основные результаты работы доложены и обсуждены на Межд. науч. -практич. конф. «Актуальные проблемы науки», г. Кузнецк, 2011; XI Междун. науч. -практич. конф. «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности», г. Санкт-Петербург, 2011; Межд. науч. конф. «Наука и образование - ведущий фактор стратегии «Казахстан - 2030» (Сагиновские чтения №3), поев.-20 - летию Независимости Казахстана»; Межд. науч.-практ. конф. «Гетерогенные процессы в обогащении и металлургии» Абишевские чтения, г. Караганда, 2011; VI Межд.науково-практ. Интернет-конференціі «Спецпроект: аналіз наукових досліджень», Дніпропетровськ, 2011; Межд. заочной научн. конф. «Актуальные вопросы технических наук», г. Пермь, 2011; Materialy VII Mezinarodni ve-decko-prakticka conference «Aplikovane vedecke novinky-2011», Praha; VII Miedzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Nauka і inowacja-2011; Межд. молодежной науч. школы «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых», г. Москва, 2012; VIII Міжнародної науково-практичноі конференції «Альянс наук: вчений- вченому», Дніпропетровськ, 2013; Межд. молодежной науч. конф. «БУДУЩЕЕ НАУКИ - 2013», г. Курск, Межд. научн.-практ. конф. «Наука и современность: вызовы XXI века», г. Киев, 2014. Личный вклад автора
Заключается в обосновании цели и задач исследований, планировании работ, выполнении экспериментов, в обработке и систематизации полученных результатов, а также в подготовке статей и материалов для публикаций и участия в конференциях.
Автор глубоко признателен научным руководителям: советнику генерального директора, д.т.н. Парецкому В.М. (ФГУП «Институт» ГИНЦВЕТМЕТ»), ведущему научному сотруднику, к.х.н. Каримовой Л.М. (НИЦИТ ТОО «Каз-ГидроМедь») за постоянную поддержку, консультации и подготовку диссертации к защите. Автор искренне благодарит зав. лабораторией комплексного использования конденсированных отходов д.т.н. Жумашева К.Ж., зав. лабораторией энтропийно-информационного анализа д.т.н. Малышеву В.П. (ХМИ им. Ж. Абишева) за помощь и ценные советы при подготовке диссертации к
защите. Автор благодарит сотрудников научно-исследовательского центра инновационных технологий ТОО «КазГидроМедь», ХМИ им. Ж. Абишева за сотрудничество и помощь при проведении укрупненно-лабораторных испытаний.
Публикации
Основное содержание диссертации изложено в 23 работах. Из них 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, получено 2 патента на изобретения.
Структура и объем диссертации
Промышленное применение кучного выщелачивания
Как при кучном выщелачивании, так и при выщелачивании на месте залегания условия цикла окисления сильно отличаются от тех условий, которые могут иметь место при подземном выщелачивании на больших глубинах. Так американскими исследователями был предложен и испытан способ подготовки для выщелачивания рудного тела с использованием атомного взрыва [7]. В результате взрыва происходит не только дробление и разрыхление руды, но и термическое разрушение высших сульфидов и их окисление.
Использование ядерных взрывов при подземном выщелачивании представляет особенный интерес для извлечения меди из больших месторождений забалансовых руд или мелких богатых месторождений (0,25 -10 млн. т руды), эксплуатация которых с использованием стандартных схем добычи и переработки нерентабельна.
Помимо общих требований, при подземном выщелачивании с применением ядерных взрывов необходимо учитывать: - гидрогеологические особенности месторождения, особенности характер движения грунтовых и поверхностных вод; - обеспечение безопасности инженерных сооружений и организации орошения; - возможное влияние радиоактивности на жизнедеятельность микроорганизмов при использовании бактериального выщелачивания; - наличие близлежащих населенных пунктов. Экономичность использования ядерного взрыва для подготовки руды к подземному выщелачиванию зависит от мощности месторождения и содержания в нем меди.
Бактериальное выщелачивание
При бактериальном выщелачивании сульфидсодержащих минералов используют тионовые хемоавтотрофные бактерии, единственные источники энергии для их жизнедеятельности - процессы окисления неорганических субстратов - закисного железа, сульфидной и элементной серы, а также сульфидных минералов.
Избирательное извлечение химических элементов из многокомпонентных соединений посредством их растворения микроорганизмами в водной среде. Благодаря бактериальному выщелачиванию появляется возможность извлекать из руд, отходов производства и т. д. ценные компоненты (медь, уран и др.) или вредные примеси (например, мышьяк в рудах чёрных и цветных металлов) [8 - 16] . Впервые бактериальное выщелачивание запатентовано в США (1958г.) применительно к извлечению меди и цинка.
Бактериальным выщелачиванием можно пользоваться при всех способах выщелачивания, не связанных с повышенными давлениями и температурой. Наиболее широко для бактериального выщелачивания применяют тионовые бактерии: Thiobacillus ferrooxidans, способные окислять сульфидные минералы и закисное железо до окисного (так называемые железобактерии), и Th. thiooxidans (так называемые серобактерии). Тионовые бактерии являются хемо автотрофами, т. е. единственный источник энергии для их жизнедеятельности - процессы окисления закисного железа, сульфидов различных металлов и элементарной серы. Эта энергия расходуется на усвоение углекислоты, выделяемой из атмосферы или из руды. Получаемый углерод идёт на построение клеточной ткани бактерий. Th. ferrooxidans окисляют сульфидные минералы до сульфатов прямым и косвенным путём (когда микроорганизмы окисляют сернокислое закисное железо до окисного, являющегося сильным окислителем и растворителем сульфидов): 2FeSO4 + 0,5O2 + H2SO4 бактерии» Fe2(SO4)3 + H2O (1.7) Fe2(SO4)3 + MeS MeSO4+2FeSO4+S. (1.8)
Важнейший фактор бактериального выщелачивания - быстрая регенерация сернокислого окисного железа тионовыми бактериями (Th. ferrooxidans), что в некоторых случаях ускоряет процессы окисления и выщелачивания. Оптимальная температура для развития тионовых бактерий 25-35 C, а pH от 2 до 4. Тионовые бактерии ускоряют растворение халькопирита в 12 раз, арсенопирита и сфалерита в 7 раз, ковеллина и борнита в 18 раз по сравнению с обычными химическими методами.
В значительных промышленных масштабах бактериальное выщелачивание применяется для кучного извлечения полезных ископаемых (меди и урана) из руд на месте их залегания. Например, экономически целесообразно извлекать медь из забалансовых сульфидных руд. Это осуществляется водными растворами Fe2(SO4)3 в присутствии Al2(SO4)3, FeSO4 и тионовых бактерий Th. ferrooxidans. Раствор подаётся по шлангам в скважины, пробуренные в рудном теле; бактерии и сульфат окиси железа окисляют сульфиды меди по схеме: 2FeSO4 + 2CuS + 2H2O + 3O2 2CuSO4 + 4FeSO4 + 2H2SO4 (1.9) В различных странах ведутся исследования по выщелачиванию с участием тионовых бактерий для извлечения многих металлов (Zn, Со, As, Мn и др.).
Анализ существующих конструкций шахтных обжиговых печей
Плавку медных рудных материалов можно проводить несколькими способами, различающимися как по технологической сущности, так и по аппаратурному оформлению. До настоящего времени сохранили практическое значение традиционные методы плавки в отражательных, руднотермических (электрических) и шахтных печах. Однако эти виды плавки устарели и по ряду технологических и экономических показателей не удовлетворяют современным требованиям. Их заменяют новыми, прогрессивными пирометаллур-гическими технологиями, основанными на применении автогенных методов плавки, которые обладают значительными технико-экономическими и экологическими преимуществами. Уже сейчас с использованием автогенных технологий во всем мире производят около 80% меди. В перспективе они должны стать основным способом пирометаллургической переработки сульфидного природного сырья.
Автогенными плавками называются технологические процессы пи-рометаллургической переработки сульфидного сырья, которые осуществляются за счет внутренних энергетических ресурсов без затрат посторонних источников тепловой энергии [76]. При переработке сульфидного сырья с достаточно высокой теплотой сгорания (4,2-6,0 МДж/кг, что соответствует 0,15-0,2 кг условного топлива) автогенность плавки достигается за счет теплоты экзотермических реакций горения (окисления) сульфидов перерабатываемой шихты. В качестве окислительного реагента можно использовать воздух, обогащенное кислородом дутье или технологический кислород (95 - 98% О2).
Таким образом, автогенная плавка является окислительным процессом, в ходе которого степень десульфузации можно изменять в любых заданных пределах, варьируя соотношение между количествами перерабатываемого сульфидного сырья и подаваемого в печь дутья. Это позволяет в широком диапазоне варьировать состав получающихся штейнов, вплоть до черновой меди.
Все автогенные плавки – совмещенные процессы, объединяющие в одном металлургическом аппарате обжиг, плавку на штейн и частично или полностью конвертирование. Совмещение процессов позволяет в первую очередь наиболее рационально и концентрированно (в одном месте) выводить серосодержащие газы на очистку и дальнейшую переработку. При этом в зависимости от содержания кислорода в дутье можно получать газы с разным содержанием SO2, вплоть до чистого сернистого ангидрида.
Принцип автогенности уже более 100 лет успешно используется при окислительном обжиге сульфидных руд и концентратов и конвертировании штейнов. Еще в конце XIX – началеXX в. практически полностью сплошные сульфидные (кусковые) руды подвергали пиритной плавке в шахтных печах – типично автогенному процессу.
Разработка и внедрение одного из наиболее распространенных автогенных процессов – плавки во взвешенном состоянии – имеют большую историю. Впервые процесс переработки сульфидных концентратов в печи, состоящей из вертикальной шахты и горизонтальной отстойной камеры типа отражательной обжиговой и плавильной печей, был предложен в 1908г. в России Броуном. Исследовательские работы по взвешенной плавке на воздушном дутье также впервые были проведены в нашей стране в 1926 – 1928 гг. под руководством проф. В.А. Ванюкова в Московском институте цветных металлов и золота и на Московском медеэлектролитном заводе. Испытания процесса затем были продолжены в 1932 – 1933 гг. на Московском опытном и Карабашском медеплавильных заводах. Одновременно крупные испытания взвешенной плавки были проведены в 1932 г. в США на заводе в Анаконде. В 1935г. плавка сульфидных медных концентратов была осуществлена в полупромышленном масштабе на опытной установке Дегтярского рудника (Урал). Наиболее интенсивно работы в этом направлении начали вести в послевоенные годы в Финляндии и Канаде, испытывающих серьезные затруднения в электроэнергии и угле. В 1949г. финские металлурги после длительных испытаний на заводе « Харьявалта» (фирма «Оутокумпу Оу») внедрили в промышленную эксплуатацию печь взвешенной плавки на воздушном подогретом дутье. Канадские металлурги также после длительных испытаний в 1953 г. внедрили в эксплуатацию печь взвешенной плавки на кислородном дутье на заводе «Коппер-Клиф» (сведения цитированы по книге Ю.П. Куп-рякова «Автогенная плавка медных концентратов во взвешенном состоянии». - М.: Металлургия, 1979).
Разработка и освоение автогенных процессов интенсивно продолжаются. В настоящее время известно не менее 20 освоенных промышленностью, внедряемых и разрабатываемых автогенных процессов.
В основе любого автогенного процесса плавки сульфидных концентратов (медных, медно-цинковых, медно-никелевых) и руд лежит экзотермическая реакция
Проверка адекватности частных функций
При переработке руды по схеме замкнутого цикла, включающего в себя основную флотацию и две перечистки концентрата основной флотации, получен концентрат с содержанием меди 23,80 %, серебра 535 г/т, при извлечении меди 70% и серебра 76,43%.
Результаты лабораторных опытов флотации по получению чернового концентрата показали, что при переработке руды с содержанием меди 0,34%, при измельчении 85 - 87% класса минус 0,071 мм, извлечение меди в черновой концентрат в зависимости от условий флотации находится в пределах от 85,56 до 93,43 %. При этом содержание меди в концентрате находится в пределах от 2,33 до 3,23 %. Экономически целесообразней перерабатывать забалансовую руду по схеме опыта № 6 таблицы 3.6, т.к. суммарное извлечение возрастает с 87,26% до 93,43% [88].
На основании проведенных лабораторных исследований по флотации забалансовой руды с содержанием меди 0,34%, выданы условия для проведения обогащения на опытно – промышленной установке (ОПУ) с целью наработки чернового медного концентрата: - расход реагентов: на основную флотацию - известь -2 кг/т, KS – 80 г/т, МИБК – 40 г/т; на контрольную флотацию - KS – 5 г/т. Результаты переработки руды методом флотации на ОПУ по получению чернового концентрата показаны в таблице 3.8. Таблица 3.8 – Содержание основных компонентов в концентрате, %
После проведенных исследований можно сделать следующий вывод. Исследуемая руда поддается флотационному обогащению при расходе реагентов собирателя 80 г/т, МИБК - 40 г/т, времени флотации 4-6 минут, выход концентрата 7,43%, извлечение при этом составляет не менее 93-93%. Полнота извлечения меди в концентрат зависит от содержания класса минус 0,074 мм и при его содержании до 90 % достигается полный переход меди. 3.2. Петрографическое описание медного концентрата
В исследовании были использованы данные химического и рентгенофазового анализов. Определение состава и размерности составляющих фаз описаны с помощью микроскопа «Neophot-21».
Количество рудных составляющих определено линейным методом. Линейный метод сводиться к измерению и суммированию длин отрезков прямой линии, проходящей через данную структурную составляющую, т.е. фазу на определенной длине секущей прямой.
Полученный концентрат представлен рудными и нерудными зернами, угловатыми, угловато-окатанными, окатанными кристалликами, иногда неправильной формы (рисунок 3.10). Количество рудных составляющих определено линейным методом.
Халькопирит CuFeS2 представлен зернами неправильной формы, часто зерна корродированы. Цвет желтый, желтоватый. Довольно часто зерна халькопирита наблюдаются в виде тесных сростков с нерудными минералами, иногда полностью заключены в них. Пирит FeS2 представлен в основном правильными зернами, в сечении, близком к квадрату. Цвет светлый. Кварц SiO2 представлен окатанными, угловато-окатанными зернами.
Рисунок 3.10 - Характер распределения и форма рудных и нерудных зерен в концентрате, х100 Полевые шпаты K[AlSi3O8] представлены таблитчатыми и неправильными угловатыми зернами. Зерна пелитизированы, т.е. каолинизированы. Анортит Ca[Al2Si2O8] представлен прямоугольными формами с ясно выраженной спайностью. Незначительные изменения наблюдаются в виде каолизации и серицитизации, карбонатизации. Серицит – тонкочешуйчатая слюда, образуется при выветривании плагиоклазов. Содержание в пробе рудных минералов: халькопирита – 9,50 %; пирита –
Изучение прочностных характеристик сырых и высущенных окатышей из чернового медного концентрата забалансовой руды при использовании в качестве связующего раствор серной кислоты
Необходимым условием подготовки сырья к обжигу в шахтных печах, является гранулирование исходного материала. При этом большое значение имеет получение гранул, прочностные характеристики которых должны позволять выдерживать нагрузки, возникающие при транспортировке и перегрузках, а также при переработке в обжиговой печи. Для решения этой задачи требуется изучить условия получения наиболее прочных окатышей.
Как показали результаты исследований грануляция шихты на воде оказалась нецелесообразной в связи с низкой прочностью окатышей для обжига, что послужило основанием для использования традиционного раствора связующего - лигносульфоната (техническое название: сульфит-спиртовая барда) [89]. Кроме того, эти же исследования по обжигу концентрата и выщелачиванию огарка показали недостаточную степень сульфатизации при обжиге, что снижало степень извлечения меди в раствор при выщелачивании.
Изучение прочностных характеристик сырых и высущенных окатышей из чернового медного концентрата забалансовой руды при использовании в качестве связующего раствор серной кислоты
Для прогнозирования и выбора обжигового агрегата при проведении опытных и промышленных испытаний необходимо воспользоваться информацией о теплотворной способности концентрата, т.е. о зависимости максимальной температуры автогенного ее повышения от содержания серы в концентрате и скорости дутья воздуха или обогащенного кислородом воздуха (при недостатке серы).
Опыты проводили в шахтной электропечи, имеющей реактор из кварцевой трубки диаметром 40 мм. В качестве исследуемого материала использовали три промпродукта селективной флотации с разным содержанием серы [97, 98]. Результаты химического анализа концентратов приведены в таблице 3.18.
Как видно из рисунка 3.16, начальная температура обжига зависит от расхода воздуха, в связи, с чем наблюдается закономерное повышение. Во всех случаях оплавления гранул и их спекания не наблюдалось.
Степень обжига сульфидных материалов зависит от количества воздуха, поступающего в печь. Например, сульфатизирующий обжиг требует максимальных концентраций сернистых газов в атмосфере печи, и, как правило, проводится при минимально возможном избытке воздуха против теоретически необходимого его количества. Однако более важным является недопущение спекания материала. Поэтому возникает необходимость исследования расхода воздуха с целью обеспечения максимальной температуры 550оС.
Данные по влиянию содержания серы в медном концентрате на температуру при различной продолжительности обжига и постоянном расходе воздуха 60 см3/с, представлены на рисунке 3.17.
Как видно из рисунка 3.17, зависимости максимума температуры от содержания серы в концентрате закономерно понижаются. Проведены аналогичные опыты с концентратом по содержанию серы 1,23%, только по мере достижения температуры (400оС) одновременно отключали электрообогрев и подавали кислород. Полученные результаты представлены на рисунке 3.18.
Анализ огарка на степень окисления серы и результаты выщелачивания показывают, что огарок быстро охлаждается и не успевает окислиться вся сера, от чего зависит степень извлечения меди при выщелачивании.
Таким образом, проведена предварительная проверка процесса обжига медных сульфидных концентратов в условиях автогенного режима окисления для оценки обеспечения тепловой энергии достижения полноты сульфатизации. Установлено, что для предотвращения оплавления присутствующих в концентрате сульфидов и продуктов их окисления обжиг в печи шахтного типа должен осуществляться в соответствии с ограничением скорости подачи воздуха в зону реакций и в зависимости от содержания серы в концентрате. Минимальное содержание серы для обеспечения автогенности процесса обжига должно быть не ниже 2-5%. Исследования процесса сульфатизирующего обжига чернового медного концентрата забалансовой руды Жезказганского региона
В процессе пирометаллургической переработки шихтовые материалы подвергаются воздействию высоких температур, сопровождающемуся рядом физико-химических превращений, существенно изменяющих их первоначальные свойства.
Одним из методов исследования процессов, последовательно протекающих при повышении температуры, получивших широкое распространение, является метод термического анализа.
Для изучения процессов, протекающих при нагреве чернового медного концентрата без добавления связующего, необходимо знание кинетических параметров, в частности, значений кажущейся энергии активации. В связи с этим были проведены дериватографические исследования с использованием дериватографа Derivatograf Q-1000 фирмы «MOM» системы F. Paulik, J. Paulik, L. Erdey.
Дериватограмма медного концентрата, представленная на рисунке 3.19, имеет два ярко выраженных термических эффекта.
Первый эндотермический эффект с максимумом при 200C соответствует удалению химически слабосвязанной влаги, что сопровождается уменьшением массы навески пробы на 3 мг (0,35%). При дальнейшем нагреве медного концентрата в атмосфере воздуха в интервале температур 300-600C наблюдается второй пик с экзотермическим эффектом с максимумом при 440C, обусловленный окислением минеральной составляющей медного концентрата, с значительным увеличением массы навески до 25мг (2,91%) при 580C.
