Способ и устройство для обработки сульфидных концентратов

Номер патента: 11567

Опубликовано: 15.05.2002

Автор: МАЛЬМСТРЁМ Рольф

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Способ окисления расплавленного штейна и одновременного прямого плавления сульфидного концентрата в металлургическом ре­акторе с жидкой ванной, снабженном жаростойкой футеровкой, нап­ример, в конвертере, в который окислительный воздух подают ниже уровня поверхности жидкой ванны. Подачу дополнительной энергии для достижения теплового баланса или повышения производительнос­ти процесса осуществляют путем введения сульфидного концентрата в газовую фазу реактора с жидкой ванной вместе с кислородом или газом, обогащенным кислородом, посредством форсунки для подачи концентрата.

Текст

Смотреть все

(51)7 22 15/02, 22 15/06 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(73) РМ Метал Консалтинг Ку(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СУЛЬФИДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ(57) Способ окисления расплавленного штейна и одновременного прямого плавления сульфидного концентрата в металлургическом реакторе с жидкой ванной, снабженном жаростойкой футеровкой,например, в конвертере, в который окислительный воздух подают ниже уровня поверхности жидкой ванны. Подачу дополнительной энергии для достижения теплового баланса или повышения производительности процесса осуществляют путем введения сульфидного концентрата в газовую фазу реактора с жидкой ванной вместе с кислородом или газом, обогащенным кислородом, посредством форсунки для подачи концентрата. 11567 Изобретение относится к способу окисления расплавленного штейна и одновременного прямого плавления сульфидного концентрата в металлургическом реакторе с жидкой ванной, снабженном жаростойкой футеровкой, например, в конвертере,включающему подачу окислительного воздуха ниже уровня поверхности жидкой ванны, а также к устройству для реализации указанного способа. Изобретение может быть использовано, в частности, для получения меди из сульфидных руд. Таким образом, настоящее изобретение относится к способу получения металла из сульфидной руды или из концентрата сульфидной руды, при котором обычно концентрат вначале обрабатывают в плавильном реакторе, например, в отражательной печи,для получения расплавленного штейна, а затем полученный таким образом штейн обрабатывают в реакторе с жидкой ванной, например, в конвертере,для получения металла путем окислительной плавки. В обычных конвертерных процессах, которые разрабатывались в течение нескольких десятилетий и которые, по существу, хорошо известны и легко управляемы, при обработке расплавленного штейна в реакторе с жидкой ванной образуется избыточная теплота, которая может быть использована, например, для плавления скрапа. В течение последних десятилетий на нескольких плавильных заводах предпринимались попытки использовать эту избыточную теплоту для прямого окислительного плавления свежего сульфидного концентрата в реакторе с жидкой ванной. При прямом окислительном плавлении сульфидного концентрата, такого, как обычный флотационный концентрат, в реакторе с жидкой ванной, конвертере или аналогичном плавильном оборудовании, например, печи шахтного типа, без предварительного подогрева воздуха возникают проблемы, связанные с поддержанием энергетического баланса, поскольку реакции окисления не обеспечивают достаточного количества теплоты для всего конвертерного процесса. Для проведения процесса необходимо подводить внешнюю энергию. Эта энергия может быть получена путем дополнительного введения- предварительно расплавленного штейна,- твердого топлива,- кислорода или обогащенного кислородом воздуха. Как известно, для окислительного плавления штейна в обычном конвертере при прямом плавлении требуются приблизительно одинаковые количества влажного сульфидного концентрата и подаваемого расплавленного штейна. При этом с расплавленным штейном поступает дополнительная энергия, необходимая для прямого плавления концентрата. Для плавления большего количества концентрата, чем расплавленного штейна, необходимо подавать дополнительную энергию от какого-либо внешнего источника. Использование в качестве внешнего источника энергии кислорода, например, в составе воздуха, обогащенного кислородом в количестве 35-60 ,является простым, эффективным и современным способом. Однако подача воздуха, обогащенного кислородом, через обычные фурмы, расположенные ниже уровня поверхности жидкой ванны в конвертере, вызывает повреждение как футеровки, так и самих фурм из-за чрезвычайно высокого количества теплоты, выделяющейся вокруг фурм. Поэтому стойкость фурм ограничивает возможность обогащения воздуха кислородом. Поскольку содержание кислорода в потоке воздуха в конвертере в настоящее время не должно превышать 30 О 2, то отсюда следует, что автогенную плавку концентрата невозможно обеспечить за счет подачи воздуха, обогащенного кислородом. Для предотвращения повреждения футеровки вокруг фурм ее можно, разумеется, охлаждать водой. Однако это существенно увеличивает потери тепла и, соответственно, повышает расход кислорода. Кроме того, охлаждение водой зоны, расположенной ниже поверхности ванны, представляет собой потенциальный риск с точки зрения техники безопасности. Для увеличения количества теплоты в конвертере и достижения теплового баланса возможно, разумеется, использование твердого топлива. Однако это приводит к увеличению потока отработанного газа и разбавлению газов, содержащих 2, что, в свою очередь, повышает затраты на регенерацию серы в виде серной кислоты на заводах, производящих серную кислоту. Задачей настоящего изобретения является создание способа, позволяющего снизить до минимума описанные выше недостатки, а также создание устройства для реализации указанного способа. В частности, задачей настоящего изобретения является создание гибкого способа прямого плавления сульфидного концентрата. Согласно настоящему изобретению, способ окисления расплавленного штейна и одновременного прямого плавления сульфидного концентрата отличается тем, что осуществляют подачу дополнительной энергии для обеспечения теплового баланса или увеличения производительности реактора с жидкой ванной путем введения, по меньшей мере, части сульфидного концентрата в газовую фазу реактора с жидкой ванной вместе с кислородом или воздухом,обогащенным кислородом, через форсунку для подачи концентрата с получением штейна или металла. Устройство, согласно изобретению, для окисления расплавленного штейна и одновременного прямого плавления сульфидного концентрата, соответственно, отличается тем, что форсунка подачи концентрата и кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, расположена в реакторе с жидкой ванной над поверхностью жидкой ванны. Форсунка может быть расположена на своде конвертера или,например, в одном конце горизонтального конвертера. 2 11567 Чтобы избежать описанных выше недостатков,которые проявляются в обычных реакторах с жидкой ванной при прямом плавлении концентрата,согласно изобретению предлагается использовать форсунку подачи концентрата в газовую фазу реактора. Благодаря использованию кислорода, воздуха,обогащенного кислородом, или предварительно нагретого воздуха указанная форсунка позволяет получить штейн, который соответствует штейну, обычно получаемому в дополнительной плавильной печи,которая обеспечивает достижение теплового баланса. Согласно изобретению, по меньшей мере, основную часть концентрата, непосредственно подаваемого в конвертер, вводят через форсунку для подачи концентрата, при этом проходит достаточно времени для осуществления в значительной степени реакции концентрата с кислородом и плавления концентрата перед его поступлением в жидкую ванну. Форсунка подачи концентрата в данном случае представляет собой устройство, посредством которого сухой концентрат (например, флотационный концентрат руды сульфида двухвалентной меди) смешивают с газом, содержащим свободный кислород,до получения максимально возможной степени однородности смеси. Такая смесь позволяет осуществить непосредственное взаимодействие компонентов с образованием расплавленных частиц штейна, а также шлака и диоксида серы. При этом происходит быстрое и полное протекание реакций, причем достигается высокий выход реакции, благодаря присутствию кислорода в окислительном газе. Избыточный кислород смешивается с газами, отходящими от жидкой ванны. Продукты реакции, т.е. расплавленные частицы штейна и шлак, имеют гораздо меньшую тенденцию к уносу отработанными газами, чем порошкообразный концентрат. Вместе с тем, дополнительная теплота от расплавленного материала увеличивает энергию расплава. В то время, как эффективное обогащение реагентного воздуха кислородом, необходимое для обеспечения теплового баланса при прямом плавлении концентрата, невозможно осуществить без указанных недостатков путем добавления кислорода в воздух, подаваемый через фурмы ниже уровня жидкой ванны, в соответствии с настоящим изобретением необходимое количество кислорода вводят через форсунку подачи концентрата в виде высокообогащенного воздуха. Достижение условий автогенности в реакторе, т. е. в конвертере, конечно, не является обязательным, однако, данный способ может быть использован исключительно для повышения количества выплавляемого материала. Если теплового баланса не удается достичь даже при высокой степени обогащения воздуха кислородом, можно дополнительно вводить топливо через форсунку подачи концентрата. Воздух, на 40-70 обогащенный кислородом,или даже чистый кислород можно без всяких недостатков использовать в форсунке подачи концентрата. Степень обогащения воздуха кислородом можно регулировать в соответствии с тепловым балансом в конвертере. Через фурмы, расположенные ниже уровня жидкой ванны в конвертере, предпочтительно подавать воздух или воздух, обогащенный некоторым количеством кислорода, в то время как через форсунку для подачи концентрата вводят воздух с большей концентрацией 2. Поскольку форсунка подачи концентрата, согласно изобретению, позволяет осуществлять окисление концентрата в свободном объеме реактора, занимаемом газовой фазой,даже высокая концентрация 02 не будет оказывать воздействия на стойкость футеровки. Содержание меди в штейне, который образуется из концентрата, вводимого через форсунку подачи концентрата, также можно регулировать путем изменения количества кислорода в воздухе, поступающем через указанную форсунку. Чем больше количество кислорода, тем выше содержание меди. Таким образом, при обогащении кислородом имеется возможность управлять двумя потоками концентрата, т.е. потоком концентрата, поступающим в форсунку, и потоком концентрата, подаваемым непосредственно в жидкую ванну. Ниже приводится описание изобретения со ссылкой на прилагаемую фигуру, на которой схематично изображен конвертер для обработки расплавленного штейна и прямого плавления концентрата. На фигуре показан конвертер 10 типа,содержащий отверстие 12 для подачи расплавленного штейна, входное отверстие 14 для подачи концентрата, выходное отверстие 16 для удаления расплава и второе выходное отверстие 18 для удаления шлака. Конвертер содержит жидкую ванну 20 с расплавом 22, состоящим из штейна и металла, а также со слоем шлака 24. Газовый объем 23 заключен между поверхностью шлака 25 и сводом 27 реактора. Фурмы 26 для подачи воздуха расположены ниже уровня жидкой ванны. Концентрат вводят в конвертер через входное отверстие 14, а также в виде предварительно обработанного штейна - через отверстие 12. Форсунка 30,предназначенная согласно изобретению для непосредственной подачи концентрата 32 и обогащенного кислородом воздуха, размещена на своде 27 конвертера. По желанию указанная форсунка может быть расположена в одном конце конвертера. При необходимости можно размещать несколько форсунок для равномерной подачи концентрата. Отработанные газы удаляют через отверстие 12 для расплавленного штейна. Конвертер типа, в который часть концентрата вводят непосредственно в конвертер и в котором тепловой баланс ранее достигался за счет подачи готового расплавленного штейна, согласно изобретению может быть снабжен форсункой подачи концентрата с кислородом или воздухом, обогащенным кислородом, при этом потребление готового расплавленного штейна будет снижено или полностью устранено. Согласно изобретению оказыва 3 11567 ется возможным получать расплавленный штейн в количестве, необходимом для поддержания теплового баланса, непосредственно путем плавления концентрата в форсункедля подачи концентрата. Общий тепловой баланс конвертера зависит от содержания штейна и может регулироваться путем изменения содержания кислорода в реагентном воздухе,поступающем через форсунку подачи концентрата. Согласно изобретению, через форсунку подачи концентрата можно вводить и непосредственно расплавлять в плавильной печи конвертерного типа сульфидный концентрат с высоким содержанием меди и никеля, при этом металлическая фаза образуется непосредственно при пламенной плавке, т.е. в чистом кислороде. В этом случае дутье снизу жидкой ванны необходимо только для окисления остаточной серы в металлической фазе. Способ, согласно настоящему изобретению, позволяет также легко увеличить производительность плавильного оборудования, если максимальная загрузка обычной плавильной печи уже достигнута. При подаче дополнительного количества расплавленного штейна через форсунку легко увеличить общее количество вводимого концентрата. Дополнительное преимущество достигается согласно изобретению, если концентрат подают через форсунку в расплавленном состоянии. Образующийся при этом расплав падает в жидкую ванну и остается в ней. При обычном способе подачи концентрата большое количество его уносится с отработанными газами в виде тонкодисперсной пыли, что уменьшает выход металла и увеличивает расходы на очистку газов. Следует понимать, что изобретение не ограничено описанным и изображенным на фигуре исполнением, но включает все варианты исполнения в пределах общей идеи изобретения, которая определяется прилагаемой формулой. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ окисления расплавленного штейна и одновременного прямого плавления сульфидного концентрата в реакторе (10) с жидкой ванной, снабженном жаростойкой футеровкой, например, в конвертере, в который подают окислительный воздух ниже уровня поверхности жидкой ванны, отличающийся тем, что осуществляют подачу дополнительной энергии для достижения теплового баланса или увеличения производительности реактора (10) с жидкой ванной путем введения, по меньшей мере,части сульфидного концентрата совместно с кислородом или воздухом, обогащенным кислородом, в газовую фазу реактора с жидкой ванной через форсунку (30) подачи концентрата с образованием штейна или металла. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что весь концентрат, поступающий непосредственно в реактор в виде конвертера (10), вводят через форсунку подачи концентрата для повышения производительности процесса. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в реактор в виде конвертера (10) с жидкой ванной через форсунку (30) подачи концентрата подают воздух,обогащенный кислородом. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в реактор в виде конвертера (10) с жидкой ванной через форсунку (30) подачи концентрата подают кислород. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что через форсунку (30) подачи концентрата в реактор в виде конвертера (10) подают окислительный газ, имеющий более высокое содержание кислорода, чем газ,подаваемый через воздушные фурмы (26), расположенные ниже уровня расплава в конвертере. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в реактор в виде конвертера (10) через форсунку (30) подачи концентрата подают обогащенный кислородом воздух, содержащий примерно от 40 до 70 кислорода. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что содержание меди в штейне, который получают из концентрата, вводимого через форсунку (30), и подают на окислительную плавку в реактор в виде конвертера (10), регулируют, изменяя количество кислорода в воздухе, поступающем в конвертер через форсунку подачи концентрата. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что повышают производительность реактора в виде конвертера (10) путем увеличения количества концентрата, подаваемого через форсунку (30). 9. Реактор (10) с жидкой ванной, например, конвертер для окисления расплавленного штейна и одновременного прямого плавления сульфидного концентрата, содержащий фурмы (26) для вдувания воздуха, расположенные ниже уровня поверхности жидкой ванны, и отверстия для впуска расплавленного штейна (12) и сульфидного концентрата (14),расположенные выше уровня поверхности жидкой ванны, отличающийся тем, что форсунка (30) подачи концентрата расположена в газовой фазе реактора с жидкой ванной для ввода концентрата над поверхностью жидкой ванны. 10. Реактор по п. 9, отличающийся тем, что форсунка (30) подачи концентрата расположена в реакторе (10) на его своде.

МПК / Метки

МПК: C22B 15/06, C22B 15/02

Метки: устройство, способ, концентратов, обработки, сульфидных

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/5-11567-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-obrabotki-sulfidnyh-koncentratov.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ и устройство для обработки сульфидных концентратов</a>

Похожие патенты