Физико-химическое моделирование процесса шахтной плавки медьсодержащего сырья тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИ УШ5ВЕРС1'ГТЕ?

На правах рукописи

Для служебного пользования

Экз. В

РАНСКШ5 ОЛЕГ БОРИСОВИЧ

ФШКО-ШИЧБСКОБ ВДВЯЙРОВАШЕ ПРОЦЕССА ЕАХГНШ ПЛАВКИ гЩБСОДЕШЩЕГО. СЫРЬЯ

Специальность 02.00.04,- физическая химия

Автореферат диссертации' . на соисканкэ ученой стапэ'ня кандидата технических наук

Челябинск - 1993

■и 04

Работа внполнена в Челябинском государственном техническом университете и на Кировградском медеплавильном комбинате. Научшй руководитель -. доктор технических наук ' 1

профессор Г.ГД&хайлов. Научный консультант - кандидат технических наук

доцент В.И.Антонанко

Официальные оппоненты: доктор технических наук.

npoijeccop Еабойченко С.С.,

кандидат технических наук вед.науч.сотр. Вйн С.Н.

Ведущее предприятие - Государственны! научно-исследовательский институт цветных металлов

Защита состоится " 17 " |&ев?аля 1993 г., в 14-00, на

заседании специализированного совета Д - 053.13.03 по присувденЕа

ч.

учэкой степени кандидата технических наук в Челябинском государственном техническом университете по адресу: 454080, г.Челябинск, проспект вы. В.К. Ленина, 7S.

Автореферат разослан " 16 " я^Р3 1ЭЭЗ г.

Ученый секретарь специализированного, совета канд. тех. наук

В.П.Бескачко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. В производстве вторичной меди шахтная печь предназначена- для переработки, низкокачественного сырья, содержащего ряд цветных и благородных металлов, металлическое железо и шлакообразувдие оксида.

Полиметаллический характер сырья делает достаточно сложной задачу по комплексности его использования, поскольку в одном процессе трудно создать условия, обеспечивающие выход металлов с различными физико-пшйческймл: свойствами. Поэтому представлят интерес поиск возможностей повышения извлечения цветных металлов в процессе шахтной плавки, особенно цинка, годовые потери которого только со шлаками Кировградского медеплавильного комбината составляют более 6 тыс.тонн.

Известно, что распределение цветных металлов мекду продуктами плавки зависит от температуры колошниковых газов, состава шлака-и поведения металлического келеза.

Повышение температуры колошнкковнх газов, способствующее интесификации отгонки цинка 'и свинца &з латунных и бронзовых . сплавов,- достигается сшкешем уровня сыпи, регулированием расхода кокса и состава колоши« .использованием флюсов с низким эндотермическим.эффектом. • ' . ■

..Влияние "состава-шлака обусловлено - его высокой "сорбщюшой способностью и фкзико-хЕммесками свойствами, а также большим вы. ходом, превышающем 50" от веса шихты. _

Металлическое железо является восстановителем цветных металлов и- магнетита. Оно играет активную роль в формировании состава и свойств получаемых черной меди-италана,".является дополнительным источником'тепла при окислении печной атмосферой..

Целью данной работы является повышение извлечения цветных металлов за счет оптимизации состава шлака и регулированная распределения нелеза меяду1 жидкими.Продуктами плавки.

Методика исследований. При выполнении диссертационной работы, использованы следующие методы исследования: термодинамическое моделирование, статистическое моделирование, исследование физических свойств шлаков, а таете проверка полученных результатов в промышленных условиях.

Научная новизна. В представленной работе разработана пара-мвтрячеекре обеспечение теории регулярных растворов и теории регулярных ионных растворов для металлических и шлаковых'расплавов медеплавильного производства; разработана термодинамическая модель процесса шахтной плавш! вториного медьсодержащего сырья; изучено влияние состава шлака на активность цинка и железа в металле и шлаке в системе черная медь-шлак; изучено влияние состава шлака ка распре деление цветных металлов и келеза между металлом и илаком в процессе шахтной плавки.

Практическая значтаость. В результате проведенных исследований была разработана математическая модель процесса иахтной плавки вторичного медьсодержащего сырья, позволявшая по заданному составу шихты расчитать внход и состав кавдого из продуктов плавки. Разработаны для прошшленного использования технически новые решения шихтовой задачи, заключающиеся в замене оборотных шлаков шахтной плавки внсокоосковнжи шлаками электротермической установки. - ,

Внводы и разработанные технологические решения данной работы проверены на шахтных печах Кировградского медеплавильного комбината. Была показана возможность существенного снижения содержания цинка в шлаках шахтной плавки. За период испытаний удалось снизить содерзаше цинка в шлаках на 16,5% и повысить его извлечение в товарные пали на 12£. При этом экономический эффект составил 807 тнс.руб.

Апробация работы. Результаты работы представлены в докладах: на Республиканской конференции "Физико-химические основа производства металлических сплавов", г ¡.Алма-Ата,12-14 июня 1990г.; на VII Всесоюзной конференции. "Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов", Челябинск, 1990г.; на Национальной научно-техническо! конференции с мещувародшвл участием "Новые'и усовершенствованные технологии для окусковывания и производства чугуна ■и ферросплавов",НРБ, Варна, 19Э0г. '

Публикации. По теме,диссертации опубликовано 7 работ.

'Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 8 разделов, йзлоаена на 143 страницах, в том числе содержит 107 страниц машинописного текста, 30 рисунков, 5.таблиц, 3 приложения, библиографию на 115 наименований.

К АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ШАХТНОЙ 1ШБКИ ВТОРИЧНОГО МЕДЬСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЫ.

Анализ процесса' есхгной плавки вторичного- медьсодержащего сырья показывает, что существенной,его особенностью является высокая роль металлического железа как восстановителя цветных металлов. Железо таквэ восстанавливает магнетит, предотвращая пере-окиеление шлаков. Являясь компонентом черной меда и илака, железо оказывает влияние на их физико-химические свойства. Следовательно, изучение поведения металлического нелеза в процессе шахтной плавки представляет интерес с точка зрения управления процессом в целом. Кроме металлического железа на выход металлов в шахтной печи злияет тэкке состав илака. Статистическими, кинетическими, термодинамическими исследованиями шлаковых расплавов показано, что повышение содержания в шлаках оксидов железа (II) и кальция способствует повышению скорости и степени извлечения цинка и меди из шлаков. Напротив, повышение концентрации диоксида кремния и трех--валентного железа ухудшает эти процессы.

Данные термодинамических исследований опаковых систем дают основание полагать, что влияние состава шлака на выход цветных металлов обусловлено изменением тёряодйвашческбй активности оксидов цветных металлов, т.е. изменением прочности связей ■менду ионами в зависимости от состава илака.

Обзор литературных данных показал, что имеющийся теоретический и экспериментальный материал ограничивается, в основном, рассмотрением шлаковых расплавов. Данные об изучении равновесия мея-ду сложным .сплавом на.медной основе :и шлаком, позволяюцие оценить распределение металлов весьма ограничены. Так,нет данных и о распределении железа меэд металлом и шлаком применительно к системам цветной металлуругии. Информация о влиянии содержания монооксида келеза в шлаке на активность оксида цинка носит отрывочный и неопределешшй характер. Необходимо отметить, что не изучено также поведение олова, никеля, свинца в зависимости от состава шлака шахтной плавки. Зти проблемы и определили направление исследований в данной работе.

-6-

z. статистический анализ шлаков шшной плавки вторичного ыедьсодешщего сырья

Для. оценки влияния состава шлака на потери меда и ,цинка, уточнения области составов шлаков для дальнейших исследований на первом этапе выполнена статистическая оценка влияния состава шлака на остаточное содержание в нем меда и цинка«

Необходимость подобных исследований обусловлена также неоднозначность» полученных ранее статистических оценок для шлаков шахтной плавки вторичного медьсодержащего сырья. в настоящей работе предпринята поштка получить более надежную статистическую модель и о ее помощью более обоснованные данные о влиянии состава шлака на содержание в нем шла и цинка.

Jv'm построения корректной математической модели использовалась идея активного планирования эксперимента, которая заключалась в том, что на основании выборки данных о химическом составе шлаков с исяользовнием техника активного эксперимента формировалась информационная матрица, насчитывавшая более 250 точек. Исходя из набора компонентов, анализируемых в шлаках, в качестве-факторов были выбраны содвркания в шлаке FeO, CaO, SiOg, в качестве параметров оптимизации - содержания ыэди и цинка. Малое количество факторов позволило использовать полный факторный план. Из априорной информации известно,-что исследуемой процесс носит сложный характер й на может быть ошеан линейными моделями i Поэтому била использована полиномиальная модель-второго порядка.

• После статистической фильтрации. экспериментальных данный и уточнения интервалов варьщювная факторов обработка оставшегося массива проводилась на ЭВМ серии Ш PC/AT..

Математические-модели, характеризуйте влияние состава шлака на содержание в нем меди и цинка,- имеют вид:

у, (Си)=0,639^0,ОЗОх5 43.015^0,0UX3+0,015xtX2-0,028x^3+

O.tXffx^+O.OUx^,+0,029 x2x2+0,6l6 Х^Хз» (1)

у2 (?.п)=7,319-0,896xt^0,837X2+0,362х3+0,140х1хг-0,345х1х3+

0,08хгх3+0,125x^+0, 1 aXgXg+O.I ззх3х3+0,18бХ1ХгХ3, (2)

Здесь у, и уа остаточное содержание соответственно меди и цинка в шлаке (мае-»); х,, хг, Xg- кодированные значения содержания FeO, CaO и S102 в шлаке.

Влияние замены 510г на СаОлра ЖРеСЬсопзг на остаточное содержание медн(а) и цинка (б) в шлаке

(Си),У,

14 12 10 8 б

(гп),%

ю 15 го

1-30» 1ЧЮ; 2-32; 3-34; 4-36; 5-38;. 5ВЮг=Т&-3®еО-«СаО .'Ргс.1

Для изучения влияния каддого фактора на параметр оптимизации с учетом остальных факторов строились одномерные сечения - квази-одяофакторные модели (рис. 1). Подученные зависимости'прзволяют определить граничные содеркяия- оксидов железа и кальция в шлаке, , прешшение которых в силу незначительного изменения концентрации меди и цинка нецелесообразно.

Согласно разработанной модели оптимальными, по-видимому, будут шлаки, содержащие, %: 38-40 РеО, 16-18 СаО,' 21-22 3102. При этом содержание меди и цинка в них не будет превышать 0,6 и 6,0% соответстевенно. Исходя из полученных статистических результатов, можно сделать внвод о том, что при использовании в процессе шахтной плавки вторичного медьсодержащего сырья шлаков системы -аа0-510г нельзя достичь отвальных концентраций-меди и цинка.

Одинаковый характер влияния компонентов шлака на содержание в нем меда и цинка дает возможность одновременно снижать их содержание в шлаке за счет повышение его основности.

I

3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОВЕДЕНИЯ ЦВЕТНЫХ- МЕТАЛЛОВ ' И ЖЕЛЕЗА В ПРОЦЕССЕ ШАХТНОЙ НИВКИ ВТОРИЧНОГО МЕДЬСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

. Результаты статистического анализа указывают на наличие связи мевду составом шлака и содержанием в нем меда и цинка. Однако проблема заключается в повышении выхода металлов. По этой причине представляется необходимым изучение распределения цветных металлов и железа между продуктами плавки. В свов очередь, это обусловило необходимость проведения термодинамических- исследований системы черная медь - ишак - газовая фаза. Целью исследований было создание термодинамической модели рассматриваемой системы, которая позволяет описать поведение цветных металлов и железа в зависимости от состава шлака'.

Создание термодинамической модели процесса шахтной плавки возможно в результате рассмотрения условий равновесия следующих обменных, реакций, 'протекашшс менду указанными фазами:

(Сиао)+£Рв1«г1саз+(Рво), ' (3)

((^ОНЕШ^ГСПШ-СШ), (4)

(СигО)+1РЫ=2ССй]+(РЬ0), (5)

(CUgOHtSnl^tClil+ÍSllO), <S)

(CUgOJ+tNU^fCul+tHiO), (7)

CZnl={Zn}, (8)

[РЪЗ={РЪ>, (9)

(РЪО)={РЬОГ, (Ю)

[Snl={Sn>, (ti)

(SnO)=ÍSnO}.. (12)

При разработка модели для описания термодинамических характеристик черной кеда была использована теорий регулярных растворов, для шлака - теория регулярных ионных растворов. Серьезной проблемой при использовании этих теорий была количественная оцен- -ка энергий смешения компонентов металлического (Wi;j) и шлакового (Qi;j.) расплавов.

' Для металлического расплава (чёрной меда) относительно на. декные данные о значениях параметров приводятся' лишь для пяти (Cu-Pe, Fe-Pb, Ге-ITl, Cu-Hi) из пятнадцати интересующих бинарных систем. Для систем Cu-Pb, Zn-РЪ и Fe-Zn приводимые в литертуре данные о Wij являются неоднозначными. Поэтому в данной работе бы--.ла проведена оценка неизвестных значений энергий смешения компонентов бинарных систем Cu-Zri, Cu-Sil, Fe-Sn, Zn-Hl, Pb-Sn, Sn-UI и •уточнены йриводише в литературэ_ данные о значениях параметров для систем Cu-Pb. Fe-Zn, Zn-Sn. Оценка значений указанных пара, метров Wi;. бала выполнена на основании данных о строении высокотемпературных областей диаграмм состояния соответствующих бинар-. ных металлических систем. Значения приведены в табл.1. ,

Параметрическое обеспечение теории.рёгулярных. ионных растворов 'в настоящее время , в достаточно полном объеме представлено -лишь для шлаков черной металлургии,., главными компонентами которых являются оксида FeO, Cao, MnO, MgO, Á1203, S102, Рг05. Энергии смешения Q1;J. таких оксидов как Со^О, ZnO. PbO, SnO, ЫЮ друг с другом и другими компонентами шлака в литературе отсутствуют, что делает необходимым выполнение их количественной оценки. Обзор литературы показал, что экспериментальные данные об активностях компонентов в упомянутых бинарных системах, а также данные о других термодинамических характериках шлаковых расплавов представлении в весьма ограниченном, объеме. -Значительно полнее в литературе представлена информация о высокотемпературных фазовых равновесиях - диаграммах состояния.

Таблица--!

Энергии смешения йомпонаятов шлакового расплава

Система

кДк/моль

С^О-РеО -48

Сп^О-гпО 0

Ст^О-РЬО -15"

С^О-ЭпО 0

с^о-ню 22,4

С^О-СаО -40,5

Си 27,3

13,7

гпо-рьо . О

йгО-БпО 0

аю-то 0

Система

кДж/моль

Система

кДя/даль

гпО-СаО

гпо-зю£

гпо-А12о3

РеО-йпО

РеО-РЬО

РеО-ЗпО

Еео-то

РеО-СаО

Ре0-Б10г

РеО-АЦОд

ЕШ-ЗпО

О

-87,3 13,6 О О О О

-39,7 6,7 8,4 О

РЬ0-А1г03

БпО-БЮг Бй0-А1г03

НЮ-БЮ.

г

К10-А1г03

К10-Са0

СаО-БЮг

Сао-А^Оз

ЗК^-Д^Од

-47,0

о

О О

38,9 О 20,3 О

-148,3 -97,5 10,5

С ■ использованием нзвесщоЕ в литературе методики и "данных о строении диаграмм состояния снсгеи Рео-Си^о, Си.гО-РЬО, с^О-МО, с^о-з^, с^о-сао, с^о-ацо'з, гпо-бю2-, ш-мго3, рьо-б1о2, ню-а1го3 в данной, работу был проведан расчет соответствушк. значений энергий смешения компонентов шлакового расплава, результаты которого представлены в табл.2. * .

Таблица 2

■ Энергии смешения кошонентов металлического'расплава

Система . кДж/молъ ■ Система кДа/моль

Си - Рэ 33.6 1 - Ре - N1 -14,3

Си - 2п -4.87 гп - РЪ 0

Си - РЬ " 16,96 гп - 5п ' 6,4

Си - Бп ' -48,12 гп - N1 1.2 •

Си - N1 • 17,7 РЬ - Бп 5,8 .

Ре - 2п 17,74 РЪ - И1 20,1

Ре - РЬ 21,25 Бп - N1 15,1

Ре - 5п 24,86

- 11 -

В работе была выполнена также оценка величин изменения сво -бодной энергии Гиббса обменных реакций мезду металлом и шлаком на основании анализа экспериментальных данных, характеризующих распределение элементов- между черной медью и шлаком в процессе шахтной плавки. Необходимость этой оценки обусловлена большими расхождениями . значений изменения изобарного потенциала, расстатанны на основе справочных данных. Разброс значений дС°реакций полученных в данной работе, не превышает 8 кДд/моль и подтверждает корректность использованного подхода и пригодность разрабатываемой модели для процесса шахтной плавки вторичного медьсодержащего ,сырья. В результате проведенной обработки были установлены следующие "эффективные" значения величин дС® реакций (3)-(12), соответствующие температуре 1523К: '

лС(з)=-139,9±2,6 (13).

АС ,=-123,4*2,7 (14)

лС(5)=-84,1±8,1 (15)

ЛС(5)=-159,9±2,2 (16)

лС(7)=-107,6±4,7 (17)

Комплект полученж термодинамических параметров дает возможность' создать термодинамическую' модель процесса шахтной плавки. Анализ поведения цветных металлов и железа в система металл-шлак-газовая фаза показал, что замена в шлаке 3102 на СаО или РеО приводит к увеличению коэффициента распределения цинка мезду металлов и шлаком (рис.2). Аналогично ведут себя железо, свинец, никель, олово. Расчеты показывают, что изменение -коэффициентов распределения цветных кеталлов в зависимости от состава шлака непосредственно связано с изменением их 'активности в металле и плаке.

Подученные 'зависимости качественно согласуется с результатами, полученными при: исследовании кинетики отгонки цинка из шлака, промышленными данными по фьшингованюо цинкосодержащих шлаков, -а также с результатами статистического анализа шлаков (глава. 2).

Совместный анализ -результатов раЬчетов, полученных из термодинамической модели система черная медь-шлак-газовая фаза и статистической модели шлаков позволяют сделать еывод о том, что оптимальным для шахтной плавки вторичного медьсодеряащего сырья представляются шлаки следующего'состава, й: РеО-38...40, Са0-1б. ..18, Б10г-21...22. • "

Влияние замены 510г на СаО при Я'еО=сопзг на коэффициент распределения цинка (а), железа(б),свинца(в), олова(г), никеля(д) между металлом и шлаком

—-(Ге0,)=40Х

(РеОР-ЗГУ. —<РеВ>-32Х

Рис.2'

- Í3 -

4.' ЭКСПЕРИМЕНТАЯЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

таков щхтнои главки.

Состав оптимального шлака, полученного в результате проведенных исследований, существенно отличается от шлаков текущего производства, содержащих, %: FeO-34...40, Са0-10...13, S10p~24. ..28. В связи с этил вполне очевидна необходимость оценки его физических свойств в области исследуемых и рекомендуемых составов. С етсй целью были проведены исследования по определению температуры кристаллизации и вязкости шлаков, содержащих оксиды цветных металлов и шлакообразующие оксиды. В данной работе использовались синтетические многокомпонентные шлаки, содержащие РеО, CaO, Si02, А1203, CUgO, ZnO, что позволило максимально приблизить их состав к составу промышленных шлаков и повысить достоверность полученных результатов.

Было проведено математическое планирование эксперимента, при этом в качестве варьируемых факторов' били приняты содержания Feo, CaO, SiOg, -AljOg.

Измерение температуры кристаллизации проводилось методом дифференциального термического анализа (ДГА). Вязкость шлаков измерялась вискозиметром Штангельмэйера.

После статистической обработки результатов измерений были построены математические модели, описывающие изменение температуры, кристаллизации и вязкости в зависимости от состава шлака. Результаты представлены в виде диаграмм "физическое свойство-состав шлак а" (рис.3).

Экспериментальная проварка модели температуры кристаллизации и измерение вязкости промышленных шлаков показал? их корректность и .согласованность с данными о свойствах промышленных шлагтов.

В результате анализа самих моделей установлено, что шлаки системы FeO-SlOg-CaO-AlgOg-ZnO-CUgO в изучаемой области имеют низкую -температуру кристаллизации - взнзе 1546 К и низкую вязкость. Гак шлаки, содержащие, Ре0-^33...43, Са0-12...18, S102~ 20...30, А1г03-б...10, ZnO-7,- Cu20-1, •зодаотекуча и их.вязкость при температуре 1523 К не превышает 0,5 Па с.

Диаграмма вязкости шлаков системы при 1573К (Па-с)

4< АО ЪЯ 38 Ъ7 56 55 %

25 26 27 Z& ; 29 ■ 3¿1 52 33 , Ь5

А1е03 ~'q%, ZnO - 7%, dL.0 ~ is-

Рис.з

- '15 -

5. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОВЕДЕНИЯ ЦВЕТНЫХ ШМЛОВ

И ЖЕЛЕЗА В ПРОЦЕССЕ ШАХТНОЙ ШИБКИ .

ВТОРИЧНОГО }ШЬСОДЕШЩЕГО ШРЬЯ "

Параллельно с тэрюдияашчесхйш исследованиями системы металл - шлак - газовая фаза проводились статистические исследования процесса шахтной плавки. При это» была поставлена задача из всей совокупности факторов, вшязщих На. распределение металлов в реальном процессе, оценить влияние состава Шлака» а также оценить степень согласованности,термодинамических и промшшенинх данных. Для решения поставленной задачи был проведен статистический анализ выборки данных о'йшичбсшд состава шлаков и черной меди. При этом использовался способ пассивного наблмдения. В качестве факторов била выбрана содержания в шлаках РеО, CaO, SiOa, в качестве параметров - коэффициента 'распределения мекду металлом и шлаком шика и железа, а также содержание в черной меда никеля и олова. Для получения надежных статистических результатов был взят объем Шборки 10 ТЕС. Т0ЧЗК.

После соответствующей статистической обработка массива сыт ' получены математические модели второго порядка, описывающие изме-'нение интересующих параметров. Полученные зависимости ямазот сложный характер,, обусловленный сложностью самого процесса шахтной плавки. -й,кете о тем качественно' ощ согласуются с выводами статистических и термодинамических исследований, что может в определенной мере служить подтверждением корректности построенных моделей.

6. СТРУКТУРНО-ГРУШОБОЛ АНАЛИЗ ТЕХКОЛОПИЕСКОГО .

ПРОЦЕССА ШШНОИ ШАВКИ,.

В результате проведенных исследований была установлена взаимосвязь между составом шлака и распределением цветных металлов и железа, что сделало возможным построение математической модели процесса шахтной плавки, позволяющей по известному составу шихты рассчитать массу и состав каждого".из продуктов плавки.

Модель включает систему уравнений, состоящую из уравнений материального баланса, уравнений, характеризующих распределение

• Влияние замена 510г на СаО при %РеО=сопв1 • на содержание никеля(а) и олова(б) в металле

3.2

£зп],я

б)

1.6 1.4 •1.2

Ч --г---Г_ 3 - I

5 3 - —„

>

- ' //'/ ....................

/У.:'"/ / ш /и /1 ""■■■б

/У / . ' / УЦ / 1.1 } • / / ' 1 У -

? ! / / / -

/ / 1 --—--- ' _

10

15 20

(СаО).%

1-28£.?е0; 2-30%; 3-3295; 4-34Ж; .5-36%; 6-38%; 7-40% Рис.4

элементов мевду продуктами плавки и нормировочных уравнений, свя внвавдих мэвду собой содержание известных по результатам химического анализа и неучтенных (прочих) злэкентов. Сравнение результатов расчетов с прошлиенаой практикой показало удовлетворительную их согласованность. • .

7. тмшшшыв испытания по получению ¡ПЛАНОВ повышенной основности в процессе ЖХТНОП ПЛАВНИ • вторичного шдьсодеряащего сырья

Испытания проводились на шахтных печах Кировградского медеплавильного комбината.

К моменту испытаний состав текущих шлаков был близок к оптимальному лишь по содержании РеО, Анализ составов шихты для перехода с текущих шлаков (Са0-10...1255) на оптимальные (СаО-16...18%) дает основание считать нецелесообразным осуществление такой замены традиционным путем: только корректировкой флюсами и количеством собственных оборотных штатов. Поэтому в рамках данной работы было разработано для промышленного использования технически новое решение пихтовой задачи, Егшзчввдее обработку в электропечи шлаков шахтной плавки с получением вторичных шлаков, близких по содержанию СаО к оптимальным, и замену эти шлаками оборотных шлаков шахтной плавки. Это дает принципиальные преимущества в сравнении с традишонншги методами корректировки составов шлаков. •

Кроме того, вместо фапса использовался низкосортный обожженный известняк, содержащий 49...54S СаО, 5...8Х S102, 1...3Ж Fe, что расширило возможности флюса вследствие отсутствия эндотермического эффекта разложения.

В. ходе исднтаяий рассматривалось несколько вариантов шихты. Полученные результата,, праввдевннэ в табл.3, указывают на высокув эффективность использования вторичянх шлаков электротермии. При введэвш их в шихту получена высокие коэффициенты распределения цинка и железа.. Максшальна» значения коэффициентов распределение цинка и железа получена прз использовании вторичных шлаков электротермии в сочетании с обсаженным известняком.

Таблица 3

Результаты црошалешых испытаний ■

N вар Сося зв продуктов плавки Коэффициент

Черная меда/ Шлак ГЯп!

Ре, % БХОд.Я СаО, % ~ЕеО,% (Рей)'

1 2 3 4 5 6 7 5,2 6,2 4.7 4,6 4.8 3,8 3,9 3.6 3,9 3,9 3.7 2,9 3,4- 0,55 0,56 0,62 0,54 0,56 0,57 0,50 23.5 25.6 26,8 26,6 24,4 24,9 25.7 16,3 14.5 14.6 12,9 12.3 13,1 13.4 5,3 6,1 .4,1 4,9 5.3 5,5 4.4 35,4 33,7 38,0 37,2 42,7 39.4 39.5 ооооооо . 0,112 > 0,1060,105 0,106 0,084 0,074 0,087

Повышение расхода кальвдйсодеркавдх флюсов и соответственно повышение содержания СаО в шлаках способствуем рос ту коэффициентов распределения цинка и железа (табл. 4).. »

: Таблица 4 Коэффициенты распределения цинка и железа

К Содержание СаО в шлаках Д

<12 12..,14 14...16 >16

[2п] (ЯпО) 0,74 0,84 . 0,88' 0,87

1Рв]' (ЗРеО) 0,1 0,084 0,09 0,094.

При введении в состав шихты оборотных конверторных оловосодержащих шлаков, коэффициент распределения цинка сущэственно снизился. По этой причине шавка конверторных шлаков в шахтной печи нецелесообразна. Учитывая большой набор и высокое - содержание в них цветных металлов, эти шлаки рациональнее перерабатывать по отдельной технологии.

На основании результатов проведенных испытаний можно рекомендовать-следующий состав шихты, Я: -вторичный шлак электротермии - 29...32, обожкеншй известняк - 11.;.12,. биметалл --Б...7,- сора и шлаки - 20...22, .вторичные металлы - 30...32.

- 19 -

ОбЩЙВ ЕЫВО/Ш

С использованием различая* шгодов исследования было проведено изучение система «еталд ~ алан применительно к процессу шахтной плавки вторичйого шдьсодерйашего сырья.

Статистический анализ алаков оахэдой плавки гожазад, что замещение в шлаках Si(>2 на Feo или СаО ведет к стжзкив содержания в них меди и цинка, и гозволйл установить пределы изменения концентраций FeG и СаО в шлаках. Согласно разработанной статистической' модели илакоз оптимальный для иахтной- плавки является шлак следующего состава, %: FC0-33.. .40, 'СаО-16.«.18, Si0a-20.. .22. Шесте с тем в данном процессе на шаках система FeO-CaO-SlOa нельзя достичь отвальных концентраций неда г цинка.

• При проведения термодшаадческого анализа системы черная медь - шлак установлено, что во всем рассматриваемом диапазоне концентраций шлакообразувдих оксидов повышение содержаний FeO или. СаО за счет Si02 ведет к росту козффщиентов распределения цинка, свинца, никеля и железа.- Совместный анализ данных термодинамичес--кого и: статистического анализа шлакой подтверждает целесообразность работы на шлаки' с содержанием РеО-38...'40', СаО-16...18*. SiO.,-20...22%. ...

Результаты статистического мйделяровяаш сжстещ Черная медь - шлак таете'указнБают на голонительдое влшще замены в шлаках Si02 на FeO и СаО на козффшхиенТы распределения вдцха и келеза. .¡фи этом оптимальными 'является.шланз?, содерзащие более 15% СаО.

Низка© значения температуры кристаллизации и вязкости изуча- ' емых' шлаков делают возможным использование щлаков оптимального состава в процессе иахтной плавка.. ;

Результаты промышленных испытаний согласуются с выводами данной работы: увеличение доли оксида- кальция в пакте и исключение кварцевого флюса позволяло повысить содержание СаО в шлаках и коэффициенты распределения цинка и железа. При введении в шихту высокоосновных оборотных шлаков электротермии получены максимальные значения коэффициентов распределения цинка и железа.

На основании проведенных исследований рекомендована шихта оптимального состава.

-20- -

В период проведения промышленных. испытаний извлечение цинка в товарную продукцию увеличилось'на 12 (отн.) S. За счет этого получен экономический эффект 807 тыс. руб., что в пересчете на год составит 9,7 млн. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

/

1.Сергеев Г.И., Ранений О.Б., Антоненко В.И. Распределение компонентов в системе металл-шлак-газовая фаза при производстве меди. //Физико химические основа производства металлических сплаг вов:Тезисн докладов.-Алма-Ата.-19SQ.-С.115.

2.Ранений О.Б. Использование рафинирующего действия шлаковых расплавов при переработке медьсодержащих материалов // Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов: Тезисы докладов Челябинск.-1990.-Т.III.-Ч.II.-С.288.

3.Сергеев Г.И., Ранений О.Б., Антоненко В.И., Черногорова А.Е., Вильгельм Б.М., Макровец И.В. Влияние основности шлаковой фазы на извлечение ценных компонентов при шахтной плаке медьсодержащего сырья //Там же -C-2S5. •

¿.Копит В.З., Климов a.B.", Безвдехский Г.Н., Фролов A.A., Ранский О.Б. Извлечение цинка из келезосшшкатных расплавов с использованием различных восстановителей //Новые и усовершенствованные технологии для окускованля сырья и „производства чугуна и ферросплавов: Тезисы докладов.-Варна.-1990.-С. 145. •

■ б.Ковган П.А., Волков В.А., Савченко H.H..Трифонов В.В., Черный л Е., Ранский О.Б. Применение нагретого дутья в шахтной плавке вторичного, медного сырья //Цветная металлургия.-£1-2.-1385.

6.Рансгаг* О.Б., Худяков И.Ф., Антоненко В.И., Сергеев Г.1 Солодихин А.Ю., Паинин А.Р. Расчет "равновесного распределения кислорода и железа меаду медь» и шлаковым расплавом // Известия ВУЗов. Цветная металлургия.-1989.-JS.-C.46

7.Пашнин А".Г., Ранский 0,Б., Антоненко В.И.. Макровец ИЛ Сергеев Г.Я. Исследование влияния состава шлака на содержание примесей в меди //Фязико-химические основы металлургических процессов. Сб. трудов Ч1Щ.-Челябинск:ЧШ.-198Э.-С.77.

8.Ранский О.Б., Черногорова А.Е., Антоненко В.И., Сергеев Г.К., Солодихин А.Ю., Пашнин А.Г. Исследование влияния А1г03 на равновесное распределение примесей между медью к шлаковым расплавом //Цветные металлы.-19S2.-Ji3.-С. 15-17. Я

! ;

и ■

I