Исследование закономерностей и разработка технологии окатывания медьсодержащих материалов и технологических отходов металлургии

В результате истощения запасов природного сырья все более интенсивно вовлекаются в переработку более бедные руды и концентраты сложного фазового и минералогического состава с взаимным проростанием минералов, для получения которых применяют многостадийные схемы обогащения, связанные с тонким измельчением руд. Данные концентраты характеризуются высокой дисперсностью и в существующем виде они неприемлемы для металлургического производства, так как пылевынос при их загрузке в печи составляет до 40%. Высокая запыленность, температура отходящих газов и сложный фазовый состав пыли являются причинами образования трудноудаляемых настылей в газоходах. Одним из способов снижения потерь за счет пылевыноса и вероятности образования трудноудаляемых настылей является окускование дисперсных медьсодержащих материалов перед подачей в металлургические агрегаты. Наиболее технологически доступным, экономически и экологически целесообразным при подготовке медных концентратов является окатывание.

Объектом исследования является технология окатывания дисперсных медьсодержащих материалов и концентратов.

Предметом исследования является зависимость повышения прочности получаемых окатышей от системы «сульфат свинца — сульфат цйнка».

Целью диссертационной работы является повышение эффективности переработки медьсодержащих материалов и концентратов с использованием технологических отходов металлургии при получении окатышей.

Задачами исследования являются:

1. Изучение зависимости прочности окатышей из медных концентратов от массовых долей сульфатов цинка и свинца.

2. Изучение влияния клинкера на процесс окатывания и плавки медьсодержащих материалов.

3. Разработка технологии окатывания медных концентратов и технологических отходов металлургии в условиях ОАО «Святогор».

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Прочность окатышей из медных концентратов на сброс с использованием клинкера и смеси 2п804 — РЬБ04 в качестве вяжущей системы достигает максимальных значений при соотношении массовой доли сульфата свинца к массовой доле сульфата цинка в диапазоне от 2 до 3,5 за счет экзотермичности реакции сульфатизации сульфида свинца и использования сульфата свинца в качестве кристаллизатора.

2.

Введение

клинкера в состав шихты при окатывании медьсодержащих материалов интенсифицирует процесс окатывания за счет крупности и высокой пористости клинкера и позволяет сократить время окатывания с нескольких часов до нескольких минут, повысить прочность окатышей на сброс в два раза, исключить вынос частиц коксика клинкера с отходящими газами, снизить потери меди с отвальным шлаком.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверждаются результатами экспериментов, удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных и промышленных испытаний с результатами теоретических исследований.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

Получена закономерность упрочнения окатышей из клинкера и медных концентратов со значительным содержанием цинка и свинца. Экспериментально установлена зависимость между прочностью на сброс и молекулярным соотношением содержания сульфата свинца к сульфату цинка при использовании в качестве основного связующего сульфата цинка, а сульфата свинца в качестве добавки-кристаллизатора за счет экзотермичности реакции сульфатизации и низкой растворимости. Получены диаграммы прочности окатышей в зависимости от соотношения содержания сульфата свинца к сульфату цинка, что позволяет определить оптимальный состав шихты для окатывания.

Разработана математическая модель формирования окатыша из медных концентратов и клинкера в условиях экзотермических реакций, позволяющая с учетом пористости частиц клинкера и массовой доли составляющих шихты определить гранулометрический состав окатышей.

Практическая значимость работы состоит в разработке технологии и режимов окатывания медьсодержащих материалов, включая медные концентраты, совместно с клинкером цинкового производства в условиях ОАО «Святогор», что позволит повысить объемы переработки клинкера, снизить потери за счет пылевыноса и получить окатыши необходимой прочности и гранулометрического состава.

Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации технические решения использованы в регламенте промышленных испытаний по окатыванию цементационной меди с последующей плавкой в конвертерах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на :

— Международном совещании «Плаксинские чтения» (г. В. Пышма, 2011 г.- диплом за лучший доклад).

— VI Конгрессе обогатителей стран СНГ (г. Москва, 2007 г.).

— Международной научно — технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (г. Екатеринбург, 2011 г.).

— Международной научно — технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (г. Екатеринбург, 2009 г.).

— технических совещаниях ОАО «Святогор» при подготовке и реализации полупромышленных испытаний по окатыванию цементационной меди (г. Красноуральск, 2010 г.);

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в четырех печатных работах, в том числе в одной статье российского издания, рекомендованной ВАК РФ.

Вклад автора состоит в разработке теории и математической модели, проведении исследований в лабораторных условиях, в математической обработке, анализе и обобщении полученных результатов, выполненных автором самостоятельно, в разработке регламента и непосредственном проведении промышленных испытаний.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемых источников из 101 наименований и содержит 148 страниц машинописного текста, 38 рисунков, 14 таблиц, 5 приложений.

5.2. Выводы.

1. Полупромышленными испытаниями по окатыванию цементационной меди установлено, что снижение прочности окатышей обусловлено использованием раздельной сушки и грануляции, и ростом температуры подаваемого воздуха. Свободная серная кислота и растворимые сульфаты прореагировали с оксидом кальция, обеспечив подогрев шихты в процессе грануляции при полупромышленных испытаниях. Фазовый анализ окатышей, полученных при полупромышленных испытаниях, подтвердил сульфатизацию сульфида свинца медного концентрата за счет реакций гидролиза железа.

2. Разработанная технология по окатыванию цементационной меди позволяет повысить извлечение меди за счет снижения пылевыноса, повысить степень использования существующего оборудования и снизить капиталоемкость на внедрение.

3. По результатам опытно-промышленных испытаний для разработки принципиальной технологической схемы подготовки цементационной меди к плавке в конвертерах установлено, что: совмещение грануляции с сушкой стабилизирует процесс окатывания и позволяет получить окатыши, обладающие стабильными гранулометрическими и прочностными характеристикамиподдерживание температуры в сушильном барабане от 60 до 70 °C снижает удаление гидратной воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации изложены научно обоснованные технологические разработки по окатыванию медных концентратов и технологических отходов для металлургической переработки с использованием клинкера и вяжущей системы ZnSCVoEbO — PbS04 для «повышения прочности окатышей, имеющие важное значение для производства черновой меди. Основные научные и практические результаты заключаются в следующем.

1. Впервые теоретически обосновано и практически установлено, что:

— прочность окатышей из медных концентратов на сброс с использованием клинкера и смеси Z11SO4 — PbS04 в качестве вяжущей системы достигает максимальных значений при соотношении массовой доли сульфата свинца к массовой доле сульфата цинка в диапазоне от 2 до 3,5 за счет экзотермичности реакции сульфатизации сульфида свинца и использования сульфата свинца в качестве кристаллизатора, что так же позволяет снизить температуру подаваемого воздуха со 155 °C до 60 °C.

— введение клинкера в состав шихты при окатывании медьсодержащих материалов интенсифицирует процесс окатывания за счет крупности и высокой пористости клинкера и позволяет сократить время окатывания с нескольких часов до нескольких минут, повысить прочность окатышей на сброс в два раза, исключить вынос частиц коксика клинкера с отходящими газами, снизить потери меди с отвальным шлаком.

2. На основании статистических данных теоретически обосновано, что переработка окатанного клинкера с медьсодержащими материалами улучшает состояние газоходного тракта за счет исключения выноса частиц коксика клинкера с отходящими газами при обжиге и снижает потери меди с отвальными шлаками за счет использования железа и коксика клинкера в качестве восстановителей при последующей плавке.

3. Результаты лабораторных исследований показали, что система ZnS04−6H20 — PbS04 обладает вяжущими свойствами за счет сульфата цинка, а сульфат свинца устраняет спады прочности, наблюдаемые при твердении сульфата цинка в его отсутствии.

4. Разработан и практически подтвержден способ получения окатышей из медных концентратов, включающий шихтовку, окатывание в барабанном грануляторе с использованием в качестве увлажнителя шихты раствора серной кислоты и сушку окатышей. Сокращение времени достижения максимальной прочности окатышей позволит значительно уменьшить затраты и площади для хранения. Гранулометрический и химический состав полученных окатышей, а также их прочность и степень десульфуризации от 25 до 30% позволяют использовать их для металлургической переработки по схеме: «обжиг-плавка-конвертирование» и в автогенных аппаратах, где основной из задач является снижение запыленности отходящих газов без высоких требований к гранулометрическому составу. На разработанный способ окатывания медного концентрата с клинкером подана заявка на изобретение.

5. Впервые предложено учитывать влияние пористости клинкера при формировании окатышей путем введения коэффициента пористости. При окатывании клинкер выполняет роль зародыша окатыша, смесь медных концентратов является дисперсной составляющей, которая накатывается на частицы клинкера, образуя окатыш. Коэффициент влияния пористости клинкера на рост окатыша равен 0,8. Использование клинкера от переработки цинкового производства в качестве составляющего шихты позволяет повысить прочность окатышей из медных концентратов на сброс в два раза.

6. Разработан и практически подтвержден в лабораторных условиях способ получения окатышей из цементационной меди для переработки по схеме: «обжиг — плавка — конвертирование», включающий шихтовку и совмещенное с сушкой в барабанном грануляторе окатывание. Способ позволил снизить температуру подаваемого в гранулятор воздуха до 60 70 °C, и сократить время процесса до 4 10 минут. Фазовый анализ окатышей при сопоставлении с прочностью на сброс показал повышение прочности окатышей не только за счет содержания сульфата кальция, но и за счет повышения температуры при реакции сульфатизации сульфида свинца в контактных зонах при формировании последних слоев окатыша.

7. Промышленными испытаниями по окатыванию цементационной меди установлено, что разработанная технология по окатыванию цементационной меди позволяет повысить извлечение меди за счет снижения пылевыноса, повысить степень использования существующего оборудования и снизить капиталоемкость на внедрение.