Утегенова М.Е., Саденова М.А., Жакупбаев Е.К., Тогузов М.З.

Восточно-Казахстанский Государственный Технический университет

им. Д. Серикбаева, Усть-Каменогорск, Казахстан

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ МЕЖДУ ПРОДУКТАМИ КОНВЕРТИРОВАНИЯ

В статье представлены результаты исследования распределения компонентов медного штейна (Pb, As, Sb, Bi и др.) между продуктами конвертирования в зависимости от параметров процесса.

Ключевые слова: штейн, распределение компонентов, медь

Повышение комплексности переработки сырья, является, во-первых неотъемлемым условием для достижения требуемого экономического и технологического эффектов; во – вторых позволяет значительно расширить ассортимент выпускаемой товарной продукции, включающий наряду со свинцом, цинком и медью такие сопутствующие металлы, как золото, серебро, селен, теллур, висмут и другие. По объёму мирового производства и потребления среди цветных металлов медь занимает третье место после железа и алюминия. Мировая добыча меди в рудах в настоящее время имеет тенденцию повышаться и за январь-июль 2012 года составила 9,60 млн. тонн, при этом, производство рафинированной меди увеличилось до 11,66 млн. тонн [1]. Согласно географической структуре мировых природных запасов меди по состоянию на конец года 2011 года, Казахстан занимает 11 позицию после Чили, Перу, Австралии, Мексики, США, КНР, России, Индонезии, Польши и Замбии.

Одной из проблем современной медной отрасли требующей решения является полнота извлечения меди в товарный продукт, так как несмотря на высокие показатели по сквозному извлечению (не ниже 85%) по всему технологическому циклу на практике прямое извлечение заметно ниже так как значительное количество меди находится в составе оборотных полупродуктов, циркулирующих по действующей схеме, переработка которых требует дополнительных материальных, технических и других ресурсов. Получение черновой меди в промышленности осуществляется, в основном, в процессе конвертирования медных штейнов которое осуществляется в вертикальных и горизонтальных конвертерах. Горизонтальные конвертеры имеют преимущества по сравнению с вертикальными конвертерами, т.к. отличаются большей емкостью (до 100 тонн) и обеспечивают равномерное распределение воздуха. Наиболее простыми и надежными являются горизонтальные конвертеры, с верхним отводом отходящих газов, которые получили наибольшее распространение в промышленной практике, например конвертер Реirce-Smith. Основными факторами, определяющими распределения компонентов штейна между продуктами конвертирования, являются условия процесса и состав загружаемых материалов.

Анализ практических данных медного завода ТОО Казцинк Республики Казахстан, представленных в таблице 1 показывают, что

Таблица 1 Показатели процесса конвертирования медного штейна в конвертере Пирс – Смит.

Условия плавок			Штейн, %				Конвертерный шлак, %				Черновая медь, %			Распределение свинца, %
Время дутья, час		Расход воздуха, тыс. м^3/ч	Cu	Pb	S	Fe	Cu	Pb	S	SiO2	Cu	Pb	S	Черновая медь	Конвертерный шлак	Возгоны (по разности)
I период	II период
2,2	2,6	32	57,8	14,0	17,2	8,0	9,9	14,4	0,3	22,4	98,4	0,2	0,01	0,99	35,1	63,9
2,4	2,7	32	57.7	16,7	17.8	7	6.3	19.2	0.3	22	98.1	0.2	0.02	0,8	36,8	63,3
2,3	2,7	32	57,1	11,6	17,5	10,9	5,6	14,8	0,5	23,6	98,9	0,2	0,07	0,99	42,2	56,8
2,1	2,5	32	59,0	10,7	19,3	9,0	9,8	12,5	0,6	23,6	97,8	0,2	0,02	1,37	36,8	61,8
2,2	2,6	32	58,1	10,5	18,6	10,5	5,4	16,3	0,6	26,8	98,5	0,1	0,01	0,98	52,4	46,6
2,2	2,7	32	57,9	12,2	19,5	8,2	7,5	13,7	0,4	21,7	98,4	0,2	0,04	1,16	34,4	64,6
Среднее:		32	58,0	11,8	18,4	9,3	7,6	14,3	0,5	23,6	98,4	0,2	0,03	1,15	34,7	64,1

распределение свинца в продуктах конвертирования зависит от продолжительности дутья - чем больше продолжительность, тем полнее свинец возгоняется и в меньшей степени загрязняет черновую медь, накапливаясь в конвертерном щлаке. Исследование изменения состава исходного штейна в течение всей продувки, через каждые 20 минут после подачи дутья показало, что после окончания первого периода процесса концентрации цинка и железа достигли требуемых величин: цинк перешел в возгоны и шлак, а железо ошлаковалось, в то время как содержание свинца остается высоким, не меньше 10% (рисунок 1).

Рисунок 1 Изменение состава штейна от продолжительности продувки

Обработка статистических данных свидетельствует, что увеличение содержания свинца в штейне от 5 до 15% приводит к заметному повышению концетрации меди в шлаке 2-го периода конвертирования (рисунок 2) которое изменяется в интервале 25 - 55%, т.е. возрастает более чем в 2 раза.

Ранее, авторами [2] указывалось, что в медеплавильных процессах поведение тяжелых цветных, благородных и редких металлов преимущественно

определяется физико-химическими свойствами системы FeO-FeS-MeS-SiO₂ и распределение меди зависит от соотношения термодинамических активностей компонентов в шлаковой и штейновой фазах, при этом на макромеханизм шлакообразования при окислении сульфидных (металлических) систем существенно влияет наличие в них областей гомогенности, взаимная растворимость фаз и различие их плотностей. Действительно по практическим данным при наличии значительных количеств магнетита в шлаке потери меди и

Рисунок 2 Зависимость потерь меди со шлаком от содержания свинца в штейне.

благородных металлов со шлаком возрастают из-за их растворимости в магнетите.

По данным [3] при увеличении температуры растворимые потери меди в шлаке несколько возрастают, а при замене в шлаке FeO на СаО – уменьшаются. Нами исследовано влияние температуры процесса на количество магнетита в шлаке первого периода конвертирования, при достаточном количестве кремнезема (рисунок 3). Показано, что варьирование температуры в

интервале от 1210 до 1243 ⁰С приводит к снижению содержания магнетита с 45 до 6%, что коррелирует с данными Ю.П. Купрякова [2].

При выяснении распределения мышьяка, было установлено, что степень его возгонки (таблица 2) не превышает 34% и хорошо согласуется с

Таблица 2 Распределение мышьяка, сурьмы и висмута в продуктах конвертирования в конвертере Пирс – Смит.

Продукты	As	Sb	Bi
Ошлаковано ………… Перешло в возгоны… Всего удалено…………….. Перешло в черновую медь	7 34 41 59	60 14 74 26	1 95 96 4

результатами Копылова Н.И. и Каминского Ю.Д. [4], что при конвертировании богатых штейнов до 70 % As переходит в черновую медь и только 30 % в газы и шлак, а бедных штейнов — 70 % в газы и 16 % в шлак.

Рисунок 3 Зависимость содержания магнетита в шлаке 1-го периода от температурного режима процесса конвертирования.

Поведение висмута при конвертировании также зависит от температуры в конвертере и продолжительности продувки до образования металлической меди. Удаление висмута является следствием испарения его в виде металла.

Наиболее трудно удаляется из черновой меди сурьма, образующая растворимые в меди соединения. Достаточно интенсивное окисление и удаление этого металла имеет место только в конце продувки. Содержание сурьмы в металле удается уменьшить до 0,1 – 0,2%. Дальнейшее удаление этой примеси считается нецелесообразным, так как связано с окислением и ошлакованием меди [5].

Селен и теллур, также, как и образовавшиеся, серебро и золото, преимущественно концентрируются в черновой меди, а оставшаяся не выгоревшая часть переходит в конвертерный шлак.

Поведение сурьмы и указанных редких и благородных металлов в настоящее время требует дальнейшего изучения, так как представляет практически интерес.

Таким образом, установлено что:

- распределение свинца в продуктах конвертирования зависит от продолжительности продувки, а его количество в штейне влияет на потери меди со шлаком (чем выше содержание свинца, тем больше потери меди);

- содержание магнетита в шлаке зависит от температуры процесса (повышение температуры на 30⁰С, снижает количество магнетита с 45 до 6%) и влияет на потери меди и благородных металлов со шлаком (чем выше содержание магнетита, тем больше потери меди и др.);

- при конвертировании богатых штейнов до 70 % As переходит в черновую медь и только 30 – 40 % в газы и шлак.

Казахстан обладает уникальными многокомпонентными минеральными ресурсами, которые, однако, по сравнению с зарубежными странами, считаются бедными по содержанию основных ценных металлов, поэтому актуальной остается задача наиболее полного извлечения компонентов и снижение потерь с отвальными продуктами производства.

Литература:

1. Металлургический бюллетень от 17 февраля 2012 г. http://www.metalbulletin.ru/publications/3826/

2. Вольхин А.И., Елисеев Е.И., Жуков В.П. Черновая медь и серная кислота. Челябинск, Том 1. 2004 – 327 с.

3. Копылов Н.И., Смирнов М.П., Тогузов М.З. Диаграммы состояния систем в металлургии тяжелых цветных металлов. М.: Металлургия, 1993. 302 с.

4. Копылов Н.И., Каминский Ю.Д. Мышьяк. Новосибирск, 2004 -367 с.

5. Худяков И.Ф., Тихонов А.И., Деев В.И., Набойченко С.С. Металлургия меди, никеля и кобальта. М.: Металлургия, Том 1. 1977 – 295 с.