Технические науки /1. Металлургия

магистрант Булькубаева Н.С., доктор PhD Әділқанова М.Ә., к.т.н. Кокаева Г.А.

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, Казахский агротехнический университет им. С.Сейфуллина

Обзор технологий переработки клинкера вельц-печей

Клинкер от вельцевания цинковых кеков является одним из многотоннажных и наиболее ценных по содержанию цветных и благородных металлов отходов производства тяжелых цветных металлов. Он представляет собой мелкий сыпучий материал, содержащий в среднем, %: 0,5-5 Сu; 0,1-1,0 Pb; 15-25 С (кокс); 0,5-6,5 г/т Аu, 100-450 г/т Ag [1].

Условно клинкер можно рассматривать как медное железосодержащее сырьё, например медно-цинковую руду, в которую введён кокс, сернистое железо заменено на металлическое. Основные ценные компоненты в клинкере – медь, железо и углерод. Ценными примесями являются золото, серебро, свинец и цинк. Железо в клинкере представлено металлической формой, троилитом (FeS) и магнетитом. Медь содержится преимущественно в твердых растворах и вторичных сульфидах. Цинк в клинкере содержится в виде сульфидов, а свинец – в виде оксидов и силикатов. Коксик представляет собой скопления угля в окатышах в виде включений в силикатном стекле или в свободном виде в классах от +0,2 до 3 мм [2].

В настоящее время для переработки клинкера от вельцевания цинковых кеков используется и рекомендовано ряд технологических схем, которые способствуют сокращению отвалов этого ценного техногенного сырья.

На комбинате им. Д. Благоева (г.Пловдив) клинкер подвергают обогащению в тяжелой суспензии. Технологическая схема включает операции рассеивания на сите с размерами отверстий 16 мм, обогащение мелкой фракции (-16 мм) в тяжелой суспензии и магнитную сепарацию тяжелой фракции. Полученные при этом полупродукты перерабатывают частично на медеплавильных заводах. Легкую (коксовую) фракцию возвращают в шихту для вельцевания. Также на данном предприятии разработан способ совместной переработки продуктов цветной металлургии, в том числе клинкера и свинцовых шлаков. Способ обеспечивает одновременную переработку свинцовых шлака и клинкера в отношении (4÷1):1 с добавкой флюса, сульфидизатора и восстановителя в перегретой шлаковой ванне печи при температуре до 1350°С. Полупромышленные испытания способа показали возможность совместной переработки клинкера и свинцового шлака при непрерывной работе комплекса шахтная печь - электроотстойник - печь фьюмингования.

В цинковых кеках, поступающих на вельцевание, цинк содержится в форме феррита (50-60%), оксида и сульфата (30-40%), силиката (3-5%) и сульфида (5-10%). Восстановление феррита цинка в процессе вельцевания сопровождается выделением металлического α-железа и паров цинка. Поэтому практически почти все железо в клинкерах находится в металлической форме.

В процессе вельцевания окисленная медь легко восстанавливается до металлической и вместе с металлическим железом и полусернистой медью образуется сплав Fe-Cu-S переменного состава, обладающий магнитными свойствами. Это позволяет выделить металлическое железо, германий, галлий, индий и медь из клинкеров в коллективный железный концентрат с помощью магнитного обогащения.

Первые опыты по обогащению клинкера относятся к 1940г. С.И. Митрофанов и П.Ф. Еремин показали, что применяя отсадку, магнитную сепарацию и флотацию, из клинкера можно успешно выделить коксик.

Е.И. Котов и З.П. Лысенко для обезуглероживания клинкера применяли отсадочные машины. В результате мокрой отсадки получают обогащенный (коксик) и подрешетный клинкер. Извлечение углерода в коксик составляет 97%.

Результаты опытов мокрой магнитной сепарации при различной крупности измельчения исходного материала показали, что поведение меди при магнитной сепарации противоположно поведению железа и сопутствующих ему германия и галлия – с увеличением степени измельчения содержание меди в магнитном концентрате и ее извлечение резко падают, а в немагнитном продукте – возрастают. В хвосты магнитной сепарации переходит около 70% меди при содержании ее 3,2%. Для получения более богатого медного концентрата, а также уменьшения количества материала, требующего тонкого измельчения, были проведены опыты по двухстадиальной магнитной сепарации. Для сепарации клинкера могут быть использованы как мокрые, так и сухие сепараторы в зависимости от условий работы и дальнейшего использования железного концентрата.

Было установлено, что для отдельных видов клинкера применение одной магнитной сепарации удовлетворительных результатов не дает – магнитный концентрат получается низкого качества, и коксик из клинкера не извлекается. Для отделения коксика от клинкера была использована отсадка и концентрация на столах.

После отсадки получается концентрат, в который извлекается 94-97% меди, благородных и редких металлов, и хвосты, в которых концентрируется подавляющая часть коксика. Полученный после отсадки клинкера коксик может быть использован снова в процессе вельцевания.

Для получения более богатого медного концентрата, обогащенного благородными и редкими металлами, были испытаны схемы, предусматривающие сочетание отсадки с магнитной сепарацией и отсадки с флотацией.

При обогащении клинкера сочетанием отсадки и магнитной сепарации были получены коксик (хвосты отсадки), магнитный концентрат, в который извлекалось 86-92% меди, благородных и редких металлов от данной операции (88-89% от исходного), и отвальные хвосты. Полученный медный продукт требует дальнейшего обогащения флотацией.

Флотация позволяет получать более богатый медный концентрат, чем магнитная сепарация, однако извлечение благородных и редких металлов в концентрат по этой схеме меньше. При использовании только флотации из клинкера получают угольный, медный флотационные концентраты и отвальные хвосты. Технологические показатели угольной флотации близки к показателям отсадки, а показатели медной флотации несколько хуже показателей магнитной сепарации. К недостаткам флотационного процесса относятся: большой расход флотационных реагентов; необходимость тонкого измельчения клинкера; затруднения, связанные с обезвоживанием и последующим использованием тонкоизмельченного угольного концентрата.

Исходное содержание меди определяет схему обогащения клинкера. При высоком содержании меди и благородных металлов в исходном клинкере имеет смысл применять только отсадку. Для клинкеров, содержащих 1-2,25% меди, следует применять комплексные схемы, предусматривающие отсадку, магнитную сепарацию и флотацию.

Для «богатого» клинкера институтом ОАО «Уралмеханобр» была разработана и проверена на промышленной установке ОАО «Электроцинк» комбинированная гравитационно-магнитно-флотационная технология переработки с получением товарного углеродсодержащего концентрата, железного продукта с высоким содержанием меди и отвальных хвостов флотации [3]. По заключению авторов технологии, железосодержащий продукт (суммарный концентрат), в котором степень концентрации меди, железа и золота составляет около 1,6, может служить кондиционным продуктом для пирометаллургической переработки.

Клинкеры, получаемые при вельцевании окисленных цинковых руд месторождения «Шаймерден» перерабатываются по схеме гравитационного обогащения. В результате обогащения клинкера от вельцевания окисленных цинковых руд были получены углеродсодержащий концентрат с содержанием углерода 62,18% и хвосты, которые могут быть использованы для приготовления закладочной смеси.

Высокие технологические показатели обогащения «текущего» и «лежалого» клинкера от вельцевания кеков цинковых заводов УК МК и РПК ТОО «Казцинк» были получены в результате их лабораторных испытаний и промышленной переработки на обогатительных фабриках ТПК и ТОО «Казцинктех» этой компании [4]. На обогатительной фабрике ТПК «лежалый» и «текущий» клинкеры перерабатывались с добавкой медных шламов заводов УК МК. Переработка клинкеров на этой фабрике проводилась по комбинированным схемам с использованием гравитационных, магнитных и флотационных методов обогащения.

Так, при обогащении «лежалого» клинкера с содержанием, %: 1,39 Cu, 20,86 Fe, 16,16 C получались следующие продукты обогащения: железный концентрат с содержанием, %: 66 Fe, 1,97 Cu и 3,5 C; медный концентрат с содержанием, %: 10 Cu, 24,9 Fe и 9 C; угольный концентрат с содержанием, %: 67 C, 0,5 Cu и 6,2 Fe; общие хвосты с содержанием, %: 0,9 Cu, 19,5 Fe и 9,0 C.

При переработке «текущего» клинкера на обогатительной фабрике ТПК, который является более богатым продуктом по содержанию меди, железа и углерода, повышается извлечение основных компонентов клинкера при сохранении их качества.

На обогатительной фабрике ТОО «Казцинктех» перерабатывались клинкеры без добавок медных продуктов по комбинированной схеме с применением магнитных и флотационных методов обогащения. Характерной особенностью упомянутой технологической схемы является проведение сухой магнитной сепарации вначале технологического процесс на клинкере, дробленном до крупности -10+0 мм. Однако, как показали лабораторные исследования, лучшие результаты сухой магнитной сепарации клинкера достигаются при его крупности -6+0 мм, что подтверждается другими авторами.

Магнитная сепарация клинкера проводится в три стадии при различной напряженности магнитного поля, определяемого для каждого типа клинкера экспериментальным путём. В результате магнитной сепарации «текущего» клинкера получаются три продукта: магнитный, немагнитный и промежуточный продукт, в котором концентрируется основная масса тяжёлых цветных металлов, слабомагнитные продукты и уголь в сростках с железом и пустой породой. Промпродукт, представленный металлическим железом и магнетитом, по содержанию железа в нём часто соответствует товарному железному концентрату. Немагнитный продукт, в котором концентрируется значительное количество кокса, по содержанию углерода в нём соответствует товарному угольному концентрату. Промпродукт, выход которого колеблется от 40% до 70% от исходного клинкера, поступает на измельчение с последующим его флотационным обогащением.

Флотация угля из измельчённого промпродукта магнитной сепарации проводится в одну операцию, а медная флотация включает по две основных, контрольных и перечистных операций. Хвосты медной флотации направляются на мокрую магнитную сепарацию с получением железосодержащего продукта и немагнитного продукта, который является отходами технологического процесса.

Таким образом, на основании исследованных материалов по переработке клинкера вельц-печи для дальнейшего исследования можно рассматривать схему обогащения, включающая мокрую и сухую сепарацию и флотацию промпродукта магнитной сепарации. Необходимость такой технологии вызвана потребностью ликвидации отвалов, охраны окружающей среды и рационального использования компонентов клинкера.

Литература:

1 Харитиди Г.В., Соколов Г.В., Колмачихин В.П. // Цветная металлургия №4, 1991.

2 Тарасов А.В., Зак М.С. // Цветная металлургия №6, 1990.

3 Кривоносов Ю.С., Видуецкий М.Г., Габдулхаев Р.Л., Клячин В.В. Технология обогащения клинкера в ОАО «Электроцинк» // Горный журнал №12, 2007, С. 84-85.

4 Быков Р.А., Теут А.О., Николаенко В.В., Скуратовская З.И. Пути вовлечения в переработку техногенных продуктов металлургического производства // Труды ВНИИцветмета №1-2, 2006, С. 30-34.