Извлечение металлов из шлаков

Обновлено: 19.05.2024

Использование: создание способа извлечения металлов, в частности алюминия, из содержащих их шлаков. Сущность изобретения: обрабатываемые шлаки вводят во вращающуюся или в качающуюся печь. Шлаки подогреваются до температуры, превышающей температуру плавления алюминия, а печь при этом вращается или качается для облегчения отделения металла. Отделенный таким образом алюминий выводится из печи перед удалением оставшихся шлаков. Этот способ отличается тем, что в качестве печи используют печь с излучающей дугой, содержащей два разноименных электрода, выполненные, предпочтительно, из графита, между которыми образуется электрическая дуга и поддерживается для обеспечения нагрева. 7 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способу обработки при высокой температуре шлаков, содержащих металлы, для извлечения последних.

Изобретение относится к способу обработки шлаков металлов, в частности алюминия, во вращающейся или качающейся печи, для извлечения этих металлов.

В описании, которое приведено ниже, упоминается исключительно алюминий. Если извлечение этого очень специфичного металла из шлаков, производимых на поверхности ванн алюминия является одной из наиболее важных областей применения способа согласно изобретению следует отметить, что описанное и заявленное изобретение не должно рассматриваться как только изобретение, относящееся исключительно к этому металлу, в действительности этот способ относится к извлечению других металлов.

Производимый в результате электролитического восстановления глинозема алюминий подается в томильные печи, называемые печи "выдержки", где металл выдерживается в расплавленном состоянии перед его подачей к прокатным установкам или к другим установкам для обработки. Во время этой выдержки на поверхности металла образуется пена из алюминия или глинозема, которую называют здесь ниже "шлаки". Произведенные таким образом шлаки, количество которых может достигать 5% ванны расплавленного металла, содержат значительное количество алюминия, порядка 50% которое, конечно, было бы интересно извлечь по явным экономическим выгодам. Это извлечение может осуществляться посредством обработки шлаков в печи при высокой температуре. Для этой цели, было разработано большое число печей, которое широко использовались на алюминиевых заводах. Существующие печи подогреваются исключительно мазутными горелками, газовыми горелками или плазменными горелками.

Недостаток использования мазутных или газовых горелок для подогрева шлаков в печи в целях извлечения алюминия, содержащегося в шлаках, заключается в том, что необходимо добавлять флюсообразующие соли для увеличения извлекаемого количества алюминия.

Применение плазменной горелки, выполненной согласно конструкции, приведенной в канадском патенте N 1.255.914, выданном 20 апреля 1992 на имя общества Алкан Интернейшл Лт (Societe Alcan International Ltee) позволяет устранить вышеуказанный недостаток. Применение плазменной горелки позволяет достигнуть в печи высоких температур и устранить благодаря этому необходимость добавления флюсообразующих солей. Применение плазменных горелок имеет недостаток, возникающий из-за самой конструкции горелок, которые охлаждаются водой. Утечка воды может вызвать сильные взрывы, и привести к тяжелым авариям.

В канадском патенте N 1.255.914, в основном предлагается использовать плазменную дугу в виде обдуваемой дуги. На странице 6 описания указывается, что в некоторых случаях можно было бы использовать в случае необходимости горелку в режиме выносной дуги. Но этот патент не объясняет как можно осуществить такой перенос дуги на практике и не приводит достигаемых при этом преимуществ.

В обоих случаях используют любым способом и плазменную горелку с обязательным охлаждением водой для создания дуги со всеми вытекающими отсюда недостатками.

Цель изобретения создание нового способа для обработки шлаков металла, в частности алюминия, для извлечения содержащегося в них металла, который позволил бы устранить все вышеуказанные недостатки.

Цель изобретения создание способа обработки шлаков металла с помощью вращающейся или качающейся печи, который вызывал бы меньше загрязнений окружающей среды благодаря устранению необходимости применения флюсообразующих солей и был бы более экономически выгоден благодаря тому, что он не требует для своего осуществления большого количества дорогостоящего плазмообразующего газа, как это имело место в случае плазменной горелки.

Цель изобретения также создание способа обработки шлаков металла, который был бы значительно более безопасным благодаря тому, что ни одна деталь не требовала бы охлаждения водой и не возникало бы никакой опасности взрыва в результате утечки.

Цель изобретения создание способа обработки шлаков металла, который был бы более эффективным, чем все известные в настоящий момент способы, включая также способ, использующий плазменную горелку и в котором, с одной стороны, нагрев осуществлялся бы, в основном, больше за счет излучения, чем за счет конвекции, а с другой стороны, были бы исключены тепловые потери при охлаждении водой или в результате выхода из печи большого количества горючего газа в случае использования горелок.

Способ согласно изобретению для обработки шлаков металла в целях извлечения этого металла, содержащегося в этих шлаках, является способом согласно которому: обрабатываемый шлак вводят во вращающуюся или в качающуюся печь; подогревают эти шлаки в печи до температуры, превышающей температуру плавления алюминия; приводят печь во вращательное или колебательное движение вокруг ее продольной оси, при этом шлаки подогреваются для облегчения отделения металла от шлаков; из печи удаляют отдельный от шлаков металл и затем удаляют из печи оставшийся шлак.

Согласно изобретению этот способ выгодно отличается тем, что в качестве печи используют печь с излучающей дугой, содержащей два разноименных электрода, между которыми образуется и поддерживается электрическая дуга для обеспечения нагрева.

Способ согласно изобретению отличается также тем, что печь с излучающей дугой имеет ось, располагаемую в продольном направлении при работе и вдоль которой расположены оба электрода. Вращение или колебательное движение печи, которое может составлять 1 20 об/мин (или колебаний) и предпочтительно равно 10 об/мин осуществляется вокруг этой оси.

Это вращение или колебание может быть непрерывным или прерывистым.

Способ согласно изобретению отличается, наконец, тем, что оба используемые электрода выполняются из графита и не охлаждаются водой. Предпочтительно эти два электрода устанавливаются на обоих концах продольной оси печи таким образом, чтобы можно было приблизить друг к другу по мере их износа в результате эрозии.

Это позволяет применить конструкцию печи, используемую согласно изобретению, очень похожую на печь с излучающей дугой типа печи Мазьера, которая известна металлургам.

В целях стабилизации дуги вдоль продольной оси печи по крайней мере один из двух электродов может быть снабжен небольшим осевым отверстием, в которое может вводиться плазмообразующий газ, который может состоять из аргона, азота, водорода, метана, одноокиси или двуокиси углерода, или еще воздух. Как можно отметить, способ согласно изобретению используется в печи с излучающей дугой, которая требует минимального и необязательного добавления плазмообразующего газа в противоположность печи, которая нагревается с помощью плазменной горелки, где расход плазмообразующего газа должен быть обязательно большим.

Благодаря тому, что в качестве печи используют печь с излучающей дугой, нагрев шлака обеспечивается непосредственно излучением в противоположность случаю печи с плазменной горелкой, где нагрев осуществляется конвекцией с подогревом плазмообразующим газом, выходящим из горелки.

Благодаря тому, что дуга создается между двумя твердыми электродами, такими как электроды из графита, то не требуется применять охлаждение водой. Это устраняет таким образом в самом начале любую возможность взрыва.

Другие цели и преимущества изобретения станут более понятны из более детального, но не ограничивающего нижеследующего описания варианта выполнения способа согласно изобретению. Так как это уже было отмечено, способ согласно изобретению выполняется с помощью печи с излучающей дугой типа вращающейся или качающейся печи. Эта печь с излучающей дугой выполнена в форме внутренней камеры обычно овальной формы, большая ось которой, называемая здесь продольной осью, расположена горизонтально.

Различные типа вращающихся печей с излучающей дугой были уже описаны и используются в настоящий момент в металлургии. В качестве примера таких печей можно привести, в частности, печь известную под именем ее изобретателя Мазьера. Эта печь содержит камеру, которая в этом частном случае цилиндрическая, а не овальная. На одном из ее двух концов дверца позволяет производить загрузку и выгрузку обрабатываемых веществ. Эта печь также снабжена средствами, которые позволяют ее наклонять для того, чтобы опустить один или другой из двух ее концов.

На каждом конце печи расположен электрод, ориентированный вдоль горизонтальной полосы. Концы этих электродов расположены внутри камеры напротив друг друга. Зазор между двумя электродами может регулироваться в случае необходимости с помощью средств для их перемещения, которые сами по себе известны, могут быть автоматизированы таким образом, чтобы регулировать длину дуги в зависимости от условий, выбранной операции.

Согласно изобретению применяемые электроды изготовлены предпочтительно из графита, хотя конечно можно было бы использовать и другие материалы в случае необходимости. Преимущество использования графита заключается в том, что этот материал очень прочный и обеспечит длительный срок службы, позволяющий сократить таким образом остановки печи для замены электродов.

Согласно одному исключительно выгодному варианту выполнения электроды могут быть снабжены осевым отверстием для ввода плазмообразующего газа в виде тонкой струйки, нагнетаемой соосно с продольной осью печи. Преимущество такой тонкой струи газа заключается в стабилизации дуги и в обеспечении проникновения последней в осевом направлении в центр печи. Эта струя газа может также служить для облегчения зажигания дуги от одного электрода к другому при запуске печи.

Используемый плазмообразующий газ может состоять из аргона, азота, водорода, метана, одноокиси или двуокиси углерода или даже воздуха, или смесей последних. Путем выбора особого газа можно также достигнуть выгоду, заключающуюся в том, что извлекаемый металл подвергается одновременно дополнительной обработке.

Способ обработки шлаков согласно изобретению начинается с вводом обрабатываемого шлака внутрь камеры печи. Затем приступают к нагреву последнего присоединяя электроды к источнику тока с помощью соединительных средств, которые сами по себе известны, затем устанавливают дугу между двух электродов с помощью этого источника тока. Так как было указано ранее, образование дуги может быть облегчено с помощью струйки газа, вводимой внутрь камеры через осевое отверстие, предусмотренное в одном или предпочтительно в двух электродах, эта струйка газа нагнетается под достаточным давлением для обеспечения удержания дуги на оси вращения печи.

После зажигания дуга вытягивается между концами двух электродов и нагревает излучением шлаки до температур равных приблизительно 1000 o C. Одновременно с нагревом начинают вращение или качание печи вокруг оси последней. Это вращение может производиться со скоростью 1 20 об/мин, выдерживается предпочтительно равным 10 об/мин после достижения заданной температуры. Само собой разумеется, что вместо вращения на полный оборот, можно приводить печь в простое покачивание вокруг ее оси.

Другие условия осуществления операции обработки внутри печи в частном случае способа согласно изобретению существенно идентичны тому, что описано в патенте Канады N 1.255.914.

Вращение, а также нагрев после выполнения полностью обработки останавливаются, дверца печи открывается, электрод расположенный со стороны этой дверцы отводится и печь наклоняется с той стороны, где расположено отверстия для выгрузки жидкого алюминия. Это извлечение осуществляется простой разливкой. После окончания извлечения алюминия можно извлекать шлаки соответствующим образом.

1. Способ извлечения металлов из шлаков, включающий введение шлаков во вращающуюся или качающуюся печь, продольная ось которой при работе расположена горизонтально, нагрев шлаков до температуры, превышающей температуру плавления извлекаемого металла, приведение печи во вращательное или колебательное движение относительно продольной оси печи для отделения металла от шлаков, удаление отделенного от шлаков металла и удаление оставшегося шлака, отличающийся тем, что нагрев осуществляют электрической дугой с помощью двух разноименных электродов, расположенных вдоль продольной оси печи, при этом используют неохлаждаемые водой электроды, выполненные из графита.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один из электродов выполнен с осевым отверстием для подачи плазмообразующего газа и стабилизации дуги вдоль продольной оси печи.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, то используют плазмообразующий газ из группы, содержащей аргон, водород, метан, монооксид углерода и их смеси.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вращение или колебание печи осуществляют периодически.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вращение или колебание печи осуществляют непрерывно.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве печи используют плазменно-дуговую печь типа Мазьера.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что используют печь с внутренней камерой овальной формы.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработке подвергают алюминиевые шлаки с извлечением из них алюминия.

Извлечение металла из шлаковых отвалов

Водяный В.А. Извлечение металла из шлаковых отвалов

В результате доменной плавки получаются: основной про­дукт— чугун и побочный продукт — шлак и доменный газ.

Чугун идет для дальнейшего передела на сталь в мартенов­ские, электросталеплавильные, бессемеровские и томасовские це­хи, а также для отливок.

Газ используется как в самом доменном цехе для нагрева воз­духонагревателей, так и в качестве топлива в тепловых агрегатах (котельных, нагревательных и других печах).

При выплавке чугуна в доменных печах в зависимости от ка­чества руд и сорта выплавляемого чугуна в среднем образуется около 0,6 т шлака на тонну выплавленного металла.

В зависимости от наличия в составе шлака тех или иных окислов шлаки принимают ту или иную окраску.

Небольшие примеси закиси железа и марганца в кислом шлаке придают ему желтый и зеленый оттенки. Шлаки расстроенного хода печи с большим содержанием окислов железа становятся более темным» и даже черными. Шлаки с повышенным содержа­нием закиси марганца имеют голубоватые и зеленоватые цвета различных оттенков.

Один литр доменного шлака в жидком виде весит от 1,8 до 2,2 кг, один литр шлака при «стылом» ходе печи—темного и черного цвета — вследствие большого содержания окислов железа весит до 3,5 кг.

Нормальные доменные шлаки при выплавке различных видов чугуна имеют состав, приведенный в табл. 1.

В жидком состоянии в шлаках эти составные компоненты на­ходятся частью в связанном и частью в свободном состоянии в зависимости от температуры и количества тех или других окислов.

При остывании в массе нормальные доменные шлаки образу­ют стеклообразную твердую монолитную породу, сравнительно хрупкую при быстром охлаждении и, наоборот, более прочную при замедленном остываний.

За последнее время из нормальных доменных шлаков на мно­гих заводах организовано производство брусчатки для мощения шоссейных дорог.

Сильно основные шлаки с большим содержанием извести, осты­вая, рассыпаются в порошок. Эти шлаки, будучи просеяны через сито с мелкими отверстиями, применяются как добавочный ма­териал, обладающий хорошими связующими свойствами, вместе с цементом и известью для строительных растворов.

На многих заводах доменные шлаки гранулируют, т. е. в жид­ком виде подвергают воздействию воды. Благодаря образованию при этом пара шлак разрывается на мелкие частицы в виде стек­ловидных зерен, образуя песковидный материал.

Доменные шлаки в значительной мере можно использовать при соответствующей обработке их для строительных работ и в каче­стве сырья для производства цемента, шлакового кирпича, шла­ковой ваты, для изготовления растворов шлакобетонов и пр. Не­смотря на это, основная масса доменных шлаков вывозится в жидком виде на шлаковые отвалы.

В отвалах доменных шлаков металлический лом встречается в виде скрапа от чистки желобов, пришедших в негодность метал­лических изделий и чугунных скардовин, образующихся в жело­бах, ковшах и во время неполадок при разливках чугуна.

ОТВАЛЫ МАРТЕНОВСКИХ ШЛАКОВ

Сущность мартеновского процесса заключается в расплавле­нии металлошихты и удалении из жидкого металла примесей (углерода, марганца, кремния, фосфора; серы и др.) до пределов, определяемых маркой выплавляемой стали.

В сталеплавильные печи задают чугун, стальной (и чугунный) лом, стружку, руду, флюсы (известняк) и раскислители, к кото­рым относят ферромарганец, ферросилиций, зеркальный чугун и др. Благодаря применению соответствующих материалов и со­блюдению технологии каждая плавка, получаемая в сталепла­вильных агрегатах, должна соответствовать химическому составу и качеству в зависимости от требований заказа.

Шлак в мартеновской ванне для свободного выделения газов при кипении ванны, а также нормального протекания технологи­ческого процесса плавки должен соответствовать требованиям ин­струкции и обладать определенными свойствами.

На формирование мартеновского шлака оказывают влияние окислы компонентов металлической шихты, флюсы и руда, мате­риалы подины « кладки печи, загрязнения металлической шихты (земля, песок) и пр.

Придание шлаку необходимых свойств достигается введением как в завалку, так и по ходу плавки флюсов — известняка, бок­сита, плавикового шпата, а также железной и марганцевой руды или окалины.

Преобладание в составе сталеплавильных шлаков окислов кремнезема, фосфора, титана, ванадия, железа, хрома делает его кислым, а кальция, магния, закиси железа, марганца — ос­новным.

Кроме того, на образование сталеплавильных шлаков оказы­вает влияние ряд амфотерных окислов, т. е. окислов, меняющих свои химические свойства в зависимости от условий среды, в ко­торой они находятся. К таким окислам относятся Аl2О3 и в неко­торых случаях Mg.

Процесс шлакообразования, по существу, есть процесс нейтра­лизации в расплаве кислотных окислов основными окислами с образованием соответствующих солей. Число соединений шлако-образующих компонентов в передельных шлаках велико и зави­сит от физических и химических условий процесса плавки.

Типичные сталеплавильные шлаки имеют состав, приведенный в табл. 2.

В жидких сталеплавильных шлаках окислы и их составляющие находятся главным образом в связанном состоянии, хотя некото­рая часть их может быть и в свободном виде, в зависимости от физико-химических условий.

Переход шлаков из жидкого состояния в твердое сопровожда­ется рядом изменений как физических, так и химических. Суще­ствующая связь отдельных составляющих шлаков в расплавлен­ном состоянии при этом меняется с образованием новых соедине­ний и многочисленных минералогических систем в зависимости от характера сталеплавильного процесса.

Нормальные основные мартеновские шлаки, затвердевая, как правило, образуют монолитную массу плотного или ноздреватого строения от темно-серого до черного цвета.

В случае содержания большого количества извести, что бывает при специальных мартеновских плавках и при электроплавках, основные шлаки делаются более светлыми, а иногда белыми. Та­кие шлаки под воздействием атмосферной влаги более или менее разлагаются, превращаясь иногда в порошок.

Шлаки томасовского передела, как сильно основные, неустой­чивы. Эти шлаки, как ценное сельскохозяйственное удобрение, от­правляют на переработку.

Кислые мартеновские шлаки при остывании превращаются в плотную стеклообразную массу серого или зеленоватого цвета, прочную и устойчивую, но в значительной мере хрупкую.

Бессемеровские шлаки в твердом состоянии имеют такие же физические свойства, как и кислые мартеновские шлаки с той лишь разницей, что окраска их несколько темнее.

Из перечисленных сталеплавильных шлаков в заводских отвалах в основном встречаются шлаки основного мартенов­ского передела, поскольку он собственно является превалиру­ющим в производстве стали на металлургических предприя­тиях.

На заводах, имеющих доменное производство, основные мар­теновские шлаки, содержащие значительное количество мелких металлических корольков, химически связанное железо и марга­нец, а также окись кальция, с успехом используются в доменной плавке в качестве флюса взамен известняка. За счет этого в до­менном цехе может быть достигнута экономия марганцевой руды и известняка, а также получено дополнительное .количество желе­за н марганца в шихте. Надо, однако, отметить, что, к сожалению, не все заводы используют эти возможности.

Отвалы мартеновских шлаков являются наиболее богатым ис­точником добычи металлических отходов. В мартеновские шлаки попадают и с ними вывозятся в отвалы из сталеплавильных це­хов остатки металла, получаемые при очистке ванн печей после выпуска плавок и подготовки печи к следующим плавкам, а так­же остатки металла после разливки плавок, сливаемые со шлаком в коробки, шлаковые ковши и ямы. Немало металла попадает и в скачиваемые первичные шлаки в начале процесса плавок. Мар­теновских шлаков получается от 10 до 15 % от выплавляемой ста­ли. Шлаки с содержанием большого количества окислов кальция, как указывалось выше, находясь длительное время в отвалах, под влиявшем атмосферной влаги рассыпаются. Обычные же нор­мальные мартеновские шлаки долго сохраняются в виде глыб и прочных кусков, тем более, что в них в большинстве случаев всег­да имеются прослойки металла.

ОТВАЛЫ КОТЕЛЬНЫХ ШЛАКОВ

На всех металлургических заводах обычно имеются крупные энергетические хозяйства с значительным количеством котельных установок, отапливаемых, как правило, энергетическими углями. Кроме того, каменным углем нередко отапливают на многих заво­дах прокатные нагревательные печи, а также газифицируют его для получения генераторного газа. В результате этого на метал­лургических заводах ежесуточно получается большое количество зольных отходов.

В настоящее время на ряде заводов некоторое количество ко­тельных шлаков используется для производства строительных шлакоблочных камней, в качестве материала для шлакоцементных стеновых материалов и для других разнообразных строительных работ. Однако значительная часть заводских зальных шлаков все же вывозится за черту завода в специально подобранные низко расположенные участки, где и сваливается в специальные отвалы котельных и зольных шлаков. Такие отвалы состоят в основном из рыхлых мелках материалов.

Однако на большинстве заводов предпочитают зольные отхо­ды вывозить в имеющиеся доменные или мартеновские отвалы, не отводя для ник специальных мест. Металлический лом в зольных отходах тоже встречается, хотя и в небольших количествах.

СМЕШАННЫЕ ОТВАЛЫ

Смешанные отвалы образуются в том случае, когда отходы всех производств вывозятся в одно место.

Сливание жидких доменных шлаков на шлаки и отходы дру­гих цехов превращает всю массу в монолит. Для его рыхления приходится применять взрывчатые вещества. При разработке сме­шанных отвалов, на которые вывозится также мусор из цехов за­вода, часто приходится разрабатывать участки отвалов, в которых почти не содержится металла, или разрабатывать скалистую мо­нолитную массу, трудно поддающуюся разработке. В смешанных отвалах иногда попадается мартеновский шлак с большим содер­жанием металла в виде остатков его в коробках со шлаком или в виде чистого скрапа, а также другие крупные металлические от­ходы, попавшие с мусором.

МУСОРНЫЕ ОТВАЛЫ

В металлургическом производстве в доменных, мартеновских, прокатных цехах мусор всегда смешивается с металлом. Мусором в металлургических цехах являются отходы огнеупоров в виде боя кирпича и сифонных изделий, обломков шлака, остатков раство­ров и прочих поделочных материалов. В мусор иногда попадают после ремонтов агрегатов старые детали — шестерни, болты, смя­тые листы, сутунки, мелкие скардовины , литники, куски металла и пр. — все это собирают в мусорные коробки и высыпают в ваго­ны, которые затем разгружают в отвалы.

Мусорные отвалы часто имеют значительную высоту и зани­мают большие площади.

СОДЕРЖАНИЕ МАТАЛЛА В ОТВАЛАХ

По содержанию металла в отвалах наиболее богатыми явля­ются, как правило, шлаковые отвалы мартеновского производства, содержание лома в которых доходит до 150—250 кг на 1 ж 3 шлака.

На втором месте по наличию металлоотходов стоят смешан­ные отвалы, в которых в 1 м 3 содержится от 100 до 200 кг лома. В мусорных и доменных отвалах имеется меньше всего металла — от 5 до 25 кг на I м 3 шлаков. В отвалах котельного шлака поч­ти не содержится лома.

Металлоотходы в мартеновские и смешанные отвалы попадают различными путями.

На некоторых заводах, как указывалось выше, мартеновские шлаки сливают прямо в ямы у печей. Для того, чтобы после ос­тывания шлака легче было убрать из этих ям шлаковые «козлы» (застывший шлак), предварительно до выпуска плавок и до сли­вания шлака в приготовленные ямы устанавливают металличе­ские центровые литники от старых плавок, полученные после раз­борки канавы. В этих случаях установленные литники (их ставят по 2—3 штуки) вместе со шлаковыми козлами отвозят на свал­ку — отвал мартеновских шлаков. В шлаковые «козлы», кроме того, зачастую попадает лишний металл из ковшей и выплески из печей при заправках подин, доходящие повесу иногда до несколь­ких тонн.

На других заводах, где шлаки в мартеновских цехах убирают в шлаковни, ковши, туда при сливе попадают также остатки ме­талла после разливки или выпуска плавки. Затвердевшие глыбы шлака в таких случаях получаются в виде шлакового пирога с прослойками металла.

Во время аварий в мартеновских цехах металл иногда разли­вают в коробки, аварийные ямы, иногда он прямо попадает в ка­наву, заливая приготовленные изложницы, образуя металлические «козлы» большого веса. Такой аварийный скардовин трудно разделывать в цехе, тем более его нужно убрать в очень короткий срок для того, чтобы освободить место для следующей плавки, в связи с чем эти «козлы» быстро вывозят из цеха.

В прошлом, когда сжатый кислород на заводах был в незна­чительных количествах и взрывные работы для разделки лома не применялись, такие козлы вывозили на шлаковые отвалы или в специально выкопанные ямы. Поэтому на старых шлаковых отва­лах иногда находят тяжеловесные металлические монолиты.

В мартеновские и смешанные отвалы металл попадает из мар­теновских цехов и в виде различного скрапа и металлических от­ходов после разливки: центровые, литники, скардовины, сплески, ковшовые и желобовые настыли. Иногда из цехов случайно с му­сором вывозят на отвалы даже сутунки, концы прокатных изде­лий, листовую обрезь, чушки чугуна, чугунное крошье, сварочные шлаки, окалину, стружку, детали, полуфабрикаты и другой метал­лический лом.

В мусорные отвалы попадают детали от ремонта оборудования или случайно вывезенные с мусором металлургическая продукция и другие отходы, убираемые с заводской территории вместе с му­сором, особенно при очистке транспортных путей.

В отвалах доменных шлаков металл встречается в виде чугун­ных козлов, скрапа, ковшовых и желобовых настылей.

В отвалах котельного шлака, как уже указывалось, металл встречается в небольших количествах и изредка в виде случайно вывезенных вместе со шлаком старых деталей оборудования ко­тельных или случайно попавших металлических предметов.

Попадание металла в отвалы объясняется отсутствием долж­ного внимания к металлоотходам и сбору его в местах образова­ния.

Переработка шлаков цветной металлургии

Лакерник М.М., Мазурчук Э.Д., Петкер С.Я., Шабалина Р.И. Переработка шлаков цвет

Ряд исследователей ведут поисковые работы по ис­пользованию постоянного тока для переработки шлаков. Этот метод основан на направленном капиллярном дви­жении капель в расплавах при наложении внешнего по­ля. При этом из шлака выделяются только механические включения штейна и металла, которые, как было пока­зано выше, превалируют над потерями металла в иони­зированной форме.

Укрупненные лабораторные испытания процесса не­прерывного обеднения шлаков с применением постоянно­го тока проведены во ВНИИцветмете. Установлены ра­ботоспособность устройства и возможность применения его на действующих электропечах. В период испытаний было проплавлено 7,35 т шлака свинцовой плавки и шла­ка взвешенной плавки медно-цинкового концентрата и получены удовлетворительные результаты.

Осаждение меди из шлаков центрифугированием

Одним из возможных способов снижения содержания цветных металлов в шлаке является метод центрифуги­рования. Большинство исследований процесса центрифу­гирования шлака выполнены в лабораторном масштабе, за исключением работы по высокотемпературному цен­трифугированию шлака, проведенной в Берлинском ин­ституте металлургии (ГДР). Л. В. Велюков, а также В. Визе применили метод центрифугировании шлаков в лабораторных условиях с целью ускорения процесса осаждения механически запу­тавшихся частиц сульфидов меди.

Б. В. Липин и Линденлауб считают, что методом Центрифугирования можно значительно снизить потери металла с отвальными шлаками. Применение этого метода на шлаках Мансфсльдского комбината позволилс получить остаточное содержание меди в шлаке 0,01 % никеля 0,04%, кобальта 0,04%.

Б. В. Липин проводил исследования центрифугиро­вания промышленного отвального шлака медного произ­водства. Были достигнуты следующие показатели по из­влечению металлов, %: 30—70 Сu; 40—80 Ni; 20—50 Со; 90 Pb и 10 2п. Степень извлечения металлов не зависела от времени центрифугирования (свыше I мин), но зави­села от числа оборотов. Минимальное остаточное содер­жание металлов в шлаке, соответствующее растворимо­сти сульфидов, составляло, %: 0,053—0,06 Сu; 0,025— 0,03 Ni. 0,018—0,019 Со.

Исследование извлечения ценных составляющих из свинцово-медных шлаков методом высокотемпературно­го центрифугирования проведено на полупромышленной установке производительностью 2—3 т/ч в Берлинском институте металлургии совместно с Институтом метал­лургии в Аахене (ФРГ). Испытания проводили как на гранулированном шлаке, который предварительно под­вергали плавке в дуговой электропечи, так и на жидком шлаке текущей выдачи. Температура шлака, заливаемо­го в центрифугу, составляла 1080 ° С. Испытания показа­ли, что с увеличением числа оборотов центрифуги повы­шался эффект разделения. Максимальное извлечение ме­таллов получено при скорости центрифуги ~ 1000об/мин.

Необходимо отметить, что вследствие трудностей, свя­занных с аппаратурным оформлением, нельзя рассматри­вать в настоящее время центрифугирование шлаков как процесс, пригодный для промышленного внедрения.

Переработка шлаков с добавкой хлорирующих агентов

Были проведены исследования возможности применения хлородовозгонки для извлечения цветных металлов из шлаков Балхашского комбината [36]. При температу­ре 900 -1000°С в возгоны извлекали 80—90% РЬ, 60— 80% Zn и 40—60% Сu. Для предотвращения оплавления гранул в состав шихты вводили добавки кремнезема и глинозема, что позволяло весгн процесс при более высоких температурах,

8. ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАКОВ

Ряд исследователей работает над вопросами перера­ботки отвальных шлаков гидромсталлургическими спосо­бами. Так, опыты по переработке шлаков отражательной плавки гидрометаллургическпм способом были проведе­ны И. Л. Баркером и др. на заводе «Ля Ороня» (Перу). Исследовали следующие схемы переработки шлаков: вы­щелачивание шлаков растворами серной кислоты и суль­фата железа; автоклавное аммиачно-карбонатное выще­лачивание шлаков в окислительной среде; автоклавное сернокислотное выщелачивание. Извлечение меди соста­вило более 90%.

Г. Бёрлинг и Г. Кол та .[37] проводили автоклавное азотнокислое выщелачивание шлаков отражательной и шахтной плавок. Лучшие результаты были получены при температуре 120°С и давлении кислорода, равном 1 ат. При разложении фаялита кремний гидратировался, что приводило к затруднениям при фильтрации.

Были проведены исследования по бактериальному вы­щелачиванию шлака отражательной плавки, которые по­казали, что извлечение меди в раствор повышается в случае применения бактерии с 12 до 62%.

Т. Р. Шелли [38] исследована возможность выщела­чивания отвальных шлаков растворами серной кислоты и сульфата железа, а также аммиачно-карбонатными растворами. Исходный шлак содержал 0,55% Си. Выще­лачивание растворами серной кислоты и сульфата желе­за осуществляли при рН —0,5. При увеличении содержа­ния трехвалентного железа в растворе с 2 до 32 г/л сте­пень извлечения меди возрастала с 13 до 50%. Оптималь­ная степень измельчения составляла 100%—0,074 мм. Опыты но выщелачиванию аммиачно-карбонатными рас­творами показали, что максимальное извлечение меди превышает 50%.

Сопоставление процессов выщелачивания двумя тоннами растворителей показывает, что в случае применении аммиачно-карбонатных растворов процесс протекает более эффективно, чем при использовании растворов сер пой кислоты и сульфата железа. Аммиачно-карбонатно выщелачивание рекомендуют для переработки измельченного шлака с содержанием меди менее 1%. Медь и аммиачного раствора можно извлекать жидкостной экстрацией с последующей реэкстракцией и электролизом.

Измельченный шлак (90%—0,074 мм) подвергали выщелачиванию растворами соляной или азотной кислоты

9. ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИЗ ШЛАКОВ ЖЕЛЕЗА

Способы переработки шлаков, рассмотренные выше имеют различную степень достоверности, так как про­верены в лабораторном, укрупненном и полупромышлен­ном масштабах, но ни один из них не подготовлен к промышленному использованию. Наиболее проверены раз­личные электротермические способы, которые, вероятно, и явятся основой способа комплексной переработки шла­ков.

Наиболее сложной является проблема извлечения из шлаков железа, притом в таком виде, чтобы оно могло быть использовано в промышленности.

Во всех случаях железо получается сернистым и ме­дистым. Удаление серы является освоенной операцией. Удаление меди — намного сложнее. Поэтому В. И. Смир­нов справедливо указывал на необходимость максималь­ного извлечения меди из шлака до проведения глубокого восстановления железа, так как, не удаляя медь, невоз­можно получить в восстановленном продукте необходи­мое соотношение Рb/Cu.

Показательным является опыт переработки шлаков свинцовой плавки, описанный И. М. Малкиным с со­трудниками. Шлак свинцовой плавки Лениногорского завода подвергали переработке в электропечи с коксовой проводимостью, получая чугун, отвальный шлак и возго­ны.

Способ извлечения благородных металлов из шлаков

Способ относится к аффинажному производству металлов платиновой группы (МПГ), золота и серебра. Шлаковые отходы измельчают в дробилке или в мельнице, и порошок классифицируют до получения порошка с частицами крупностью минус 3, минусовую фракцию подвергают разделению на тяжелую и легкую фракции в водной среде, тяжелую фракцию подвергают дополнительному обогащению методом разделительной плавки. Водную пульпу с легкой фракцией разделяют отстаиванием или фильтрацией, полученный раствор используют в качестве разделяющей среды для облегчения разделения воды от легкой фракции из порошка крупностью минус 3 мм дополнительно выделяют класс минус 0,2 мм. Способ позволяет увеличить извлечение благородных металлов. 1 з.п. ф-лы.

Способ извлечения благородных металлов из шлаков относится к металлургии цветных металлов и может быть использован при переработке сырья и промпродуктов аффинажного производства золота, серебра и металлов платиновой группы.

Сырье аффинажного производства благородных металлов содержит примеси шлакообразующих оксидов неблагородных элементов: кремния, алюминия, магния, кальция, железа и др. Для нормального функционирования гидрометаллургической схемы аффинажа необходимо выводить указанные примеси в отгружаемые отходы производства. Эту роль выполняют шлаки, образующиеся в процессе пирометаллургического обогащения твердых промпродуктов производства. Для того чтобы удовлетворить требования аффинажного производства по качеству целевых продуктов обогащения и в то же время уменьшить потери со шлаками благородных металлов пирометаллургическую переработку промпродуктов аффинажа осуществляют в две стадии. Вначале состав шихты и режимы обогатительных плавок регулируют таким образом, чтобы получить богатый по содержанию благородных металлов тяжелый сплав. Получающийся при этом шлак, как правило, содержит довольно много благородных металлов, его называют оборотным. Затем оборотный шлак подвергают обеднительному переплаву, при этом получают более бедный продукт на основе оксидов, так называемый условно-отвальный шлак. Условно-отвальный шлак содержит по данным анализа проб, взятых из струи расплава при сливе из печи, еще от 100 до 1000 г/т МПГ и золота в сумме. Изо всех отходов аффинажного производства условно-отвальный шлак отличается наибольшей массой, поэтому количество содержащихся в нем благородных металлов весьма значительно. Для доизвлечения этих БМ условно-отвальные шлаки в виде отливок, опробованных отсечкой струи расплава при сливе печей, подвергают дополнительной переработке на предприятиях медно-никелевой отрасли. Отливки условно-отвального шлака плавят на получение медно-никелевого штейна вместе с медно-никелевыми концентратами. Недостатками такого способа переработки шлаков являются задалживание и даже безвозвратные потери благородных металлов в циклах получения меди и никеля. Кроме того, вследствие недостаточной достоверности проб, взятых из струи расплава (фактическое содержание благородных металлов в опробованных отливках шлака, как правило, выше, чем в пробе струи расплава) возникают неучтенные потери.

Известен способ извлечения благородных металлов из шлаков аффинажного производства, включающий измельчение до получения порошка крупностью 3-4 мм, разделение порошка на тяжелую и легкую фракции в водной среде, использование в качестве водной среды раствора, образующегося при обезвоживании легкой фракции, обогатительную плавку тяжелой фракции и переработку легкой фракции (хвостов) на предприятиях медно-никелевой отрасли (патент РФ N 2081927).

Прототипный способ позволяет извлечь из шлака часть неравномерно распределенных в нем включений фаз БМ, быстро вернуть их на извлечение в аффинажном производстве и получить удобный для опробования, однородный по содержанию благородных металлов отгружаемый продукт - хвосты, что в свою очередь способствует повышению точности взаиморасчетов между предприятиями и уменьшению за счет этого неучтенных потерь.

Однако в способе прототипа, как можно понять из его формулы, разделению на тяжелую и легкую фракции подвергают лишь ту часть порошка, которая имеет крупность в пределах от 3 до 4 мм. Отсюда недостаток способа - очень низкое извлечение благородных металлов в тяжелую фракцию, поскольку при измельчении получается мало частиц, размеры которых находятся в пределах от 3 до 4 мм. Дело в том, что при измельчении любых хрупких материалов в любых измельчительных агрегатах (мельницах или дробилках) наряду с частицами заданной крупности (3-4 мм) всегда получаются и более мелкие, причем выход фракции с частицами крупностью значительно меньше 3 мм многократно превышает выход фракции плюс 3 мм.

Техническим результатов является увеличение извлечения благородных металлов в тяжелую фракцию.

Технический результат достигается использованием способа извлечения благородных металлов из шлаков аффинажного производства, включающего измельчение до получения порошка заданной крупности, разделение порошка в водной среде на тяжелую и легкую фракции, выделение легкой фракции порошка из раствора, осветление раствора и использование его в качестве среды для разделения, обогащение тяжелой фракции плавкой, согласно изобретению продукт измельчения перед разделением в водной среде классифицируют по крупности и разделению в водной среде подвергают класс минус 3 мм. Кроме того, класс минус 3 мм перед разделением в водной среде дополнительно классифицируют на классы плюс 0,2 мм и минус 0,2 мм и разделению подвергают только класс плюс 0,2 мм.

При измельчении шлака аффинажного производства в молотковой дробилке, настроенной на получение порошка крупностью меньше 3 мм, выход фракции, крупность которой больше 2,5 мм, не превышал 8%, а в шаровой мельнице, настроенной на выгрузку порошка при достижении им крупности минус 4 мм, выход фракции крупнее 2,5 мм не превышал 2%. Поэтому подавляющая часть благородных металлов находится в классе минус 3 мм, а этот класс, согласно способу прототипа разделению на тяжелую и легкую фракцию не подвергается. Таким образом, максимально возможное извлечение благородных металлов в тяжелую фракцию по патенту N 2081927 не превышает 8%.

Технический результат, который достигается предлагаемым способом извлечения благородных металлов, основан на том, что в переработку вовлекается не узкий класс (3-4 мм) измельченного шлака, а значительная его часть, в которой содержится 90-96% всех благородных металлов.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется примерами 1 и 2.

Пример 1. В течение 1995 года отливки шлака, содержащие по предварительному анализу металлов платиновой группы и золота в сумме от 100 до 1000 граммов на тонну измельчали в шаровой мельнице, настроенной на непрерывную выгрузку порошка при достижении его частицами крупности меньше 4 мм. Ситовой анализ типичной пробы полученного порошка показал наличие в нем следующих фракций, %: Больше 2.5 мм - 1.28 Меньше 2.5 мм, но больше 0.6 мм - 44.10 Меньше 0.6 мм, но больше 0.1 мм - 46.42 Меньше 0.1 мм - 8.10 Как видно из результатов ситового анализа, более 98% измельченного в мельнице шлака имели фактическую крупность менее 3 мм. Среднее содержание благородных металлов в классе минус 3 мм общей массы порошка составило, г/т: платины-91, палладия-385, родия-73, иридия-29, рутения-76, золота-52. Полученный порошок пропускали через центробежный сепаратор Кнельсона, имеющий конус диаметром 7.5'', давление "разрыхляющей" воды поддерживали равным 8 фунтов на квадратный дюйм.

В результате сепарации из каждой тонны порошка шлака получили 7.8 кг тяжелой фракции. Тяжелая фракция содержала, %: платины 0.7, палладия 2.1, родия 0.73, иридия 0.18, рутения 0.81, золота 0.46. Таким образом, с каждой тысячи кг шлака извлекли в тяжелую фракцию, грамм: платины 53.22, палладия 164.29, родия 53.36 иридия 10.77, рутения 56.68, золота 41.11.

Тяжелую фракцию проплавили в тигельной индукционной печи, продукты плавки слили в графитовый отстойник. Получили обогащенный по БМ сплав, выход которого составил 24.8% от массы концентрата. Содержание в обогащенном сплаве МПГ и золота (в сумме) составило 20.0%. Выход шлака от плавки тяжелой фракции 70%, при содержании в нем указанных благородных металлов 210 г/т. Извлечение в тяжелый сплав всех благородных металлов составило около 99%.

Хвосты центробежного сепаратора содержали, г/т: платины 32.7, палладия 220, родия 20, иридия 18.2, рутения 19.4, золота 10.9.

Пример 2. Начиная с августа 1996 г. измельчение шлаков, содержащих МПГ и золото в пределах от 100 до 1000 г/т осуществляли с помощью молотковой дробилки. Заданная крупность порошка при дроблении 3 мм, фактический гранулометрический состав полученного продукта дробления по данным анализа частной пробы порошка характеризовался следующими данными, %: Меньше 3 мм, но больше 2.5 мм - 7.12 Меньше 2.5 мм, но больше 0.63 мм - 52.59 Меньше 0.63 мм, но больше 0.1 мм - 32.86 Меньше 0.1 мм - 7.43
В июне-июле 1997 году на извлечение БМ с использованием центробежного сепаратора Кнельсона с 12-дюймовым конусом запустили порошок, полученный при измельчении шлака молотковой дробилкой до заданной крупности минус 3 мм. Исходные порошки были опробованы для анализа на содержание благородных металлов. Средневзвешенное содержание МПГ и золота составило 351.9 грамма на тонну.

Перед разделением в водной среде порошки подвергли дополнительному рассеиванию на вибросите с установленными на нем двумя сетками с размерами ячеек: одна 3 мм и вторая 0.2 мм. При этом было получено три класса порошка. Выход фракции плюс 3 мм не превышал 5%, его возвратили на молотковую дробилку. Выход класса минус 0.2 мм составил 8.8%, содержание в нем МПГ и золота в сумме составило 336.1 грамм на тонну. Его отгрузили на предприятие медно-никелевой отрасли как отход производства.

Сепарации подвергли класс минус 3 мм, плюс 0.2. После сепарации из каждой тонны шлака получили 7.4 кг тяжелой фракции при содержании в ней МПГ и золота 15030.3 граммов на тонну и хвосты с содержанием в них 282.1 граммов на тонну благородных металлов.

Тяжелая фракция была переработана аналогично примеру 1. Получили обогащенный по БМ сплав, выход которого составил 29.2% от массы концентрата. Содержание в обогащенном сплаве МПГ и золота (в сумме) составило 12.8% Выход шлака от плавки тяжелой фракции 65% при содержании в нем указанных благородных металлов 182 г/т. Извлечение в тяжелый сплав всех благородных металлов составило около 98%.

Легкая фракция (хвосты) была отгружена для переработки в медно-никелевом производстве.

1. Способ извлечения благородных металлов из шлаков аффинажного производства, включающий измельчение до получения порошка заданной крупности, разделение порошка в водной среде на тяжелую и легкую фракции, выделение легкой фракции порошка из раствора, осветление раствора и использование его в качестве среды для разделения, обогащение тяжелой фракции плавкой, отличающийся тем, что продукт измельчения перед разделением в водной среде классифицируют по крупности и разделению в водной среде подвергают класс минус 3 мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что класс минус 3 мм перед разделением в водной среде дополнительно классифицируют на классы плюс 0,2 мм и минус 0,2 мм и разделению подвергают только класс плюс 0,2 мм.

Читайте также: