Развитие научных основ восстановительно-сульфидирующей электроплавки и ее применение в металлургии цветных и благородных металлов


НазваниеРазвитие научных основ восстановительно-сульфидирующей электроплавки и ее применение в металлургии цветных и благородных металлов
страница1/5
ОМАРОВА НУРГУЛЬ САПАРОВНА
Дата конвертации16.08.2012
Размер0,61 Mb.
ТипАвтореферат
СпециальностьМеталлургия черных, цветных и редких металлов
Год2010
На соискание ученой степениДоктор технических наук
  1   2   3   4   5


УДК 669.2/.8.046(043.2)


На правах рукописи




ОМАРОВА НУРГУЛЬ САПАРОВНА


Развитие научных основ восстановительно-сульфидирующей

электроплавки и ее применение в металлургии

цветных и благородных металлов


05.16.02 – металлургия черных, цветных и редких металлов


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук


Республика Казахстан


Алматы, 2010 г.


Работа выполнена в АО «Центр наук о земле, металлургии и обогащения».


Научный консультант:

Академик НАН РК,

Доктор технических наук, профессор Кожахметов С.М.


Официальные оппоненты:


Доктор технических наук, профессор Сухарников Ю.И.

Доктор технических наук, профессор Даулетбаков Т.С.


Доктор технических наук Абрамов А.С.


Ведущая организация: Химико-металлургический институт им. Ж. Абишева, г. Караганда


Защита состоится «30» ноября 2010 г. в 1000 час на заседании Диссертационного совета Д 53.17.01 при АО «Центр наук о земле, металлургии и обогащения» по адресу: 050010, г. Алматы, ул. Шевченко, уг. ул. Валиханова 29/133, факс 8(727)291-46-60, e-mail:ao.cnzmo@rambler.ru


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке в АО «Центр наук о земле, металлургии и обогащения» по адресу: 050010, г. Алматы, ул. Шевченко, уг. ул. Валиханова 29/133.


Автореферат разослан «____» _______ 2010 г.


Ученый секретарь

Диссертационного совета Д 53.17.01,

доктор технических наук Агапова Л.Я.


ВВЕДЕНИЕ


Общая характеристика работы. Медь и золото являются одними из наиболее используемых и торгуемых металлов в мире. Казахстан входит в первую десятку мировых производителей меди и катодного золота. Подтвержденные запасы меди оцениваются в 37 млн. т (5,5% от мировых запасов), разведанные запасы золота – на уровне 1700 т (4% от мировых запасов). По этим показателям Республика занимает, соответственно, четвертое и седьмое места в мире.

Однако, в последние годы наблюдается тенденция снижения их производства и экспорта меди, составляющих значительную часть золотовалютного потенциала Республики. Поэтому решение технологических проблем в этих отраслях является очень актуальной задачей.

Снижение производства меди обусловлено не только ухудшением качества казахстанского сырья, но и принятой практикой переработки в шихте конвертерных шлаков после их флотационного обогащения. Анализ литературных источников по современным способам переработки шлаков медного производства показал, что, несмотря на их многообразие, наиболее широкое распространение получили флотационный и электротермический. В частности, в Казахстане на Балхашском медеплавильном заводе, используют флотационный способ ввиду его относительной дешевизны, но степень извлечения меди при этом невысока – до 80%, к тому же он не решает основной задачи – разрушения магнетита, и введение обогащенного конвертерного шлака в шихту медной плавки способствует увеличению потерь цветных металлов с отвальными шлаками.

Из восстановительно-сульфидирующих способов наиболее известны способы с использованием в качестве сульфидизаторов пирита и пиритсодержащих материалов, в то время как использование сульфата кальция имеет ряд преимуществ, таких как: возможность получения сульфидизатора непосредственно в технологическом цикле и менее железистых, а следовательно, и с меньшими потерями цветных металлов отвальных шлаков.

Эффективная отдельная переработка золотомышьяковых концентратов также остается нерешенной задачей, в производство внедрен только метод бактериального выщелачивания, который применим для концентратов с низким содержанием углерода. В основном же, по-прежнему используется традиционный метод обжига концентратов с последующим цианированием полученного огарка с низким извлечением золота и образованием токсичного белого мышьяка.

В научной литературе имеются разрозненные сведения по использованию материалов, содержащих сульфат кальция, при обеднении шлаков, преимущественно никелевого производства. Сведения по применению сульфата кальция при переработке золотомышьяковых концентратов отсутствуют. В связи с этим данная работа посвящена проведению систематизированных физико-химических и технологических исследований и научному обоснованию восстановительно-сульфидирующего метода переработки с использованием, в том числе и сульфаткальциевых флюсов. Положительное решение поставленной задачи по возможности сульфидирования оксидов металлов и мышьяка сульфатом кальция в восстановительной атмосфере позволило реализовать экологически безопасную восстановительно-сульфидирующую электротермическую переработку шлаков медного производства и золотомышьяковых концентратов.

Актуальность работы. Около 80% мирового производства меди осуществляется пирометаллургическим способом. Анализ развития и совершенствования мировых технологий выявил тенденцию повышения доли энергосберегающих автогенных процессов, к которым относится и плавка в «жидкой ванне», применяемая на Балхашском медеплавильном заводе. Автогенные процессы и процессы конвертирования, протекающие в условиях сильноокислительной атмосферы, сопровождаются получением шлаков с высоким содержанием магнетита и значительными потерями цветных металлов, что делает проблему вывода конвертерных шлаков на отдельную переработку еще более актуальной. Вывод конвертерного шлака из медного производства должен представлять большие преимущества не только с точки зрения возможности более комплексного использования этих шлаков, но и с точки зрения улучшения технико-экономических показателей: повышения извлечения меди, качества штейна и черновой меди, уменьшения расхода топлива, флюсов, увеличения полезной производительности печей.

Около 30% мировых запасов золота и практически все месторождения казахстанских руд относятся к категории «упорных» из-за тонкой вкрапленности золота и тесного взаимопрорастания с арсенопиритом, наличия мышьяка, углистых веществ и других примесей. Отсутствие рациональной технологии переработки таких концентратов привело к значительному снижению объемов производства золота в Казахстане, поэтому решение проблемы их переработки является актуальной задачей.

Цель работы - научное обоснование и разработка эффективной экологически безопасной восстановительно-сульфидирующей технологии электротермической переработки конвертерных шлаков медного производства и «упорных» золотомышьяковых концентратов.

Научная новизна. В работе впервые получены следующие научные результаты:

- Изучена кинетика высокотемпературных процессов взаимодействия оксидных компонентов шлаков медного производства и золотомышьяковых концентратов с сульфатом кальция и углеродом при 1200-13500С, соответствующем температурному интервалу их электротермической переработки. Установлено, что благодаря высокой скорости восстановления сульфата кальция, значительно превышающей скорость восстановления оксидов металлов, средняя скорость взаимодействия в системах Cu2O – CaSO4 – C и Cu2O·Fe2O3 – CaSO4 – C, при стехиометрическом соотношении реагентов, равном 1:1:2, превышает среднюю скорость восстановления куприта и делафоссита, соответственно, в 1,9 и 3,5 раза, при пятикратном избытке углерода сверх стехиометрии – в 1,6 и 1,8 раза.

- Изучение скорости взаимодействия компонентов системы Fe3O4 – CaSO4 – C показало, что средняя скорость их взаимодействия при соотношении реагентов 1:1:2 превышает среднюю скорость восстановления магнетита при их соотношении 1:5 в 1,9 раза.

- Изучение скорости взаимодействия компонентов системы Fe3O4 – CaSO4 – C – SiO2 показало, что средняя скорость их взаимодействия при соотношении реагентов 1:0,5:1,5:1,5 превышает среднюю скорость восстановления магнетита при их соотношении 1:5 в 1,6 раза. Добавка диоксида кремния в систему Fe3O4 – CaSO4 – C способствует увеличению скорости взаимодействия компонентов системы, что положительно сказывается при совместной переработке конвертерных шлаков и золотомышьяковых концентратов.

- С применением комплекса физико-химических методов исследования определена последовательность взаимодействия компонентов в системах Cu2O – CaSO4 – C, Cu2O·Fe2O3 – CaSO4 – C, Fe3O4 – CaSO4 – C в интервале температур 1200-13500С свидетельствующая о возможности использования сульфата кальция одновременно в качестве сульфидизатора оксидов металлов, регента, увеличивающего серный потенциал газовой фазы и флюсового материала:

Установлено, что при взаимодействии компонентов системы Cu2O – CaSO4 – C происходит восстановление сульфата кальция до его сульфида; параллельно, но с меньшей скоростью, восстановление оксида меди до металлической; взаимодействие сульфида кальция с оксидом меди с образованием сульфида меди и оксида кальция; взаимодействие сульфида меди с ее оксидом с образованием металлической меди.

При взаимодействии компонентов системы Cu2O·Fe2O3 – CaSO4 – C: восстановление сульфата кальция до его сульфида; параллельно, но с меньшей скоростью, восстановление делафоссита до куприта и магнетита; их взаимодействие с сульфидом кальция с образованием сульфидов железа и меди, оксида кальция и диоксида серы; сульфидирование оксида меди сульфидом железа; взаимодействие оксида меди с ее сульфидом с образованием металлической меди.

При взаимодействии компонентов системы Fe3O4 – CaSO4 – C: восстановление сульфата кальция до его сульфида, взаимодействие образовавшегося сульфида с магнетитом с образованием пирротина, оксида кальция и диоксида серы; параллельно, но с меньшей скоростью, восстановление магнетита до металлического железа; разложение сульфата кальция металлическим железом с образованием оксисульфида CaO·FeS.

- Установлено, что в условиях восстановительной атмосферы добавка 3-11 % оксида бора в шлаки состава, мас.%: 15,02 FeO; 54,23 SiO2; 24,82 CaO; 5,96 Al2O3 и 55,3 FeO; 33,9 SiO2; 5,1 CaO; 5,7 Al2O3 снижает степень восстановления оксида меди, соответственно, в 2 и 2,5 раза в результате снижения степени восстановления шлакового расплава вследствие образования боратов железа.

- Изучена кинетика взаимодействия стехиометрических количеств Cu2O – CaSO4 – C; Cu2O – CaSO4 – B2O3, Cu2O – CaSO4 – C – B2O3 в синтетических шлаковых расплавах состава, мас.%: 55,3 оксида железа; 33,9 диоксида кремния; 5,1 оксида кальция; 5,7 оксида алюминия с добавлением к нему 1 и 5% оксида меди. Установлено, что скорость взаимодействия сульфата кальция с углеродом в шлаковом расплаве превышает скорость взаимодействия сульфата кальция с оксидом бора в 5,6 раза, добавка оксида бора к шлаку, содержащему сульфат кальция и углерод, увеличивает скорость их взаимодействия в 1,5 раза благодаря образованию боратов железа и кальция, улучшающих физико-химические свойства шлакового расплава.

- Определены скорости и степень обеднения по цветным металлам промышленных шлаков БГМК с использованием оксида бора и сульфата кальция в различных газовых средах. Установлено, что совместное использование сульфата кальция с оксидом бора способствует улучшению показателей обеднения промышленных шлаков.

- Установлено, что при электротермической переработке золотомышьяковых концентратов с высоким содержанием углерода использование сульфата кальция в качестве кальцийсодержащего флюса позволяет предотвратить образование шпейзы.

- Обоснована целесообразность и эффективность восстановительно-сульфидирующей электроплавки сложных по составу упорных золотомышьяковых концентратов Казахстана с подбором флюсов, обеспечивающих получение шлака оптимального состава, мас. %: 6-10 железа; 18-20 оксида кальция; 45-50 диоксида кремния; 10-12 оксида алюминия, обеспечивающего легкоплавкость и минимальные потери золота (менее 1 г/т золота) и цветных металлов.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты изучения кинетики и последовательности взаимодействия оксида меди, делафоссита, магнетита с сульфатом кальция и углеродом в нейтральной атмосфере в области температур 1250-13500С;

- результаты изучения сульфидирования оксида меди в шлаках ПВ в зависимости от количества вводимого сульфата кальция;

- результаты изучения влияния сульфата кальция и оксида бора на процесс обеднения промышленных шлаков ПВ в различных газовых средах;

- результаты укрупненно - лабораторных исследований по электротермическому обеднению шлаков ПВ и конвертирования с использованием восстановительно-сульфидирующих реагентов и золотомышьяковых концентратов;

- результаты укрупненно-лабораторных исследований и полупромышленных испытаний по восстановительно-сульфидирующей электроплавке упорных золотомышьяковых концентратов месторождений Бакырчик, Акбакай с применением различных флюсующих материалов (сульфата кальция, фосфогипса, известняка, пирита, пиритного огарка, оборотного огарка от обжига штейна, дефеката сахарной промышленности и оборотных железосодержащих кеков цианирования);

- результаты промышленных испытаний по электроплавке упорных флотационных золотомышьяковых концентратов с использованием восстановительно-сульфидирующих реагентов на Акбакайском горно-обогатительном комбинате;

- результаты разработанного способа совместной переработки конверторных шлаков и золотомышьяковых концентратов;

- результаты разработанных технологий переработки золотомышьяковых концентратов.

Апробация практических результатов. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Республиканской научно-практической конференции «Теория и практика интенсификации ресурсоэнегосбережения в химической технологии и металлургии» (Шымкент - Алматы, 2000 г.); на международной научной конференции «Научные проблемы комплексной переработки минерального сырья цветных и черных металлов» (Алматы, 2000г.); на международной конференции «Молодые ученые - 10-летию независимости РК» (Алматы, 2001 г.); на конференции «Молодые металлурги - 10-летию независимости РК» (Алматы, 2001 г.); на научно – практическом семинаре-совещании «Современное состояние и проблемы электротермических, высокотемпературных процессов хим. технологии и металлургии» (Шымкент, 2004 г.); на VII международной конференции «Золотодобывающая промышленность России. Состояние и перспективы развития» (Москва, 2005 г.).

Практическая ценность работы. На основании теоретических положений выполнен комплекс физико-химических и технологических исследований, позволивший:

- разработать и опробовать на Акбакайском горно-металлургическом комбинате эффективную экологически безопасную технологию электротермической переработки сложных по составу «упорных» золотомышьяковых флотационных концентратов с получением 148 кг катодного золота;

- разработать экологически безопасную бесцианидную технологию извлечения золота из упорных золотомышьяковых концентратов, содержащих цветные металлы;

- разработать способ совместной переработки золотомышьяковых концентратов с конверторными шлаками медного производства, позволяющий осуществить процесс обеднения конвертерных шлаков с извлечением в штейн меди до 93,9 - 94,8 %; золота и серебра, соответственно, до 99,7 - 99,8 %; 99,3 - 99,7%.

Новизна научно-технических решений защищена 10 патентами и предпатентами РК.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

  1   2   3   4   5

Разместите кнопку на своём сайте:
поделись


База данных защищена авторским правом ©dis.podelise.ru 2012
обратиться к администрации
АвтоРефераты
Главная страница