Извлечение меди из шлаков медеплавильного производства при использовании процессов ДШП и ЭШП
Приведены результаты экспериментальных плавок, подтверждающие возможность извлечения меди из шлаков, кусковых и пылеобразных отходов медеплавильного производства при использовании дуго- и електрошлакового процессов. Показаны доля извлечения меди, достигающая 97,9 %, и ее содержание в слитке – 93… 99...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95975 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Извлечение меди из шлаков медеплавильного производства при использовании процессов ДШП и ЭШП / В.А. Рябинин, Ю.С. Гришко, В.Я. Саенко, В.А. Зайцев, В.М. Журавель, В.М. Ярош // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 2 (95). — С. 9-12. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859545395214942208 |
|---|---|
| author | Рябинин, В.А. Гришко, Ю.С. Саенко, В.Я. Зайцев, В.А. Журавель, В.М. Ярош, В.М. |
| author_facet | Рябинин, В.А. Гришко, Ю.С. Саенко, В.Я. Зайцев, В.А. Журавель, В.М. Ярош, В.М. |
| citation_txt | Извлечение меди из шлаков медеплавильного производства при использовании процессов ДШП и ЭШП / В.А. Рябинин, Ю.С. Гришко, В.Я. Саенко, В.А. Зайцев, В.М. Журавель, В.М. Ярош // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 2 (95). — С. 9-12. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Приведены результаты экспериментальных плавок, подтверждающие возможность извлечения меди из шлаков, кусковых и пылеобразных отходов медеплавильного производства при использовании дуго- и електрошлакового процессов. Показаны доля извлечения меди, достигающая 97,9 %, и ее содержание в слитке – 93… 99,6 %.
Results of experimental melts, confirming the possibility of extraction of copper from slags, lumpy and dusty wastes of copper melting production in application of processes of arc and electroslag melting are given. The percentage of copper extraction, reaching 97.9 % and its content in ingot – 93… 99.6 %, is shown.
|
| first_indexed | 2025-11-26T01:42:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.56.001.1
ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕДИ ИЗ ШЛАКОВ
МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОЦЕССОВ ДШП и ЭШП
В. А. Рябинин, Ю. С. Гришко, В. Я. Саенко,
В. А. Зайцев, В. М. Журавель, В. М. Ярош
Приведены результаты экспериментальных плавок, подтверждающие возможность извлечения меди из шлаков,
кусковых и пылеобразных отходов медеплавильного производства при использовании дуго- и электрошлакового
процессов. Показаны доля извлечения меди, достигающая 97,9 %, и ее содержание в слитке – 93… 99,6 %.
Results of experimental melts, confirming the possibility of extraction of copper from slags, lumpy and dusty wastes of
copper melting production in application of processes of arc and electroslag melting are given. The percentage of copper
extraction, reaching 97.9 % and its content in ingot – 93… 99.6 %, is shown.
Ключ е вы е с л о в а : утилизация; медьсодержащие шла-
ки; флюс; дугошлаковый переплав; электрошлаковый пере-
плав; извлекающая фаза; межфазное натяжение; твердофаз-
ный восстановитель
В металлургической отрасли промышленности и в
Украине, и за рубежом появился ряд острых проб-
лем с использованием трудноперерабатываемого
(забалансового) сырья: первичного, техногенного
(преимущественно оксидного), текущих и лежалых
шлаков, пыли, кеков, клинкеров, содержащих зна-
чительное количество ценных компонентов. Во мно-
гих литературных источниках отмечены причины
недостаточно высокого уровня развития производ-
ства цветной металлургии в СНГ, по сравнению с
развитыми странами. Только 30 % применяемых
технологических схем соответствуют мировому
уровню, 28 % являются устаревшими и не имеют
резервов для модернизации. Так, средняя энерго-
емкость производства меди, цинка, алюминия выше
на 20…30 %, средняя производительность труда ни-
же в 2…3 раза, негативное суммарное воздействие
на природную среду больше в 2 раза, по сравнению
с металлургией США, стран ЕС, Японии [1, 2].
Таким образом, основной задачей отрасли явля-
ется внедрение новейших современных технологий.
На предприятиях стран СНГ в медно-никелевой по-
дотрасли таковыми являются следующие виды
плавки: кислородно-факельная, в жидкой ванне
(печь Ванюкова), финская взвешенная, в верти-
кальном агрегате с верхним дутьем.
Меньший обьем выделяющих газов делает элек-
трическую плавку наиболее предпочтительной с
экологической точки зрения, по сравнению с шахт-
ной и отражательной плавками. Источник тепловой
энергии находится внутри сырья, потому как пере-
рабатываемый материал участвует в теплообмене в
качестве сопротивления. Однако электрическая
плавка не может конкурировать с автогенной суль-
фидных шихт, поскольку последняя сокращает до
минимума энергозатраты, а также полностью ути-
лизирует серу газов.
В металлургии тяжелых цветных металлов элек-
трическая плавка является разновидностью пиро-
технического приема специального назначения,
предназначенного для извлечения полезных компо-
нентов из отработанных шлаков, где электроэнер-
гия служит источником тепла для плавления шихты
и способом влияния на эффективное взаимодей-
ствие фаз в печном агрегате [2]. Максимальная кон-
центрация извлекаемых веществ – в металличес-
кой фазе, минимальная – в шлаке. Малый обьем
печных газов является целью применения электри-
ческой плавки, в нашем случае дуго- и электрош-
лакового переплавов.
Большое значение электрическая плавка имеет
для переработки полупродуктов и шлаков различ-
ных типов: от автогенной плавки – на богатые
штейны, до конвертерных – на аноды. Впервые
технологию электропечного обеднения жидких кон-
вертерных шлаков (ЭПОШ) ввели на комбинате
«Североникель» в конце 1950-х гг., затем на НГМК,
«Печенганикель» и ряде зарубежных заводов [3].
ЭПОШ стало неотъемлемой частью современно-
го технологического процесса, благодаря использо-
© В. А. РЯБИНИН, Ю. С. ГРИШКО, В. Я. САЕНКО, В. А. ЗАЙЦЕВ, В. М. ЖУРАВЕЛЬ, В. М. ЯРОШ, 2009
9
ванию которого решают проблему извлечения меди,
никеля, кобальта в одну или две стадии в присут-
ствии восстановителя. Так, на заводе «Северони-
кель» электрическую плавку используют для пере-
работки текущих шлаков и техногенного сырья, за-
пасов которых, по оценке экспертов, хватит на де-
сять лет непрерывной работы [3]. В Финляндии на
фирме «Оутокумпу» используют электропечи для
обеднения шлаков взвешенной плавки.
В работе [4] отмечено, что очередной пик в про-
изводстве меди (1970—1980 гг.) пришелся на авто-
генные технологии. Хотя электрическая плавка те-
ряет свои позиции при переплаве первичного суль-
фидного сырья тяжелых цветных металлов, она не-
заменима в восстановительных процессах при пере-
работке сложных трудноперерабатываемых про-
дуктов. Еще одно ее неоспоримое преимущество –
экологически безопасное производство.
На современном этапе наиболее рациональным
для обеднительной переработки шлаков, образую-
щихся в плавильных агрегатах медеплавильных за-
водов, является использование электропечей.
Пирометаллургическое производство цветных
металлов характеризуется высоким выходом шла-
ков по отношению к выплавленному металлу (10:1).
Поэтому даже при содержании 0,1…2,0 % металла
в шлаке общие потери составляют внушительную
цифру. Так, при получении меди на пути от кон-
центрата до готового продукта ее теряется 2 % со
шлаками в пересчете на чистый металл [4].
Таким образом, следует более тщательно выби-
рать технологические режимы плавки с тем, чтобы
свести к минимуму потери металла со шлаком. Для
этого необходимо обосновать применение новых
технологий извлечения ценных компонентов из
медьсодержащих шлаков (МСШ) вместо того, что-
бы запускать их повторно в плавильные агрегаты
общего цикла. За отправную точку служат данные,
касающиеся шлаков конвертерных и вторичной
цветной металлургии.
Значительное количество оксидов железа посту-
пает в плавильные печи с жидким шлаком, содер-
жащим повышенное количество цветных металлов
и загружаемым в плавильные агрегаты с целью
обеднения. Однако этот процесс, в силу объектив-
ных причин, в существующих плавильных агрега-
тах происходит неполно. Поэтому целесообразно
дорабатывать шлаки медеплавильного производс-
тва не в общем цикле, а в отдельных агрегатах по
отдельно принятой технологии.
Особый интерес для металлургов представляют
установки с непрерывным способом переработки
сырья на черновую медь и белый матт [4—10]. Воз-
можность реализации дуго- (ДШП) и электрошлако-
вого (ЭШП) процессов применительно к указанному
выше и стали основной целью представленной работы.
Технологические схемы электрошлакового пе-
реплава (ЭШП) позволяют направленно изменять
режимы плавки, состав рабочего флюса, темпера-
туру и состав газовой атмосферы. Исходя из по-
ставленных задач, фактически сводящихся к рафи-
нированию металла от оксидов, восстановлению и
защите от окисления, основным требованием явля-
ется проведение стабильного процесса под флюса-
ми, активно растворяющими образующиеся соеди-
нения окислительной стадии, а также создание ус-
ловий для протекания реакции Белла-Будуара
вправо, что не обеспечивается в печах открытой
выплавки. Однако применение флюсов для ЭШП
должно учитывать их проницаемость для восстано-
вителя и отходящих газов (особенно в карботерми-
ческой стадии процесса).
Для решения задачи утилизации конвертерных
шлаков с использованием электрошлаковой техно-
логии необходимо придерживаться следующих
двух направлений:
уменьшать содержание сопутствующих метал-
лов в МСШ путем перевода их оксидов в летучую
форму или в шлак ЭШП;
обеспечивать максимально полное отделение ко-
рольков в донную фазу и восстановление присут-
ствующих оксидов меди.
Рис. 1. Внешний вид МСШ: а – до; б – после обработки
Т а б л и ц а 1 . Состав флюсов, применяемых при ДШП и
ЭШП МСШ
Марка
флюса
Массовая доля компонентов, %
CaF2 Al2O3 CaO SiO2 MgO
АНФ-28 41… 49 Не
более 5
26… 32 20…24 Не
более 6
АНФ-28М 40… 50 — 20… 40 18… 32 10…20
10
Технологические особенности процесса требуют
соблюдения следующих условий:
применение твердого восстановителя, без пере-
мешивания дающего малый эффект. В некоторых
лабораториях используют центрифуги (уменьшает-
ся продолжительность восстановления в 3 раза),
накладывают магнитное поле, но в промышленно-
сти эти идеи не нашли применения в связи с техни-
ческими сложностями, хотя в заводских условиях
используют малейшую возможность вращения;
обеспечение минимальной вязкости шлака, мак-
симального уменьшения высоты шлаковой ванны,
особенно в окислительной стадии процесса для бес-
препятственного удаления газовой фазы (выполне-
ние этих условий возможно в случае использования
ряда фторсодержащих флюсов электрошлакового
переплава для цветных металлов и сплавов);
проведение процесса на переменном или пос-
тоянном токе (прямая полярность);
использование графитового или водоохлаждае-
мого электрода и графитового тигля.
К преимуществам использования твердого угле-
рода относится отсутствие загрязнения продуктами
раскисления получаемого металла (продукты рас-
кисления в газообразной фазе), в отличие от про-
цессов металлотермического восстановления [5].
Для ДШП и ЭШП характерны развитая удель-
ная поверхность взаимодействия жидких расплавов
шлака и металла, а также энергичное перемешива-
ние этих расплавов благодаря электромагнитному
влиянию электрического тока, проходящего через
систему шлак—металл, обусловливающие наиболь-
шую полноту протекания реакций взаимодействия
металла и шлака. Это важно для реализации эф-
фекта рафинирования металла от вредных приме-
сей (серы, кислорода, азота).
Целью проведения эксперимента было изучение
возможности получения меди из медьсодержащих
шлаков (рис. 1) способами ДШП и ЭШП. После
выполнения химического анализа МСШ принято
решение о ходе процесса плавления. Плавки про-
водили в две стадии: окислительная – способом
ДШП и восстановительная – способом ЭШП.
Осуществлять окислительную стадию продол-
жительное время не имеет смысла, поскольку со-
держание серы в МСШ составляет доли процента.
Из расплава на данной стадии удаляются только
летучие компоненты. Предлагается присутствие ме-
ди в форме Cu2О.
ДШП и ЭШП являются активными металлур-
гическими процессами. Большое значение для ха-
рактера их протекания имеет химический состав
флюса. Преимуществом представляемой техно-
логии является использование отработанных флю-
сов ЭШП на основе фтористого кальция. Флюсы
данной системы получили наибольшее распростра-
нение при ЭШП. В работе использованы отработанные
шлаки на основе флюсов АНФ-28 и АНФ-28М, вы-
пускаемых по ТУ 14-19-125—92 (табл. 1).
В Институте электросварки им. Е. О. Патона
НАН Украины проведена серия опытных плавок
по ДШП и ЭШП медьсодержащего шлака на уста-
новке А-550 с диаметром тигля 150 мм, а также в
графитовом тигле диаметром 350 мм на установке
УШ-159 с последующей заливкой в кокиль*. За-
грузку МСШ в тигель производили порциями. По
Рис. 2. Медные отливки, полученные на установках А-550 (а) и УШ-159 (б)
Т а б л и ц а 2 . Сравнительный анализ плавок
Тип
установки
Масса, кг
Доля извлечения
меди из шлака, %
Массовая доля полученного металла, %
Fe Sn Pb Ni Zn CuМСШ
флюса
ЭШП АНФ-28
слитка ЭШП
А-550 7,0 1,5 1,08 68,0 0,94 3,9 2,1 — 0,06 93,0
УШ-159 50,0 20,0 10,5 97,9 0,29 0 0 0,03 0,08 99,6
* В работе принимали участие Р. В. Козин, В. В. Жуков.
11
ходу плавки фиксировали количество загружаемых
флюса и восстановителя, а также значение темпе-
ратуры. Через равные промежутки времени (после
загрузки и расплавления порции МСШ) отбирали
пробы шлака и металла для химического анализа.
Кроме того, в плавках контролировали массы пе-
реплавленного флюса и полученного слитка, а так-
же исходного и конечного шлака.
В результате эксперимента получен ряд слитков,
массой от 1,0 до 10,5 кг. На рис. 2 представлены медные
отливки массой 1,08 кг (рис. 2, а) и 10,5 кг (рис. 2, б).
Химический анализ показал, что содержание меди
составляет соответственно 93,0 и 99,6 %. При этом
коэффициент извлечения меди в первом случае 68,
во втором – 97,9 % (табл. 2).
В табл. 3 представлен полный химический ана-
лиз МСШ до и после плавок. Следует обратить
внимание не то, что остаточное содержание меди в
переработанном шлаке не превышает 1 %.
Выводы
1. Исследована возможность восстановления меди
из МСШ путем сочетания способов ДШП и ЭШП.
Максимальная доля извлечения меди достигала
97,9 %, ее содержание в металле составляло
93,0…99,6 % в зависимости от химического состава
исходного МСШ и режима плавки.
2. Установлено, что остаточное содержание меди
в шлаке после плавки МСШ не превышало 1 %, а
это позволяет использовать шлак в качестве строи-
тельного материала.
1. Электрошлаковый металл / Под ред. Б. Е. Патона и
Б. И. Медовара. – Киев: Наук. думка, 1981. – 667 с.
2. Тарасов А. В., Парецкий В. М. Современный взгляд на
роль электроплавки в производстве тяжелых цветных ме-
таллов // Электрометаллургия. – 2003. – № 5. – С. 12—23.
3. Освоение технологии плавки техногенного сырья на ком-
бинате «Североникель» / М. Г. Блатов, Л. Н. Ерцева,
М. Г. Русаков, К. И. Мосионзд // Там же. – 2003. –
№ 4. – С. 2—6.
4. Гречко А. В. Электропечи в пирометаллургическом произ-
водстве меди // Там же. – 2001. – № 3. – С. 15—17.
5. Лютый И. Ю., Латаш Ю. В. Электрошлаковая выплав-
ка и рафинирование металлов. – Киев: Наук. думка,
1982. – 188 с.
6. Панфилов А. П. Извлечение цветных металлов из нецеле-
вых продуктов металлургии при плазменно-дуговой плав-
ке // Электрометаллургия. – 2001. – № 12. – С. 24—29.
7. Ванюков А В., Зайцев В. Я. Теория процессов пирометал-
лургии. – М., Металлургия, 1974. – 460 с.
8. Циклонные печи // Черные металлы. – 1977. – № 20. –
34 с.
9. Новожилов А. Б., Кирилин И. И., Гречко А. В. Плавка
на черновую медь медных шихт // Цветные металлы. –
1996. – № 9. – С. 18—19.
10. Ханиала П., Койо И. Технология взвешенной плавки //
Там же. – 1996. – № 10. – С. 22—25.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 09.04.2009
Т а б л и ц а 3 . Массовая доля оксидов в медьсодержащем шлаке, %
CuO MgO Al2O3 SiO2 P2O5 K2O CaO Fe2O3 TiO2 Cr2O3 MnO NiO ZnO SnO2 PbO WO3 Остальное
До плавки
21,2 2,91 7,8 11,1 3,23 0,22 14,6 20,1 1,53 0,74 0,49 0,60 8,7 2,64 3,43 0,23 0,48
После плавки
1,19 1,08 7,5 15,8 2,39 0,17 36,8 19,6 0,52 0,09 1,08 0,27 7,8 1,15 1,98 0,22 0,40
12
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-95975 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-26T01:42:36Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Рябинин, В.А. Гришко, Ю.С. Саенко, В.Я. Зайцев, В.А. Журавель, В.М. Ярош, В.М. 2016-03-08T16:14:55Z 2016-03-08T16:14:55Z 2009 Извлечение меди из шлаков медеплавильного производства при использовании процессов ДШП и ЭШП / В.А. Рябинин, Ю.С. Гришко, В.Я. Саенко, В.А. Зайцев, В.М. Журавель, В.М. Ярош // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 2 (95). — С. 9-12. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95975 669.187.56.001.1 Приведены результаты экспериментальных плавок, подтверждающие возможность извлечения меди из шлаков, кусковых и пылеобразных отходов медеплавильного производства при использовании дуго- и електрошлакового процессов. Показаны доля извлечения меди, достигающая 97,9 %, и ее содержание в слитке – 93… 99,6 %. Results of experimental melts, confirming the possibility of extraction of copper from slags, lumpy and dusty wastes of copper melting production in application of processes of arc and electroslag melting are given. The percentage of copper extraction, reaching 97.9 % and its content in ingot – 93… 99.6 %, is shown. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электрошлаковая технология Извлечение меди из шлаков медеплавильного производства при использовании процессов ДШП и ЭШП Extraction of copper from slags of copper melting production using processes of ASR and ESR Article published earlier |
| spellingShingle | Извлечение меди из шлаков медеплавильного производства при использовании процессов ДШП и ЭШП Рябинин, В.А. Гришко, Ю.С. Саенко, В.Я. Зайцев, В.А. Журавель, В.М. Ярош, В.М. Электрошлаковая технология |
| title | Извлечение меди из шлаков медеплавильного производства при использовании процессов ДШП и ЭШП |
| title_alt | Extraction of copper from slags of copper melting production using processes of ASR and ESR |
| title_full | Извлечение меди из шлаков медеплавильного производства при использовании процессов ДШП и ЭШП |
| title_fullStr | Извлечение меди из шлаков медеплавильного производства при использовании процессов ДШП и ЭШП |
| title_full_unstemmed | Извлечение меди из шлаков медеплавильного производства при использовании процессов ДШП и ЭШП |
| title_short | Извлечение меди из шлаков медеплавильного производства при использовании процессов ДШП и ЭШП |
| title_sort | извлечение меди из шлаков медеплавильного производства при использовании процессов дшп и эшп |
| topic | Электрошлаковая технология |
| topic_facet | Электрошлаковая технология |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/95975 |
| work_keys_str_mv | AT râbininva izvlečeniemediizšlakovmedeplavilʹnogoproizvodstvapriispolʹzovaniiprocessovdšpiéšp AT griškoûs izvlečeniemediizšlakovmedeplavilʹnogoproizvodstvapriispolʹzovaniiprocessovdšpiéšp AT saenkovâ izvlečeniemediizšlakovmedeplavilʹnogoproizvodstvapriispolʹzovaniiprocessovdšpiéšp AT zaicevva izvlečeniemediizšlakovmedeplavilʹnogoproizvodstvapriispolʹzovaniiprocessovdšpiéšp AT žuravelʹvm izvlečeniemediizšlakovmedeplavilʹnogoproizvodstvapriispolʹzovaniiprocessovdšpiéšp AT ârošvm izvlečeniemediizšlakovmedeplavilʹnogoproizvodstvapriispolʹzovaniiprocessovdšpiéšp AT râbininva extractionofcopperfromslagsofcoppermeltingproductionusingprocessesofasrandesr AT griškoûs extractionofcopperfromslagsofcoppermeltingproductionusingprocessesofasrandesr AT saenkovâ extractionofcopperfromslagsofcoppermeltingproductionusingprocessesofasrandesr AT zaicevva extractionofcopperfromslagsofcoppermeltingproductionusingprocessesofasrandesr AT žuravelʹvm extractionofcopperfromslagsofcoppermeltingproductionusingprocessesofasrandesr AT ârošvm extractionofcopperfromslagsofcoppermeltingproductionusingprocessesofasrandesr |