Cпособ производства черновой меди

005386 Настоящее изобретение относится к пирометаллургическому способу производства черновой меди в плавильном реакторе, таком как печь взвешенной плавки, непосредственно из ее сернистого концентрата и/или мелкоизмельченного купферштейна. Известный из предшествующего уровня техники способ предназначен для производства необогащенной меди или черновой меди из сернистого концентрата в несколько стадий; в соответствии с этим способом концентрат плавят в реакторе со взвешенным слоем, таком как печь взвешенной плавки, с помощью воздуха или обогащенного кислородом воздуха, что приводит к получению обогащенного медью штейна, содержащего от 50 до 75 мас.% меди, и шлака. Такой способ описан, например, в патенте США 2 506 557. Купферштейн, полученный в печи взвешенной плавки, превращают, например, в конвертере цилиндрического типа (Pierce-Smith type converter) или в скоростном конвертере (flash converter) в черновую медь, а потом рафинируют в анодной печи. С экономической точки зрения и в определенных граничных условиях производство черновой меди из сернистого концентрата сразу за одну производственную стадию в реакторе со взвешенным слоем оправданно. Самые крупные проблемы, связанные с непосредственным производством черновой меди,включают поведение меди по отношению к шлаку и большое количество образуемого шлака. Большое количество шлака требует дополнительной технологической стадии обработки для восстановления меди,что ухудшает пригодность процесса с экономической точки зрения. Если содержание меди в концентрате достаточно высокое, обычно по меньшей мере 37 мас.% меди,как, например, в плавильной печи Olympic Dam в Австралии, где содержание меди в концентрате обычно превышает 40 мас.%, экономически допустимо производство черновой меди сразу за одну стадию. При использовании ранее описанного концентрата получается умеренное количество шлака, но для производства черновой меди, которая имеет низкое содержание серы, менее 1 мас.% серы, условия окисления следует выбирать таким образом, чтобы шлак содержал от 15 до 25 мас.% меди. Концентрат с низким содержанием меди может также оказаться подходящим для непосредственного производства черновой меди, если он имеет благоприятный состав. Например, в плавильной печиGlogow в Польше черновую медь производят из концентрата в одну стадию, поскольку содержание железа в нем низкое и получающееся количество шлака не является значительным. Производство меди в одну стадию из обычных концентратов вызывает шлакование всего железа и прочей пустой породы. Подобный способ описан в патенте США 4 030 915. В финском патенте 104838 описан способ производства черновой меди в реакторе со взвешенным слоем непосредственно из концентрата сульфида меди, в соответствии с которым в реактор подают концентрат, флюс и обогащенный кислородом воздух. Охлажденный и мелкоизмельченный купферштейн загружают в реактор со взвешенным слоем вместе с концентратом, чтобы связать тепло, высвобожденное из концентрата, и, соответственно, уменьшить количество шлака, вследствие чего степень обогащения воздуха, подаваемого в реактор, кислородом составляет по меньшей мере 50% кислорода. Однако в этом финском патенте 104838 способ имеет ограничения, а именно обогащение кислородом составляет свыше 50% кислорода и, с другой стороны, качество концентрата ограничено содержанием меди в концентрате выше 31%. В зависимости от качества концентрата патент ограничен использованием железокремнеземистого шлака (по существу, не содержащего кальция) и кальциево-ферритового шлака (по существу, не содержащего силиката). В международной заявке WO 00/09772 описан способ плавления концентрата сульфида меди с помощью кислородного плавления концентрата сульфида меди и удаления в шлак большей части железа из концентрата сульфида меди, а также удаления части или большей части содержащейся в нем серы в виде диоксида серы SO2 с получением таким образом меди из сульфидного концентрата в виде белого штейна(white metal matte), почти белого штейна или черновой меди. В соответствии со способом кислородное плавление проводят добавлением в концентрат сульфида меди материала, содержащего SiO2, и материала, содержащего СаО, в качестве флюса для получения шлака, в котором массовое отношениеFe/(FeOx+SiO2+CaO) составляет от 0,2 до 0,5, и белого штейна, почти белого штейна или черновой меди. Целью данной международной заявки WO 00/09772 является обеспечение способа плавления концентрата сульфида меди для производства белого штейна или черновой меди при непрерывном окислении концентрата сульфида меди или штейна при температуре 1300 С или ниже, без трудностей, связанных с магнетитом; при этом способ применим при обработке концентрата сульфида меди или штейна, содержащего SiO2, обладает меньшими потерями меди в шлак, пригоден для восстановления меди, содержащейся в шлаке, посредством флотации, обладает высокой степенью перехода мышьяка, сурьмы и свинца в шлак и характеризуется меньшей эрозией огнеупоров. Однако международная заявка WO 00/09772 ограничивает подходящий состав шлака до узких пределов, в которых отношение CaO/SiO2 в шлаке ниже 1,5, содержание диоксида кремния в шлаке относительно высокое и составляет, как минимум, приблизительно 12,4% SiO2 в чистой системе СаО-SiO-FeOx(СаО=18,6%). Поскольку содержание извести в шлаке растет, содержание диоксида кремния в шлаке тоже должно вырасти, и, соответственно, растет общее количество шлака. Например, когда отношение 1CaO/(SiO2+CaO) составляет 0,6, а отношение Fe/(SiO2+CaO+FeOx) уменьшается от 0,5 до 0,2, количество шлака увеличивается более чем вдвое. Наибольшее отношение CaO/SiO2 составляет 1,5. Целью настоящего изобретения является устранение недостатков предшествующего уровня техники и предложение усовершенствованного способа производства черновой меди или высокого штейна в реакторе со взвешенным слоем непосредственно из сульфидного концентрата и/или мелкоизмельченного купферштейна, при котором также загружают материалы, содержащие диоксид кремния (SiO2) и известь(СаО), чтобы получить шлак, который является текучим в диапазоне температур от 1250 до 1350 С. Отличительные особенности изобретения становятся очевидными из прилагаемых патентных притязаний. Согласно данному способу концентрат сульфида меди и/или купферштейн с кислородсодержащим газом подают в плавильный реактор, например в печь взвешенной плавки, куда для получения шлака также загружают материалы, содержащие диоксид кремния (SiO2) и известь (СаО), с тем чтобы отношение CaO/SiO2 в шлаке было выше 1,5 и шлак являлся текучим в диапазоне температур от 1250 до 1350 С. Существенным условием для текучести шлака является также содержание в шлаке по меньшей мере 6 мас.% меди в окисленной форме. Способ согласно изобретению основан на том факте, что окисленная медь в шлаке является эффективным плавнем для магнетита и для двухкальциевого силиката, которые ограничивают применение шлака CaO-SiO-FeOx в плавлении меди. В условиях окисления, при которых содержание серы в меди составляет менее 0,8 мас.%, часть меди в концентрате и/или в мелкоизмельченном штейне окисляется,оказывая флюсующий эффект, что позволяет расширить рабочие рамки, т.е. снимает ограничения, при которых CaO/(SiO2+CaO) составляет от 0,3 до 0,6, a Fe/(SiO2+CaO+FeOx) составляет от 0,2 до 0,5, установленные в способе согласно международной заявке WO 00/09772. В способе согласно изобретению производят черновую медь или высокий штейн в плавильном реакторе из смеси медного концентрата и/или штейна, а также из материала, содержащего силикат, и материала, содержащего известь. Охлажденный и мелкоизмельченный купферштейн подают в плавильный реактор для получения черновой меди с содержанием серы менее 1,0 мас.% и относительно низким количеством шлака, в котором активность извести является высокой, чтобы увеличить шлакование мышьяка и сурьмы, но в котором активность диоксида кремния является высокой, чтобы удалить свинец из черновой меди. Мелкоизмельченный штейн, подаваемый в печь для черновой меди, может быть штейном, полученным в любой известной плавильной печи и имеющим содержание меди от 60 до 78 мас.%. Одноступенчатую установку взвешенной плавки можно спроектировать непосредственно в виде плавильной печи для черновой меди, в зависимости от содержания меди и состава имеющихся концентратов и от количества мелкоизмельченного штейна. Шлак дополнительно обрабатывают в одностадийном или предпочтительно в двухстадийном процессе очистки шлака. Двухстадийный способ очистки включает или две электропечи, или электропечь и шлакообогатительную установку. Если шлак обрабатывают на шлакообогатительной установке, концентрат шлака можно подавать обратно в плавильный реактор. Черновая медь идет на обычное рафинирование в анодной печи. Если производство высокого штейна осуществляют в высокоскоростной плавильной печи, шлак,полученный на стадии черного плавления, предпочтительно можно гранулировать и подавать в основную плавильную печь для восстановления меди. Экономику определяет количество концентрата в подаваемой смеси и количество произведенного шлака. Шлак из основной плавильной печи затем идет на обычную одностадийную очистку шлака или сразу же удаляется (электропечь, печь для очистки шлака или флотация шлака), в зависимости от содержания меди в шлаке. В дальнейшем изобретение поясняется более подробно со ссылкой на примеры и прилагаемые чертежи. На фиг. 1 изображена зависимость содержания меди в различных типах шлака от приведенного парциального давления кислорода (Т=1300 С) в черновой меди согласно примеру 1. На фиг. 2 показана зависимость коэффициента распределения мышьяка между шлаком и черновой медью в шлаках различного типа от приведенного парциального давления кислорода в черновой меди согласно примеру 1. На фиг. 3 показана зависимость коэффициента распределения свинца между шлаком и черновой медью в шлаках различного типа от приведенного парциального давления кислорода в черновой меди согласно примеру 1. На фиг. 4 показано содержание меди в шлаке, приведенное в виде диаграммы FeOx+SiO2+CaO=100,согласно примеру 1. На фиг. 5 приведена зависимость коэффициента распределения мышьяка между шлаком и черновой медью, показанная в диаграмме FeOx+SiO2+CaO=100, нормализованной по (% Cu) в шлаке=20%, согласно примеру 1. На фиг. 6 приведена зависимость коэффициента распределения свинца между шлаком и черновой медью, показанная в диаграмме FeOx+SiO2+CaO=100, нормализованной по (% Cu) в шлаке=20%, согласно примеру 1. 2 005386 На фиг. 7 приведена температура шлака при вязкости 200 сП, показанная в диаграммеFeOx+SiO2+CaO=100, нормализованной по (%Cu) в шлаке=15%, согласно примеру 1. Пример 1. Черновую медь получали в экспериментальной мини-печи взвешенной плавки в результате серии испытаний, в которых сырьевые материалы, содержащие медь, представляли собой мелкоизмельченный купферштейн (72,3 мас.% Сu, 3,4 мас.% Fe, 20,3 мас.% S) и медный концентрат (29,2 мас.% Сu, 33,7 мас.% S, 21,0 мас.% Fe). Смесь купферштейна и концентрата (кг штейна)/(кг штейна + кг концентрата)100 находилась в интервале от 50 до 100%. Скорость загрузки составляла от 100 до 200 кг/ч. Степень окисления полученной черновой меди регулировали кислородным показателем (м 3 O2/тонна загрузки), а состав шлака (CaO/SiO2, Fe/SiO2 в шлаке) регулировали добавлением в загрузку кварцевого песка и извести. После каждого периода, во время которого параметры процесса поддерживали постоянными,шлак и черновую медь сливали из отстойника экспериментальной мини-печи, а полученную черновую медь и шлак анализировали. Среднее содержание серы в черновой меди составляло 0,2 мас.% серы (от 0,01 до 0,89% серы). В качестве примера ниже приведены результаты одного из периодов испытаний. Скорость загрузки штейна 89,7 кг/ч Качество штейна (3,4% Fe,18,2% S, 0,26% As, 0,2% Pb) 72,3% Сu Скорость загрузки концентрата 59,9 кг/ч Качество концентрата (20,9% Fe,30,7% S, 5,1% SiO2, 1,3% As, 0,11% Pb) 30,2% Сu Скорость загрузки кварцевого песка 0,5 кг/ч Скорость загрузки извести 10,3 кг/ч Скорость загрузки технич. кислорода в камеру сгорания концентрата 29,0 ст.м 3/ч Скорость загрузки воздуха в камеру сгорания концентрата 31,0 ст.м 3 ч Обогащение кислородом 59,2% Кислородный показатель 245,4 ст.м 3 O2/т Загрузка бутана в реакционную шахту и отстойник для сбалансирования тепловых потерь 3,03 кг/ч Продолжительность испытания(подача) 3 ч 10 мин Температура выпуска металла 1300 С Качество полученной черновой меди: Содержание серы 0,08% S Содержание мышьяка 0,077% As Содержание свинца 0,035% Pb Качество полученного шлака: Содержание меди 18,3% Сu Содержание извести 19,3%СаО Содержание диоксида кремния 7,6% SiO2 Содержание железа 28,2% Fe Содержание мышьяка 0,68% As Содержание свинца 0,28% PbCaO/(SiO2+CaO), мас.%/мас.% 0,72 Коэффициент распределения мышьяка между шлаком и черновой медью 8,8 Коэффициент распределения свинца между шлаком и черновой медью 8,0 Далее на основе результатов тестовых испытаний и фиг. с 1 по 7 рассмотрена применимость способа. На фиг. 1 приведена зависимость содержания меди в различных типах шлака от приведенного парциального давления кислорода (Т=1300 С) в черновой меди. Можно при этом заметить, что когда отношение CaO/SiO2 (при заданном отношении Fe/SiO2) в шлаке растет, содержание меди в шлаке падает. Для сравнения на фиг. 1 приведено также содержание меди в шлаке, содержащем фаялит (силикат желе 3 005386 за). По сравнению со шлаком, содержащим фаялит, содержание меди при таком же кислородном потенциале значительно ниже. На фиг. 2 изображена зависимость коэффициента распределения мышьяка между шлаком и черновой медью LAs(Шлак/Cu)=(% As в шлаке/% As в черновой меди) для шлака различных типов от приведенного парциального давления кислорода в черновой меди. Можно заметить, что, когда отношение CaO/SiO2(при заданном отношении Fe/SiO2) в шлаке растет, коэффициент распределения мышьяка, LAs(Шлак/Cu),возрастает. Для сравнения на фиг. 2 приведен также коэффициент распределения мышьяка между шлаком, содержащим силикат железа, и черновой медью. По сравнению с коэффициентом распределения мышьяка LAs(Шлак/Cu) в шлаке, содержащем фаялит, при одинаковом кислородном потенциале у CaO/SiO2 шлака он выше, что свидетельствует о гораздо более высокой способности удаления мышьяка из черновой меди. На фиг. 3 изображена зависимость коэффициент распределения свинца между шлаком и черновой медью LPb(Шлак/Cu)=(% Pb в шлаке/% Рb в черновой меди) для шлака различных типов от приведенного парциального давления кислорода в черновой меди. Можно заметить, что, когда отношение CaO/SiO2(при заданном отношении Fe/SiO2) в шлаке растет, коэффициент распределения свинца, LPb(Шлак/Cu), немного уменьшается. Для сравнения на фиг. 3 также приведен коэффициент распределения свинца между шлаком, содержащим кальциевый феррит, и черновой медью. По сравнению с коэффициентом распределения свинца LPb(Шлак/Cu) в шлаке, содержащем кальциевый феррит, у CaO/SiO2 шлака этот коэффициент выше при таком же кислородном потенциале, что свидетельствует о более высокой способности удаления мышьяка из черновой меди. На фиг. 4 показано содержание меди в шлаке, приведенное в диаграмме FeOx+CaO+SiO2=100. Результаты нормализованы по температуре, равной 1300 С, и по парциальному давлению кислорода, равномуlog рO2=-4,5. Можно заметить, что во время работы со шлаком из FeOx+CaO+SiO2+оксид меди при постоянном парциальном давлении кислорода содержание меди в шлаке находится между 10-20%, если отношение СаО/SiO2 выше 1,5, а содержание CaO в системе CaO+SiO2+FeOx выше 20%. На фиг. 5 показан коэффициент распределения мышьяка между шлаком и черновой медью, представленный в диаграмме FeOx+CaO+SiO2=100, нормализованный по (% Сu) в шлаке, равному 20%. Также обозначены изолинии распределения, полученные в результатах испытаний. Когда отношение CaO/SiO2 выше 1,5, коэффициент распределения возрастает с ростом содержания CaO в системе. На фиг. 6 показан коэффициент распределения свинца между шлаком и черновой медью, представленный в диаграмме FeOx+CaO+SiO2=100, нормализованный по (% Сu) в шлаке, равному 20%. Когда отношение CaO/SiO2 выше 1,5, коэффициент распределения свинца растет с падением содержания CaO в системе. Вязкость шлаков в экспериментальных исследованиях была достаточно низкой, чтобы их можно было выпустить из печи через обычное выпускное отверстие. Для того чтобы более подробно изучить поведение вязкости шлаков, для некоторых шлаков, полученных в данных испытаниях, провели измерения вязкости. На фиг. 7 показана температура шлака при вязкости 200 сП, зависимость представлена в диаграмме FeOx+CaO+SiO2=100, нормализованной по содержанию (% Сu) в шлаке, равному 15%. Температура при вязкости 200 сП возрастает с падением содержания CaO в шлаке. Исходя из теоретических расчетов, образование твердого магнетита ограничивает применимость этого вида шлака, как это представлено пунктирной линией на фиг. 7. Результаты на фиг. 1-7 означают, что шлак является достаточно текучим, чтобы его можно было слить из печи, если отношение CaO/SiO2 в шлаке выше 1,5, и содержание CaO в шлаке, рассчитанное в системеFeOx+CaO+SiO2=100, выше 20%, и когда содержание меди в шлаке выше 8% Сu. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ производства черновой меди или богатого штейна в реакторе взвешенной плавки непосредственно из материала, содержащего концентрат сульфида меди и/или мелкоизмельченный купферштейн, при котором кислородсодержащий газ, медный концентрат и/или мелкоизмельченный купферштейн загружают в плавильный реактор, отличающийся тем, что флюс, содержащий СаО и SiO2, загружают в плавильный реактор вместе с кислородсодержащим газом, медным концентратом и/или купферштейном и часть меди в концентрате и/или в штейне окисляют для образования шлака, в котором отношение CaO/SiO2 выше 1,5, медь находится в окисленной форме и содержание извести, рассчитанное в системе CaO+SiO2+FeOx=100, превышает 20%. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание меди в окисленной форме составляет в шлаке по меньшей мере 6 мас.%. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что активность извести в образованном шлаке высокая для того, чтобы повысить шлакование мышьяка и сурьмы. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что активность диоксида кремния в образованном шлаке высокая для того, чтобы устранить свинец из черновой меди. 4