Размещено на http://www.allbest.ru/

ГЛАВА 1. ПЕРЕРАБОТКА ОТВАЛЬНЫХ ШЛАКОВ МЕДЕПЛАВИЛЬНЫХ ЗАВОДОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ ФЕРРОСИЛИЦИЯ

Одной из важных задач дальнейшего развития металлургии Армении является комплексное использование шлаков Алавердского медного завода. Народнохозяйственное значение этой задачи можно характеризовать следующими данными (таблица).

Химический состав отвальных шлаков

Из приведенных данных следует, что эти шлаки содержат большое количество железа и кремния, которые можно использовать для получения ферросилиция. В настоящее время шлаки не нашли применения и удаляются, создавая экологические проблемы.

Восстановление шлаков проводилось алюминотермическим способом, представляющим собой самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС). Этот процесс осуществляется за счет экзотермической реакции восстановления и не требует расходов тепла извне. Благодаря высоким температурам, выделяющимся в процессе СВС, шихта будто бы "кипит". В этих условиях железо и кремний восстанавливаются из оксидов и растворяются, образуя сплав. Остальные оксиды, содержащиеся в шихте вместе с CaO, образуют тугоплавкие шлаки, которые после остывания легко отделяются от металлической фазы.

Приведены материальные и тепловые балансы шихты. Расчетная удельная теплота процесса составляет 90 кДж/моль. Определены количества компонентов, составляющих шихту для обработки шлаков. Согласно этим расчетам, шихта должна состоять из отвальных шлаков (100 кг), железного скрапа (4,74 кг) и алюминиевого порошка (30 кг). С целью увеличения теплового баланса в шихту добавляется 5 кг NaNO₃, а для улучшения шлакообразования -- 30 кг CaO.

Опыты проводились в графитошамотовом тигле. В шихте было сделано коническое углубление для инициатора. Инициирование проводилось при помощи раскаленной проволоки в присутствии нескольких кристалликов KMnO₄. При этом создавалась волна горения, и шихта полностью восстанавливалась за 12--15 с. После охлаждения расплава полученная металлическая фаза отделялась, а затем подвергалась рентгенофазовому анализу. Результаты анализа приведены на рисунке.

Рентгенограмма металлической фазы

Как видно из рисунка, в конце алюминотермического восстановления шлаков в полученном продукте превалируют рефлексы ферросилиция: FeSi₂ (1,82100; 2,3760; 5,1030 A), FeSi (2,00100; 1,8240; 1,1920 A) и в малом количестве CuAl (1,45; 2,04 A).

По данным химического анализа, состав полученного ферросилиция следующий: Fe -- 74,82; Si -- 24,64; Cu -- 0,5; S -- 0,03; Pb -- 0,01 %. Состав подтверждается и результатами рентгено-фазового анализа. Таким образом, исследования показали, что по предлагаемой технологии можно получить ферросилиций путем алюминотермического восстановления отвальных шлаков медеплавильных заводов Армении.

ГЛАВА 2. ОТХОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТВАЛЬНЫХ ШЛАКОВ СРЕДНЕУРАЛЬСКОГО МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ЗАВОДА И НАПРАВЛЕНИЯ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

С ростом промышленного производства объемы отходов, как результат несовершенных технологических процессов, растут. Среднеуральский медеплавильный завод является одним из крупнейших производителей отходов переработки отвальных шлаков, причем в последние годы использование отходов существенно отстает от их образования. Вместе с тем образующиеся на медеплавильном заводе отходы переработки - пески строительные являются ценным сырьем и могут быть использованы в будущем для получения товарной продукции, их можно использовать как рекультивационный материал на нарушенных территориях.

Появление новых отходов - песков обогащения (песков строительных), определяет необходимость оценки их экологической опасности, изучения минерального состава и концентраций тяжелых металлов для изучения возможности их последующего использования в качестве материала для рекультивации земель, нарушенных в результате горнодобывающей деятельности.

Минеральный состав отходов обогащения во многом определяет их свойства, в том числе и миграционные особенности содержащихся в них тяжелых металлов. Согласно имеющимся данным ОАО "СУМЗ" минеральный состав песков следующий (%): фаялит - 49; кварц - 20; магнетит - 10; феррит цинка - 8; пирротин - 1; борнит - 0,5; халькопирит - 0,4; ковеллин - 0,05; прочие - 11,05. Вполне вероятно, что состав песков здесь полностью отвечает известному составу шлаков, где по другим источникам [2] в его минеральном составе присутствуют: магнетит, пирротин, фаялит, шпинель, виллемит, волластонит и некоторые другие рудные и нерудные минералы при преобладании фаялита (80 %) и магнетита (10 %).

Пески строительные характеризуются следующими показателями свойств: плотность - 3,5-3,7 г/см³, насыпной вес 2,0 - 2,3 т/м³, влажность 9 - 14 %, плотность частиц грунта 3,75 г/см³, максимальная плотность сухого грунта - 2,44 г/см³, оптимальная влажность - 0,144 д.ед., твердость частиц по шкале Протодьяконова 15-16. Гранулометрический состав песков (%): фракция 0,05 - 2,0 мм - 60,2; фракция 0,005 - 0,05 мм - 37,1; фракция менее 0,005 мм - 2,7. Угол естественного откоса составил 41? - в сухом состоянии, 30? - под водой. Пылеватый состав песков определяет их низкую водостойкость: они легко размываются, приобретают тиксотропные свойства при водонасыщении, склонны к плоскостному смыву и водной эрозии. В отвале углы откосов составляют 40-45 град. Коэффициенты фильтрации песков строительных составляют в рыхлом состоянии 0,39 - 1,8 м/сут, в плотном - 0,03 - 0,08 м/сут.

Главными опасными элементами-примесями в песках являются тяжелые металлы, которые вследствие особенностей технологического процесса медеплавильного производства и обогащения шлаков не могут быть извлечены из них. Химический анализ главных элементов-примесей (Cu, Zn, Pb, As), а также приближенно-количественный спектральный анализ песков показал в повышенных концентрациях следующий комплекс химических элементов: медь, цинк, свинец, мышьяк и сурьма, несколько ниже содержания олова, хрома, молибдена и кадмия. Содержания тяжелых металлов в немагнитной и магнитной фракциях совершенно идентичны, что свидетельствует об их равномерном рассеянии по массе частиц песков.

Определение подвижных форм тяжелых металлов в песках показывает, что они превышают ПДК почв только для цинка в пробе 1 (76,1 мг/кг - 3,3 ПДК для почв), содержание подвижных форм цинка в пробе 2 - 3,96 мг/кг, в пробе 3 - 1,04 мг/кг. Содержания подвижных форм свинца - 0,714-0,892 мг/кг, меди - 0,156-0,781 мг/кг, мышьяка - 0,0023-0,0130 мг/кг - не являются опасными для почв.

Пески строительные характеризуются повышенными концентрациями тяжелых металлов, рассеянными в минеральной части песков и поэтому не оказывающие значительного экологического воздействия на компоненты природной окружающей среды. Это подтверждается результатами биотестирования водной вытяжки пробы песков строительных, согласно которому пески строительные отнесены к 5 классу опасности [1].

С целью исследования возможностей и степени миграции тяжелых металлов из песков строительных Среднеуральского медеплавильного завода автором проводилось исследование взаимодействия строительных песков с водой и водными растворами в изменяющихся физико-химических условиях при различных соотношениях песок-вода. Для учета влияния элементного состава воды в опытах использовалась дистиллированная вода, и талая снеговая вода, характеризующая состав атмосферных осадков на исследуемой территории. Лабораторные эксперименты проводились при комнатной температуре и атмосферном давлении в закрытых поливиниловых стаканах (во избежание испарения растворов) в течение 30 суток при следующих соотношениях: песок/вода=1/10 (100 г песка к 1 л воды); песок/вода=1/5 (200 г песка к 1 л воды). Физико-химические параметры эксперимента соответствовали климатическим условиям таежно-лесной зоны. Имитация проточной системы, существующей на рассматриваемых объектах-аналогах, достигалась практически полной заменой растворов через 10, 20 и 30 суток.

В ходе эксперимента проводились измерения физико-химических параметров растворов (рН, температура, окислительно-восстановительный потенциал). По прошествии 10, 20 и 30 суток от начала эксперимента отбирались пробы фильтрата для определения рН, Zn, Pb, Cd, Cu, As.

В ходе эксперимента проводились измерения физико-химических параметров растворов (рН, температура, окислительно-восстановительный потенциал). По прошествии 10, 20 и 30 суток от начала эксперимента отбирались пробы фильтрата для определения рН, Zn, Pb, Cd, Cu, As.

Выполненные нами эксперименты показали зависимость содержания элементов в фильтрате от времени и физико-химических параметров раствора.

В условиях застойного режима фильтрации в течение 30 сут происходило закономерное увеличение величины рН и уменьшение значений Eh при взаимодействии песков Среднеуральского медеплавильного завода как с талой снеговой водой, так и с дистиллированной водой.

Аналогичная картина наблюдалась и при проточном режиме фильтрации при постоянной замене растворов на свежие.

По всем элементам за исключением мышьяка наблюдается тенденция стабилизации выноса на тридцатые сутки опыта. Причем содержания подвижных форм металлов в растворе меньше, чем в исходной снеговой воде, что свидетельствует об осаждении тяжелых металлов на пылеватых частицах песка. Колебания содержаний мышьяка находятся на уровне погрешностей определения. Вынос зависит от объема песка и режима увлажнения: в проточной воде интенсивность выноса несколько меньше.

Выполненные эксперименты по выщелачиванию тяжелых металлов природными (атмосферными) водами показали тенденцию к стабилизации их выноса в небольшом масштабе времени, что свидетельствует об их невысокой экологической опасности для подземных вод.

Таким образом, результаты исследований отходов переработки отвальных шлаков-песков строительных позволяет использовать их в качестве рекультивационного материала. Целесообразно создавать экраны из уплотненных глинистых грунтов в основании песков, а для уменьшения инфильтрации создавать слоистые экраны путем переслаивания песков строительных со слабопроницаемыми грунтами.

ГЛАВА 3. СПОСОБ ОБОГАЩЕНИЯ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ ШЛАКОВ

ферросилиций алюминотермический отвальной шлак

Известны способы флотации медьсодержащих шлаков, включающие дробление, стадиальное измельчение в замкнутом цикле со спиральными классификаторами, основную и контрольную флотацию медных минералов, промпродукта и хвостов, перечистную флотацию концентрата основной медной флотации, доизмельчение промпродуктов и их флотацию. Шлаки перед обогащением подвергали обработке - медленно охлаждали, что обеспечивало образование крупных кристаллов сульфидов и облегчало дальнейшее их извлечение (З.А.Таужнянская, Технология извлечения металлов из шлаков, отвальных хвостов обогатительных фабрик и шлаков металлургического производства за рубежом, М., Цветметинформация, 1978, с. 42, 45-47). Флотацию шлаков проводили в механических и пневмомеханических флотомашинах. Технология позволяла получить богатые медные концентраты при весьма высоком извлечении меди. Однако описанные схемы флотации шлаков оказались недостаточно эффективными для обогащения медьсодержащих шлаков, не прошедших стадию медленного охлаждения с целью подготовки к последующей флотационной переработке. Такие шлаки, длительное время хранившиеся в отвалах, так называемых техногенных месторождениях, характеризуются весьма слабой раскристаллизованностью, тонкой вкрапленностью медных минералов в стекловидной массе шлакообразующих минералов. Наиболее близким техническим решением к заявленному по технической сути и достигаемому результату является способ обогащения медьсодержащих шлаков отражательных печей, включающий измельчение шлака, основную и контрольную медную флотацию, перечистные флотации концентрата основной медной флотации (М. А.Фишман и др. "Практика обогащения руд цветных и редких металлов", том. V, Москва, "Недра", 1967 г., с.69, 103-111).

Технический результат достигается тем, что в способе обогащения медьсодержащих шлаков, включающем дробление, стадиальное измельчение в шаровых мельницах, работающих в замкнутом цикле со спиральными классификаторами, основную и контрольную медную флотацию, перечистную флотацию концентрата основной медной флотации, доизмельчение хвостов основной медной флотации (перед контрольной медной флотацией) в шаровой мельнице, работающей в замкнутом цикле с гидроциклонами, контрольную медную флотацию проводят в поле с низкой турбулентностью потоков пульпы в условиях высокой насыщенности пульпы воздухом, например, в пневматических флотационных машинах колонного типа. При этом при содержании твердого в питании контрольной медной флотации 25-28% поддерживают расход воздуха 1 м3 на 1 м3 пульпы при давлении сжатого воздуха 0,3 - 0,35 МПа. Измельчение исходного шлака проводят в три стадии, причем первую стадию измельчения в шаровой мельнице проводят в открытом цикле. Это обусловлено тем, что обогащению подвергают шлаки, не прошедшие операцию предварительного медленного охлаждения, в связи с чем шлаки обладают большой твердостью, поэтому после первой стадии измельчения количества раскрытых зерен, готовых для флотации, составляют менее 15% и работа мельницы в замкнутом цикле с классификаторами приводила к появлению большой циркуляционной нагрузки до 500% и снижению производительности по переработке исходного шлака. Перевод первой стадии измельчения в открытый цикл позволил увеличить производительность по переработке исходного шлака на 100%, а введение трехстадиального измельчения шлака позволило повысить содержание класса минус 0,074 мм до 80 - 85% в питании флотации. Это является необходимым условием для проведения медной флотации, поскольку в неподготовленных шлаках раскрытие зерен медных минералов начинается с класса минус 0,1 мм и даже в классе минус 0,044 мм имеется значительное количество сростков медных минералов со шлаковой массой (до 90%). Для обеспечения постоянного гранулометрического состава в питании основной медной флотации при обогащении шлака с повышенной твердостью технологическая схема дополнительно включает одну-две контрольные классификации слива спирального классификатора, работающего в замкнутом цикле с мельницей третьей стадии измельчения. После флотации минералов меди в основной медной флотации в камерном продукте медные минералы на 95% находятся в сростках со шлаковой массой и магнетитом. Поэтому хвосты основной флотации подвергают дизмельчению в шаровой мельнице, работающей в замкнутом цикле с гидроциклонами, и направляют на контрольную флотацию. Поскольку питание контрольной флотации представляет собой тонкоизмельченный продукт с относительно низкой концентрацией медных минералов в пульпе, основная часть которой состоит из частиц магнетита и стекловидных частиц силикатной массы, то для успешной флотации медных минералов контрольную медную флотацию предлагается проводить в поле с низкой турбулентностью потоков при высокой насыщенности пульпы воздухом, например, в пневматических флотомашинах колонного типа. Такие условия флотации позволяют труднофлотируемым медным минералам закрепиться на пузырьках воздуха и перейти в пенный продукт, поскольку во флотомашинах колонного типа вихревые потоки имеют меньшие скорости по сравнению с пневмомеханическими и механическими флотомашинами и более высокое насыщение пульпы воздухом. Поэтому снижается вероятность отрыва частиц медных минералов от воздушных пузырьков вследствие абразивного действия нефлотируемых частиц. Расход воздуха при флотации во флотомашине колонного типа поддерживают 1 м3 на 1 м3 пульпы при давлении 0,3 - 0,35 МПа. Промпродукт в виде пенного продукта контрольной медной флотации и камерного продукта первой перечистной флотации медного концентрата направляют на классификацию в гидроциклонах, слив которых поступает на основную медную флотацию, а пески - в мельницу третьей стадии измельчения.

Испытаниями также установлена возможность проведения контрольной медной флотации в два приема: сначала в пневмомеханической флотомашине, а затем дофлотация труднофлотируемых частиц в пневматической флотомашине колонного типа. Работа пневматической флотомашины колонного типа в цикле основной медной флотации или перечистной флотации медного концентрата оказалась менее эффективной по сравнению с пневмомеханическими и механическими флотомашинами. Таким образом, предлагаемая технологическая схема обогащения шлаков и режим ведения контрольной медной флотации позволили повысить извлечение меди в медный концентрат, увеличить производительность переработки шлака по сравнению с прототипом, что явным образом не следовало из известного уровня техники.

Пример. Проводили обогащение медьсодержащего шлака отражательных печей в условиях прототипа и заявляемым способом. Расход реагентов в обоих случаях поддерживали постоянным. В качестве реагента-собирателя использовали бутиловый ксантогенат калия, в качестве пенообразователя - флотомасло Т-80. Технологический процесс проводили на оборотной воде с pH 9-11. Обогащение шлака заявляемым способом проводили по представленной схеме.

В отличие от прототипа, первую стадию измельчения проводили в открытом цикле, контрольную медную флотацию - в пневматической флотомашине колонного типа с предварительным доизмельчением питания контрольной медной флотации, промпродукты классифицировали в гидроциклоне, слив которых направляли в питание основной медной флотации, а пески - в мельницу третьей стадии измельчения (по прототипу промпродукт направляли в классификатор мельницы третьей стадии).

Использование заявляемого способа обогащения медьсодержащих шлаков позволяет вовлечь в переработку сырье техногенных месторождений, получить качественный медный концентрат, повысить показатели флотации.

ГЛАВА 4. СПОСОБ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ШЛАКОВ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Использование указанных способов определяется не только содержанием меди в получаемых продуктах, но и наличием других ценных компонентов, таких как, никель, свинец, кобальт, стоимость которых значительно выше стоимости дополнительно извлекаемой меди. Поэтому их применение для переработки шлаков, бедных по содержанию никеля, свинца и кобальта, экономически нецелесообразно.

Известны также способы переработки шлаков путем восстановительной плавки в присутствии сульфидизаторов пиритсодержащих материалов [см. например, а.с. СССР 145755, заявл. 22.06.61 г., опубл. 6.06. 1962 г., МПК С 22 В 7/04; а.с. СССР 386018, заявл. 4.10.71 г., опубл. 14.06.73 г., МПК С 22 В 7/04; а.с. СССР 1089154, заявл. 7.04.83 г., опубл.30.04.84 г., МПК С 22 В 7/04; а.с. СССР 1475949, заявл. 30.09.87 г., опубл. 30.04.89 г., МПК С 22 В 7/04; п. РФ 2115753, заявл. 14.12.96 г., опубл. 20.07.98 г., МПК С 22 В 15/02; Ю.П. Купряков "Шахтная плавка вторичного сырья цветных металлов", М., изд. ЦНИИцветмет экономики и информации, 1995 г. , с. 136-137, И.Ф.Худяков и др. "Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов", М. , изд. "Металлургия", 1993 г., с. 179-183; И.Ф.Худяков и др. "Металлургия меди, никеля и кобальта" ч.1, М., изд. "Металлургия", 1977 г., с. 210-211].

Недостатками известных способов являются:

- использование пиритсодержащих материалов, приводящее к введению в металлургическое производство дополнительного количества железа, что повышает себестоимость переработки и увеличивает выход отвальных шлаков;

- генерация магнетита при окислении пирита;

- высокие температуры плавки;

- низкое извлечение меди в медно-железный сплав (до 74,5%). Кроме того, известны одностадийные или многостадийные способы переработки шлаков путем карбидотермической плавки шихты, содержащей исходный шлак и восстанавливающие реагенты, с получением штейнов и отвальных шлаков [см., например, п. РФ 2058407, заявл. 03.02.93 г., опубл. 20.04.96 г., МПК С 22 В 9/20; п. РФ 2061069, заявл. 03.02.93 г., опубл. 27.05.96 г., МПК С 22 В 7/00; п. РФ 2105075, заявл. 3.10.97 г., опубл. 20.02.98 г., МПК С 22 В 7/04; з. РФ 97112621, заявл. 23.07.97 г., опубл. 27.02.99 г., МПК С 22 В 7/00; п. РФ 2154682, заявл. 21.04.99 г., опубл. 20.08.2000 г., МПК С 22 В 7/00; И.Ф. Худяков и др. "Металлургия меди, никеля и кобальта" ч.1, М., изд. "Металлургия", 1977 г., с. 210-211]. Основными недостатком данных способов являются: - значительная потеря меди с отвальными шлаками (более 30%) в одностадийных процессах;

- наличие трудоемких дополнительных стадий, например, дробление медно-железного сплава и т.п.;

- низкая экономическая эффективность, обусловленная необходимостью использования дорогостоящих восстанавливающих реагентов, а также потерями меди и других цветных металлов с отвальными шлаками. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ переработки шлаков медеплавильного производства путем их многостадийной плавки при температуре 1320-1500^oС с получением двухфазного расплава - медно-железного сплава и обедненного шлака, на первой стадии проводят карбидотермическую плавку шихты, содержащей исходный шлак, восстановитель - кокс и известь, после чего обедненный шлак сливают, а на последующих стадиях в расплав вводят исходный шлак и осуществляют цементационную плавку. На стадии карбидотермической плавки в состав шихты вводят реагенты при следующем соотношении: исходный шлак:восстановитель: известь = 1:0,02:0,12, а на последующих стадиях цементационной плавки соотношение исходный шлак: медно-железный сплав поддерживают в пределах 1:1. Цементационные плавки повторяют 3-5 раз. Полученный медно-железный сплав с содержанием меди 6-7%, железа 81-82% направляют в конвертерный передел, а обедненный шлак на каменное литье [см. Ю.П.Купряков "Шлаки медеплавильного производства и их переработка", М., изд. "Металлургия", 1987 г., с. 122-124] . Недостатки способа-прототипа заключаются в:

- низком извлечении меди в медно-железный сплав из-за предпочтительного перехода в него основного количества железа, поступающего с исходным шлаком;

- увеличении энергозатрат и ухудшении технологических показателей процесса дальнейшей переработки медно-железного сплава; - в отсутствии извлечения железа в товарный продукт. Задачей заявляемого способа является создание безотходной технологии с получением кондиционных товарных продуктов (медно-железного сплава, безмедистого чугуна и отвального шлака).

Поставленная задача решается тем, что в известном способе комплексной переработки шлаков медеплавильного производства путем их многостадийной плавки при температуре 1320-1350^oС с получением двухфазного расплава - медно-железного сплава и обедненного шлака, на первой стадии проводят карбидотермическую плавку шихты, содержащей исходный шлак, восстановитель - кокс и известь, после чего обедненный шлак сливают, а на последующих стадиях в расплав вводят исходный шлак и осуществляют цементационную плавку, исходный шлак: восстановитель:известь = 1:(0,18-0,22):(0,23-0,25); а на последующих стадиях соотношение исходный шлак: медно-железный сплав поддерживают в пределах (3-5):1; цементационную плавку повторяют 5-6 раз до достижения содержания меди в медно-железном сплаве 15-18%; обедненные шлаки со всех стадиях цементационной плавки объединяют и подвергают карбидотермическому восстановлению с получением безмедистого чугуна и отвального шлака.

Предлагаемый способ комплексной переработки шлаков медеплавильного производства является безотходным, позволяющим получить кондиционные товарные продукты (медно-железный сплав, безмедистый чугун и отвальный шлак) за счет максимально селективного извлечения из исходного шлака меди и железа. Избыток реагентов в заявляемом соотношении на стадии карбидотермической плавки необходим и достаточен для полного извлечения железа из исходного шлака в медно-железный сплав. На последующих стадиях цементационной плавки медно-железный сплав служит цементатором меди, селективно извлекая ее из новых порций исходного шлака (до 15-18%), а извлекаемое железо концентрируется в обедненном шлаке (90-95%), благодаря поддержанию соотношения исходный шлак: медно-железный сплав в заявляемых пределах. Обедненный шлак с содержанием меди 0,07-0,12% служит качественным сырьем при карбидотермическом восстановлении для получения безмедистого чугуна (содержание меди 0,07-0,12%, содержание железа 90,2-95,0%) и отвального шлака (содержание железа 5-7%, меди менее 0,1%), используемом в производстве стройматериалов - цемента и шлаковаты. Анализ известных технических решений позволяет сделать вывод о том, что заявляемое изобретение не известно из уровня исследуемой техники, что свидетельствует о его соответствии критерию "новизна". Сущность заявляемого изобретения для специалиста не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Возможность комплексной переработки шлаков медеплавильного производства в условиях металлургических предприятий с использованием традиционного оборудования свидетельствует о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

Пример 1. Комплексная переработка шлаков медеплавильного производства АГМК (Алмалыкского горно-металлургического комбината) в лабораторных условиях. Использовали исходный шлак состава, %: Сu - 0,66; Fe - 33,19; SiО₂ - 34,65; CaO - 1,68.

В ванну электропечи загружали 100 кг исходного шлака и добавляли избыток реагентов - 18 кг кокса и 23 кг извести. Полученную шихту подвергали стадии карбидотермической плавки при температуре 1320^oС в течение 1 часа с получением двухфазного расплава медно-железного сплава и обедненного шлака. Расплав отстаивали в течение 0,5 часа, после чего обедненный шлак сливали. Перед началом цементационной плавки в расплав вводили исходный шлак в количестве 53 кг, поддерживая соотношение исходный шлак: медно-железный сплав в пределах 3:1. Цементационную плавку повторяли аналогичным образом 5 раз до достижения содержания меди в медно-железном сплаве 15% (после каждой стадии осуществляли анализ медно-железного сплава на содержание меди традиционным способом). Обедненные шлаки со всех стадий цементационной плавки объединяли и подвергали карбидотермическому восстановлению известным способом, причем, на каждые 100 кг обедненного шлака добавляли восстанавливающих реагентов - 20 кг кокса и 25 кг извести. Получали безмедистый чугун с содержанием меди 0,12% и железа 90,2% и отвальный шлак с содержанием меди 0,1%.

В условиях примера 1 проводили комплексную переработку шлаков медеплавильного производства в примерах 2, 3 с варьированием условий осуществления способа в заявляемых пределах. Кроме того, проводили переработку шлаков медеплавильного производства в примере 4 в условиях способа прототипа [см. Ю.П.Купряков "Шлаки медеплавильного производства и их переработка", М., изд. "Металлургия", 1987 г., с. 122-124].

Условия осуществления способа и характеристики получаемых продуктов приведены в таблице.

Как видно из приведенных примеров и данных таблицы, использование заявляемого способа комплексной переработки шлаков медеплавильного производства по сравнению с известным способом, взятым за прототип [см. Ю.П.Купряков "Шлаки медеплавильного производства и их переработка", М., изд. "Металлургия", 1987 г. , с. 122-124], обеспечивает следующие технические и общественно-полезные преимущества: - создание безотходной технологии с получением кондиционных товарных продуктов (медно-железного сплава, безмедистого чугуна и отвального шлака); - повышение содержания меди до 15-18% в медно-железном сплаве;

- снижение энергозатрат и улучшение технологических показателей процесса дальнейшей переработки медно-железного сплава; - высокое содержание железа (30-33%) в обедненных шлаках, способствующее их дальнейшей переработке в безмедистые чугуны с содержанием железа 90-95%;

- получение отвального шлака с минимальным содержанием ценных компонентов (5-7% железа и менее 0,1% меди), пригодного для получения шлаковаты и цемента;

- улучшение экологической обстановки за счет обеспечения возможности переработки отходов производства не только текущей выдачи, но и твердых отходов, накопившихся около предприятий в течение многих лет. Формула изобретения: Способ комплексной переработки шлаков медеплавильного производства, включающий их многостадийную плавку при 1320-1350^oС с получением двухфазного расплава - медно-железного сплава и обедненного шлака, проведение на первой стадии карбидотермической плавки шихты, содержащей исходный шлак, восстановитель - кокс и известь, последующий слив обедненного шлака, введение на последующих стадиях в расплав исходного шлака и осуществление цементационной плавки, отличающийся тем, что на первой стадии в состав шихты вводят избыток восстановителя и извести при следующем соотношении: исходный шлак: восстановитель: известь= 1: (0,18-0,22): (0,23-0,25), а на последующих стадиях соотношение исходный шлак: медножелезный сплав поддерживают в пределах (3-5): 1, цементационную плавку повторяют 5-6 раз до достижения содержания меди в медножелезном сплаве 15-18%, обедненные шлаки со всех стадий цементационной плавки объединяют и подвергают карбидотермическому восстановлению с получением безмедистого чугуна и отвального шлака.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гуман О. М., Долинина И. А., Макаров А. Б., Рудой А. Г. Использование отходов переработки отвальных шлаков среденуральского медеплавильного завода для рекультивации нарушенных земель горнодобывающего комплекса.// Известия ВУЗов. Горный журнал. 2010, №4. с. 43-49

2. Рябинин В. Ф., Гуляева Т. Л. Медеплавильные шлаки в процессах почвообразования // Техногенез и экология. 1999. С. 81-87.

Размещено на Allbest.ru