Способ извлечения металлов из оксидного расплава

(57) Способ извлечения расплава, включающий о менной струей и углерод телем, выдержку и выпу плазменную струю дополн содержащий материал в ь леродсодержащему восст держивают температуру вале 1800 - 2900 С, 1 металлов избработку распсодержащим вск продуктовительно вводяассовом отношановителю 2,5плазменной струиил 4 табл. омитет Российской Федерации о патентам и товарным знакам(72) Гладышев Н.Г; Фролов ВА; Афонин С.ЗПуховА.П:, Шахпазов ЕХ; Кошелев С.П:, Колганов Г.С:, Данилович ЮА Малахов М.ВАлексаночкин ОА(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗОКСИДНОГО РАСПЛАВА оксидного ава плаз- осстановиплавки, В кальцийении к уг - 3 и подв интер 2003699(3) 10 20 25 30 35 40 50 55 Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к способам извлечения металлов из шлаковых расплавов.Известен способ извлечения металлов из шлакового расплава, включающий получение расплава в плавильной зоне печи плавки в жидкой ванне за счет сжигания природного газа и продувку расплава плазменной струей продуктов пиролиза углеводородов ИОсновным недостатком известного способа является высокий окислительный потенциал реакционной эоны. Сумма восстановительных компонентов в выходящем из расплава газе немногим превышает 30%, что явно недостаточно для протекания процессов восстановления металлов иэ их оксидных соединений.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предла- гаемому изобретению является способ извлечения железа из оксидного шлакового расплава, включающий получение расплава в плавильной зоне плазменной рудно-термической печи и финишную его обработку в восстановительной зоне печи углеродсадержащей плазменной струей при одновременной подаче коксика на зеркало ванны (21.Однако и этот способ не обеспечивает достаточно глубокого извлечения металлов, В частности, содержание Реобщ в шлаковом расплаве после завершения его обработки находится на уровне 3-5%. Тем более способ еще менее эффективен при извлечении из шлакового расплава трудновосстановимых металлов, например ванадия.Целью изобретения является увеличение степени извлечения металлов иэ шлакового расплава,Поставленная цель достигается тем, что в известном способе извлечения металлов из оксидного расплава, включающем его обработку плазменной струей и углеродсодержащим восстановителем, выдержку и выпуск продуктов плавки, в плазменную струю дополнительно вводят кальцийсодержащий материал в массовом отношении к углеродсодержащему восстановителю, обеспечивающем получение расплава-восстановителя с содержанием 62-75% карбида кальция, и поддерживают ее температуру на уровне 1800-2900 С. Отличительных признаков, присущих предлагаемому способу, в других технических решениях заявителем не выявлено, что дает основание считать предложенное техническое решение соответствующим критерию "существенные отличия". Дополнительный ввод кальцийсодержащего материала в плазменную струю обеспечивает образование карбида кальция по реакции: СаОг - 3 Ст = СаС 2 + СО;Ь О = 466550 -229,6 т Карбид кальция является очень сильным восстановителем, обесгечивающим извлечение металлов (Ге, Мп, Сг, Ч, То из их оксидов до десятых долей процента, например, по реакциям: 3 (МпО) + (СаС 2) =(СаО)+2 (СО)+ 3 (Мп);3 (У 205)+ 5 (СаС 2) = 5 (СаО)+ 10 (СО)++3 ТЦ Концентрационные пределы СаС 2 определены экспериментально, При большем и меньшем значениях СаС 2 резко возрастает остаточное содержание оксида ведущего элемента в обоабатываемом шлаковом расплаве и, соответственно, снижается степень извлечения элемента, Это влияние наиболее существенно проявляется при более низкой температуре плазменной струи, Результаты экспериментальной проверки влияния содержания СаС 2 в получаемом техническом карбиде кальция, используемом для обработки ванадийсодержащего шлакового расплава на остаточное содержание в нем оксида ванадия при различных температурах плазменной струи, приведены в табл,1.Из приведенных в табл.1 данных видно, что заявленные концентрационный и температурный пределы предлагаемого способа извлечения металлов из оксидного шлакового расплава являются оптимальными и обеспечивают остаточное содержание оксида ванадия в шлаковом расплаве на уровне 0,07% (при 62% СаС 2 и 29000 С) - 0,39% (при 75% СаС 2 и 1800 С), При меньших и больших значениях заявленных параметров содержание оксида ванадия находится на уровне 0,14% (при 60% СаС 2 и 3000 С) -0,61 (при 77% СаС 2 и 1750 С), что при прочих равных условиях в 1 6-2 раза больше, чем при заявленных значениях этих параметров.Температурные пределы плазменной струи также определены экспериментально, При температуре менее 1800 С технический карбид кальция, содержащий менее 62% и более 75% СаС 2, находится в твердо-химическом состоянии, что приводит к значительному увеличению содержания оксида5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тельно получено; ведущего элемента в обрабатываемом шлаковом расплаве и, соответственно, к снижению степени извлечения элемента. При температуре плазменной струи более 2900 С остаточное содержание оксида ведущего элемента в шлаковом расплаве остается на том же уровне при значительном снижении КПД плазменной печи.Результаты экспериментальной проверки влияния температуры плазменной струи на основные показатели предлагаемого способа приведены в табл.2.Из приведенных в табл.2 данных следует, что температурный уровень плазменной струи 1800-2900 С является оптимальным, так как обеспечивает достижение наиболее высоких показателей процесса по извлечению ванадия из шлакового расплава и КПД плазменной печи.Ниже приведены примеры конкретного технического осуществления предлагаемого способа извлечения металлов из оксидного шлакового расплава, содержащего, %: Уг 05 16,2; МпО 7,8; РеО 39,5;ТОг 4,9; СггОз 2,1; МОС 3,8; СаО 3 1; Я Ог 21,9,На чертеже приведена схема стендовой плазменной установки.На схеме показаны; 1 - корпус печи, 2- футеровка, 3 - шлаковая летка, 4 - ванна шлакометаллического расплава, 5 - струя плазменных газов, б - загрузочный люк кусковых материалов, 7 - узел ввода дисперсной шихты, 8 - плазмотрон, 9 - летка для выпуска металла.В тигель печи через люк б загружали ванадийсодержащий шлак приведенного выше химического состава в количестве 100 кг. Включали дуговой плазмотрон на азоте при мощности 300 кВт и через 20 мин получали ванну оксидного ванадийсодержащего шлакового расплава, Затем постепенно прекращали подачу азота, вводили в дуговой канал плазмотрона 8 природный газ и кислород, а через узел 7, с использованием природного газа в качестве транспортирующего, равномерно и непрерывно вводили смесь извести и коксика крупностью менее 1.мм в количестве 56-64 кг при массовом отношении извести к коксу соответственно 5:2-3:1. При меньшем значении отношения (СаО:С) получали расплав-восстановитель с содержанием 75% СаСг, при большем - с содержанием 62% СаСг. При этом температуру плазменной струи поддерживали на уровне 1800-2800 С. Одновременно производили перемешивание жидкой ванны азотом. Обработку оксидного шлакового расплава жидким техническим карбидом кальция производили в течение 15 мин, После обработки оксидного расплава получали 60-74 кг отвального шлака, содержащего, %, Уг 050,05-0,39; ЕеО 0,21-1,50; Мп О 0,25-0,75; ТОг 0,20-0,85; СггОз 0,09-0,27; СаО 57,8- 66,2: 8 Ог 22,4-30,0: МдО 3,9-5,5; СаСг 1,18- 2,05 и 50-55 кг сплава, содержащего в среднем, %; У 17,4; Мп 11,1; 9 3,9; С 1,4; Сг 2,6; Т 5,1; Ре остальное. Кратность отвального шлака находилась в пределах 1,1-1,4, После выдержки в течение 10-15 мин производили выпуск продуктов плавки: шлака через летку 3 и сплава через летку 9.По сравнению с известным способом предлагаемый способ обеспечивает более глубокую степень извлечения металлов из оксидного шлакового расплава. В частности, остальное содержание железа в отвальном шлаке предлагаемого способа составляет 0,2 - 1,2% против 3-5% в известном способе,Основные результать 1 стендовых испытаний предлагаемого способа приведены в табл,З,Из приведенных в табл,3 данных видно, что заявленные параметры предлагаемого способа (62-75% СаСг в получаемом с помощью плазменной струи расплаве-восстановителе при ее температуре 1800-2900 С) создают оптимальные условия для глубокого извлечения металлов оксидного расплава; У, Ре, Мп, Т, Сг и частично Я 1,В табл.4 приведены сопоставительные данные предлагаемого и известного (базового) способов извлечения металлов из оксидного шлакового расплава,Из приведенных в табл,4 данных следует, что предлагаемый способ по сравнению с базовой технологией обеспечивает более глубокое извлечение металлов из оксидного расплава, меньшую кратность шлака и более высокое содержание ведущего элемента (ванадия) в сплаве,Существенным преимуществом предлагаемого способа является и то, что он обеспечивает более высокое содержание в сплаве марганца, а 3,9% кремния в сплаве получено без использования ферросилиция,Ниже приведен расчет ожидаемой технико-экономической эффективности предлагаемого способа по сравнению с базовой технологией получения ванадиевых сплавов, разработанной на ЧЭМК(З,.Предлагаемый способ обеспечивает увеличение степени извлечения ванадия на 5,5%. т,е. при переработке 1 т конвертерного ванадиевого шлака НТМК будет дополни 100016 5,50,56 = 4,93 кг ванадияили (4,93:525) 1000 = 9,39 кг на 1 т сплава,(56) 1. Отчет по научно-исследовательскойработе. Исследование и разработка процесса удаления цинка и свинца из шламов металлургического производства с10 использованием плазменной печи. НПО Тулачермет, Гинцветмет, ИМЕТ им.байкова,1988, инв, М ВНТИЦ 02.89.005262, с,26,29.2, Фролов В.АШабалина Р,И, и Цвет.ков Ю,В. и др, Исследование процессов вы 15 сокотемпературной переработкицинксодержащих конвертерных и доменных шлаков, Известия АН СССР. Металлы,1989, ЛЬ 3, с,24-29,3, Рысс М,А. Производство ферроспла 20 вов, М.: Металлургия, 1985, с.303. Табл и ца 1 аблица Примечания 1. Содержани 2. Содержаниразличных темпе абл. У 205 СаС 2 тура и 2;в исходном шлаковом расплаве 16в техническом карбиде кальция приплазменной струи - 68,5 где 16 - содержание У 205 в конвертерном ванадиевом шлаке НТМК,7 ь,5,5-увеличение степени извлечения ванадия,%;0,56- коэффициент пересчета У 205 на У;525- выход сплава из 1000 кг конвертер- ного ванадиевого шлака, кг.Кроме этого, достигается экономия ферросилиция в количестве 0,6 т на 1 т сплава.При использовании для реализации предлагаемого способа, плазменной печи постоянного тока ДСПТ 6 и 2 номинальной мощностью 7,5 МВт и потребляемой -4 МВт годовой обьем производства ванадиевых сплавов составит около 4000 т,При практически одинаковых энергетических затратах на процесс в дуговой электропечи и плазменной печи ожидаемый экономический эффект составит: роведении экспериментов и2003699 12 Таблица 4 рм ула изобретения ИЗВЛЕЧЕНИЯМЕТАЛЛОВ ГО РАСПЛАВА, включающий плава плазменной струей и жащим восстановителем, выск продуктов плавки, отличачто, с целью увеличения СПОСОБ ИЗ ОКСИДНО обработку ра углеродсодер держку и вып ющийся тем плазмент кальций- массовом му восстают темпе- вале 1800 степени извлечения металлов, в ную струю дополнительно вводя содержащий материал в отношении к углеродсодержаще новителю 2,5 - Э,О и поддержива ратуру плазменной струи в интер - 2900 С.