1.4 Анализ современного состояния переработки пылей цветной

металлургии

К промышленному применению предложены различные методы

пирометаллургического обогащения пылей, но наибольшее значение имеют

вельцевание [45] и фьюмингование [46].

Вельцевание – универсальный метод переработки различных материалов,

содержащих цинк, свинец, кадмий (кроме сульфидов). Металлургические пыли

подвергаются вельцеванию совместно с кеками цинкового производства,

шламами, окисленными рудами и т. п. [47]. Процесс не предъявляет жестких

требований к качеству восстановителя, гранулометрическому составу

материала и влажности. Недостатком является высокий расход кокса (до 50 %

от массы шихты).

Вельцевание используют также для решения проблемы утилизации

цинксодержащих отходов и увеличения количества тонкодисперсных

металлургических отходов при обработке железо- и цинксодержащих шламов и

пылей. На ООО УК «Металлоинвест» определены свойства агломерата и

других продуктов, полученных вельцеванием [48]. Выявлены механизмы

взаимодействия компонентов шихты, состоящей из металлургических отходов,

содержащих в основном железо, цинк, и углерод. Взаимодействие компонентов

рассматривается после их окомкования и во время восстановительной плавки

гранул.

Выбор способа переработки пылей зависит от специфики сырья,

технологической схемы, аппаратурного оформления и ряда других факторов

[49]. Для переработки пылей используют пиро- и гидрометаллургические

методы [50-52]. Кроме того, с целью возврата такого тонкодисперсного

материала как пыли, в металлургический цикл применяют метод

брикетирования.

1.4.1 Пирометаллургические способы

В работе чилийских ученых [53] представлен метод постоянного

контроля пылеуноса при пирометаллургическом производстве меди на основе

теоретического анализа и результатов экспериментальной программы,

направленной на снижение загрязненных технологических газов. В процессе

рассматривается обжиг смесей пыли с сульфидирующими агентами

(элементарной серы) при температуре менее 800 0С. В результате обжига вся

медь восстанавливается в виде сульфидов. Огарок может возвращаться в

26

технологию, снижая оборот грязных концентратов и лишнее пылеобразование.

Снижение температуры обжига достигается применением вакуума.

На базе АО «Челябинский цинковый завод» [54] ведутся работы по

повышению эффективности переработки пылей медного производства с

извлечением цинка, свинца и олова. Существующая технология вельцевания

окисленных Zn-Pb-содержащих материалов решает проблему извлечения Zn в

раствор, а Pb в твердый продукт, необходимые для пирометаллургической

технологии. Учитывая экономическую целесообразность добычи Sn при

переработке медных пылей, задача переноса металла в концентрированный

продукт до сих пор актуальна. На основании данных химического и фазового

анализа переработки медных пылей и исследования термодинамических и

кинетических параметров пирометаллургических процессов, разработана

технология селективной экстракции Zn в раствор для гидрометаллургической

переработки. В то же время, Pb переходит в концентрированный продукт с

содержанием 40-50 % и коэффициентом экстракции 95-99 %, в то время как Sn

экстрагируют продукт, содержащий 10-20 % этого компонента, с

коэффициентом экстракции 60-64 %. Технология включает в себя этап

пирометаллургического обжига сырья с удалением Pb в возгоны и золу для

гидрометаллургической переработки. Степень экстракции Pb при этом

составляет 98-99 %.

На медеплавильных заводах производится переработка материалов с

содержание меди от 5 % и выше. Основными сопутствующими элементами в

материалах являются цинк, никель, железо, олово, алюминий, свинец и

драгоценные металлы. Эти материалы обладают широким спектром

химических и физических характеристик – металлических, оксидных,

сульфаты, карбонаты, гидроксиды, дисперсностью. Значительное количество

шлака и пыли из конвертера и анодной печи, а также колошниковой пыли из

шахтной печи должны быть переработаны на стадии первого процесса

(шахтной печи), чтобы увеличить выход меди всего процесса из-за высокого

содержания меди в этих материалах. При использовании количественного

анализа потока сырья на уровне процесса становится возможным детальное

исследование взаимодействия между вторичным сырьем и внутренними

переработанными материалами. С помощью химических анализов вторичного

сырья и выпускаемой продукции в печах (металл, шлак, пыль), материальные

потоки с наиболее важными элементами (Cu, Ni, Fe, Pb, Sn, Zn, Sb и Ag )

визуализируются в Sankey-диаграммы [55].

В исследованиях [56] отмечается, что имеющиеся пирометаллургические

методы переработки металлических отходов направлены в основном только на

извлечение одного ценного компонента, при этом происходит образование

побочных продуктов. Для _______оптимизации процесса технология должна

рассматривать одновременное восстановление более чем одного ценного

металла и повышение качества изделий. Кроме того, минимизация отходов и,

соответственно, небольшие количества генерируемых остатков ведут к

повышению эффективности всей технологии.

27

На заводе Preussag AG Metal в Германии [57], производящем цинк по

способу Нью-Джерси [58], переработке подлежат: пыль обжига сульфидных

цинковых концентратов, %: 45-50 Pb, 10-12 Zn, 2,5-3,2 Cd, 9-10 S, 250-350 г/т

Ag; пыль коксования брикетов при температуре 1073 К, %: 65-70 Zn, 3-5 Pb,

1,5-2 Cd, 1-2 Cl; пыль вельц-процесса, %: 53-55 Pb, 13-15 Zn, 0,3-0,5 Cd, 5-6 S,

0,5-1,0 Cl, 80-120 г/т Ag. Эти пыли перерабатывают во вращающихся печах с

добавлением баритового концентрата или Na2CO3. В обоих случаях получают

черновой свинец, аккумулирующий серебро, и пыль, в которую переходит

большая часть цинка и кадмия. Ее перерабатывают вельцеванием во

вращающейся печи с получением клинкера (ZnO) и пыли, содержащей свинец и

кадмий. Клинкер-окись содержит большую часть цинка исходной пыли, ее

направляют для приготовления брикетов для ретортной печи. Свинец-

кадмийсодержащую пыль перерабатывают во вращающейся печи с получением

чернового свинца и пыли, содержащей до 50 % кадмия. Эту _______пыль

выщелачивают серной кислотой и цементируют кадмий из сульфатного

раствора цинковым порошком. Вакуумным рафинированием получают цинк

чистотой 99,995 %. Побочным продуктом этого процесса является сульфат

цинка. Извлечение свинца в черновой свинец составляет 96 %, серебра в

черновой свинец – 92 %, цинка в клинкер-окись – 62 %, в баритовый шлак – 30

%, в сульфат цинка – 1 %.

Советскими авторами предложен способ переработки цинксодержащих

пылей обжигом совместно с цинковым концентратом или другими

серосодержащими материалами (5-15 % от веса пыли) при температуре 770-870

К 55]. Для уменьшения содержания хлора и фтора в огарках в дутье вводят

водяной пар (20-100 кг/т шихты). Обжиг некондиционных свинецсодержащих

материалов в печах КС с подачей серы (0,5-0,9 кг/кг Pb) используют также на

Беловском цинковом заводе [59].

Известен способ [60] брикетирования цинковых пылей с восстановителем

и плавкой в шахтной печи для получения в отстойнике шлак и штейн, а

конденсаторе – черновой оксид цинка (50 % Zn, 20 % Pb). Последний

смешивают с цинковым шлаком, окатывают и загружают в трубчатую печь,

огарок из которой (до 65 % Zn) восстанавливают в вертикальной реторте,

получая черновой цинк и раймовку, возвращаемую на шахтную плавку.

НИИ «Гинцветмет» и Беловским цинковым заводом предложен обжиг

некондиционного цинкового сырья в кипящем слое с подачей серы крупностью

10-30 мм в объем кипящего слоя на расстоянии 0,3-0,8 длины печи от места

загрузки сырья из расчета 0,5-0,9 кг на 1 кг суммы окислов свинца и кадмия для

повышения эффективности их извлечения. Высокое извлечение достигается

поддержанием соотношения сульфидного и окисленного концентратов от 5:1

до 1:1. Технология позволяет увеличить извлечение свинца и кадмия из сырья в

возгоны на 19,5 и 24 % [61].

В работе казахстанских авторов [62] предложено подвергать рений- и

свинецсодержащие пыли медного производства перед гидрометаллургической

обработкой трехстадийной плавке в окислительной среде в плазмотроне при

температурах 2273, 1973 и 1073 К соответственно. Способ позволяет извлекать

28

рений в кислоту до 93-95 % из пыли, образуемой в процессе плавки исходной

пыли данным процессом. Сложность процесса заключается в аппаратурном

оформлении, требующего нагрева материалов при высоких температурах, что

приводит к повышенному расходу электроэнергии.

В другой работе [63] представлен метод расширения функциональных

возможностей, повышения эффективности извлечения металлов в конечный

товарный продукт и снижение материальных затрат на процесс переработки.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе переработки

полиметаллических продуктов и материалов, включающим на первой ступени

применение для переработки в качестве полиметаллических продуктов и

материалов сульфидных полиметаллических продуктов и материалов,

извлечение, в плавильной печи, меди в штейн, свинца в черновой свинец, цинка

в шлак, согласно изобретению, переработку ведут в три ступени, на первой

ступени в качестве полиметаллических продуктов и материалов используют

сульфидные полиметаллические штейны и окисленные полиметаллические

промышленные продукты и материалы, переработку которых осуществляют с

использованием в качестве плавильной печи – электропечи, на второй ступени,

в окислительно-восстановительной печи с погружными фурмами производят

селективное извлечение из полиметаллических продуктов и материалов, в

качестве которых используют полиметаллические продукты первой ступени

переработки, меди в медный штейн, свинца в черновой свинец, цинка в шлак,

редких, редкоземельных и рассеянных металлов в пыли, на третьей ступени, в

печи Ванюкова, производят селективное извлечение из полиметаллических

продуктов и материалов, в качестве которых используют шлаки, полученные на

первой и второй ступени цветных металлов в целевые товарные продукты:

меди и железа в медистый чугун, цинка, свинца в возгоны и используют

обедненную по цветным металлам часть шлака для производства строительных

материалов. При этом на первой ступени в качестве окисленных

полиметаллических промышленных продуктов и материалов используют

свинцовые пыли и/или кеки, на второй ступени в качестве полиметаллических

промышленных продуктов и материалов используют медно-свинцовый штейн

первой ступени переработки.

Достоинствами пирометаллургических схем переработки пылей являются

высокая удельная производительность и сравнительно низкая стоимость

применяемых реагентов.

Недостатками их является невысокое качество получаемых продуктов,

интенсивный процесс пылеобразования и пылевыделения, как следствие,

приводит к дополнительным потерям ценных промпродуктов. Все это приводит

к необходимости организации дополнительных мероприятий по очистке

технологических газов [64]. Продукты, получаемые при переработке пылей в

пирометаллургических агрегатах, в большинстве случаев требуют

дополнительной (чаще гидрометаллургической) доработки, что значительно

снижает эффективность пирометаллургических схем. Возврат пылей на передел

шихтоподготовки нерационален из-за накопления вредных примесей в цикле

29

основного производства и потерь ценных компонентов сырья с отвальными

продуктами.