ОРГАНИЗАЦИЯ И ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА СУРЬМЫ НА
САХА-УРАЛЬСКОМ СУРЬМЯНОМ ЗАВОДЕ.
Донских Д.К. , Зайцев
В.Я. , Кириллин И.И. ,
Быстров В.П. , Федоров А.Н. , Дитятовский Л.И. ,
Донских К.Д.
Основным источником
сырья для сурьмяного производства СССР являлись
золото-сурьмяные концентраты, производимые в
Якутии. При их переработке на Кадамджайском
сурьмяном комбинате (КСК) в Киргизии
производилось 13 видов сурьмяной продукции в
объеме, полностью удовлетворявшем потребность
внутреннего рынка СССР и позволявшем
осуществлять экспорт. Золотосодержащие сплавы
после первичной переработки на предприятиях
Казахстана направлялись на аффинажные заводы
России для извлечения золота.
Используемые до
настоящего времени на КСК пирометаллургический и
гидрометаллургический способы переработки
золото-сурьмяного сырья имеют ряд существенных
недостатков.
В пирометаллургической
схеме при осадительно-восстановительной плавке
золото-сурьмяных концентратов с кальцинированной
содой образуется условно-отвальный промпродукт -
натриевый штейн, с которым теряется сурьма и
благородные металлы. Кроме того, этот
промпродукт, находясь в отвале, легко
выщелачивается атмосферными осадками и
подвергает загрязнению окружающую среду
соединениями сурьмы и сернистыми соединениями
натрия. Производство металлической сурьмы по
этой схеме связано с большим расходом
электроэнергии, дорогостоящей кальцинированной
соды, накоплением мышьяка в процессе, также с
потерями благородных металлов с товарной
продукцией и промпродуктами.
При переработке
золото-сурьмяных концентратов по
гидрометаллургической схеме (выщелачивание в
сульфидно-щелочном оборотном растворе с
последующим электролизом) извлечение золота в
кек практически не превышает 76 %. Переработка
бедного по содержанию золота кека требует
значительных затрат и сопровождается потерями
сурьмы и золота. Электролитическое извлечение
сурьмы из сульфидно-щелочных растворов
характеризуется значительным рас-ходом
электроэнергии (6000-7500 кВт-час на тонну
сурьмы) и образованием сульфидно-щелочных стоков
в количестве до 10 м3 на 1 тонну катодной
сурьмы.
По этим причинам в
СССР [1] и за рубежом [2] предпринимались
попытки разработок более совершенной технологии
переработки золото-сурьмяного сырья. Общая
направленность этих работ базировалась на
использовании высокой коллектирующей способности
металлической сурьмы в отношении благородных
металлов и высокой упругости паров (летучести)
ряда соединений сурьмы.
Проведенные на КСК
опытно-промышленные испытания по переработке
флотационных золото-сурьмяных концентратов
циклонно-взвешенной плавкой показали
принципиальную возможность получения сурьмяных
возгонов, содержащих 78-80 % сурьмы (в основном
в виде три-оксида) и не более 1-2 г/т золота.
Благородные металлы коллектировались в донном
металлическом сплаве, в который извлекалась
часть сурьмы. Однако процесс взвешенной плавки
характеризуется сложностью аппаратурного
оформления, пылеуносом, а также невозможностью
переработки кускового сырья и оборотных
материалов [1].
Технология переработки
золото-сурьмяных концентратов в периодическом
режиме с использованием плавильного агрегата
типа вертикального конвертера предложена
австралийскими исследователями [2]. Недостатками
данного способа плавки являются пониженная
производи-тельность по перерабатываемой шихте и
периодическая работа газоочистного оборудования.
Для разработки
технологии плавки золото-сурьмяных концентратов
с возгонкой сурьмы за основу был принят процесс
Ванюкова, длительное время успешно
использующийся в производстве меди из
сульфидного сырья (Норильский комбинат,
Среднеуральский медеплавильный завод, ПО "Балхашмедь").
Процесс Ванюкова в металлургии меди достаточно
хорошо отработан технологически и аппаратурно,
позволяет перерабатывать как флотационные, так и
крупнокусковые материалы с высокой
производительностью, обладает широкими
возможностями по управлению технологическим
режимом плавки, в том числе с применением
современных средств автоматического управления.
Проведенные в МИСиС
лабораторные исследования, термодинамический
анализ и техно-логические расчеты [3, 4, 5]
подтвердили возможность применения процесса
Ванюкова в качестве головного процесса
комплексной переработки сульфидного
золото-сурьмяного сырья и позволили создать
основу для разработки технологии. На основании
проведенных исследований разработан и
запатентован в России способ переработки
сульфидного сурьмяного сырья, содержащего
благородные металлы [6].
Распад СССР помешал
проведению реконструкции КСК и в настоящее время
новая технология на основе процесса Ванюкова
внедрена на Саха-Уральском сурьмяном заводе
(Россия, Оренбургская обл., пос. Светлый),
введенном в эксплуатацию в 1996 году.
ООО " Саха-Уральский
сурьмяный завод" (СУСЗ) зарегистрировано 1 июня
1995 года. Оно организовано на базе
опытно-металлургического (плавильного) цеха
Буруктальского нике-левого завода (БНЗ) АО
"Комбинат Южуралникель". Учредителями его
являются АО "Комбинат Южуралникель", ГПВО "Промсырьеимпорт",
АОЗТ "НТЦ "Сурьма", АО "Индигирзолото" и ГВФ "Сахаконтракт".
Принципиальная
технологическая схема переработки
золото-сурьмяного сырья на СУСЗ представлена на
рис. 1.
Рис. 1.
Принципиальная технологическая схема переработки
сурьмяного сырья с использованием процесса
Ванюкова на СУСЗ.
Золото-сурьмяное сырье
и оборотные материалы при необходимости дробятся
до крупности -50 мм и поступают на
шихтоподготовку, где смешиваются с флюсующими
компонентами и восстановителем. По системе
конвейеров шихта подается в печь Ванюкова (ПВ).
В результате плавки шихты в ПВ получают возгоны,
газы и расплавы. Расплавы из печи Ванюкова
направля-ются в электроотстойник, где
разделяются на металлический сплав, подвергаемый
сократительной плавке, оборотный штейн и шлак,
отправляемый в отвал. Из системы пылеулавливания
(рукавные фильтры ФРКИ-360) возгоны направляются
на восстановительную плавку в руднотермической
печи. Черновой металл, полученный при
восстановительной плавке, подвергается
рафинированию на металлическую сурьму товарных
марок.
В ходе реконструкции
опытно-металлургического (плавильного) цеха БНЗ
был изготовлен и смонтирован головной
технологический агрегат для плавки
золото-сурьмяного сырья на базе печи Ванюкова,
установлены три отражательные печи: две
рафинировочные, и одна для сократи-тельной
плавки золото-сурьмяного сплава. Для
восстановительной плавки возгонов
реконструирована руднотермическая печь.
Агрегат для плавки
золото-сурьмяного сырья включает: печь Ванюкова,
электроотстойник, системы подачи шихты в печь.
Смонтирована система пылеулавливания на базе
отечественных рукавных фильтров ФРКИ-360,
реконструирована система воздухо- и
кислородоснабжения. Для контроля и управления
процессом смонтирована оригинальная система
КИПиА.
Принципиальная
конструкция агрегата для плавки золото-сурьмяных
концентратов показана на рис. 2.
Рис. 2.
Аппаратурно-технологическая схема установки ПЖВ
на СУСЗ
Подины
металлургических агрегатов, стены в области
расплава выложены из хромомагнезитного кирпича в
виде обратной арки. Водоохлаждаемые
подкладные плиты печи Ванюкова и опирающиеся на
них кессоны первого ряда выполнены из меди
(литые). Медными также являются глиссажные
трубы, используемые в конструкции печи. Верхняя
часть шахты и свод печи собраны из стальных
сварных кессонов. В боковых кессонах первого
ряда установлено с каждой стороны по четыре
медных водоохлаждаемых фурмы. Во втором ряду
кессонов установлено восемь фурм дожига.
Печь снабжена двумя
загрузочными устройствами: первое в своде печи,
второе образовано двумя рядами боковых и
торцевых кессонов, и перегородками, выполненными
из глиссажных труб. Кессоны и перегородки
установлены таким образом, что образуют
загрузочную камеру ("карман", форкамеру),
примыкающую к торцевой стенке шахты печи. В
своде печи выполнено отверстие для удаления
газов и возгонов.
К противоположной
торцевой стенке шахты примыкает переточный
канал, соединяющий печь Ванюкова с
электроотстойником. Взаимное расположение подины
ПВ, переточного канала и подины
электроотстойника обеспечивают разделение
продуктов плавки.
Для выпуска шлака из
электроотстойника предусмотрены щелевая летка,
высотой которой устанавливается и поддерживается
уровень ванн расплава в печи и электроотстойнике.
Для периодического выпуска донного металла (золото-сурьмяного
сплава) и штейна из электроотстойника и полного
выпуска расплавов (при остановке комплекса) в
печи Ванюкова и электроотстойнике предусмотрены
шпуровые отверстия.
Основные
конструктивные отличия печи Ванюкова СУСЗ от
печей медного производства заключаются в
следующем:
-
низкое расположение продувочных фурм
относительно подины печи обеспечивает
возможность переработки материалов
различной плотности и крупности в объеме
интенсивного перемешивания шлакового
расплава;
-
pоль сифона и одновременно копильника
расплавов выполняет электроотстойник,
расплавы из горновой части печи перетекают
в электроотстойник по горизонтальному
переточному каналу (уровень ванны расплава в
печи и электроотстойнике регулируется
режимом выпуска расплавов из
электроотстойника);
-
в торцевой части печи (противоположной
от переточного канала) выполнена загрузочная
камера, позволяющая снизить пылевынос в
газоход мелкодисперсных материалов при
загрузке шихты.
Сырьем для
производства сурьмы и ее соединений являются
флотационный золото-сурьмяный концентрат
Сарылахской обогатительной фабрики (содержание
сурьмы 55% , золота - 25-32 г/т), а так же
штуфной концентрат АО "Прииск Адычанский"
(содержание сурьмы 29-45 % , золота 50-80 г/т).
Флюсующими материалами
являются: известняк (52% CaO), оксидные или
сульфидные железосодержащие материалы (шламы
доменного производства (39% Fe, 9% C, 10% CaO) и
железный колчедан (39% Fe, 40% S, 13% SiO2)
соответственно). В качестве топлива используется
коксовая мелочь или энергетический уголь, а
также топочный мазут. Целью головного процесса
пирометаллургической переработки сульфидных
золото-сурьмяных концентратов, осуществляемого
по способу Ванюкова, является возгонка летучих
компонентов, коллектирование благородных
металлов в небольшом количестве металлического
сплава и получение жидкотекучего шлака с
минимальным содержанием ценных элементов.
Технология переработки
сульфидных золото-сурьмяных концентратов в печи
Ванюкова основана на сочетании происходящих в
интенсивно перемешиваемой ванне металло-шлаковой
эмульсии процессов плавления компонентов шихты с
образованием гомогенного шлакового расплава и
формированием небольшой части сурьмы и штейна в
виде дисперсных включений и одновременной
возгонки подавляющего количества сурьмы в виде
летучих соединений (трисульфида сурьмы,
окисляемого подсосами воздуха в рабочем объеме
печи, и триоксида сурьмы, образующегося при
окислении кислородом дутья сульфида сурьмы в
барботируемом расплаве).
Введение в шихту
корректирующих железосодержащих материалов
различного состава проявляется некоторыми
отличиями в показателях процесса для конкретных
условий его практической реализации. При
использовании сульфидного железосодержащего
материала (железного колчедана) процесс плавки
осуществляется с максимальным сжиганием углерода
топлива и серы шихты. На оксидном материале
(доменном шламе) процесс плавки проводится
практически полностью за счет генерации
необходимого тепла от сжигания углеродистого
топлива.
При использовании в
качестве флюса сульфидных железосодержащих
материалов (железного колчедана) происходит
окисление его компонентов до диоксида серы и
оксидов железа. При избытке твердого
углеродистого топлива в ванне расплава к объему
кислорода дутья, подаваемго печь в расчете на
его полное сжигание, происходит образование
металлизированного штейна, который является
оборотным продуктом и содержит как правило 8-12%
Sb, до 70% Fe, 17-20% S и до 40 г/т Au.
Вместе с тем при
поддержании шлакового режима плавки по
содержанию основных компонентов в обоих
вариантах в одинаковых пределах донный металл на
"сульфидной" шихте получается чище по железу,
чем донный металл, полученный на "оксидной"
шихте (5-10 % и 40-50 % железа соответственно).
Возможно, этот факт можно объяснить тем, что при
использовании в качестве флюса оксидных
железосодержащих материалов (доменного шлама)
фактический избыток твердого углеродистого
топлива в ванне расплава приводит к
восстановлению части железа до металла и
получению донного сплава с содержанием до 40-50
% железа.
Таким образом, в обоих
вариантах осуществления технологии важное
значение имеет поддержание оптимального
соотношения между количеством железа,
поступающего в печь с шихтой, потоком кислорода
дутья и расходом углеродистого топлива на
плавку. Температура процесса составляет
1250-1300оС. Плавка ведется на шлаки состава,
мас.% : 21-25 % Fe, 36-42 % SiO2 , 7-12 % CaO ,
5-7 % Al2O3 . Возгоны содержат 92-96 % Sb2O3,
0,3-0,6 % Fe2O3 , 0,2-0,8 % S , 0,5-1,5 % SiO2 ,
0,6-1,0 % As , 1-2 г/т Au, около 1,5 % влаги. В
металлическом сурьмяном сплаве (донном металле)
содержание золота составляет 700-1500 г/т,
железа - не более 10 % , в оборотном штейне
содержание золота составляет 40-80 г/т.
Содержание золота в отвальных шлаках на
превышает 1,5 г/т, сурьмы 1,5 - 2,0%.
Следует отметить
высокий уровень автоматизации и компьютерного
оснащения введенного в эксплуатацию
производства.
Плавка возгонов с
получением черновой сурьмы и ее последующее
рафинирование не вызывает технологических
затруднений, и осуществляется по отработанной
технологии [7]. Продукцией предприятия в
настоящее время являются сурьма металлическая
марки Су-2 и отвечающая международным стандартам
сурьма металлическая марки Sb-2.
За период освоения
произведено 630 тонн металлической сурьмы, из
них 233 тонны (марки Sb-2) были проданы
зарубежным потребителям.
Основным направлением
работы предприятия в настоящее время является
снижение производственных затрат, характерных
для пуско-наладочного периода, и расширение
номенклатуры продукции согласно требованиям
рынка.
Опыт промышленного
освоения технологии переработки золото-сурьмяных
концентратов на основе процесса плавки в жидкой
ванне (процесс Ванюкова) показывает возможность
его распространения для переработки комплексных
сурьмяных руд, содержащих благородные металлы, а
также для разработки технологии переработки
тетраэдритовых руд и концентратов.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Отчет по теме
"Опытно-промышленные испытания взвешенной плавки
Сарылахских золото-сурьмяных концентратов (
заключительный ) В.А. Лысенко , А.М. Шуклин
, Д.К. Донских , № госрегистрации 80016685,
ДСП. г. Усть-Каменогорск, п. Фрунзе, 1983 г.
2. B.W. Lightfoot, J.M.
Floyd. Recovery of antimony, gold and silver
from antimonial ores and concentrates. - Патент
Австралии № 598237, МКИ5 C22B 30/02
3. Ванюков А. В., Комков А.
А., Васкевич А. Д. Исследование условий
разделения фаз при плавке в жидкой ванне.//
Комплексное использование минерального сырья.-
1984.-№8.-с. 26-29.
4. Лайкин С.А., Зайцев В.Я.,
Кириллин И.И. Цветные металлы. 1991. №1. С.
14-16.
5. Сорокин М.Л., Лайкин
С.А., Зайцев В.Я. Цветные металлы. 1991. №6. С.
23-25.
6. Донских Д.К., Зайцев
В.Я., Кириллин И.И. Способ переработки
сульфидного сурьмяного сырья, содержащего
благородные металлы. Патент России № 2055922 МКИ
С22В 11/02, 30/02.
7. Мельников С. М. Сурьма. -
М.: Металлургия, 1977, - 536 с.
|