Изобретение относится к металлургии цветных металлов. Типовая технологическая схема пирометаллургической переработки сульфидных или окисленных руд цветных металлов обычно состоит из операций - подготовки шихты к плавке, плавки \для окисленных материалов плавка бывает совмещена с сульфидированием\, конвертирования, обеднения шлаков, рафинирования металлов. /Худяков И.Ф., Тихонов А.И., Деев В.И., Набойченко С.С. Металлургия меди, никеля, кобальта. М.: Металлургия, 1977, т.1, 2., Мечев B.B., Быстров В.П., Тарасов А.В. и др. Автогенные процессы цветной металлургии. М.: Металлургия, 1991/. Имеются многочисленные способы плавки /в электропечи, шахтной печи, автогенных агрегатах/, способы конвертированиях с вертикальным, боковым, донным дутьем и др./, способы обеднения шлаков /в электропечи, в барботажной печи и др,/. Во всех технологических схемах используются энергоносители - электрический ток, сжатый воздух, кислород, уголь, природный газ, мазут и др. В последние годы особое значение приобрели автогенные процессы с использованием кислорода, что позволило использовать тепло от окисления сульфидов в технологических процессах. Примерами эффективных автогенных процессов являются процессы по патентам - №54147, С 22 В 5/14, пат. №4294433, 4252540 /США/, №2851098 /ФРГ/, №2444721 /Франция/. Нами предложен еще более эффективный процесс - пат. №20935936 С 22 В 7/14. Большинство из вышеперечисленных способов рассчитаны на крупнотоннажное производство в условиях развитой инфраструктуры. В последние годы в России возникают малые и средние металлургические предприятия в малообжитых местах, где отсутствует энергоснабжение, но имеется уголь или природный газ или попутный газ при добыче нефти, который нерационально сжигается.The invention relates to the metallurgy of non-ferrous metals. A typical technological scheme of pyrometallurgical processing of sulfide or oxidized non-ferrous ores usually consists of operations - preparing the charge for smelting, smelting \ for oxidized materials, smelting is combined with sulfidization \, conversion, depletion of slag, and metal refining. / Khudyakov I.F., Tikhonov A.I., Deev V.I., Naboychenko S.S. Metallurgy of copper, nickel, cobalt. M .: Metallurgy, 1977, v. 1, 2., Mechev B.B., Bystrov V.P., Tarasov A.V. and other Autogenous processes of non-ferrous metallurgy. M .: Metallurgy, 1991 /. There are numerous methods of melting / in an electric furnace, shaft furnace, autogenous units /, methods of converting with vertical, side, bottom blasting, etc. /, methods of depletion of slag / in an electric furnace, in a bubble oven, etc., /. In all technological schemes, energy carriers are used - electric current, compressed air, oxygen, coal, natural gas, fuel oil, etc. In recent years, autogenous processes using oxygen have gained particular importance, which made it possible to use heat from sulfide oxidation in technological processes. Examples of effective autogenous processes are the processes of patents - No. 54147, C 22 V 5/14, US Pat. No. 4294433, 4252540 / USA /, No. 2851098 / Germany /, No. 2444721 / France /. We have proposed an even more effective process - US Pat. No. 20935936 C 22 V 7/14. Most of the above methods are designed for large-capacity production in a developed infrastructure. In recent years, small and medium-sized metallurgical enterprises have emerged in Russia in sparsely populated areas where there is no energy supply, but there is coal or natural gas or associated gas from oil production, which is irrationally burned.
Техническим результатом изобретения является новый способ пирометаллургической переработки руд и концентратов цветных металлов и новая поточная металлургическая линия, позволяющие организовать экономичное производство в малых и средних объемах с использованием мобильного оборудования в малообжитых местах с отсутствующей или слаборазвитой инфраструктурой.The technical result of the invention is a new method for pyrometallurgical processing of non-ferrous metal ores and concentrates and a new flow metallurgical line that allows organizing economical production in small and medium volumes using mobile equipment in sparsely populated areas with an absent or underdeveloped infrastructure.
Технический результат достигается способом пирометаллургический переработки руд и концентратов цветных металлов для получения штейна или металла, включающим плавку с использованием дутьевого кислородсодержащего газа, конвертирование, обеднение шлаков в газификаторе, восстановление газов от плавки и конвертирования горючими газами из газификатора, согласно изобретению в качестве дутьевого кислородсодержащего газа используют выхлопные газы энергетической газотурбинной установки, работающей на природном газе или газогенераторном газе от газификации угля. При этом в качестве газа для газотурбинной установки используют газогенераторный газ от газификации угля на ванне при обеднении шлака. Технический результат достигается также поточной линией пирометаллургической переработки руд и концентратов цветных металлов для получения штейна или металла, включающей плавильную барботажную печь, конвертер, газификатор для обеднения шлаков, согласно изобретению она содержит энергетическую газотурбинную установку с системой газоотводящего тракта, соединенного с помощью отводов с фурмами плавильной печи, конвертера и газификатора, снабженных перед каждым из них регулятором давления и расхода.The technical result is achieved by the pyrometallurgical processing of non-ferrous metal ores and concentrates to produce matte or metal, including smelting using an oxygen-containing blasting gas, converting, depleting slag in a gasifier, recovering gases from smelting and converting combustible gases from a gasifier according to the invention as an oxygen-containing blasting gas use the exhaust gases of a gas turbine power plant running on natural gas or gas gas from coal gasification. At the same time, gas generator gas from the gasification of coal in the bath when the slag is depleted is used as gas for the gas turbine installation. The technical result is also achieved by the flow line of the pyrometallurgical processing of non-ferrous metal ores and concentrates to produce matte or metal, including a bubbler smelter, converter, gasifier for slag depletion, according to the invention it contains a power gas turbine unit with a gas exhaust system connected by taps to the melting lances furnace, converter and gasifier, equipped with a pressure and flow regulator in front of each of them.
Газотурбинные установки, мощностью (ГТУ) 2,5-25,3 МВт, работающие на природном газе, широко используются на газоперекачивающих станциях, при этом отходящие газы с содержанием 17-18% кислорода и температурой 400-500°С выбрасываются. В больших стационарных ГТУ отходящие газы направляются в котел, где тепло утилизируется. Однако кислород газов не используется, содержащийся в газах NO выбрасывается в атмосферу, что нарушает экологию. Использование газов после ГТУ в технологии получения цветных металлов позволяет утилизировать тепло и содержащийся в них остаточный кислород, удешевить технологию, в частности, за счет отказа от кислорода и сжатого воздуха. Применение кислородсодержащего газа с температурой 400-500°С не дает возможности образоваться настылям на фурмах в конвертерах, в барботажных печах любого назначения. Это обстоятельство дает возможность не только избавиться от трудоемких операций при существующих технологиях, но полностью автоматизировать процессы, перейти на их управление с помощью компьютеров. Удельная производительность агрегатов при этом будет ниже, чем при использовании кислорода, однако для малых и средних предприятий это не имеет значения. Значительно возрастет стойкость агрегатов и их межремонтный период. ГТУ работают при коэффициенте избытка воздуха α=4-5. Получим, что можно проплавить 350-400 т/сутки медного концентрата. Затраты электроэнергии на собственные нужды завода будут невелики - освещение, питание электродвигателей транспортных и загрузочных устройств, насосов и т.д. На чертеже приведена аппаратурно-технологическая схема такого предприятия. В ГТУ 1 подается природный газ и воздух 5 с соотношением 1:4-5, выхлопной газ поступает на распределительную подстанцию 7 и по системе газоотводов 11, проходя через систему регуляторов расхода и давления 10, поступает в фурмы 6 барботажной печи 2 и газификатор 4, а также конвертера 3. Газы из газификатора, содержащие водород и моноокись углерода, могут дожигаться с утилизацией тепла или использоваться для восстановления серы от печи плавки 2 и конвертера 3.Natural gas gas turbine units with a capacity (GTU) of 2.5–25.3 MW are widely used at gas pumping stations, with off-gases with an oxygen content of 17–18% and a temperature of 400–500 ° C. In large stationary gas turbines, the exhaust gases are sent to the boiler, where the heat is utilized. However, the oxygen of the gases is not used, the NO contained in the gases is released into the atmosphere, which violates the ecology. The use of gases after GTU in the technology for producing non-ferrous metals makes it possible to utilize heat and the residual oxygen contained in them, and to reduce the cost of the technology, in particular, by rejecting oxygen and compressed air. The use of oxygen-containing gas with a temperature of 400-500 ° C does not allow the formation of laths on lances in converters, in bubble ovens of any purpose. This circumstance makes it possible not only to get rid of labor-intensive operations with existing technologies, but to fully automate processes and switch to their control using computers. The specific productivity of the units will be lower than when using oxygen, but this does not matter for small and medium-sized enterprises. Significantly increase the durability of the units and their overhaul period. GTUs operate with an excess air coefficient of α = 4-5. We get that you can melt 350-400 tons / day of copper concentrate. Electricity costs for the plant’s own needs will be small - lighting, power supply of electric motors of transport and loading devices, pumps, etc. The drawing shows a hardware-technological diagram of such an enterprise. Natural gas and air 5 with a ratio of 1: 4-5 are supplied to gas turbine unit 1, exhaust gas enters the distribution substation 7 and through the exhaust system 11, passing through the system of flow and pressure regulators 10, enters the tuyeres 6 of the bubbler furnace 2 and gasifier 4, and also converter 3. Gaseous gases containing hydrogen and carbon monoxide can be burned with heat recovery or used to recover sulfur from smelting furnace 2 and converter 3.
Горючие газы поступают по газоходу 13 и смешиваются с газами плавки и конвертирования, поступающие на смешение по газоходам 8 и 9, далее они поступают по газоходу 12 на утилизацию серы и очистку от пыли. Содержащийся в газах ГТУ оксид азота будет во всех агрегатах восстанавливаться. Избыточного давления газов ГТУ достаточно для преодоления столба расплава во всех трех агрегатах. Расход и давление газов ГТУ перед каждым агрегатом регулируются расходомерами и регуляторами давления. При использовании более мощных ГТУ возможно иметь более высокие показатели в технологии и в обеспечении предприятия теплом, паром и горячей водой. Преимущества способа и предлагаемой металлургической линии - возможность использования в местности с неразвитой инфраструктурой типовых агрегатов, отсутствие кислородной станции, высокие технико-экономические показатели. Специально следует отметить возможность работы ГТУ от горючих газов газификатора угля, что позволяет организовать металлургическое производство в отсутствие природного газа. Поточная металлургическая линия с включением в ее схему ГТУ может перерабатывать как сульфидные, так и окисленные руды и концентраты. В этом случае используются добавки сульфидизатора или ведется плавка восстановление в электропечи с получением металла, например при получении сурьмы. Для некоторых материалов может быть использована отражательная, вращающаяся печи, где также будут использованы выхлопные газы ГТУ вместо воздуха. Способ и линия могут быть использованы в металлургии меди, никеля, свинца, цинка, сурьмы, золота и др.Combustible gases enter the gas duct 13 and are mixed with the melting and converting gases, which are mixed by the gas ducts 8 and 9, then they enter the gas duct 12 for sulfur utilization and dust removal. Nitric oxide contained in GTU gases will be reduced in all units. Excessive gas pressure of gas turbines is sufficient to overcome the melt column in all three units. The flow rate and gas pressure of gas turbines in front of each unit are regulated by flow meters and pressure regulators. When using more powerful gas turbines it is possible to have higher rates in technology and in providing the enterprise with heat, steam and hot water. The advantages of the method and the proposed metallurgical line are the possibility of using typical units in an area with an undeveloped infrastructure, the absence of an oxygen station, and high technical and economic indicators. Of special note is the possibility of gas turbine operation from combustible gases of a coal gasifier, which allows organizing metallurgical production in the absence of natural gas. An in-line metallurgical line with the inclusion of gas turbines in its scheme can process both sulfide and oxidized ores and concentrates. In this case, sulfidizing additives are used or melting is carried out in an electric furnace to produce metal, for example, when producing antimony. For some materials, a reflective, rotary kiln can be used, where GTU exhaust will be used instead of air. The method and line can be used in the metallurgy of copper, nickel, lead, zinc, antimony, gold, etc.
Пример использования способаAn example of using the method
Поточная линия снабжена ГТУ-2,5 МВт с выходом выхлопных газов 21 м/сек. Около 50% выхлопных газов используется для плавки, остальные для газификации и конвертирования. В печь плавки подается 215 м\мин выхлопных газов с температурой 550-600°С. По опыту плавки медного концентрата в печи Норанда с расходом дутья 1090 м /мин на проплав - 903 т/сутки медного концентрата, получим, что на холодном дутье можно проплавить около 180 т концентрата в сутки. Учитывая, что используются горячие газы /600°С/, проплав составит около 400 т / сутки. /Температура плавки сульфидных концентратов -1220-1250°С/.The production line is equipped with a GTU-2.5 MW with an exhaust gas output of 21 m / s. About 50% of the exhaust gas is used for melting, the rest for gasification and conversion. 215 m / min of exhaust gases with a temperature of 550-600 ° C are fed into the smelting furnace. According to the experience of smelting copper concentrate in a Noranda furnace with a blast rate of 1090 m / min per melt - 903 tons / day of copper concentrate, we get that about 180 tons of concentrate per day can be melted on a cold blast. Given that hot gases are used / 600 ° С /, the melt will be about 400 tons / day. / Melting temperature of sulfide concentrates -1220-1250 ° C /.