ЦВЕТНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ
УДК 669.2:669.054.8
ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ПЫЛИ ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ ПЕЧИ ВАНЮКОВА ОАО «СРЕДНЕУРАЛЬСКИЙ МЕДЕПЛАВИЛЬНЫЙ ЗАВОД»
© Селиванов Евгений Николаевич1, д-р техн. наук, e-mail: admin@imet.mplik.ru; Скопов Геннадий Вениаминович2, д-р техн. наук, проф., e-mail: skopov@ugmk.com; Гуляева Роза Иосифовна1, канд. хим. наук, e-mail: admin@imet.mplik.ru; Матвеев Алексей Владимирович3, e-mail: mav@ugmk.com
1 Институт металлургии УрО РАН. Россия, г. Екатеринбург
2 ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина». Россия, г. Екатеринбург
3 ООО «УГМК-Холдинг». Россия, Свердловская обл., г. В.Пышма Огатья поступила 26.09.2013 г.
Представлены результаты исследований фазового и элементного составов пыли электрофильтров печи Ванюкова ОАО «СУМЗ». Выполнена оценка размеров и форм частиц пыли, рассмотрен элементный состав пыли в точках локального зондирования, обобщены результаты и выявлена корреляция между содержаниями меди и свинца, а также меди и мышьяка в сульфидных фазах.
Ключевые слова: газы; возгоны; состав; микроанализ; фазы; структура.
Пыли, образующиеся при автогенной плавке медно-цинковых концентратов в печах Ванюкова (ПВ), характеризуются переменными химическим и фазовым составами [1—3]. Состав пыли определяется качеством перерабатываемого сырья, количеством легко возгоняемых металлов и соединений в шихте, объемами оборотных материалов, а также конструкцией плавильных аппаратов [4-7]. Фазовый состав пыли зависит от состава выносящего ее газа и температурного режима в системе пылеулавливания. Так, для процессов, сопровождающихся образованием сернистого ангидрида, при совместном охлаждении газа и оксидной пыли вероятно сульфатообра-зование. В сравнении с исходным сырьем пыли автогенной плавки сульфидных медно-цинковых концентратов помимо механически вынесенных частиц шихты имеют повышенное содержание свинца (возгоняемые формы - РЬ, РЬБ, РЬО), мышьяка (Л82О3), сурьмы (БЬ2О3), кадмия (Сё, СёО, СёБ) и др. Газ автогенной плавки содержит БО2, БО3, О2, СО2, Н2О, Ы2 и пары возгоняемых соединений. Охлаждение газа совместно с твердыми частицами пылевидной шихты ведет к образованию оксидов вследствие частичного окисления сульфидов, сульфатов (продукт вторичных реакций) и конденсата.
В связи с повышенным содержанием в пыли ценных металлов актуально создание эффектив-
ной технологии, обеспечивающей извлечение в товарные продукты меди, цинка, свинца, серы, драгоценных металлов и перевод вредных элементов (мышьяк, хлор, фтор и другие) в нетоксичные, удобные для утилизации формы. Для создания таких технологий важны сведения о микроструктуре и формах нахождения элементов в пылях, улавливаемых в системах очистки газов.
Охлаждение и очистка газов печей ПВ в ОАО «СУМЗ» ведутся последовательно в аптейке, котле-утилизаторе, башне охлаждения (впрыск воды) и электрофильтре. Температура пылега-зового потока обеспечивает работоспособность металлоконструкций агрегатов и предотвращает конденсацию серной кислоты. Основную часть пыли и возгонов улавливают в электрофильтре и направляют на переработку [8]. Температурный режим в электрофильтре поддерживают в диапазоне 350-450 °С, состав газов колеблется в пределах, об. %: БО2 20-30; БО3 0,2-0,4; СО213-23; СО 0,7-0,9; О2 3-8; Н2О 15-27; Ы2 - остальное.
Исследование фазового и элементного составов пыли от электрофильтров проведено с целью обоснования технологии ее дальнейшей переработки.
Исследованный образец пыли электрофильтра ОАО «СУМЗ» содержал, %: РЬ 11,8; Бе 13,3; 2п 11,7; Си 10,3; Б 9,0; Л8 5,81; БЮ2 0,48; СаО 0,36; Л1 О 0,21; БЬ 0,44; Сё 1,00; М 0,004; В1 0,26, Б 0,001,
Рис. 1. Дифрактограмма образца пыли электрофильтра ПВ:
> - PbSO4, X - Fe3O4
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 с1, мм
Рис. 2. Дифференциальное (1) и интегральное (2) распределения частиц пыли электрофильтра ПВ по размерам
Рис. 3. Микроструктура частиц пыли от электрофильтра ПВ локального зондирования фаз
1,6 г/т Au, 51,6 г/т Ag. Результаты рентгенофазо-вого анализа показали (рис. 1), что основными составляющими пыли являются сульфат свинца PbSO и магнетит Fe„O..
4 3 4
Оценка размеров и форм частиц пыли выполнена на анализаторе Camsizer-XT и растровом электронном микроскопе JSM-59000LV. Образец состоял из частиц размерами 0,001-0,30 мм (рис. 2), средние значения их коэффициентов сферичности составили 0,83, а симметричности - 0,89. Доля частиц размером d = 0,001-0,017 мм составляет 60,2%, а менее 0,096 мм - 90%.
Локальное зондирование фаз выполнено методами рентгеновского спектрального микроанализа (РСМА) на растровом электронном микроскопе JSM-59000LV и энергодисперсионном рентгеновском спектрометре OXFORD INCA Energy 200. РСМА частицы (рис. 3, а) размером
около 40 мкм показал, что она образована оксидной (Бе,Си,2п)204 и силикатной (Бе,Си,РЬ)2БЮ4 составляющими. Как оксидные, так и силикатные фазы являются твердыми растворами со значительным содержанием Бе, Си и 2п. В силикатах содержится до 16,3% свинца и 3,9% мышьяка. Другая оксидная частица представляет собой твердый раствор на основе оксида железа (Бе,2п,Си)203 с примесями - до 2,5% РЬ и 0,6% Сё. Появление силикатных и оксидных фаз в пыли связано, по-видимому, с выносом шлаковых частиц в ходе плавки. Мелкие (менее 5-10 мкм) частицы пыли образованы сульфидными (2п,Бе)Б и сульфатными (на основе сульфата свинца) фазами, а точки последние из которых содержат, %: РЬ 34,1; Си 18,7; Бе 8,0; 2п 5,4; А8 6,0; Сё 1,7 и БЬ 1,6 (см. таблицу).
Ряд частиц полностью или частично состоит из оксидов железа (магнетит или вюстит). В магнетите обнаружено до 4,0% цинка и 3,6% меди (рис. 3, б, таблица). В некоторых частицах в контакте с оксидами железа выявлены фазы твердых растворов силикатов железа и цинка [9]. Видны области сульфидных фаз, близких по составу к борниту, в которых имеются небольшие участки (точечные и в виде цепочек) сульфидов цинка и свинца.
Основу другой крупной (около 60 мкм) частицы пыли составляет магнетит (рис. 3, в), с ним соседствует небольшой участок кальцийсодержа-щей силикатной фазы (Са,Бе)БЮ3. В оксиде железа содержится 0,7-3,6% Си и 2,0-3,5% 2п, в то время как в силикатной фазе 1,0-3,5% Си, 8,5-10,5% 2п, 0,8-1,6% А8 и до 2,8% РЬ. Сульфидные фазы представлены борнитом, сфалеритом (2п, Бе) Б,
Элементный состав пыли электрофильтров ПВ в точках локального зондирования (см. рис. 2)
Номер Содержание , мас. % Фазы
точки Si S Ca Fe Cu Zn Pb As
1 0-1,4 0 0 53,3-65,7 5,7-13,1 3,6-9,3 0-2,5 0 (Fe,Cu,Zn)2O3
2 8,3 0 2,6 22,9 17,2 2,9 16,3 3,9 (Fe,Cu,Pb)2SiO4
3 0-1,0 27,8-30,7 0 2,4-5,8 2,6-7,6 42,6-63,3 0-7,9 0 (Zn,Fe,Cu)S
4 0,7 0,2 0 77,0 1,0 0,0 0 0 FeO x
5 0,2-0,7 11,5-16,1 0 2,4-8,0 9,3-26,5 1,5-5,4 34,1-60,0 0-6,0 Сульфаты
6 0-2,9 0-0,8 0-0,7 62,9-73,5 0,7-3,6 1,5-4,0 0 0 Fe3O4 3 4-Х
7 17,6-18,8 1,7-2,1 3,0-4,2 26,0-36,7 0,8-1,6 9,2-11,2 0 0,7-1,1 FeSiO3 - ZnSiO3
8 0-1,0 15,6-24,8 0 3,3-19,3 54,9-69,5 0-5,7 0-2,8 0-1,0 Cu5FeS4
9 0-1,2 12,4-18,6 0-0,5 2,8-10,0 7,0-23,4 2,3-13,0 33,4-49,1 0-3,6 PbS-Cu2S-(Zn,Fe)S
10 0-0,2 20,6-27,6 0 3,3-13,4 14,0-20,8 29,1-50,3 0-3,6 0 (Zn,Fe)S-Cu2S
11 14,4-15,4 1,0-3,1 15,6-16,4 20,2-22,7 1,0-3,5 8,5-10,5 0-2,8 0,8-1,6 (Ca,Fe)SiO3
12 0,5 2,8 26,2 2,5 4,9 0,7 4,2 0 (Ca,Cu)CO3
13 0 0,3-2,1 0 3,3-4,7 78,6-83,1 0,6-1,1 0,9-1,4 4,7-5,2 Cu-Fe-As
14 6,8-11,0 0-0,9 3,3-4,5 10,7-20,5 1,5-4,7 23,9-29,3 9,3-20,5 0-1,0 (Fe,Zn,Pb)2SiO4
15 0,3 9,9 0 5,1 36,5 9,5 27,3 4,1 (Cu,Pb,Zn)SO3
16 0,4 7,1 0 34,9 16,5 7,0 7,6 0 (Fe,Cu,Pb,Zn)SO4
<
70 60 50 40 30 20 10 0
4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5
40 Cu, %
0
21,0 21,5
22,0 22,5 Cu, %
23,0 23,5
Рис. 4. Зависимость содержания свинца (а) и мышьяка (б) в сульфидных фазах частиц пыли от концентрации в них меди
сульфидами меди и точечными вкраплениями твердого раствора на основе сульфида свинца РЬ8-Си28-(2п,Бе)Б. В состав свинецсодержаще-
го сульфида входят, %: РЬ 33,4-39,7; Бе 7,7-10,0; Си 21,2-23,4; 2п 2,3-3,0; Л8 0,6-3,6; до 0,7 Сё и 2,1 БЬ.
Микроанализом последующих частиц показана их неоднородность как по структуре, так и по составу (рис. 3, г). В оксидах железа выявлены цинк (9,3%) и медь (8,4%), образующие, по-видимому, ферриты. Частицы магнетита полностью сформированы, видны четкие границы кристаллов Бе3О4. Некоторые из частиц сфалерита обогащены медью. Свинец распределен преимущественно по поверхности частиц, образуя оксидно-сульфидные либо сульфатные фазы. На поверхности шлифа выявлены мелкие медные фазы, содержащие 3,3-4,7% Бе; 0,6-1,1% 2п; 4,7-5,2% Л8; 0,9-1,4% РЬ и около 1,7% БЬ.
При обобщении полученных результатов выявлена корреляция между содержаниями меди и свинца в сульфидной фазе: ее обогащение медью приводит к снижению концентрации свинца (рис. 4). Причем в сульфидах, близких по содержанию меди к борниту, свинец практически отсутствует. Установлена взаимосвязь между содержанием меди и мышьяка в сульфидах (см. рис. 4): повышение содержания меди в свинецсо-держащих сульфидах (33-40% РЬ) в узкой области концентраций (21,0-23,5% Си) ведет к линейному увеличению доли мышьяка.
а
б
Выводы. Полученные данные позволяют заключить, что пыль электрофильтров от плавки медно-цинковых концентратов в печи Ванюкова в условиях ОАО «СУМЗ» представлена набором частиц (размерами 1-80 мкм), подвергнутых термической обработке в газовой среде (Б02 - Ы2 -С02 - Н20 - 02). Пыль состоит из:
- мелких фракций концентрата в виде частично окисленных фаз сульфидов;
- механически вынесенных частиц штейна и шлака с включениями магнетита;
- конденсированных из газовой фазы тонких фракций легко возгоняемых соединений, охлаждение которых в газах с высоким содержанием сернистого ангидрида ведет к образованию сульфатов свинца и цинка.
Отличительной особенностью пыли является то, что в ней обнаружены металлы (Си, А8, РЬ, БЬ), восстановленные из оксидов малыми токами высокоградиентного (20-40 кВ) поля электрофильтра.
Эти данные будут использованы при разработке технологии отдельной переработки пылей электрофильтров печей Ванюкова с выводом вредных примесей из медного производства.
Библиографический список
1. Лакерник
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.