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 расходом 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 триоксида) 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 производительность 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 технологические
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
никелевого 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.
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 направляются 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.
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 (золотосурьмяного 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, рас-плавы
из горновой части печи перетекают в электроотстойник по горизонтальному переточному
каналу (уровень ванны расплава в печи и электроотстойнике регулируется режимом
выпуска рас-плавов 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, подаваемого 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.
|