Технико-экономические аспекты обогащения медьсодержащих шлаков заводов по обработке цветных металлов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

© B.H. Шохин, Н.А. Мочалов,

А.Е. Шиманаев, И.А. Скотников, А.И. Щербатов, Г.А. Денисов, 2002

УДК 622.7:338

B.H. Шохин, Н.А. Мочалов, А.Е. Шиманаев,

И.А. Скотников, А.И. Щербатов, Г.А. Денисов

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОБОГАЩЕНИЯ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ ШЛАКОВ ЗАВОДОВ ПО ОБРАБОТКЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

В России в настоящее время работает 9 заводов по обработке цветных металлов из сплавов на основе меди. К наиболее крупным из них относятся: Кольчу-гинский завод, который поставляет на внутренний рынок прокат тяжелых цветных металлов 30,6 % от всего количества проката поставляемого другими заводами, 21,0 % поставляет - Кировский завод ОЦМ, затем 15,2 % - завод «Красный выборжец», С.-Петер-бург, 14,8 % - Ревдин-ский завод ОЦМ. На долю других 5 заводов поставляющих прокат на внутренний рынок приходится всего 18,4 %.

На указанных заводах ежегодно образуется свыше 1000 т медьсодержащих шлаков, которые в ряде случаев считаются отходами, содержащими до 60 % меди. На большинстве заводов отсутствует как малоотходная, так и безотходная технологии металлургического производства, а традиционные технологические схемы производства цветных металлов не позволяют коренным образом сократить количество медьсодержащих шлаков (отходов). Предусмотренная на некоторых заводах переработка шлаков не обеспечивает комплексность их использования с утилизацией силикатной и металлической составляющих, не используются современные методы извлечения металла из шлаков.

Только в лучшем случае на заводах производят ручную выборку крупнозернистых корольков меди, латуни, бронзы и лигатуры или применяют метод грохочения по крупности с выделением металлической части в надре-шетный продукт с последующим возвратом в металлургический процесс. Мелкозернистые фракции шлака на заводах по обработке цветных металлов обычно не используются вследствие того, что неизбежен вынос в атмосферу и сжигание мелких частиц в общем потоке газов плавильной печи.

Шлаки крупностью менее 3,0 мм с содержанием меди до 30 % отправляются на Кировоградский медеплавильный завод, где подвергаются отдельной шахтной восстановительной плавке совместно с ломом, биметаллом, стружкой и сорами машиностроительных заводов с получением черновой меди с содержанием около 80 % меди, которая дорабатывается в конвертерах с целью получения тоже черновой меди, но содержащей до 97 -98,5 % меди.

Восстановительная шахтная плавка сопровождается выделением большого количества пыли, что требует эффективного пылеулавливания с применением рукавных

фильтров.

Из конвертера черновая медь, содержащая 97-98,5 % меди направляется на обычную переработку. Полученный таким образом шлак также перерабатывается по сложной технологической схеме со сравнительно низкими показателями по извлечению металла и комплексности использования сырья.

Значительный интерес представляет шлак отражательных печей. После удаления шлака из печи крупные куски шлака имеют как массивную плотную, так и пористую ноздреватую структуру. В кусках ноздреватой структуры встречаются медные корольки размером от 1,0 до 40,0 мм угловатой, плоской и даже сферической формы. В кусках массивной структуры медные корольки имеют размер менее 1,0-2,0 мм.

В общей массе шлака присутствует закись меди и др. химические соединения меди, образующиеся при плавке. Размер таких включений не превышает 10,0-20,0 мкм, а их содержание в шлаке иногда достигает до 24 %.

Породная часть шлаков представлена силикатами, соединениями кальция, железа и алюминия. Физические свойства металлической породной части резко различны. Плотность медных корольков - 8,96 г/см3, а породных зерен - 2,7 г/см3.

Породные зерна легко разрушаются при механической воздействии, а корольки, обладающие пластическими свойствами и колкостью не разрушаются и могут служить в качестве измельчающей среды в мельницах самоизмельчения.

Высокая контрастность свойств металлической и породной частей шлака, позволяет в качестве разделительных процессов применять гравитационный, самоизмель-чение, грохочение, электрическую сепарацию и др. [2, 3,

4].

При необходимости выделения закисной меди из шлака, следует применять химический метод, так как другими методами облагораживания закисная медь не извлекается, а может частично вместе с корольками переходить в металлический продукт в виде примеси.

На уровне патента предложен способ разложения за-кисной меди непосредственно в металлургической печи [5]. В металлургическую плавку подаются щелочноземельные элементы, приходящими в шахту с кальцинированной содой и известью в присутствии коксика или древесного угля, т.е. в восстановительной среде. В результате взаимодействия со щелочно-земельными элементами [5] образующаяся в результате восстановительного процесса металлическая медь присоединяется к общему металлу, т.е. переходит в металлическую часть плавки.

Если за 100 % принять количество общей меди в шлаке, то закисной меди содержится 38,7 % и металлической меди в виде корольков - 61,3 %, тогда от общего выхода металлического продукта в шлаке - 44,8 % содержание закисной меди составит 44,8*0,387 = 17,34 %,

а содержание чистой извлекаемой меди 44,8*0,613 = 27,46 %. Если извлечение чистой извлекаемой меди 95 %, тогда расчетное содержание извлекаемой меди в обогащен-„ 95 • 27,46

ном продукте составит - р = —— = 58,22 %. Содержание извлекаемой меди в хвостах составит: п 5 • 27,46

3 =----------= 2,48 %. Если бы извлекалась вся медь чис-

55,2

тая и закисная, то выход бы составил 73,06 (см. опытные данные), а содержание меди в продукте - 44,8 %, извлечение в металлический продукт составит: = 73,06 • 58,22

к - т =

Є

44,8

= 94,9%; Єхв = 100-94,9 = =5,1 %,

51 • 44 8

= \ , , , = 8,48%, Ух

100 -Ук-т = 100 - -73,06 =

26,94

26,94 %.

Таким образом, при эффективном обогащении возможно получить извлекаемую медь в виде корольков содержащих до 58,2 % меди при выходе металлической части 44,8 % и извлечении - 95,0 %. Содержание извлекаемой меди в исходном шлаке составит 27,46 %.

С применением химического или металлургического способов перевода закисной меди в металлическую, показатели общей переработки несколько изменяются. Выход металлического продукта увеличится до 73,06 % (практические данные), а содержание меди в исходном шлаке составит 44,8 %, т.е. будет равен выходу металлического продукта извлекаемой части металла.

Содержание меди в металлическом продукте останется на уровне 58,22 %, тогда извлечение составит -

94,9 %. В отходы будет извлекаться медь при содержании - 8,48 %. Общие потери меди -5,1 % (извлекаемой и частично закисной).

В связи с вышеизложенным представляет интерес разработка технологии производства медных сплавов (бронзы, латуни и др.) на заводах по обработке цветных металлов, которая бы исключала получение богатых шлаков с содержанием более 30 % меди и позволяла бы извлекать из шлаков медьсодержащие корольки повторно используемые в металлургической плавке.

На уровне изобретений предложена технология переработки медьсодержащих шлаков [3, 4, 5). Шлаки, удаляемые из металлургических печей направляются на модульную обогатительную установку, где происходит облагораживание с выделением металлических корольков, пригодных для повторного использования в металлургическом процессе завода.

В комбинации применения металлургических и обогатительных методов переработки шлаков достигается суммарный эффективный результат.

На заводах по обработке цветных металлов шлаки по мере их образования передаются на участок (соровую) с раздельным складированием по видам сплавов: медные, латунные, бронзовые, лигатурные. С применением ручной выборки, а иногда грохочения на грохотах получают корольки направляемые в металлургические печи отражательные (медная плавка) или индукционные (латунная, бронзовая, лигатурная плавки) для получения переплава.

Предлагаемой технологией переработки шлаков предусматривается дробление и грохочение шлаков до 80 мм. Надрешетаый продукт +80 мм представляет собой металлический продукт, используемый для повторного переплава, а подрешетный продукт крупностью -80+0 мм направляется на мельницу самоизмельчения (мельницу сухого помола типа «Аэрофол»).

После грохочения на грохоте с размером отаерстий сита 8 мм выделяется металлический продукт крупностью от 80 до 8 мм, который возвращается в плавку и подрешетный продукт крупностью менее 8 мм направляемый на мокрое грохочение на грохоте с размером отверстий сит 3 мм. Продукт крупностью -8+3мм присоединяется к зернистому металлическому продукту и подвергается повторной плавке. Подрешетный продукт крупностью -3+0 мм подвергается дешламации по 20 мкм и последующему гравитационному обогащению на концентрационном столе (центро-бежном сепараторе) с получением металлического продукта крупностью -3 +0,02 мм, который перед использованием в плавке либо брикетируется, либо агломерируется с получением брикетов или агломерата [1]. Шламистый продукт крупностью менее 0,02 мм направляется в отстойник, после чего фильтруется и реализуется потребителям - цинковым заводам, т.к. содержит более 30 % цинка. Таким образом достигается практически безотходная технология переработки медьсодержащих шлаков.

На примере Кольчугинского завода по обработке цветных металлов выполнено технико-экономическое обоснование целесообразности освоения новой технологии в составе модульной установки включающей вышеперечисленное оборудование. Модульная установка по переработке медьсодержащих шлаков разработана на основе комплексных исследований, выполненных в 1997 году коллективами ОАО «Кольцугцветмет», ОАО «Дирекция МИРП», институтов ВИМС, МГГУ, ГИГХС, Ме-ханобр [2). Установка предназначена для обогащения медных, латунных, бронзовых и лигатурных шлаков с целью извлечения металлической части (корольков).

Технологическая схема обогащения шлаков и схема цепи аппаратов представляется в виде трех последовательно расположенных блоков включающих: первый блок - дробление и грохочение; второй блок - грохочение и самоизмельчение, третий блок - мокрое грохоче-

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕРЕРАБОТКИ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ ШЛАК

№ Наименование шлака Производительность, т/год Выход метал. продукта (корольков), % Содержание меди, %

в исходном шламе в метал продукт ролька

1 медный 284 30,70 27,40 83,50

2 латунный 2040 75,10 33,74 42,30

3 бронзовый 192 71,30 44,80 59,40

4 медно-никелевый 668 86,20 65,70 73,00

итого 3184 73,24 - -

- - выход отходов, % - -

5 общие отходы - 26,76 - -

ние, дешламацию гравитационное обогащение, сгущение, фильтрацию и окускование (брикетирование или агломерацию) [1]. Шлаки раздельно подвергаются переработке на модульной установке в соответствии с календарным графиком работ с аккумуляцией шлаков и продуктов переработки на рабочей площадке.

Основные технологические показатели переработки медьсодержащих шлаков ОАО «Кольчуг-цветмет» приведены в таблице. Расчет выполнен на заданную производительность установки 3184 т/год, в том числе:

• медного шлака - 284 т/год;

• латунного - 2040 т/год;

• бронзового -192 т/год;

• медно-никелевого - 668 т/год.

В результате переплава металлических продуктов (корольков) выход годного металла составляет 90 % от количества металлического продукта. Тогда из каждого вида шлака получается чистый металл в количестве:

• из медных корольков - 72,79*0,9 = 65,5 т;

• из латунных - 648,05*0,9 = 583,2 т;

• из бронзовых - 81,31 *0,9 = 73,2 т;

• из медно-никелевых - 420,35*0,9 = 378,3 т

Итого = 1100,2 т

аналогично количество шлака от переплава корольков составит:

• из медных корольков - 87,18- 65,5 = 21,70 т;

• из латунных - 1532,04 -'583,2 = 948,8 т;

• из бронзовых - 136,89-73,2 = 63,7 т;

• из медно-никелевых - 575,82- 378,3 = 197,5 т

Итого =1231,7 т.

Этот шлак будет присоединяться к отходам модульной установки для реализации потребителям в количестве

1231,7 +852,07 = 2083,77 т.

По данным отдела экономики и цен Кольчугинского завода ОЦМ стоимость реализации переплавов и неметаллических продуктов (без НДС) по состоянию на 01.01.98 г. составляет:

• медный переплав - 5,600 тыс. руб. за 1 т;

• латунный - 4,300 тыс. руб. за 1 т;

• бронзовый - 5,600 тыс. руб. за 1 т;

• медно-никелевый - 7,100 тыс. руб. за 1 т;

• неметаллический продукт - 0,890 тыс. руб. за 1 т.

Г одовая выручка от реализации продукции составит:

• за медный переплав - 65,5 т*5,6 тыс. руб. = =366,8 тыс. руб.;

• за латунный - 583,2 т*4,3 тыс. руб. = 2507,7 тыс. руб.;

• за бронзовый - 73,2 т*5,6 тыс. руб. = 409,9 тыс. руб.;

• за медно-никелевый - 378,3 т*7,1 тыс. руб. = =2685,9 тыс. руб.;

• за неметаллический продукт - 852,07 т*0,89 тыс. руб. = 758,3 тыс. руб.;

Всего = 6728,6 тыс. руб.

Затраты:

I. Оборудование установки:

1. Обогатительное оборудование:

- виброщековая дробилка, 150 ДР, Q * 5 т/ч - 280 тыс. руб.

- виброинерционный грохот ГИТ-11 (двухситный 020 мм и 8 мм), Q = 5 т/ч; - 20 тыс. руб.;

- мельница самоизмельчения типа "Аэрофол"

(2100*1700), Q = 5т/ч; - 400 тыс. руб.;

- виброинерционный грохот ГИТ-1 (односитный 03,0 мм) Q = 5 т/ч - 20 тыс. руб.;

- конусный дешламатор, 03,0 мм - 30 тыс. руб.;

- концентрационный стол, ЯСК-1, Q = 3 т/ч - 32 тыс. руб.;

- циклон для пылеулавливания, 01,5 мм - 30 тыс. руб.;

- вентилятор - 40 тыс. руб.;

- орошаемый циклон - 52 тыс. руб.;

- вакуум фильтр, ленточный - 100 тыс. руб.;

- вакуум насос - 40 тыс. руб.;

- центробежные насосы - 56 тыс. руб.

Итого -1100 тыс, руб.

2. вспомогательное оборудование:

- нестандартное оборудование - 28 тыс. руб.;

- трубопроводы - 30 тыс. руб.;

- металлоконструкции - 350 тыс. руб.;

- электроаппаратура (12 % от стоимости основного оборудования 1100 руб.*0,15 = 165 тыс. руб.) - 165 тыс. руб.;

- неучтенное оборудование (7 % от стоимости основного оборудования 1100 руб.*0,07 = 77 тыс. руб. - 77 тыс. руб.

Всего - 1750 тыс. руб. Цены на основные и вспомогательные материалы по данным отдела экономики и цен завода (на 01.01.98 г.)

- шланг - 1,35 тыс. руб. за 1 т;

- вода артезианская - 0, 57 тыс. руб. за 1 м3;

- вода оборотная - 0,47 тыс. руб. за 1 м3;

- электроэнергия -0,38 руб. за 1 кВт/т шлака.

Нормы расхода энергоносителей на производство:

- вода артезианская - 0,2 м3/т шлака;

- электроэнергия суммарно - 73,0 кВт/т шлака.

П. Затраты на здания и сооружения - 350 тыс. руб. (по опыту проектирования аналогичных сооружений).

Ш. Стоимость артезианской воды (3184*0,2*0,57 = 363 тыс. руб.) - 363 тыс. руб.

IV. Электроэнергия

(3184*73*0,38 - 88 тыс. руб.) - 88 тыс. руб.

V. Зарплата (7 чел.*1,5*12 = 126 тыс. руб.)- 126 тыс. руб.

VI. Амортизация оборудования (3 % от стоимости основного оборудования 1750*0,03 = 53,0) - 53 тыс. руб.

VII. Налоги:

- ВМСБ (7,8 % от реализации продукции,

7392,402*0,078 = 576 тыс. руб.) - 576 тыс. руб.;

- ЖКХ (1,5 % от реализации продукции, 7392,402*0,015 = 111 тыс. руб.) - 111 тыс. руб.;

- Пользование автодорогами (2,5 % от реализации продукции, 7392,402*0,025 -185 тыс. руб.) -185 тыс. руб.;

- Социальные (40 % от зарплаты, 126*0,4 = 50 тыс. руб.) - 50 тыс. руб.

Общие затраты с учетом налогов: 1750+350+363+88+126+53+576+111+185+50 = 3652 тыс. руб.

Дополнительная реализация шлака (отходов) полученного переплава составит:

• 2331,93-1222,50-1109,43;

• 1222,5 - 1100,2 = 122,3;

• 1109,43 + 122,3 = 1231,73;

• 1231,73 т*0,89 тыс. руб. = 1096,2 тыс. руб.

Тогда годовая выручка от реализации всей продукции составит:

6728.6 + 1096,2 = 7824,8 тыс. руб.

Балансовая прибыль предприятия составит:

7824,8 - 3652 = 4172,8 тыс. руб.

Срок окупаемости составит:

1750 :4172,8 = 0,42 года или 5 месяцев.

Отходы возможно реализовать:

- ведовскому цинковому заводу. При отгрузке отходов содержащих цинка 30 % завод поставляет взамен товарный цинк или свинец в соотношении 1:10 (1 т цинка или свинца за 10 т отходов);

- С.-Петербургской атомной станции в качестве строительного материала;

- для использования на Кольчугинском заводе в качестве присадки к флюсам металлургической плавки;

- строительным организациям для приготовления бетона.

Сравнительный анализ показывает преимущество внедрения рассмотренной технологии на заводах по обработке цветных металлов. По данным отчета НПО «Экология» «Технология измельчения и классификации с использованием виброоборудования» г. Кольчугино 1996 г. Автор Сырочев В.М., извлечение металлической составляющей на «Соровой» составило 55 %. В рассматриваемой работе извлечение составило 94,69 % или на 39,69 % выше (в 1,72 раза), тогда количество извлекаемой меди на «соровой» составит: 1100,2 т: 1,72 = 639,6 т. Отсюда следует, что при реализации рекомендуемой технологии на заводе возможно получать на (1100,2 -

639.6 = 460,6 т) ж 500 т чистого металла больше, чем при кустарном способе извлечения медьсодержащих корольков.

Выводы

1. Разработана на уровне патентов новая технология

переработки медьсодержащих шлаков заводов по обработке цветных металлов, заключающаяся в том, что шлаки подвергаются самоизмельчению в мельнице типа «Каскад» с последующим грохочением и выделением зернистых корольков крупностью 80-3 мм. Мелкозернистый материал крупностью менее 3 мм дешламируется и обогащается на концентрационном столе или центробежном сепараторе. Концентрат обезвоживается, фильтруется и окусковывается, затем присоединяются к зернистым королькам и направляется на повторное использование в металлургической плавке.

2. Рекомендуется предложенную технологию реализовать на Кольчугинском заводе по обработке цветных металлов с применением модельной установки и получением металлического продукта ежегодно в количестве 2331,93 т содержащего 1222,5 т меди возвращаемого в плавку, а также отходов - 852,07 т реализуемых цинковым заводам или строительным организациям.

3. Переплав металлических продуктов обеспечит ежегодно получение до 1100,2 т чистого металла (меди) и отходов 1231,7 т, которые присоединяются к отходам обогатительной установки.

4. Годовая выручка от реализации продукции составит 7824,8 тыс. руб.

5. Балансовая прибыль предприятия при затратах 3652 тыс. руб. составит 4172,8 тыс.руб. Срок окупаемости - 5 месяцев.

6. Сравнения предлагаемой технологии с существующей технологией переработки шлаков показывает возможность на 40 % повысить извлечение меди в одноименные продукты и дополнительно получать ежегодно до 500 т чистого металла.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шохин В.Н., Лопатин А.Г. Гравитационные методы обогащения. М., Недра, 1993.

2. Николайчук В.Ф., Хакуй Г.Г., Щербатов А.И., Денисов Г.А., Мочалов Н.А., Чехов О.С., Сажин Б.с., Шохин В.Н. и др. Пути улучшения экологической обстановки

на Кольчугинском заводе по обработке цветных металлов. Журнал «Обогащение руд» №4,1998.

3. Способ выделения меди из шлаков, получаемых при плавке лигатуры «медь -марганец» в индуционных печах. Патент № 2104794, 1997.

4. Способ разделения медных шлаков. Патент №2104795, 1997.

5. Способ обеднения медьсодержащих шлаков. Патент №3.105068, 1997.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Шохин В.Н.— Московский государственный горный университет.

Мочалов Н.А., Шиманаев А.Е., Скотников И.А., Щербатов А.И., Денисов Г.А. - ОАО «Кольчугцветмет».