Казахский национальный исследовательский технический университет имени К. И. Сатпаева, Алматы, Казахстан:

Н. К. Досмухамедов, ассоциированный профессор
Е. Е. Жолдасбай, научный сотрудник

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия:

А. Н. Федоров, профессор, эл. почта: fedorov_a_n@mail.ru

Приведены экспериментальные исследования с целью разработки способа обеднения высокомедистых шлаков автогенных плавок. Особое внимание уделено поведению мышьяка при высокотемпературном восстановлении шлаков. На основании сравнительного анализа известных работ показано, что при восстановлении шлаков углем не решается задача получения в конденсированной фазе металлического сплава на медной основе. Высокое содержание мышьяка в сплаве сдерживает дальнейшее использование его по назначению. Рассмотрены вопросы двухстадийного обеднения высокомедистых шлаков в глубоко восстановительных условиях природным газом совместно с углем. Показано, что при восстановлении шлака природным газом уже на первой стадии достигается высокое извлечение мышьяка из шлака в пыль. Установлено, что расход природного газа, на 30% превышающий стехиометрический расход для восстановления As₂O₅ до летучего соединения As₂O₃, обеспечивает полное удаление мышьяка из шлака в пыль. Комбинированное использование природного газа и угля на второй стадии обеднения шлака позволяет достичь высокого селективного извлечения цветных металлов в целевые продукты: меди — в медно-железистый сплав, а свинца и цинка — в пыль. Установлено, что оптимальный расход природного газа, обеспечивающий минимальное содержание металлов в шлаке, %: 0,25 Cu; 0,06 Pb; 0,18 Zn, соответствует расходу природного газа, превышающему его расход на 30 % от теоретически необходимого для восстановления их оксидов. В этих условиях обеспечиваются минимальное содержание железа в сплаве (0,08 %) и низкий расход твердого восстановителя (угля). С использованием экспериментальных данных и результатов составления материального баланса каждого опыта рассчитано распределение цветных металлов и мышьяка между продуктами двухстадийного восстановительного обеднения шлака природным газом в присутствии угля в зависимости от расхода природного газа. Предлагаемый двухстадийный способ обеднения шлаков природным газом совместно с углем не требует значительных материальных затрат и легко может быть встроен в действующие технологии производства меди и свинца. Полученные после двухстадийного обеднения шлаков продукты в дальнейшем без особых усилий и материальных затрат можно использовать для производства широкого спектра товарной продукции с высокой добавленной стоимостью.

1. Ash С., Boruvka L., Tejnecky V., Šebek O., Nikodém A., Drábek O. Temporal dissolution of potentially toxic elements from silver smelting slag by synthetic environmental solut ions // Journal of Environmental Management. 2013. Vol. 129. P. 157–163.
2. Radojevic A. A., Serbula S. M., Kalinovic T. S., Kalinovic J. V., Steharnik M. M., Petrovic J. V., Milosavljevic J. S. Metal/metalloid content in plant parts and soils of Corylus spp. influenced by mining-metallurgical production of copper // Environmental Science and Pollution Research. 2017. Vol. 24, No. 11. P. 10326–10340.
3. Rönnlund I., Reuter M., Horn S., Aho J., Aho M., Päällysaho M., Ylimäki L., Pursula T. Eco-efficiency indicator framework implemented in the metallurgical industry: part 2 — a case study from the copper industry // The International Journal of Life Cycle Assessment. 2016. Vol. 21, No. 12. P. 1719–1748.
4. Shi С., Meyer С., Behnood А. Utilization of copper slag in cement and concrete // Resources, Conservation and Recycling. 2008. Vol. 52, No. 10. Р. 1115–1120.
5. Moskalyk R. R., Alfantazi A. M. Review of copper pyrometallurgical practice: today and tomorrow // Minerals Engineering. 2003. Vol. 16, No. 10. P. 893–919.
6. Dosmukhamedov N., Egizekov M., Zholdasbay E., Kaplan V. Metal Recovery from Converter Slags Using a Sulfiding Agent // JOM. 2018. Vol. 70, No. 10. Р. 2400–2406.
7. Coursol Р., Valencia C. N., Mackey V. Р., Bell S., Davis B. Minimization of Copper Losses in Copper Smelting Slag During Electric Furnace Treatment // JOM. 2012. Vol. 64, No. 11. P. 1305–1313.

8. Котельникова А. Л., Рябинин В. Ф. Особенности вещественного состава и перспективы использования отходов вторичной переработки отвальных медеплавильных шлаков // Литосфера. 2018. Т. 18, № 1. С. 133–139.
9. Prince S., Young J., Ma G., Young C. Characterization and Recovery of Valuables from Waste Copper Smelting Slag // Advances in Molten Slags, Fluxes, and Salts: Proceedings of the 10th International Conference on Molten Slags, Fluxes and Salts. — Berlin : Springer, Cham, 2016. P. 889–898.
10. Комков А. А., Камкин Р. И. Поведение меди и примесей при продувке медеплавильных шлаков газовой смесью СО–СО₂ // Цветные металлы. 2011. № 6. С. 26–31.
11. Котыхов М. И., Федоров А. Н., Лукавый С. Л., Хабиев Р. П. Изучение распределения меди между шлаком и свинцом в барботажном восстановительном процессе // Цветные металлы. 2014. № 2. С. 40–44.
12. Hughes S. Applying Ausmelt technology to recover Cu, Ni, and Co from slags // JOM. 2000. Vol. 52, No. 8. Р. 30–33.
13. Piret N. L., Partners S. Cleaning copper and Ni/Co slags: The technical, economic, and environmental aspects // JOM. 2000. Vol. 52, No. 8. Р. 18–20.