Процессы штейнообразования при плавках окисленных никелевых руд тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат технических наук Щелкунов, Владимир Владимирович

• Щелкунов, Владимир Владимирович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Щелкунов, Владимир Владимирович

Введение.

1. Литературный обзор.

1.1 Характеристика окисленных никелевых руд.

1.2 Существующие и предлагаемые способы'переработки окисленных никелевых руд.

1.2.1 Шахтная плавка на штейн и на ферроникель.

1.2.2 Электроплавка на штейн и на ферроникель.

1.2.3 Процесс Ванюкова.

1.2.4 Методы гидрометаллургии.

1.3 Сульфидирование при плавке окисленных никелевых руд.

1.4 Потери никеля со шлаками при плавке.

2. Исследования свойств руды и агломерата.

3. Сульфидирование окисленной никелевой руды пиритом и пирротином.

4. Сульфидирование расплава окисленной никелевой руды пиритом и пирротином.

5. Сульфидирование расплава окисленной никелевой руды парообразной серой.

6. Использование процесса Ванюкова для переработки окисленных никелевых

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Процессы штейнообразования при плавках окисленных никелевых руд»

В числе важнейших задач цветной металлургии необходимо выделить следующие: повышение комплексности и полноты использования минерального сырья, защита окружающей среды от вредных выбросов в атмосферу и водные бассейны, повышение удельной производительности агрегатов, уменьшение затрат тяжелого физического труда, механизацию и автоматизацию промышленных процессов. Дальнейший рост производства цветных металлов должен сопровождаться снижением расхода топлива, тепловой и электрической энергии.

До настоящего времени окисленные никелевые руды (ОНР) в России перерабатываются методом восстановительно-сульфидирующей плавки в шахтных печах с использованием в качестве сульфидизатора гипса или пирита для формирования никелевого штейна и дефицитного кокса, являющегося одновременно топливом и восстановителем. Опыт продолжительной промышленной эксплуатации, достигнутые успехи в совершенствовании процесса шахтной плавки не обеспечили сокращения высоких выбросов сернистого ангидрида в атмосферу, которые в последние годы возросли из-за форсирования режимов плавки. Альтернативным способом переработки ОНР является высокопроизводительный бескоксовый процесс Ванюкова (ПВ), разработанный на кафедре металлургии цветных, редких и, благородных металлов ПИТУ «МИСиС». Он успешно прошел этап промышленного освоения на ОАО «Комбинат Южуралникель» и наглядно показал высокую эффективность использования серы пирита, достигающую 70-75 %.

Принимая во внимание, что внедрение процесса Ванюкова в промышленное производство сдерживается по целому ряду причин, следует полагать, что шахтная плавка еще продолжительный период будет находиться в промышленной эксплуатации. В связи с этим возникает необходимость в проведении исследований по изучению процессов штейнообразования при плавке ОНР как в условиях постепенного нагрева шихты, характерного для 3 шахтной плавки, для сокращения выбросов серы с газами действующих печей, так и для выбора оптимальных режимов восстановитель] ю-сульфидирующей обработки оксидного расплава в печи Ванюкова. •

Применение традиционных сульфидизаторов — природного гипса и серного колчедана (пирита), при плавках ОНР сопряжено с рядом существенных недостатков. Так при плавке с гипсом увеличивается расход восстановителя (кокса) при неизбежно высокой степени десульфуризации (4060 %), а при использовании колчедана происходит разубоживание шихты железом и загрязнение никелевого штейна присутствующей в колчедане медью. Выполнение исследований по применению новых типов сульфидизаторов, в частности элементарной серы, имеет вполне обоснованный интерес. Поэтому изучение процессов формирования штейнового расплава при плавке ОНР с использованием различных сульфидизаторов (пирита, пирротина и элементарной серы) в широком интервале температур, охватывающем различные агрегатные состояния контактирующих фаз, является актуальной задачей, решение которой позволит улучшить технико-экономические и экологические показатели традиционного процесса шахтной плавки, а в процессе Ванюкова разработать наиболее эффективную технологическую схему его промышленной реализации.

Заключение диссертации по теме «Металлургия черных, цветных и редких металлов», Щелкунов, Владимир Владимирович

Заключение

1. Применяемая в настоящее время восстановительно-сульфидирующая плавка окисленных никелевых руд в шахтной печи обладает целым рядом недостатков, одним из которых можно назвать выброс сернистого ангидрида в атмосферу, который в последние годы возрос из-за форсирования режимов плавки. Решение данной задачи обуславливает необходимость уточнения механизма сульфидирования ОНР.

2. Обзор технической литературы показал, что применение традиционных сульфидизаторов - природного гипса и серного колчедана (пирита), при плавках ОНР связано с рядом трудностей. Так при плавке с гипсом увеличивается расход восстановителя (кокса) при неизбежно высокой степени десульфуризации (40-60 %), а при использовании колчедана происходит разубоживание шихты железом и загрязнение никелевого штейна присутствующей в колчедане медью. В связи с чем, возникает необходимость поиска новых способов сульфидирования ОНР. Так применение в качестве штейнообразователя элементарной серы, позволило бы исключить загрязнение никелевого штейна медью, разубоживание штейна железом и тд. Это обуславливает необходимость специального исследования этого вопроса.

3. Установлено, что окисленная никелевая руда и агломерат при нагреве до 1100 °С только теряют влагу и не взаимодействуют с пиритом и пирротином;

4. Пирротин при температуре выше 1150 °С расплавляется и растекается по поверхности твердых кусков руды и агломерата и начинается химическое взаимодействие на межфазной границе;

5. При повышении температуры выше 1250 °С жидкий продукт взаимодействия (никелевый штейн) начинает стекать с кусков шихты, образуя капельки штейна;

6. Повышение температуры выше 1350 °С приводит к формированию жидкого шлака и начинается прохождение капелек штейна сквозь слой жидкого шлака с формированием окончательного распределения никеля и кобальта

97 между шлаком и донным штейном. Мелкие капельки штейна задерживаются в шлаке образуя «механические» потери.

7. При загрузке твердого сульфидизатора в расплав ОНР (никельсодержащий шлак) повторяется последовательность взаимодействий, установленная для медленного нагрева шихты с сульфидизатором. Разложение пирита, расплавление пирротина № обменное взаимодействие капель пирротинового расплава с оксидом никеля жидкого шлака

8. При исследовании взаимодействия паров элементарной серы с компонентами шлакового расплава установлено, что без снижения активности кислорода в шлаке путем создания восстановительной атмосферы не удается добиться выделения сульфидной фазы (штейна). Никелевый штейн образуется при повышении парциального давления пара серы в зоне взаимодействия выше ОД атмосферы и разрушении высших оксидов железа. В оптимальных условиях до 70 % паров серы расходуется на образование штейна. В штейн извлекается более 90 % никеля, присутствующего в шлаке.

9. По результатам опытно-промышленной эксплуатации печи Ванюкова на ОАО «Комбинат Южуралникель», выявлено влияние сульфидирующего и восстановительного потенциала на извлечение никеля в штейн. Регулируя восстановительно-сульфидирующий потенциал можно оптимизировать процесс плавки. Предложено использовать для управления и контроля процессом восстановительно-сульфидирующей обработки шлакового расплава в восстановительной камере печи Ванюкова величину степени металлизации^ штейна.

10. Показана возможность при использовании в качестве сульфидизатора пирротина или бедного штейна снизить более чем в два раза выбросы серы в окружающую среду и повысить до 80 % извлечение никеля в штейн.

11. Установлено, что при плавке ОНР в печи Ванюкова и использовании в качестве штейнообразователя элементарной серы имеется возможность повысить извлечение никеля в штейн до 80-90 %, отказаться от операции обезмеживания файнштейна, сократить выбросы серы и пылей в окружающую среду.

12. Выданы рекомендации по проектированию нового металлургического комплекса по переработке ОНР на никелевый штейн на основе процесса Ванюкова, с использование элементарной серы в качестве сульфидизатора в Республике Казахстан. Новая технология позволяет получить:

12.1 безмедистый никелевый штейн;

12.2 после обжига файнштейна получить товарную закись никеля;

12.3 сократить выбросы сернистого ангидрида в атмосферу.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Щелкунов, Владимир Владимирович, 2011 год

1. Технологическая минералогия гипергенных никелевых руд / Вершинин A.C., Витовская И.В., и др. Л.: Наука, 1988. - 274 с.

2. Тавастшерна С.С., Доброхотова Е.В. Окисленный никелевые руды: труды Гипроникеля. 1962. - №13

3. Данилов Е. Ценовые закономерности никеля. Электротехнический рынок. №11 (17) ноябрь 2007.

4. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.Н. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия, 1986. - 463 с.

5. Цыганов В.А. Плавка цветных металлов в индукционных печах. М.: Металлургия, 1974. - 248 с.

6. Шмонин Ю.Б. Пирометаллургическое обеднение шлаков цветной металлургии. М.: Металлургия, 1981. - 132 с.

7. Серебренникова Э.Я. О применении кипящего слоя в медной, никелевой и кобальтовой промышленности. М.: Металлургия, 1969. -68 с.

8. Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсов Я.М. Никель / т.2. М.: ООО «Наука и Технология», 2001. - С. 47-52

9. Ванюков A.B., Зайцев В .Я., Теория пирометаллургических процессов. М.: Металлургия, 1993. - 384 с.

10. Кистяковский Б.Б., Гудима Н.В. Производство цветных металлов. М.: Металлургия, 1978. - 344 с.11,Онищин Б.П., Вернер Б.Ф., Вычернов В.Г. Электроплавка окисленных никелевых руд на ферроникель. М.: 1966. — 120 с.

11. Линев В.Д., Онищин Б.П., Кормилицин С.П., Серпов В.И., Бурочкин А.Е. Производство товарного ферроникеля на Побужском никелевом заводе // Цветные Металлы. 1974. - №4. - с. 15

12. Грань Н.И., Онищин Б.П., Майзель Е.Г. Электроплавка окисленных никелевых руд. М.: Металлургия, 1971. - 248 с.

13. Пименов Л.И., Михайлов В.И. Переработка окисленных никелевых руд. М.: Металлургия, 1972. - С. 42-98

14. Захаров Б.Н., Воробьев В.А. Шахтная плавка окисленных никелевых руд и конвертирование никелевых штейнов. М.: Металлургия, 1974. -168 с.

15. Смирнов В.И. Шахтная плавка в металлургии цветных металлов. -Свердловск, 1955. 520 с.

16. Пришлецов Д.В. Шахтная плавка в металлургии цветных металлов. -М.: 1955. 264 с.

17. Худяков И.Ф., Дорошкевич П.А., Карелов C.B. Металлургия вторичных тяжелых цветных металлов. М.: Металлургия, 1987. - С. 232-268

18. Пинин JI.H. Производство ферроникеля из вторичных никельсодержащих отходов, ЦНИИЦветМетЭН. Сер. Производство тяжелых цветных металлов 1983. вып. 2. 36 с.

19. Boldt Y.R. Thewinning of Nickel, ed. P. Queneau, Toronto. Methuen Publishing Company, 1967

20. Вайзагер M.JI., Вербловский И.П., Мешкова Т.Н., Королев Э.А., Сандлер Е.М. Состояние, перспективы развития и технико-экономические показатели работы зарубежных никель-кобальтовых заводов. ЦНИИ ЭИ ЦМ. М.: Гипроникель. 1988. С. 70

21. Шейн Я.П. Литвиененко З.А. Цветная металлургия Греции (справка). М.: ЦИИН ЭИ ЦМ. 1981 .С. 23

22. Бровкин В.Г., Вычеров В.Г. Труды института «Гипроникель». 1968. -Вып. 18

23. Серебряный Я. Л. Электорплавка медно-никелевых руд и концентратов. М.: Металлургия, 1965. - 280 с.

24. Быстров В.П., Салихов З.Г., Щетинин А.П. и др. Опытно101промышленный автоматизированный комплекс для плавки окисленной никелевой руды на базе плавки Ванюкова //Цветные металлы. —2003. -№ 11.-С. 42-43

25. Цымбулов Л.Б. Князев М.В. Цемехман Л.Ш. Кудабаев Е.А. Головлев Ю.И. Анализ различных вариантов технологической схемы переработки окисленных никелевых руд на ферроникель с применением двухзонной печи Ванюкова //Цветные металлы. —2010. -№ 10.-С. 15-21

26. Борбат В. Ф. Лещ И.Ю. Новые процессы в металлургии никеля и кобальта. М.: Металлургия, 1976, С. 360

27. Резник И. Д., Соболь С.И., Худяков В.М. Кобальт. Т2. М.: Машиностроение, 1995, С. 470

28. Ольшанский Я.И. Система Fe-FeS-FeO. «Докл. АН СССР». - 1951. -Т.80, №6. - С. 893-896.

29. Вольский А.Н. Основы теории металлургических плавок. М.,1943 -С. 20-46.

30. Kullerud G., Joder H.S. Pyrite stability relations in the Fe-S system.- «Econ. Geol.», 1959 v.54, N4, p. 544.

31. Arnold R. G. Equilibrium relations between pyrrotite and pyrite from 325 to 743 °C.- « Econ. Geol.», 1962, v. 57, N1.

32. Ванюков A.B., Исакова Р.И., Быстров В.П. Термическая диссоциация сульфидов металлов. Алма-Ата, «Наука» КазССР, 1978, с 272 Часть 2.3

33. Быстров В.П., Бабашев И. С., Ванюков А. В. Фазовые равновесия в системе железо-сера./ Цветные металлы. 1971. - № 6. - с. 5.

34. Левинский Ю.В. Р — Т — х Диаграммы состояния двойных металлических систем/Кн.1 -М.: Металлургия, 1990. -400 с.

35. Burgmann W., Urbain G., Erohberg M.C. «Mem. Sei. Rev. Metal.», 1968, v. LXX, N 7/8.

36. Raider M.G. Thermo analytis che Bestimmung der Dissoziationskurve des Pyrits. «Det. Kongelige Norsbe Videnskabers Selska Forhanadlinger», 1929, Bd. 11, N43, S. 151-154.

37. Narrldsen H. Über die Eisen (II) Sulfidmischkristallen. - «Z. anorg. Chem.», 1941, Bd. 246, S. 169.

38. Dor J. Etüde monometrique et spectrographique de la dissociation thermique de la pyrite FeS2. «Compt. Rend. Acad. Sei.», 1930, v. 190, N 2, p. 1296.

39. Грейвер H.C., Ванюков A.B., Кудрин A.H. и др. Основы металлургии. М.: Металлургиздат. 1962. Т2. С. 512-711

40. Кушин Д.Н., Резник И.Д., Соболь С.И. Применение кислорода в цветной металлургии. М.: Металлургия. 1973. С. 240

41. Резник И.Д. Совершенствование шахтной плавки окисленных никелевых руд. М.: Металлургия. 1983. С. 190

42. Успенский Н.Ф., Диев Н.П. // Цветные металлы. 1959 №5. С. 63-67

43. Успенский Н.Ф., Диев Н.П // Бюл. ЦНИИ ЦМ. 1959 №7. С. 28-30

44. Сюняев З.И. Производство, облагораживание и применение нефтяного кокса. М.: Химия. 1973. С. 296

45. Худяков И.Ф., Тихонов А.И., Деев В.И. Набойчинко С.С. Металлургия меди, никеля и кобальта. М.: Металлургия. 1977 Т2. С. 264

46. Худяков И.Ф. // Цветные металлы. 1971 №3. С. 38-4048,Окунев А.И., Кошкаров В.Я., Ферштатер A.A. и др. // Цветная металлургия. 1970. №4 С. 33-35

47. Ушаков К.И., Фельман Р.И., Монгин А.М. и др. Совершенствование технологии производства тяжелых цветных металлов. Сб. трудов Гинцветмета. 1983 С. 29-35

48. Ушаков К.И., Фельман Р.И., Монгин А.М. и др. // Цветные металлургия. Бюл. ЦНИИ ЭИ ЦМ. 1983 №19. С. 17-19

49. Курныгин A.C., Доброхотов Т.Н., Резванов Г.Ф. и др. Науч. тр. ЛГИ. 1986. С. 103-105

50. Серова H.B. Китай А.Г. Брюквин В.А. и др. Физико-химическое исследование процесса сульфидирования окисленных никелевых' руд элементарной серой // Цветные металлы. 2010 №11 С. 22-25

51. Ванюков В.А. К вопросу о сродстве элементов при высоких температурах в связи с периодической системой Д.И. Менделеева. // М.: Русское общество. 1916. С. 246

52. Дергачев Д.И. Цейдлер A.A. Взаимодействие силикатов никеля с сульфидами железа или кальция при расплавлении. // Цветные металлы. 1938. №7. С. 66-71

53. Ванюков В.А. Ванюков A.B. К вопросу о снижении потерь никеля с отвальными шлаками. // Цветные металлы. 1955. №4 с. 9-16

54. Липин Б.В. О форме потерь цветных металлов со шлаками. // Цветные металлы. 1957. №5. С. 31-3657.3айцев В.Я. Влияние поверхностных свойств на укрупление штейновых частиц в шлаковых расплавах. Дисс. к.т.н. М.: 1962

55. Вольский А.Н. Аграчева P.A. Сергиевская Е.М. и др. Рациональный анализ соединений никеля в отвальном шлаке Орского завода. // Изв. АН СССР. Металлургия и горное дело. 1964. №4. С. 52-57

56. Хейфец В.А. Вайсбурд С.Е. Шейнин А.Б. и др. Физико-химические свойства шлаков и штейнов и потери металлов с отвальными шлаками. // Сб. трудов «Гипроникель». 1958. Вып.З. С. 172-186

57. Хейфец В.А. Малык. Н.П. Вернер Б.Ф. К вопросу о потерях никеля с отвальными шлаками. // сб. трудов «Гипроникель» 1958 вып. 1. С. 5873

58. Резник И.Д. Круглякова М.С. Сульфидирование окислов кобальта, никеля, меди и свинца в силикатных расплавах. Металлургия цветных металлов. // Сб. трудов «Гинцветмет». М.: Металлургия. 1959. №15. С.138-163

59. Кукоев В.А. Резник И.Д. Козлова Е.В. Исследование отвальных шлаков комибината «Южуралникель» микрорентгеноспектральным методом. // Цветные металлы. 1975. №10. С. 13-16

60. Старых В.Б. Рудашевский Н.С. Определение доли механических потерь никеля и кобальта со шлаками металлургического производства. // Цветные металлы. 1978. №8. С. 7-10.

61. Старых В.Б. Рябко А.Г. и др. О характере потерь никеля, кобальта и меди со шлаками при рудной плавке медно-никелевого сырья НГМК. // Цветные металлы. 1978. №9. С. 24-27.

62. Старых В.Б. Цемехман Д.И. Русаков М.Р. и др. О возможности выпадения из силикатных растворов сульфидных корольков в процессе затвердевания шлакового расплава. // Изв. ВУЗов, Цветная металлургия. 1979. №2. С. 27-31

63. Резник И.Д. Совершенствования шахтной плавки окисленных никелевых руд. М.: Металлургия, 1983. С. 198

64. Рябко А.Г. Альтерман JI.C. Старых В.Б. Формы потерь цветных металлов с отвальными шлаками электропечей обеднения.// Цветные металлы. 1983. №3. С. 18-20.

65. Григорьева В.М. Петрова Г.Д. Минералогия твердых шлаков никелевого производства. // Сб. трудов «Гипроникель» 1977. Вып. 3 (67). С 59-70

66. Emmanuel N. Zevgolis, Charalabos Zografidis, Theodora Perraki, Eamonn Devlin. Phase transformations of nickel ferous latentes during preheating and reduction with carbon monoxide. Publishedonline: 28.08.2009. Akademiai Kiado', Budapest, Hungary

67. Xuewei LV, Chenguang BAI, Shengping HE and Qingyun HUANG. Mineral Change of Philippine and Indonesia Nickel Lateritic Ore during

68. Sintering and Mineralogy of Their Sinter. School of Materials Science and Engineering, Chongqing' University, Chongqing, 400044 P.R. China.ISl.l International, Vol. 50 (2010), No. 3, pp. 380-385

69. Малевский-Малевич А.А. Разработка теоретических основ нового процесса плавки окисленных никелевых руд в печи Ванюкова: дисс. канд. тех. наук: -М.: 1989 210 с.

70. Хестанов Т.Х. Фазовые равновесия в сильфидных никельсодержащих системах и взаимодействие сульфидных расплавов со шлаками применительно к плавке в жидкой ванне.: Дисс. к.т.н. М. 1985.

71. Кошель Д.Я. Восстановление и сульфидирование никеля в расплаве окисленной никелевой руды применительно к условиям плавки Ванюкова: дисс. канд.тех. наук. -М.: 2005 111 с. Часть 2.4

72. Быстров С.В. Щелкунов В.В. Цой А.В. Сульфидирование окисленной никелевой руды парообразной серой // Цветные металлы. 2009 №6 С. 23-26