Разработка электротермической технологии производства ферроникеля из уральских серпентинитовых руд тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.02, кандидат наук Сергеева, Светлана Владимировна

• Сергеева, Светлана Владимировна
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Сергеева, Светлана Владимировна

ВВЕДЕНИЕ....................................................4

1 СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОКИСЛЕННЫХ НИКЕЛЕВЫХ РУД И

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ.............................9

1.1 Характеристика способов переработки руд................9

Е2 Твердофазное восстановление оксидов.....................18

1.3 Плавка окисленных никелевых руд на ферроникель........22

1.4 Обоснование направления исследования..................24

2 СТРУКТУРА И ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЕРПЕНТИНИТОВЫХ

ОКИСЛЕННЫХ НИКЕЛЕВЫХ РУД...................................27

2.1 Методики экспериментов................................29

2.2 Минерализация руд уральских месторождений.............31

2.3 Фазовые превращения при нагреве руд в инертной среде..46

2.4 Выводы................................................48

3 ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В РУДАХ ПРИ НАГРЕВЕ В

ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ....................................52

3.1 Методики экспериментов................................52

3.2 Термические свойства руд в среде СО...................55

3.3 Термообработка руд в смеси с углеродом................57

3.4 Восстановительный обжиг рудных брикетов...............61

3 .5 Магнитная сепарация продуктов восстановительного обжига руды.64

3.6 Плавка руды на ферроникель............................68

3.7 Выводы................................................70

4 ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ПЛАВКИ РУД НА

ФЕРРОНИКЕЛЬ И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ...................72

4.1 Обжиг руд и подготовка шихты к электроплавке..........72

4.2 Электроплавка прокаленных руд.........................75

4.3 Результаты плавки на ферроникель руд Серовского и Куликовского

месторождений.....................................................76

4.4 Обоснование технологической схемы.....................79

4.5 Показатели технологии.................................85

4.6 Выводы................................................96

3

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................99

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.......................101

Приложение А..........................................113

Приложение В..........................................115

Приложение С..........................................120

Приложение D..........................................124

4

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка электротермической технологии производства ферроникеля из уральских серпентинитовых руд»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. За более чем 80 летний период существования уральских заводов, месторождения окисленных никелевых руд, эксплуатация которых была предусмотрена проектной документацией, полностью отработаны. Источниками сырья для уральских никелевых заводов стали Серовское, Сахаринское и Буруктальское месторождения. Добыча руд ведется открытым способом. В связи с невозможностью применения к окисленным никелевым рудам известных методов обогащения, их в полном объеме направляют на металлургическую переработку. Руды имеют существенные отличия по количеству шлакообразующих компонентов, но близки по содержанию никеля (около 1%).

В настоящее время практически весь мировой объем ферроникеля производят способом электроплавки предварительно прокаленной руды [1 - 5]. Процесс не требует окускования шихты, применим для руд с различным содержанием тугоплавких шлакообразующих оксидов, позволяет получать рафинированный металл высокого качества. Выплавку ферроникеля ведут в круглых руднотермических электропечах переменного тока мощностью 20 - 100 MBA с графитизированными электродами при расходе электроэнергии 800 - 850 кВт-ч на тонну сухой руды и удельном проплаве 3,5 - 14 т/м^ сут [5, 6]. Высокое извлечение никеля и кобальта, а также выделение шлаков, пригодных для использования в качестве щебня, позволяет реализовать безотходную технологию. Однако, сравнительно невысокая удельная производительность, в сочетании с получением ферроникеля низкого качества, потребление большого количества электроэнергии, делают процесс малопригодным для уральских руд, отличающихся низким содержанием никеля. Кроме того, переработка никелевых руд с повышенным содержанием кобальта сопряжена с образованием металла, имеющего весьма ограниченное потребление.

Степень разработанности темы исследования. Среди пирометаллургических способов переработки окисленных никелевых руд

5

распространение получила электроплавка на ферроникель предварительно восстановленных руд, рентабельность которой определяется содержанием никеля в руде. Совершенствование технологии ведут в направлениях увеличения размеров электропечей, повышения потребляемой ими мощности и межремонтного срока, перехода на постоянный ток. Большое внимание уделяют усреднению руд, механическому обогащению за счет отсева бедных по никелю крупных классов руды. Современные представления о технологии переработки бедных никелевых руд предполагают использование пирометаллургических процессов, обеспечивающих выпуск ферроникеля требуемого качества, доработку шлаков до щебня, песка или добавки в производстве цемента, утилизацию тепла шлаков и газа для минимизации энергозатрат [7, 8].

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является развитие теоретических основ и обоснование технологической схемы производства ферроникеля (15 - 20% Ni) из бедных окисленных никелевых руд.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

- на основе изучения структуры и свойств окисленных никелевых руд оценить особенности фазовых превращений при их нагреве;

установить последовательность протекания физико-химических превращений в руде в восстановительных условиях (С, СО) и возможность «дробного» восстановления металлов, обеспечивающего повышение качества ферроникеля;

разработать практические рекомендации по совершенствованию технологии переработки окисленных никелевых руд на ферроникель используя стадию предварительного обжига;

- предложить технологическую схему переработки бедных окисленных никелевых руд на ферроникель требуемого качества, оценить ее применимость к сырью уральских месторождений.

6

Научная новизна работы:

на основании данных термического и высокотемпературного рентгенофазового анализов определены интервалы температур фазовых превращений серпентинитовых руд в инертной и восстановительной средах;

- уточнены формы нахождения никеля в рудах уральских месторождений, выявлена взаимосвязь состава силикатов магния с содержанием в них никеля;

выявлены особенности формирования металлической фазы при восстановительном обжиге серпентинитовых руд.

Теоретическая значимость работы заключается в разработке процессов обжига руд и их восстановительной плавки с частичным (дробным) восстановлением железа из его оксидов и получением ферроникеля требуемого качества, обосновании технологической схемы переработки серпентинитовой окисленной никелевой руды и режимов обжига и плавки огарка в печах постоянного тока.

Практическая значимость работы:

- обоснована перспективность пирометаллургической переработки бедных уральских окисленных никелевых руд;

- обоснованы режимные параметры, обеспечивающие глубокое восстановление никеля и железа;

- разработана технологическая схема переработки бедных окисленных никелевых руд Серовского и Куликовского месторождений в печи постоянного тока с получением богатого по никелю ферроникеля;

- предложен способ переработки серпентинитовых никелевых руд в электропечи постоянного тока.

Методология и методы исследования. В работе использованы современные методы химического (атомно-абсорбционный спектрометр Hitachi «Z-8000», рентгено-флуористцентный спектрометра Bruker AXS «S4 Explorer), рентгенофазового (дифрактометр XRD 7000С "Shimadzu), термогравиметрического (Netzsch STA 449 С) и микрорентгеноспектрального

7

(сканирующий электронный микроскоп Carl Zeiss EVO 40) анализов. Экспериментальное моделирование процессов проведено в нагревательных печах сопротивления и электродуговой печи постоянного тока, а опытнопромышленные испытания по выплавке ферроникеля из серпентинитовых руд выполнены в ДСП-ЗМ.

Основные положения, выносимые на защиту:

- особенности термических превращений и изменения форм нахождения металлов при нагреве серпентинитовых руд;

- модельные представления о химизме процессов при обжиге и восстановительной плавке руд на ферроникель;

технология производства ферроникеля требуемого качества из серпентинитовых никелевых руд Урала.

Достоверность полученных результатов базируется на использовании для экспериментов современного оборудования и установок входящих в центр коллективного пользования «Урал - М», использовании обновляемых баз данных (PDF) и общепринятых методических разработок, подтверждении теоретических и лабораторных данных укрупненными и опытно-промышленными испытаниями.

Личный вклад автора состоит в непосредственном участии в подготовке и проведении лабораторных экспериментов, обработке полученных результатов и их обсуждении, проведении промышленных испытаний, подготовке публикаций и технологического регламента для разработки рабочего проекта предприятия по производству ферроникеля из руд Куликовского месторождения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международных научно-практических конференциях: «Металлургия цветных металлов. Проблемы и перспективы» (Москва, 2009), «Современные металлургические материалы и технологии СММТ'2009» (С.-Петербург, 2009), «Diffusion in Solids and Liquids» (Paris, 2010), «Проблемы и перспективы горно-металлургической отрасли: теория и практика» (Караганда, 2013), «Исследования в области переработки и утилизации техногенных

8

образований и отходов» (Екатеринбург, 2009), «Современные технологии в области производства и обработки цветных металлов» (Москва, 2009), «Ломоносов - 2010» (Москва, 2010), «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (Екатеринбург, 2014), «Новое в познании процессов рудообразования» (Москва, 2014).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 20 научных работ, в том числе 6 статей в рецензируемых журналах по перечню ВАК РФ, 14 статей в других журналах и сборниках научных трудов.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 126 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 28 таблиц, 4 приложения, список использованных источников включает 117 наименований отечественных и зарубежных авторов.

9

1 СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОКИСЛЕННЫХ НИКЕЛЕВЫХ РУД И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ

Способы переработки окисленных никелевых руд можно разделить на гидро- и пирометаллургические (Рисунок 1.1). Окисленные никелевые руды перерабатывают, в основном, пирометаллургическими методами. При повышенных температурах проводят нагрев и плавку шихты с образованием двух конденсированных продуктов - металла (или штейна) и шлака. Вне зависимости от используемого метода, для перевода никеля в металл в состав шихты вводят восстановители, которыми служат углеродсодержащие материалы в виде кокса, угля, графита, природного газа. Наибольшее распространение получила технология плавки руд на ферроникель. Гидрометаллургические способы переработки окисленных никелевых руд имеют подчиненное значение.

1.1 Характеристика способов переработки руд

Для переработки оксидных никелевых руд в настоящее время применяют следующие пирометаллургические способы: шахтная восстановительно-сульфидирующая плавка на штейн (Россия), доменная плавка на никелистый чугун (Китай), электроплавка на ферроникель (Китай, Япония, Канада, Украина, Македония, Новая Каледония, Филиппины, Греция и др ), электроплавка на штейн (Индонезия). Окисленные никелевые руды имеют особенности, влияющие на выбор технологии, подготовку к плавке и последующую переработку полупродуктов:

- неоднородность химического и минерального составов как по содержанию ценных компонентов (никель, кобальт, железо), так и доле шлакообразующих оксидов (SiO2, MgO, CaO, AI2O3 и т.д );

- наличие в массе как мягких и богатых никелем серпентинитов и ревдинскита, так и твёрдых пород - гранитоидов, кварцитов, диоритов, амфиболов и других вмещающих пород, часто имеющих, большие размеры

10

Рисунок 1.1- Базовые технологии переработки окисленных никелевых руд

11

и меньшее содержание никеля (0,01 - 0,6%);

- большое содержание в руде гигроскопической (до 25 - 30% от массы руды) и гидратной (10-15%) воды;

низкое содержание никеля (0,7 - 2,5%) и невозможность обогащения.

Пирометаллургическая переработка окисленных никелевых руд по существу является плавкой на шлаки, вне зависимости от выбранного способа, так как их количество достигает 75 - 110% от массы загружаемого в металлургический агрегат сырья, в то время как масса фазы-коллектора (штейна, ферроникеля) составляет лишь 3 - 10%. Результаты переработки руд зависят как от металлургических свойств шлака - его температуры плавления, вязкости, основности, химического состава, так и характеристик металлургического агрегата - теплового к п д., конструкции, удельной мощности (кВт/м*), а также эффективного использования продуктов плавки.

Уральские заводы («Режникель», «Уфалейникель», «Южуралникель», последний в настоящее время остановлен) осуществляют переработку руд [24, 40, 41] по технологии шахтной плавки на штейн с последующим его конвертированием, обжигом файнштейна и плавкой оксида никеля на металл марки Н-3. Технология сопряжена с высоким расходом кокса и выбросами в атмосферу большого количества сернистого ангидрида. Несмотря на то, что шахтная печь представляет собой достаточно совершенный теплотехнический агрегат, сочетающий противоток горячих газов и шихты с высокой удельной производительностью, резервы ее использованы недостаточно полно. Плавку сырья, в отличие от доменных печей черной металлургии, ведут без подогрева дутья, тепло отходящих газов не используют. Лишь в 2013 г. на ОАО «Уфалейникель» и «Режникель» установлены рекуператоры на отходящие газы, позволившие подогревать дутье (воздух) подаваемое в шахтные печи до 300°С. Остаются актуальными проблемы утилизации тепла шлаков, пара с низкими энергетическими параметрами и охлаждающей воды.

Основную долю в себестоимости продукции уральских заводов составляют затраты на кокс, расход которого достигает 30% от массы руды. Частичная замена

12

кокса на более дешевые энергоносители [42] - уголь, горючие сланцы, нефтекокс, углебрикеты, позволяет снизить затраты на передел, но ведет к осложнениям связанным с изменением гранулометрического состава шихты в ходе ее термической обработки, пылевыносу, изменению состава газов и т.д.

Экологические проблемы используемой технологии в первую очередь связаны с образованием сернистых газов на переделах шахтной плавки, конвертирования штейна и обжига файнштейна. На каждую тонну произведенного никеля в атмосферу выбрасывают около 8 т сернистого ангидрида. Снижение расхода пирита и колчедана при шахтной плавке руд на штейн и повышение степени использования серы сульфидизатора возможно путем использования [43] подготовленных (окускованных) восстановительно-сульфидирующих комплексов, сернистых видов кокса и нефтекокса. Однако и в этом случае, обеспечивающем уменьшение выбросов SO2 в 1,5 - 2,0 раза, загрязнение воздуха в районе действия предприятий остается весьма существенным. Газы конвертеров и обжиговых печей могут быть использованы для производства серной кислоты, но сооружение очистных установок и сернокислотных цехов требует крупных капитальных вложений, окупаемость которых проблематична.

Процесс шахтной плавки руд на штейн [24, 44] имеет следующие положительные стороны: малая чувствительность к изменению состава руды, возможность переработки вторичного сырья, высокая удельная производительность, достигающая 30 - 42 т/м* сутки по сухой руде, высокий тепловой кпд., составляющий 60 - 70%. К недостаткам относятся:

необходимость качественной подготовки руды к плавке - оптимизация минералогического, химического и гранулометрического составов; получение прочных и обладающих высокими металлургическими свойствами конгломератов шихты (агломерата, брикетов, окатышей); высокие требования к составу шихты, в которой содержание MgO не должно превышать 20%, SiO2 - 45%, а Ғе20з должно находиться в пределах 15 - 25%; использование в качестве технологического топлива весьма дорогого и дефицитного доменного кокса; большое количество

13

экологически грязных отходов (шлак, пыль, отходящие газы), требующих решения вопросов по их утилизации и очистке; не совершенная система загрузки шахтных печей.

Переработку руд кричным процессом [27, 28] ранее осуществляли на заводах в Франкенштейне (Германия), Ларимне (Греция), Шкляры (Польша), Нана, Итаваки (Япония) и др. На Орско-Халиловском металлургическом комбинате работала опытно-промышленная установка, на которой проведены испытания по переработке руд ряда месторождений. К сожалению, работа кричных печей требовала достаточно точного регулирования состава шихты по шлакообразующим оксидам и сопровождалась образованием настылей, борьба с которыми весьма затруднительна. Перспективы использования кричного процесса определяются совершенствованием конструкции агрегата, разделением восстановительной и кричной зон, использованием высокоглиноземистых огнеупоров, автоматизации работы установок и т.д.

Разработана технология переработки окисленных никелевых руд в печи Ванюкова (ПВ) - барботажном агрегате широко применяемом для плавки сульфидных материалов [34, 35]. Неоднократно проводились испытания по плавке окисленных никелевых руд на штейн в печи Ванюкова на ОАО «Южуралникель» [36 - 38]. Испытания по плавке руд Буруктальского месторождения вели с подачей природного газа, проплав шихты во время испытаний достиг 40 т/м* в сутки, при обогащении дутья кислородом до 96%. В восстановительной зоне природный газ сжигали с избытком окислителя равным 0,7, при обогащении дутья кислородом до 60%. В таком режиме выделен штейн с 30% никеля и 0,15% кобальта. При этом расход энергоресурсов остался на уровне шахтной плавки, в связи с высокой температурой отходящих газов. Выбросы диоксида серы (SO2) при использовании газообразного сульфидизатора снижены на 20%, а для обычных сульфидизаторов (колчедана и гипса), они сохранились на прежнем уровне. Попытки выплавки ферроникеля из окисленных никелевых руд в ПВ на комбинате «Южуралникель» успехом не увенчались.

14

Плавка оксидных никелевых руд в барботажном агрегате с глубокой утилизацией тепла (БАГУТ) разработана в ГНЦ ОАО «Гинцветмет» [39]. Этот процесс опробован на пилотной установке. Рабочее пространство Б АГУ Та состояло из двух зон: барботажной (плавка и восстановление руды) и плазменной, где в дуговой печи постоянного тока производили доводку расплава (шлака) с извлечением из него железа. Барботажную зону можно отапливать практически любым топливом, для чего предусмотрена подача обогащенного кислородом дутья в фурмы агрегата. Процесс углетермического восстановления никеля, кобальта и железа из руды осуществлен в барботажной зоне до заданных их содержаний в ферроникеле. Использование такого способа восстановления позволяет интенсифицировать процесс в 2 - 3 раза [39]. Восстановление металлов из оксидного расплава чугуном позволяет согласованно вести процесс плавления и восстановления. Извлечение никеля в ферроникель выше, чем в штейн. Отходящие газы из плавильной зоны поступают в циклонный теплообменник. В этом агрегате осуществлена утилизация тепла отходящих газов, которое используют для нагрева шихты. Температура газов на выходе из теплообменника составляет 300 - 350°С. Кроме нагрева шихты, в теплообменнике возможно проведение и таких технологических действий, как восстановление железа, дожигание продуктов неполного сгорания топлива и др.

В настоящее время в никелевой отрасли работает 8 заводов, применяющих гидрометаллургические методы для извлечения никеля. В связи с ужесточением требований к снижению выбросов промышленных предприятий и степени загрязнения окружающей среды, а также необходимостью повышения производительности труда, снижения энергоёмкости производства, открываются широкие перспективы дальнейшего развития гидрометаллургических процессов. Применение жидкостной экстракции для переработки оксидных руд обеспечивают извлечение как никеля, так и кобальта в самостоятельные виды товарной продукции [14]. В гидрометаллургии никеля преимущественно используют сернокислотное [9, 10] и аммиачно-карбонатное [45], прорабатывают процессы солянокислотного [15, 16] выщелачивания руд.

15

Перед аммиачно-карбонатным выщелачиванием руду подвергают обжигу с восстановителем. Способность аммиачных растворов образовывать растворимые комплексные соединения никеля, невысокая их агрессивность и простота регенерации аммиака обеспечили распространение способа. Большинство примесей (железо, алюминий, марганец и другие) остаются в нерастворимом остатке. Устойчивость образуемых при выщелачивании комплексов (аммиакатов) обеспечена за счёт оптимизации температуры, концентраций аммиака и аммонийных солей. В связи с низкой растворимостью аммиакатов кобальта, уже при концентрации в растворе кобальта более 3 г/дм' из раствора выпадают желтые кристаллы [Co/NH^j^A);;, что существенно снижает извлечение кобальта в самостоятельный продукт. Считается нерациональным аммиачное выщелачивание руд с повышенным содержанием кобальта. В настоящее время по технологии аммиачного выщелачивания работают заводы Никаро, Пунта-Горда на Кубе, Сан-Пауло в Бразилии, Гринвейл в Австралии, завод в г. Сегед (Словакия), некоторые из них законсервированы.

В основу процесса автоклавного сернокислотного выщелачивания [9, 10] заложена реакция перекристаллизации гетита 2ҒеООН —> Ғе2<Эз + Н2О, которая с заметной скоростью (даже при температуре 270°С) протекает только при наличии свободной кислоты, что свидетельствует о её стадийности. Оксиды никеля, а также другие оксидные соединения металлов (кобальта, магния, алюминия и т.д.) взаимодействуют с серной кислотой. Для различных типов руд определены условия (температура, давление, расходы кислорода и серной кислоты), обеспечивающие высокое извлечение никеля и кобальта в раствор. При сернокислотном выщелачивании переход в раствор железа и алюминия сведён к минимуму путем проведения процесса при температуре выше 220°С. Переход в раствор магния не может быть существенно снижен без ухудшения показателей по извлечению никеля и кобальта. Именно поэтому сернокислотное выщелачивание эффективно для низкомагнезиальных и не используется для ультраосновных руд, содержащих более 5 - 6% MgO. Экономические расчёты [19, 20] показывают, что автоклавно-сернокислотная технология характеризуется

16

меньшими удельными капитальными вложениями и эксплуатационными затратами, чем пирометаллургические способы и процесс аммиачно-карбонатного выщелачивания. Основными недостатками данного вида выщелачивания являются: чувствительность к составу сырья, высокий расход кислоты, сложное оборудование, необходимость использования специально подготовленных площадок для хранения отвальных продуктов, сброс больших количеств промышленных стоков в естественные водоёмы и затраты на очистку промстоков.

В настоящее время на разрабатываемых участках Серовского месторождения, расположенного на восточном склоне Северного Урала (Свердловская обл ), значительная часть добываемой руды характеризуется повышенным содержанием оксида магния, что накладывает ряд ограничений на переработку данного сырья пиро- и гидрометаллургическим способами [46]. Высокое и не стабильное содержание шлакообразующих компонентов в поступающей на плавку руде, снижает эффективность процесса, особенно при низких содержаниях никеля [3]. Это требует поиска новых технологических решений переработки руд.

По мнению авторов [47, 48], методы механического обогащения для окисленных никелевых руд неэффективны, поскольку сложно сконцентрировать металл, практически не образующий отдельных зерен собственных минералов. Поэтому для переработки окисленных никелевых руд уральских месторождений рекомендована схема пирохимического обогащения [49] путем сегрегационного обжига с последующим концентрированием восстановленных металлов (Ni, Со) флотацией либо магнитной сепарацией огарка.

Предложено [50] использовать селективное дробление и измельчение учитывая одну из особенностей руд - локализацию никеля преимущественно в мягких магнезиальных силикатах и его низкое содержание в жильных и вмещающих породах. В пользу механического обогащения высокомагнезиальных руд свидетельствует практика флотации сульфидного никелевого сырья. Как известно [51], в ходе обогащения сульфидных руд цветных металлов

17

магнийсодержащие силикаты легко флотируют вместе с сульфидами, снижая качество концентратов. Нежелательный процесс подавляют введением депрессоров либо проводят предварительную флотацию с одним вспенивателем. Замечено, что безжелезистые окисленные минералы флотируют значительно лучше.

Решение задач снижения энергозатрат и использования дешевых видов энергоносителей, возможно проведением стадии пирометаллургического обогащения руд, путем их восстановительного обжига и магнитной сепарации огарка с последующей плавкой обогащенного продукта на ферроникель [16].

Если в 2009 г. производство никеля в ферроникеле составляло 23% от его суммарного мирового выпуска [52] и 67,5% от объема переработки оксидных никелевых руд, то в настоящее время, за счет развития предприятий Китая - 40 и 80%, соответственно. Следует отметить, что плавка на ферроникель требует высокого расхода восстановителя и электроэнергии и не обеспечивает извлечения кобальта в самостоятельный продукт. Поэтому для переработки оксидных никелевых руд ряда месторождений перспективны гидрометаллургические и смешанные пиро-гидрометаллургические процессы, обеспечивающие извлечение не только никеля, но и других ценных компонентов сырья, таких как кобальт, железо и оксид магния.

В пирометаллургических технологиях необходим нагрев всей массы руды до температур плавления, что сопряжено с единовременными высокими энергетическими затратами. Однако и в гидрометаллургических технологиях необходим нагрев, хотя и до меньших температур, и не только руды, но и растворов (Ж:Т = 4:1), что практически выравнивает затраты на технологические процессы. Так расчеты экономической эффективности пиро- и гидрометаллургических процессов, выполненные институтом Гипроникель в сопоставимых условиях указали [53] на незначительные отклонения - 5-10% затрат на рассматриваемые технологии. Большую значимость на достигаемый эффект имеют местные условия, связанные со стоимостью энергоносителей,

18

рабочей силы, инфраструктуры, а также оплатой железнодорожных тарифов, штрафов за загрязнение окружающей среды и т.д.

Помимо того, важным фактором перспективности технологии является качество получаемой продукции. Согласно литературным данным [54 - 56], товарной продукцией большинства никелевых заводов является ферроникель, содержащий не менее 15% Ni. На международном рынке состав ферроникеля должен соответствовать стандарту ISO 6501:1988. Стандарт предусматривает 5 марок ферросплава с 20, 30, 40, 50 и 70% никеля с разбивкой на 5 групп (Таблица 1.1). Если использовать известные пирометаллургические технологии для переработки бедных уральских окисленных никелевых руд, то возможность достижения представленных составов весьма проблематична.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сергеева, Светлана Владимировна, 2017 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Пименов Л И. Переработка окисленных никелевых руд / Л И. Пименов, В.И. Михайлов. - М.: Металлургия, 1972. - 336 с.

2. Резник И.Д. Никель / И.Д. Резник, Г.Л. Ермаков, ЯМ. Шнеерсон. - М.: Наука и технологии, 2004. - т. 1. - 384 с.; 2004. - т. 2. - 468 с.; 2003. т. 3. - 608 с.

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

4. Диомидовский Д.А. Металлургия ферроникеля / Д.А. Диомидовский, Б.П. Онищин, В.Д. Линев. - М.: Металлургия, 1983. - 184 с.

5. Селиванов Е.Н. Состояние и перспективы пирометаллургической переработки оксидных никелевых руд Серовского месторождения / Е.Н. Селиванов, С.В. Лазарева // Цветная металлургия. - 2009. - № 4. - С. 13-19.

6. Ishii К. Development of ferro-nickel smelting from laterite in Japan / K. Ishii // Int. Journal of Mineral Processing. - 1987. - № 19. - P. 15 - 24.

7. Developments in furnace technology for ferronickel production / N. Voermann, T. Gerritsen, I. Candy, F. Stober and A. Matyas // Proceedings of the 10th Int. Ferroalloys Congress. - Cape Town. - 2004. - P. 455-465.

8. Future of rotary kiln - electric furnace (RKEF) processing of nickel laterites / C. Walker, S. Kashani-Nej ad, A.D. Dalvi, N. Voermann, I.M. Candy and B. Wasmund // Proceedings of the European Metallurgical Congress. - Clausthal-Zellerfeld. - 2009. - P. 943-974.

9. Грейвер Т.Н. Переработка пирротинового концентрата методом безавтоклавного сернокислотного выщелачивания / Т.Н. Грейвер, И Г. Зайцева, Ю.В. Андреев // Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук. - 1985. - Вып. 4. - С. 10 - 14.

10. Исследование физико-химических закономерностей атмосферного сернокислотного выщелачивания медно-никелевых концентратов обогащения вкрапленных руд / В Т. Дьяченко, В.А. Брюквин, Т.Н. Винецкая, Т А. Макаренкова, А.Г. Китай, А.О. Больших // Металлы. - 2012. - № 4. - С. 11-15.

11. Пат. 2381285 Российская Федерация, МПК С22 В23/00, С22 В1/02, С22 ВЗ/04, С22 ВЗ/20. Способ переработки окисленных никелевых руд / Андреев

102

A.A., Дьяченко АН., Крайденко Р.И.; заявитель и патентообладатель ООО "Фторидные технологии" (RU). - № 200812679/02; заявл. 30.06.2008; опубл. 10.02.2010,Бюл. №4.-4 с.

12. Чувашов П.Ю. Поисковые исследования перколяционного выщелачивания окисленных никелевых руд Серовского месторождения / П.Ю. Чувашов, Б.Д. Халезов, Н.А. Ватолин // ГИАБ. - 2011. - № 12. - С. 183 - 190.

13. Аленичев В.М. Разработка технологии кучного выщелачивания окисленных никелевых руд Уральских месторождений / В.М. Аленичев, А.Б. Уманский, А.М. Клюшников // Изв. Томского политех, ун-та. - 2013. - Т. 322. - № 3.- С. 124- 128.

14. Аленичев В.М. Физико-химические особенности процесса кучного выщелачивания окисленных никелевых руд Урала с использованием растворов серной кислоты/ В.М. Аленичев, А.Б. Уманский, А.М. Клюшников // Вестник ВГУ, серия: химия, биология, фармация. - 2013. - № 2. - С. 9 - 14.

15. Пат. 2241670 Российская Федерация, МПК C01F5/30, С25СЗ/04, С01В7/01, С01ВЗЗ/14. Способ переработки серпентинита / Щелконогов А.А., Муклиев В.И., Гулякин А.И., Козлов Ю.А., Кочелаев В.А., Каримов И.А., Фрейдлина Р.Г.; заявитель и патентообладатель ОАО "Российский научно-исследовательский и проектный институт титана и магния" (RU), ОАО "Ураласбест" (RU). - № 2003122950/15; заявл. 21.07.2003; опубл. 10.12.2004, Бюл. №34.-7 с.

16. Пат. 2450969 Российская Федерация, МПК С01ВЗЗ/107. Способ производства тетрахлорсилана / Щелконогов А.А., Щелконогов М.А., Мальцев Н А., Мальцев А Н.; заявитель и патентообладатель ОАО "Русский магний" (RU). - № 2010145050/05; заявл. 08.11.2010; опубл. 20.05.2012, Бюл. №14.-6 с.

17. Udoeva L. Hydrometallurgical processing of high-magnesium oxidized nickel ores / L. Udoeva, V. Chumarev, E. Selivanov // Proceeding of V Europ. Inter, metallurgical conference (EMC-2009) Global growth of nonferrous metal production. -Innsbruck, Austria, 2009. - V. 1. - P. 385 - 394.

103

18. Шнеерсон Я.М. Тенденции развития автоклавной гидрометаллургии цветных металлов / Я.М. Шнеерсон, С.С. Набойченко // Цветные металлы. - 2011. -№3.-С. 15-20.

19. Автоклавное выщелачивание Буруктальской окисленной никелевой руды с использованием элементной серы / Н.В. Серова, МП. Лысых, ТВ. Олюнина, А.Г. Китай, В.Т. Дьяченко // Цветные металлы. - 2012. - № 8. - С. 57 -61.

20. Использование элементной серы в качестве реагента при автоклавном выщелачивании окисленных никелевых руд / Р.А. Малинский, Н.В. Серова, МП. Лысых, Т.В. Олюнина//Цветные металлы. -2008. - № 11.-С. 68-71.

21. Онищин Б.П. Электроплавка окисленных никелевых руд на

ферроникель / Б.П. Онищин, Б.Ф. Вернер, В.Г. Вычеров. - М.:

Цветметинформация, 1966. - 120 с.

22. Ковган П.А. Новые рубежи цветной металлургии / П.А. Ковган // Сб. науч. тр. Гинцветмета. - 2002. - С. 78 - 84.

23. Перспективы производства никеля из окисленных никелевых руд Урала / Селиванов Е.Н., Книсс В.А., Резник И.Д. и др. // Матер, конф. Научные основы и практика разведки и переработки руд и техногенного сырья. -Екатеринбург: АМБ, 2003. - С. 177 - 184.

24. Резник И.Д. Совершенствование шахтной плавки окисленных никелевых руд / И.Д. Резник. - М.: Металлургия, 1983. - 190 с.

25. Сегрегационный обжиг окисленных никелевых руд в лабораторном и укрупненно-лабораторном масштабе / И.Д. Резник, А.А. Шамин, Т А. Харлакова, Н.Е. Картамышев // Цветные металлы. - 2005. - № 7. - С. 46 - 54.

26. Селиванов Е.Н. Особенности восстановления высокомагнезиальной никелевой руды Серовского месторождения / Е.Н. Селиванов, С.В. Сергеева, Л.Ю. Удоева // Изв. вузов. Цветная металлургия. - 2010. - № 6. - С. 3 - 7.

27. Тавастшерна С.С. Исследование кричного способа переработки окисленных никелевых руд / С.С. Тавастшерна, Е В. Доброхотова // Тр. ин-та Гипроникель. - 1985. - вып. 3. - С. 38 - 61.

104

28. Тавастшерна С.С. Кричный способ переработки окисленных никелевых руд / С.С. Тавастшерна, З.Н. Петрова // Тр. ин-та Гипроникель. - 1958. - вып.З. - С. 187 - 195.

29. Yucel О. Investigation of pyrometallurgical nickel pig iron (NPI) production process from lateritic ores / O. Yucel, A. Turan, H. Yildirim / 3rd International Symposium on High-Temperature Metallurgical Processing, TMS (The Minerals, Metals & Materials Society). - 2012. - P. 17-23.

30. Заякин О.В. Разработка рационального состава и технологии производства никельсодержащих ферросплавов из бедных окисленных никелевых руд: дис. ... канд. техн, наук: 05.16.02 / Заякин Олег Вадимович. - Екатеринбург, 2002.- 157 с.

31. Проблемы получения ферроникеля из окисленных никелевых руд. Круглый стол // Цветные металлы. - 1992. - № 6. -С. 7 - 8.

32. Разработка технологии переработки бедных окисленных никелевых руд / В.И. Жучков, О.В. Заякин, Ю.Б. Мальцев, В.В. Ярин // Сб. научн. тр.: Новые технологии и материалы в металлургии. Екатеринбург. - 2001. - С. 186 - 192.

33. Пат. 2119546 Российская Федерация, МПК С22СЗЗ/04. Способ получения ферросплава / Жучков В.И., Ватолин Н А., Мальцев Ю.Б., Леонтьев ЛИ., Островский Я.И., Шариков В.М., Попов С.К.; заявитель и патентообладатель Институт металлургии УрО РАН (RU). - № 96117445/02; заявл. 27.08.1996; опубл. 27.09.1998, Бюл. № 27. - 3 с.

34. Плавка окисленной никелевой руды в печи Ванюкова на штейн / В.И. Быстров, В.Н. Бруэк, О.В. Пичугин, В.Ю. Лозицкий // Цветные металлы. - 2009. -№ 10.-С. 19-21.

35. Ковган И. А. Перспективные технологии переработки бедных окисленных никелевых руд / П.А. Ковган, М.Г. Абуов, А.И. Едильбаев // Цветные металлы. - 2008. - № 2. - С. 43 - 45.

36. Быстров В.П. Плавка окисленной никелевой руды в печи Ванюкова на штейн / В.П. Быстров, В.Н. Бруэк, О.В. Пичугин, В.Ю. Лозицкий // Цветные металлы. - 2009. - № 10. - С. 19-21.

105

37. Освоение процесса Ванюкова для переработки окисленных никелевых руд на Южно-Уральском никелевом комбинате / А Н. Федоров, А.А. Комков, В.Н. Бруэк и др. // Цветные металлы. - 2007. - № 12. - С. 33 -37.

38. Новые подходы к повышению эффективности переработки окисленных никелевых руд / А.П. Щетинин, В.П. Быстров, З.Г. Салихов, Ю.И. Головлев // Цветные металлы. - 2003. - № 11. - С. 42 - 43.

39. Ковган П.А. Новые рубежи цветной металлургии / П.А. Ковган // Сб. науч. тр. Гинцветмета. - 2002. - С. 78 - 84.

40. Красильников Л.К. Геологические особенности месторождений, вещественный состав руд и основные методы использования никелевых руд СССР / Л.К. Красильников // Труды ин-та Гипроникель. - 1969. - Вып. 39 - 40. -270 с.

41. Усевич М.М. Исследование в области технологии производства никеля и кобальта / М.М. Усевич, Е.И. Ежов, Н.Я. Войханская // Труды института Гипроникель. - 1986. - С. 15 - 28.

42. Бигеев В.А. Выбор и определение расхода восстановителя при получении ферроникеля частичным восстановлением металлургических шлаков ОАО «Уфалейникель» / В.А. Бигеев, М.В. Потапова, Я.С. Гаряева // Наука и производство Урала. - 2012. -№ 8. - С. 40 - 43.

43. Селиванов Е.Н. Разработка физико-химических основ и способов переработки медного, никелевого сырья на богатые штейны и высокоосновные шлаки: дис. ... д-ра тех. наук: 05.16.02 / Селиванов Евгений Николаевич. -Екатеринбург, 2000. - 362 с.

44. Смирнов В.Н. Шахтная плавка в металлургии цветных металлов / В.Н. Смирнов. - Свердловск: Металлургиздат, 1955. - 520 с.

45. Медведев АС. Утилизация отвалов никелевых предприятий, перерабатывающих окисленные руды по аммиачно-карбонатной технологии / А.С. Медведев, О.В. Санникова // Металлург. - 2012. - № 7. - С. 72 - 77.

106

46. Распределение никеля по фазовым составляющим окисленной никелевой руды Серовского месторождения / Е.Н. Селиванов, С.В. Сергеева, Л.Ю. Удоева, А.А. Панкратов // Обогащение руд. - 2011. - № 5. - С. 46 - 50.

47. Цейдлер А.А. Металлургия меди и никеля / А.А. Цейдлер. - М.: Металлургиздат, 1958.-392 с.

48. Вершинин АС. Технологическая минералогия гипергенных никелевых руд / А С. Вершинин, И В. Витковская, И И. Эдельштейн, Г.Д. Вареня. - Л.: Наука, 1988. - 274 с.

49. Резник И.Д. Основные направления развития технологии переработки окисленных никелевых руд / И.Д. Резник, Г.Л. Ермаков, А.В. Тарасов // Цветные металлы. - 2003. - №3. - С.22 - 27.

50. Мащенко В.Н. Подготовка окисленных никелевых руд к плавке / В.Н. Мащенко, В.А. Книсс, В.А. Кобелев и др. - Екатеринбург: УрО РАН, 2005. - 324 с.

51. Митрофанов С.И. Селективная флотация / С.И. Митрофанов. - М.: Недра, 1967. - 584 с.

52. Разработка технологии комплексной переработки никелевой руды с использованием фторирующих агентов / Дуйсебаев Б.О., Полиновский К.Д., Копбаева М.П., Панова Е.Н., Сарсенбаева А.С.// ГИАБ. - 2011. - № 7. - С. 144 -149.

53. Малык Н.П. Окисленные никелевые руды / Н.П. Малык // Сб. науч. тр. Гипроникель. - 1962. Вып. 13. - С. 19 - 23.

54. Власенко В.Е. О критериях при выборе сортамента ферросплавов / В.Е. Власенко, В.Ф. Фролов // Тез. докл. Всесоюзного совещания Института металлургии АН СССРМ. - 1975. - С. 79 - 81.

55. Жучков В.Н. Физико-химические основы, разработка и внедрение технологии комплексных ферросплавов для внепечной обработки стали: дис. ... д-ра техн, наук: 05.16.02 / Жучков Владимир Иванович. - Свердловск, 1984. - 426 с.

56. Новиков Н.В. Современные реалии и перспективные направления совершенствования технологии производства ферроникеля / Н.В. Новиков, К.Д.

107

Соколов // Материалы VII международной конференции Стратегия качества в промышленности и образовании. - Варна, 2011. - т. 2. - С. 199 - 202.

57. Байков А.А. Восстановление окислов твердым углеродом / А.А. Байков, А С. Тумарев // Известия АН СССР. ОТН, - 1967. - № 1. - С. 25-45.

58. Состояние, перспективы развития и технико-экономические показатели работы зарубежных никель-кобальтовых заводов / М Л. Вайзагер, И.П. Вербловский, Т.Н. Мешкова, Э.А. Королев, и др. - М.: ЦНИИЭИцветмет, 1988. -70 с.

59. Шейн Я П. Цветная металлургия Греции (справка) / Я П. Шейн, З А. Литвиененко. - М.: ЦИИНЭИцветмет, 1981. - 23 с.

60. Серебряный Я. Л. Электроплавка медно-никелевых руд и

концентратов / Я.Л. Серебряный. - М.: Металлургия, 1965. - 280 с.

61. Пахомов Р.А. Предварительное восстановление окисленных никелевых руд / Р.А. Пахомов, Р.В. Старых // Металлы. - 2014. - № 6. - С. 3 - 11.

62. Kotze I.J. Pilot plant production of ferronickel from nickel oxide ores and dusts in a DC arc furnace / I.J. Kotze // Minerals Engineering. - 2002. - V. 15, - № 11. P. 1017- 1022.

63. Reynolds Q.G. Semi-empirical modelling of the electrical behaviour of DC-arc smelting furnaces / Q.G. Reynolds, R.T. Jones // The Journal of The South African Institute of Mining and Metallurgy. - 2004. - № 6. - P. 1 - 7.

64. Справочник теплоэнергетика предприятий цветной металлургии. Справ, изд. / Под ред. О Н. Багрова и З.Л. Берлина. - М.: Металлургия, 1982. - 456 с.

65. Леонтьев Л И. Пирометаллургическая переработка комплексных руд / Л И. Леонтьев, Н А. Ватолин, С.В. Шаврин, Н С. Шумаков. - М.: Металлургия, 1997.-432 с.

66. Никитин К.К. Никеленосные коры выветривания ультрабазитов и методы их изучения / К.К. Никитин, А.А. Глазковский. - М.: Недра, 1970. - 216 с.

67. Бетехтин А.Г. Курс минералогии: учебное пособие / А.Г. Бетехтин. -М.: КДУ, 2007.-721 с.

108

68. Бугельский Ю.Ю. Экзогенные рудообразующие системы кор выветривания / Ю.Ю. Бугельский, И В. Битовская, А.П. Никитина. - М.: Наука, 1990.-244 с.

69. Булах А.Г. Общая минералогия / А.Г. Булах, В.Г. Кривовичев, А.А. Золотарев. - М.: Академия, 2008. - 416 с.

70. Варлаков АС. Петрография, петрохимия и геохимия гипербазитов Оренбургского Урала / А С. Варлаков. - М.: Наука, 1978. - 239 с.

71. Вершинин АС. Геология, поиски и разведка гипергенных месторождений никеля / А С. Вершинин. - М.: Недра, 1993. - 302 с.

72. Вершинин АС. Никелевый пояс Урала / АС. Вершинин // Изв. ВУЗов. Горный журнал. - 1996. - № 8 - 9. - с. 15-16.

73. Вершинин АС. Рудные субформации никеленосной коры выветривания гипербазитов / А С. Вершинин // Советская геология. - 1984. - № 9. - С. 18 -28.

74. Геологический словарь: в 2-х томах / Под ред. К.Н. Паффенгольца. -М.: Недра, 1978.486 с.

75. Геология и полезные ископаемые России: в 6 т. Т. 1. Запад России и Урал. Кн. 1. Запад России / Ред. Б.В. Петров, В.Л. Кириков. - СПб.: ВСЕГЕИ,

2006. - 528 с.

76. Гинзбург И И. Термины и понятия, относящиеся к коре выветривания. Обзор геологических понятий и терминов в применении к металлогении/ И И. Гинзбург, К.К. Никитин. -М.: АН СССР, 1963. - С. 151 - 158.

77. Теоретические основы процессов производства углеродистого феррохрома из уральских руд / В.П. Чернобровин, ИЮ. Пашкеев, Г.Г. Михайлов, и др. - Челябинск: ЮУрГУ, 2004. - 346 с.

78. Термические свойства высокомагнезиальной никелевой руды Серовского месторождения / С.В. Лазарева, Е.Н. Селиванов, ЛЮ. Удоева, Р.И. Гуляева // Тр. междунар. конф. Современные металлические материалы и технологии. - С.-Петербург, 2009. - С. 177 - 182.

109

79. Powder Diffraction File (PDF), produced by the International Centre for Diffraction Data, Newtown Square, PA: PC-PDF № 13-558, 18-799, 25-645, 21-543, 20-791, 00-022-0711, 00-018-0779, 00-002-0094, 00-021-0963, 00-020-0791, 00-019-0749, 00-039-0348, 01-074-7807.

80. Сергеева С.В. Формы нахождения никеля в магнезиальной руде Серовского месторождения / С.В. Сергеева, Е.Н. Селиванов, А.А. Панкратов / Совещание персонала и пользователей ЦКП «Урал-М». - Екатеринбург, 2010. - С. 104- 108.

81. Михайлов Б.М. Проблемы Fe-Co-Ni месторождения Буруктал, Южный Урал / Б.М. Михайлов, Л.А. Иванов // Прикладная металлогения и недропользование. -2003. - №1.-С.5-12.

82. Никитин К.К. Древняя кора выветривания Буруктальского массива ультраосновных пород / К.К. Никитин // Тр. ИГЕМАН СССР. - 1962. - Вып. 69. -191 с.

83. Битовская И В. К вопросу о природе керолита. Кора выветривания / И В. Битовская, С И. Берхин. -М.: Наука, 1968. - Вып. 11. - С. 134 - 160.

84. Лазаренко Е.К. Курс минералогии / Е.К. Лазаренко. - М.: Высшая школа, 1971. - 607 с.

85. Поваренных А С. Кристаллохимическая классификация минеральных видов / А С. Поваренных. - Киев: Наукова думка, 1966. - 547 с.

86. Structure and thermal transformations of hydrated magnesium silicates / E.N. Selivanov, S.V. Lazareva, L.Y. Udoeva, R.I. Gulyaeva // Defect and diffusion forum. - 2011. - Vol. 312 - 315. - P. 708 - 712.

87. Термический анализ минералов и горных пород / В.П. Иванова, Б.К. Касатов, Т.Н. Красавина, и др - Л.: Недра, 1974. - 399 с.

88. Фазовый состав и термические свойства окисленной никелевой руды Буруктальского месторождения / Р.И. Гуляева, С.В. Сергеева, Е.Н. Селиванов, А.Д. Вершинин, и др. // Совещание персонала и пользователей ЦКП "Рациональное природопользование и передовые технологии материалов" ("Урал-М"). - Екатеринбург, 2012. - С. 34 - 37.

110

89. Хорошавин Л.Б. Форстерит 2MgO-SiO2 / Л.Б. Хорошавин. - М.: Теплотехник, 2004. - 368 с.

90. Effect of mineralogy and reducing agent on reduction of saprolitic nickel ores / Bunjaku A., Kekkonen M., Pietila K. and Taskinen P. // Min. Process. Extract. Metall. (Trans. Inst. Min. Metall. C). - 2012. - Vol. 121(3). - P. 156 - 165.

91. Pietila G.K. Reduction of nickel saprolite ore in CO/CO2 - atmosphere. M. Sc thesis, in Finnish, Aalto University, School of Chemical Technology, Finland. 2011. -P.121-128.

92. Phase transformations of nickeliferous laterites during preheating and reduction with carbon monoxide / E.N. Zevgolis, C. Zografidis, T. Perraki, E. Devlin // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. -2010.-Vol. 100 (1). - P. 133-139.

93. Terekhov D.S. Direct extraction of nickel and iron from laterite ores using the carbonyl process / Dmitri S. Terekhov, Nanthakumar Victor Emmanuel // Minerals Engineering. - 2013. - V. 54. - P. 124 - 130.

94. Microwave reduction of a nickeliferous laterite ore / Samouhos Michail, Maria Taxiarchou, Ron Hutcheon, Eamonn Devlin // Minerals Engineering. - 2012. -Vol. 34.-P. 19-29.

95. Есин О.А. Физическая химия пирометаллургических процессов / О.А. Есин, П.В. Гельд. -М.: Металлургиздат, 1962, ч.1. - 671 с.

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

97. Щитов А.Е. Твердофазное восстановление высококремнистой никелевой руды с выделением металлизованного продукта / А.Е. Щитов, М.Д. Галимов, А.И. Окунев // Диффузия, сорбция и фазовые превращения в процессах восстановления металлов, 1981. - С. 179 - 182.

98. Во Li. The reduction of nickel from low-grade nickel laterite ore using a solid-state deoxidisation method / Bo Li, Hua Wang, Yonggang Wei // - Minerals Engineering. - 2011. - V. 24. - P. 1556 - 1562.

Ill

99. Upgrading low nickel content laterite ores using selective reduction followed by magnetic separation / D.Q. Zhu, Y. Cui, K. Vining, S. Hapugoda, J. Douglas, J. Pan, G.L. Zheng // Int. Journal of Mineral Processing. - 2012. - V. 106 -109.-P. 1-7.

100. Вейзагер М.Л. Пирометаллургическая переработка окисленных никелевых руд / МЛ. Вейзагер, Б.П. Онищин, Л.Ш. Цемехман // Электрметаллургия. - 2005. - № 2. - С. 6 - 13.

101. Пахомов Р.А. Предварительное восстановление окисленных никелевых руд / Р.А. Пахомов , Р.В. Старых // Металлы. - 2014. - № 6. С. 3 - 11.

102. Селиванов Е.Н. Особенности восстановления высокомагнезиальной никелевой руды Серовского месторождения / Е.Н. Селиванов, С.В. Сергеева, Л.Ю. Удоева // Изв. вузов. Цветная металлургия. - 2010. - № 6. - С. 3 - 7.

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

104. Старых В.Б. О характере потерь никеля, кобальта и меди со шлаками при рудной плавке медно-никелевого сырья НГМК / В.Б. Старых, А.Г. Рябко, Ю.А. Карасев // Цветные металлы. -197 8.-№9.-С. 24-27.

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

106. Пинин Л.Н. Производство ферроникеля из вторичных никельсодержащих отходов / Л.Н. Пинин. - М.: ЦНИИЦЭИцветмет. Сер. Производство тяжелых цветных металлов, 1983. - вып. 2. - 36 с.

107. Lagendijk Н. Production of ferronickel from nickel laterites in a DC-arc furnace / H. Lagendijk, R.T. Jones. - Nickel - Cobalt 97. - 36th Annual Conference of Metallurgists, Sudbury, Canada. - August, 1997.

108. Reinecke I.J. A twin-cathode DC arc smelting test at Mintek to demonstrate the feasibility of smelting FeNi from calcine prepared from siliceous laterite ores from

112

Kazakhstan for Oriel Resources PLC / I.J. Reinecke, H. Lagendijk. - INFACON XI. -

2007.-P.781 -797.

109. Jones R.N. DC arc photography and modeling / R.N. Jones, Q.G. Reynolds and M.J. Alport // Minerals Engineering. - 2002. V. 15. - №. 111. - P. 985 - 991.

110. Reynolds Q.G., Jones R.N and Reddy B.D. Mathematical and computational modelling of the dynamic behaviour of direct current plasma arcs / Q.G. Reynolds, R.N. Jones, B.D. Reddy. - The Twelfth International Ferroalloys Congress, Sustainable Future, Helsinki. - 2010. - P.789 - 802.

111. Паспорт Куликовской группы месторождений силикатных кобальтникелевых руд. ЗАО «Русская медная компания». - Екатеринбург, 2010. 11 с.

112. Расчет нагревательных и термических печей. Справ, изд. / Под ред.

В.М. Тымчака и В.А. Гусевского. 4.1 и 2. - М.: Металлургия, 1983. - 1025 с.

113. Проектирование и эксплуатация оборудования фабрик окомкования. Справ, изд. / В.И. Бессараб. - М.: Металлургия,1986. - 152 с.

114. Вегман Е.Ф. Краткий справочник доменщика / Е.Ф. Вегман - М.: Металлургия, 1981. - 240 с.

115. Справочник по расчетам равновесий металлургических реакций / А Н. Крестовников, Л.П. Владимиров, Б.С. Гуляницкий, А.Я. Фишер. - М.: Металлургия, 1963. - 416 с.

116. Пылеулавливание в металлургии. Справ, изд. / В.М. Алешина, А.Ю. Вальдберг, Г.М. Гордон, А.А. Гурвиц, Л.С. Левин, А.А. Меттус. - М.: Металлургия, 1984.-336с.

117. Кормилицин СП. Рафинирование и обогащение ферроникеля / СП. Кормилицин, Л.Ш. Цемехман, С.Г. Афанасьев. - М.: Металлургия, 1976. 240 с.

из

Приложение А

Матрица данных, связывающих отношение Mg/Si в тальке с содержанием в нем

железа, алюминия и никеля (МРСА)

Тальк (Mg/Si=0.64) Содержание, масс.%

А1 Fe Ni

0.701 0.4 1.42 0.13

0.713 0.1 0.45 0.03

0.643 0.35 0.91 11.49

0.596 1.72 5.98 0.4

0.765 6.17 5.75 0.04

0.666 0.38 1.85 0.16

0.647 6.47 6.55 0.25

0.692 0.12 0.76 0.04

0.661 1.85 0.76 0.07

0.827 0.32 0.33 0.05

0.826 0.3 1.98 0.65

0.691 1.5 0.69 0.02

0.964 5.18 2.96 1.14

0.96 1.45 0.97 0.36

114

Продолжение приложения А

Матрица данных, связывающих отношение Mg/Si в серпентинах с

содержанием в нем железа, алюминия и никеля (МРСА)

Серпентин (Mg/Si=1.29) Содержание, масс.%

А1 Fe Ni

1.158 0.56 1.35 126

1.093 3.23 0.33 2.05

0.964 5.18 2 96 114

1.2480 0.41 139 0.92

1.234 0.41 1.07 0.87

1.128 3.09 0.97 1.15

1.314 0.11 168 0.16

1.167 2.51 0.3 1.45

1.278 1.58 199 8 18

1.391 1.3 0.4 3.97

1.354 0.73 0.79 1.74

1.441 0.06 1.28 0.88

126 0.51 1.57 1.54

1.78 6.44 0.71 0.08

1.096 1.04 2.56 1.45

1.274 0.48 126 0.52

1.047 1.18 1.47 0.79

1.096 0.6 1.23 2.57

1.339 1.22 2.09 4 89

1.283 1.37 1.08 8.11

1.3 1.21 1.06 6.93

1.1 4.1 0.86 6 58

111 3.94 0.86 7.04

1.07 4.56 0.93 3.67

0.964 6.47 7.67 ЗЛО

1.096 1.31 6 64 7.66

114 4.11 1.51 4.0

116 3.71 0.94 3 96

1.13 3.89 0.96 4.05

115

Приложение В

УТВЕРЖДА1О

Гл ав н

ЗАО «Режим

- ^с.г.к

W s ' .

.......

У*,'х " ' *"

чем

г.

ТЕХНИЧЕСКИЙ АКТ

результатов электроплавки на ферроникель прокалённых оксидных никелевых руд Куликовского и Серовского месторождений

1. Основание для проведения работы.

Работа выполнена в соответствии с договором № 5 - УМ/11 от 04.04.2011 г. между ИМЕТ УрО РАН и ЗАО «ПО «Режникель». Работа проведена в электротермическом цехе ЗАО «ПО «Режникель» в период с 07.05.2011 г. по 27.05.2011 г

2. Цель и задачи работы.

Основной целью работы было проведение промышленных испытаний плавки прокалённой оксидной никелевой руды Куликовского месторождения в печи ДСП - ЗМ. Задачи испытаний: подтвердить возможность плавки руд на ферроникель; показать возможность бесфлюсовой плавки руды Куликовского месторождения; подтвердить возможность извлечения никеля в ферроникель на уровне 90 %, а кобальта - не менее 20 %.

3. Подготовка шихты

В качестве исходных материалов использовали прокаленные руды Куликовского и Серовского месторождений. Флюс - известняк (50,1 % СаО) крупностью 20-70 мм. Восстановитель - коксик (79 % С) крупностью менее 10 мм.

Таблица 1 - Химический состав прокалённых руд Куликовского и Серовского месторождений

Наименован не Содержание элементов и соединений, %

Ni Со Си Fe S Р СгзОз S1O2 СаО MgO AI2O3 W

Куликовская руда 1,04 0,03 0,005 0,02 0,01 0,75 39,95 0,8 26,79 6,56 1,1

Серовская руда 1,16 0,047 0,001 16,8 н/о н/о 1,1 42,09 1,5 14,79 4,56 2,99

116

Шихту для электроплавки готовили дозировкой прокаленной руды, восстановителя и флюса из расчёта получения шлака с содержанием шлакообразующих оксидов обеспечивающих температуру плавления около 1500°С. Согласно предварительного расчёта состав шихты для плавки прокалённой оксидной никелевой руды Серовского месторождения следующий: руда влажностью 2,99 % - 4,145 кг; известняк - 915 кг (22,5 % от массы руды); восстановитель - 325 кг (8 % от массы руды). Всего шихты - 5,385 т.

Состав шихты для плавки оксидной никелевой руды Куликовского месторождения: руда влажностью 1,1 % - 1,714 т; восстановитель - 70 кг (4 % от массы руды). Всего шихты - 1784 кг.

В связи с существенной разницей в химическом составе руд поступающих в электроплавку (разное количество основных оксидов и оксидов железа в руде), шихтовка и последующая плавка материалов проведена раздельно.

4. Техническая характеристика электропечи ДСП-ЗМ:

- номинальная ёмкость - 3 т;

- диаметр кожуха, внутренний - 2764 мм;

- мощность трансформатора -1,8 MBA;

- количество ступеней - 12;

- пределы вторичного напряжения - 125-245 В;

- максимальный ток - 4,25 кА;

- число фаз - 3;

- диаметр электродов - 200 мм;

- диаметр распада электродов - 0,7 м;

- глубина ванны от порога - 0,4 м;

- высота от порога до свода - 1,05 м;

- размеры рабочего окна - 650x500 мм;

- масса металлоконструкций - 35,5 т;

- футеровка: подина - магнезит МО - 89;

стены - хромомагнезит ХМ; свод - периклазохромит ПХСО.

Электропечь оборудована системами пылеулавливания, контроля и регулирования электрических параметров.

5. Порядок проведения испытаний.

Электропечь ДСП-ЗМ на ЗАО «ПО «Режникель» используется для производства передельного и литейного чугуна для собственных нужд. Переработку оксидных руд провели 27.05.2011 г., сразу после плавки литейного чугуна. После розлива чугуна в печи, согласно технологического регламента, было оставлено 700 кг чугуна. В горячую печь загрузили вначале шихту Серовской руды в количестве 1630 кг, для взятия дуги руду уплотнили, в район

117

электродов ввели 25-30 кг коксика крупностью 20-30 мм и подали напряжение. Плавку вели на 1-й ступени трансформатора: нагрузка 0,8-1,4 МВт, ток - 4000-4200 А, напряжение - 140 В. В процессе плавления шихту в печь догружали вручную, порциями по 400-500 кг. По мере накопления шлака его сливали в изложницы. Пробы шлака для экспресс-анализа отбирали при каждом сливе. Продолжительность плавки, включая вынужденные простои составила 8 часов, после чего слили остатки шлака. Ферроникель из печи не выпускали. Необходимо отметить, что плавление Серовской руды шло достаточно трудно, наблюдали «кипение» массы, зарастало рабочее окно, много времени уходило на его чистку и, соответственно, загрузку печи. Проплавлено 5,385 т рудной шихты на основе Серовской руды.

Загрузку Куликовской руды проводили вручную через шлаковое окно. Плавка руды в бесфлюсовом режиме протекала без осложнений, рабочее окно было чистое, загрузка и выпуск расплавов затруднений не вызывали. В результате 1784 кг шихты на основе Куликовской руды были проплавлены за 2 час. 40 мин.

Всего израсходовано электроэнергии на плавку руд 11880 кВт, из них на плавку Куликовской руды - 2970 кВт, а Серовской - 8910 кВт. Удельный расход электроэнергии на плавку Куликовской руды составил 1732,8 кВт-ч/т руды, Серовской - 2149,6 кВт-ч/т. В результате плавки оксидных никелевых руд Куликовского и Серовского месторождения было получено:

- шлак от плавки Серовской руды - 3,175 т;

- шлак от плавки Куликовской руды - 1,431 т;

- получено ферроникеля - 0,66 т.

6. Распределение никеля и кобальта по продуктам плавки

В связи с тем, что испытания были проведены после выплавки в электропечи чугуна, футеровка агрегата была насыщена металлом, не содержащим цветных металлов. По ориентировочной оценке в печи находилось около 700 кг чугуна. После проведения испытаний в печи осталось примерно такое же количество металла, но уже насыщенного никелем до содержания, отвечающего слитому из печи ферроникелю.

Расчет извлечения никеля (кобальта) в ферроникель возможен в вариантах: исходя из массы никеля (кобальта) в ферроникеле или по потерям металла со шлаками. В первом случае извлечение составляет (с учетом перехода никеля в металл оставленный в печи) 100 (660 + 700) - 0,047 / (4024 - 0,0116 + 1695 -

0,0104) = 97,3%. Во втором: 100 (4024 - 0,0116 + 1695 - 0,0104) - (3134 - 0,0056 + 1431 - 0,0048) / (4024 - 0,0116 + 1695 - 0,0104) = 96,2 %.

В электропечь загружено, кг:

- с Серовской рудой

никель

46,644

кобальт

1,890

118

- с Куликовской рудой

- всего

Получено с продуктами плавки:

- ферроникель (слитый из печи)

- отвальный шлак

7. Показатели плавки оксидных

17,630 0,441

64,274

31,284 0,99

2,556 1,341

никелевых руд Куликовского

и

Серовского месторождений представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Основные показатели электроплавки прокаленных оксидных

никелевых руд Куликовского и Серовского месторождений

№№ пи Показатели Куликовская руда Серовская руда

1. Расход, % от массы сухой руды (79 % С) 4,0 8,0

2. Расход известняка (50,1% СаО), % - 22,5

3. Напряжение на электродах, В 140 140

4. Удельный расход электроэнергии, кВт*ч/т 1733 2150

5. Расход электродов, кг/т руды 3,7 4,4

6. Температура на выпуске, °C: шлака 1520 1520

ферроникеля 1410 1410

7. Загружено руды (сухой) 1695 4024

8. Содержание в руде, %: Ni 1,04 1,16

Со 0,03 0,047

Fe 11,5 16,8

9. Получено,кг: ферроникель 100,7 475

шлак 1431 3173

10. Содержание в ферроникеле, %: Ni 15,4 8,93

Со 0,17 0,17

Fe 82,8 89,2

С 0,10 0,10

Si 0,5 0,5

11. Содержание в шлаке, %: Ni 0,048 0,056

Со 0,0038 0,0044

FeO 9,96 10,80

SiO2 50,02 47,71

119

MgO СаО 31,95 3,17 18,48 13,36

12. Извлечение, %: Ni 96,1 96,2

Со 89,1 92,6

Fe 42,8 62,7

Выводы: Показана принципиальная возможность электроплавки руды Куликовского месторождения с выделением ферроникеля. Плавку руды целесообразно вести с выделением шлака имеющего основность (СаО + MgO) / SiO2 около 0,5, при остаточном содержании оксида железа - 10 %. Извлечение никеля и кобальта в ферроникель составляет не менее 90 и 85 %, соответственно.

От ЗАО ПО Режникель Начальник ПТО

zz' z с zyc В.А.Шапкин «'^">> ______2011 г.

Начальник электротермического асха ,

С.Л.Кряжев « 201 In

От ИМЕТ УрО РАН

Ведущий инженер

В.Н.Мащенко _____2011 г.

Инженер

( В.Сергеева <3^ 201 In

«

120

Приложение С

Материальные балансы продуктов руды Куликовского месторождения Годовой материальный баланс сушки руды

Материал Выход Н2О

Влажный Сухой

т % т % Сод., % Кол., т Расп., %

Загружено

Руда сырая 696379 80,62 500000 75,23 28,20 196379 98,57

Т еплоноситель 167450 19,38 164604 24,77 1,70 2847 1,43

Итого 863829 100,00 664604 100,00 23,06 199225 100,00

Получено

Дробленая подсушенная руда+уловленная пыль 581279 67,29 499900 75,22 14,00 81379 40,85

Уходящие газы, всего 282550 32,71 164704 24,78 41,71 117846 59,15

в том числе пыль 116 0,01 100 0,02 14,00 16 0,01

Итого 863829 100,00 664604 100,00 23,06 199225 100,00

Годовой материальный баланс сушки антрацита

Материал Выход Н2О

Влажный Сухой

т % т % Сод., % Кол.,т Расп., %

Загружено

Антрацит сырой 16959 34,23 16111 43,24 5,00 848 74,09

Воздух горячий (300°С) 21339 43,07 21145 56,76 0,91 194 16,97

Воздух на разбавление теплоносителя 11252 22,71 11149 29,93 0,91 102 8,95

Итого 49550 100,00 37256 100,00 2,31 1145 100,00

Получено

Антрацит сухой+уловленния пыль газоочистки 16105 32,50 16105 45,50 0,00 0 0,00

Уходящие газы, всего 33445 67,50 19290 54,50 3,42 1145 100,00

в том числе 6 0,01 6 0,02 0,00 0 0,00

Итого 49550 100,00 35394 100,00 2,31 1145 100,00

121

Годовой материальный баланс обжига шихты

(С - содержание, %; Е - извлечение, %)

Материал Выход Ni Fe Ғе20з СО АҺОз СГ2О3 С

Влажный Сухой

т % т % С,% Е,% С,% Е,% С,% Е,% с,% Е,% С,% Е,% с,% Е,% с,% Е,%

Загружено

Руда подсушенная+ пыль сушки 581279 46,7 499900 43,2 1,06 100,0 16,02 99,8 22,91 99,8 0,069 100,0 5,73 98,8 1,29 100,0 0,00 0,0

Доломит 19 038 1,5 18086 1,6 0,00 0,0 1,01 0,2 1,44 0,2 0,00 0,0 1,99 1,2 0,00 0,0 0,00 0,0

Воздух на горение 395187 31,5 391591 33,8 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

Топливо 51433 4Д 51433 4,4 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 98,47 100,0

Воздух на разбавление 197648 15,9 195850 16,9 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

Итого 1244586 100,0 1156860 100,0 0,46 100,0 6,94 100,0 9,92 100,0 0,03 100,0 2,51 100,0 0,56 100,0 0,00 100,0

Получено

Огарок 455374 36,6 455374 39,4 1,15 98,8 17,42 98,8 24,91 98,8 0,075 98,8 6,29 98,8 1,40 98,8 0,00 0,0

Пыль обжига 5296 0,4 5296 0,5 1,15 1,1 17,42 1,1 24,91 1,1 0,07 1,1 6,29 1,1 1,40 1,1 0,00 0,0

Г аз+потери через ПУ 783916 63,0 696190 60,2 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

втом числе потери через ПУ 92 0,0 92 0,0 1,15 0,0 17,42 0,0 24,91 0,0 0,07 0,0 6,29 0,0 1,40 0,0 0,00 0,0

Итого 1244586 100,0 1156860 100,0 0,46 100,0 6,94 100,0 9,92 100,0 0,03 100,0 2,51 100,0 0,56 100,0 0,00 0,0

122

Продолжение таблицы

Материал MgO МпО S1O2 СаО СО2 Н2О N2 О2 Н2

с,% Е,% с,% Е,% с,% Е,% С,% Е,% с,% Е,% с,% Е,% с,% Е,% с,% Е,% с,% Е,%

Загружено

Руда подсушенная+ пыль сушки 11,97 93,6 0,622 100,0 44,96 99,9 1,05 47,2 10,00 87,4 14,00 94,7 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

Доломит 22,56 6,4 0,00 0,0 1,70 0,1 32,34 52,8 40,00 12,6 5,00 1,1 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

Воздух на горение 0,00 0,0 0,000 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,91 4,2 76,00 66,6 23,09 66,7 0,00 0,0

Топливо 0,00 0,0 0,000 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,95 0,1 0,00 0,0 0,52 100,0

Воздух на разбавление 0,00 0,0 0,000 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,91 0,0 76,00 33,3 23,09 33,3 0,00 0,0

Итого 5,53 100,0 0,269 100,0 19,45 100,0 0,96 100,0 4,95 100,0 6,90 100,0 38,99 100,0 11,83 100,0 0,02 100,0

Толучено

Огарок 13,87 98,8 0,675 98,8 48,85 98,8 2,41 98,8 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

Пыль обжига 13,87 1,1 0,675 1,1 48,85 1,1 2,41 1,1 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

Г аз+потери через ПУ 0,00 0,0 0,00 0,0 0,01 0,0 0,00 0,0 34,89 100,0 11,27 100,0 57,54 100,0 0,19 100,0 0,00 0,0

в том числе потери через ПУ 13,87 0,0 0,675 0,0 48,85 0,0 2,41 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

Итого 5,53 100,0 0,269 100,0 19,45 100,0 0,96 100,0 21,00 100,0 0,07 100,0 0,36 100,0 0,00 100,0 0,00 0,0

123

Материальный баланс электроплавки обожженной руды на ферроникель

Материал Доля, % Ni Fe Со АЬОз MgO S1O2 S

С,% Е,% с,% Е,% с,% Е,% с,% Е,% с,% Е,% с,% Е,% с,% Е,%

Загружено

Огарок 94,1 1,15 98,3 17,4 98,1 0,07 98,3 6,2 95,7 13,8 98,2 48,8 97,6 0,00 0,0

Пыль обжига 1Д 1,15 1,1 17,4 1,1 0,07 1,1 6,2 1,1 13,8 1,1 48,8 1,1 0,00 0,0

Пыль оборотная плавки 0,5 1,48 0,6 23,2 0,6 0,10 0,6 8,3 0,6 17,8 0,6 63,2 0,6 0,04 0,6

Антрацит+пыль сушки антрацита 3,3 0,00 0,0 0,9 0,2 0,00 0,0 4,8 2,6 0,4 0,1 9,3 0,7 1,07 99,4

Г рафитированные электроды 0,1 - - - - - - - - - - - - - -

Подсос воздуха 0,9 - - - - - - - - - - - - - -

Итого 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

Получено

Шлак 87,4 0,12 9,8 14,8 77,8 0,05 58,79 7,0 99,4 15,1 99,39 53,5 99,4 0,01 26,9

Ферроникель 4,6 21,21 89,59 77,7 21,59 0,63 40,6 0,0 0,0 0,0 0,0 0,3 0,0 0,14 18,2

Пыль оборотная плавки 0,5 1,48 0,6 23,2 0,6 0,10 0,6 8,3 0,59 17,8 0,6 63,2 0,59 0,04 0,5

Газ 7,59 - - - - - - - - - - - - 0,26 54,4

Потери (не уловленная пыль) 0,01 1,48 0,01 23,2 0,01 0,10 0,01 8,3 0,01 17,8 0,01 63,2 0,01 0,04 0,0

Итого 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

124

Приложение D

Тепловые балансы процессов переработки руды Куликовского месторождения

Тепловой баланс сушки (на одну барабанную сушилку 29,3 т/ч влажной руды)