Επίδραση της φυσικοχημικής συμπεριφοράς νικελιούχων λατεριτών στην ενεργειακή βελτιστοποίηση της πυρομεταλλουργικής τους κατεργασίας
Authors: Ζωγραφίδης Χαράλαμπος 
Published: January 2014

Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η συμβολή στην καλύτερη γνώση και η εμβάθυνση στη μελέτη της φυσικοχημικής συμπεριφοράς των λατεριτικών μεταλλευμάτων κατά τη διάρκεια της αναγωγικής φρύξης, με απώτερο στόχο την ενεργειακή βελτιστοποίηση της πυρομεταλλουργικής τους κατεργασίας. Η αναγωγική φρύξη αποτελεί πολύ σημαντικό στάδιο της πυρομεταλλουργικής κατεργασίας των Ελληνικών νικελιούχων λατεριτικών μεταλλευμάτων για την παραγωγή σιδηρονικελίου. Oι ενεργειακές απαιτήσεις στο εν λόγω στάδιο αποτελούν το 65% περίπου της συνολικής ενέργειας φρύξης και τήξης για την παραγωγή Fe-Ni 12-14% σε νικέλιο, ενώ η απαιτούμενη ενέργεια για την πραγματοποίηση μόνο των ενδόθερμων αναγωγικών αντιδράσεων κατά τη φρύξη αποτελεί το 8%. Ως εκ τούτου, η βελτιστοποίηση της αναγωγικής φρύξης συμβάλλει αποφασιστικά στην οικονομικότητα της μεταλλουργικής μεθόδου, βελτιώνοντας την ενεργειακή της απόδοση και μειώνοντας αισθητά τα συχνά λειτουργικά προβλήματα κατά το επόμενο στάδιο της αναγωγικής τήξης. Στα πλαίσια της διατριβής μελετήθηκε η αναγωγιμότητα νικελιούχων μεταλλευμάτων Ελληνικής και ξένης προέλευσης διαφορετικού ορυκτολογικού χαρακτήρα καθώς και του ορυκτού αιματίτη, δίδοντας ιδιαίτερη έμφαση στη διερεύνηση των μηχανισμών οι οποίοι αποτελούν το ρυθμορυθμιστικό βήμα της αναγωγής των οξειδίων του σιδήρου στα διάφορα στάδια αυτής. Η μελέτη της αναγωγιμότητας των προαναφερθέντων πρώτων υλών πραγματοποιήθηκε μέσω της πραγματοποίησης πειραματικών δοκιμών αναγωγής με αέριο αναγωγικό μέσο (μίγμα CO-N2) και στερεά αναγωγικά μέσα (λιγνίτη και κωκ). Η μελέτη της αναγωγιμότητας των μεταλλευμάτων πραγματοποιήθηκε ως επί το πλείστον μέσω πειραματικών δοκιμών αναγωγής με αέριο αναγωγικό μίγμα (CO-N2), με την εφαρμογή μιας προτυποποιημένης μεθόδου (κατά ASTM) όπως αυτή εφαρμόζεται κατά τη μελέτη της αναγωγής των σιδηρομεταλλευμάτων. Από τη μελέτη των πειραματικών αποτελεσμάτων προέκυψε ότι η αναγωγιμότητα του Ελληνικού λατεριτικού μεταλλεύματος ενδιάμεσου τύπου (Καστοριάς) είναι εμφανώς υψηλότερη από εκείνη όλων των υπολοίπων μεταλλευμάτων που εξετάστηκαν υπό τις ίδιες συνθήκες. Συγκεκριμένα, ο βαθμός αναγωγής του μεταλλεύματος Καστοριάς κινείται στα επίπεδα του 62-95% μετά από 90 min αναγωγής για θερμοκρασιακό εύρος 650-9000C, ενώ το αντίστοιχο εύρος τιμών για τα λειμωνιτικού τύπου μεταλλεύματα Ευβοίας και Λοκρίδας καθώς και το ενδιάμεσου τύπου μετάλλευμα Ινδονησίας, είναι 26-49%. Το αποτέλεσμα επιβεβαιώνεται από τη σύγκριση της μεταλλουργικής συμπεριφοράς τόσο των μεμονωμένων μεταλλευμάτων, όσο και μιγμάτων τους υπό τη μορφή pellets. Από τη μελέτη προέκυψε ότι η κοκκομετρία του μεταλλεύματος και η σύσταση του αερίου μίγματος επηρεάζουν σημαντικά το τελικό αποτέλεσμα της αναγωγής. Η θερμοκρασία ευνοεί σαφέστατα την αναγωγή με αέριο αναγωγικό μίγμα (CO-N2) μεταξύ 650 - 7500C, ενώ αντίθετα δε φαίνεται να παίζει καθοριστικό ρόλο μεταξύ 750 και 9000C. Εντούτοις, η επίδραση της θερμοκρασίας είναι σημαντική μεταξύ 750 και 9000C κατά την αναγωγή με στερεό αναγωγικό μέσο (λιγνίτη). Σε αυτή την περίπτωση, αύξηση της θερμοκρασίας συνεπάγεται μεγαλύτερη ενεργοποίηση του καυσίμου, δηλαδή ένταση της αναγωγικής ατμόσφαιρας λόγω αυξημένης έκλυσης CO από την αεριοποίηση του καυσίμου και από τη διάσπαση των υδρογονανθράκων των πτητικών συστατικών, η οποία συνεπάγεται αύξηση της ταχύτητας αναγωγής των λατεριτικών μεταλλευμάτων.