СПОСОБ ОБЕДНЕНИЯ КОНВЕРТЕРНЫХ ШЛАКОВ НИКЕЛЬ-КОБАЛЬТОВОГО ПРОИЗВОДСТВА
DEPLETION METHOD OF CONVERTER SLAGS OF NICKEL-COBALT MANUFACTURING

Изобретение относится к области металлургии никеля и кобальта.
Известен способ обеднения конвертерных шлаков никель-кобальтового производства с извлечением никеля и кобальта, включающий заливку расплавленного шлака в обогреваемый агрегат, введение в расплав пирита и восстановителя - кокса, нагрев, отстаивание расплава с образованием сульфидной массы, содержащей никель и кобальт, слив, грануляцию и утилизацию обедненного шлака (1).
К недостаткам известного способа, принятого в качестве прототипа, можно отнести следующее:
- в известном способе обязательно использование восстановителя (отсеянный кокс);
- процесс обеднения необходимо вести при высоких температурах (не менее 1500°С). Для достижения такой температуры обеднение проводят в электропечах.
Вышеуказанные факторы обуславливают довольно высокую себестоимость процесса.
Никель в шлаке присутствует как в окисленной форме, так и в виде сульфидов, механически запутавшихся в шлаке. Наличие сульфидов никеля в шлаке приводит к повышенным потерям, снижающим общее извлечение никеля.
Повышенное содержание сульфидов никеля в сливаемом с обеднительного агрегата шлаке определяется следующими факторами:
3
4
- образованием магнетита FeO из-за недостаточного количества диоксида кремния, что приводит к повышению вязкости шлака и соответственно увеличению механических потерь никеля;
- сравнительно низкой температурой обедняемого шлака из-за различных технологических нарушений (более холодный шлак имеет большую вязкость);
- недостаточным временем отстаивания обедняемого шлака (мелкие частицы не успевают укрупниться и сконцентрироваться в донной части).
Техническим результатом изобретения является уменьшение массовой доли никеля и кобальта в отвальных конвертерных шлаках и, следовательно, их потерь.
2
Технический результат достигается тем, что в обогреваемый агрегат (например, конвертер, оборудованный газовой горелкой), заливают жидкий шлак и вводят флюс, представляющий собой смесь кварца (диоксида кремния) с пиритом (FeS). Расход кварца в смеси составляет от 3 до 10% к массе обедняемого шлака и определяется по конечному содержанию в нем диоксида кремния, составляющему от 28 до 32%, а расход пирита в флюсовой смеси составляет от 5 до 10 сумм масс никеля и кобальта, находящихся в обедняемом шлаке в окисленной форме. Обеднение ведут при температуре от 1200°С до 1350°С.
Одновременное присутствие кварца и пирита способствует разрушению магнетита, сдвигу вправо реакции:
3
4
2
2
2
2
5FeO+FeS+8SiO→8(2FeO·SiO)+2SO
При этом изменяются физико-химические свойства шлака, в том числе, уменьшается вязкость и температура плавления, что улучшает условия отстаивания сульфидных частиц, всегда присутствующих в шлаке, в донную часть расплава.
Кроме этого, совместное присутствие кварца и колчедана обеспечивает более полное протекание реакций:
2
2
2
3
2
2
2
3NiO+2FeS+SiO+1,5O→NiS+2FeO·SiO+2SO
2
2
2
2
2
3CoO+2FeS+SiO+0,5O→3CoS+2FeO·SiO+SO,
которые способствуют извлечению никеля и кобальта, присутствующих в шлаке в окисленной форме, в сульфидный сплав. За счет этого уменьшаются потери никеля и кобальта со шлаками.
Время отстаивания шлака 20-30 минут. Отстоявшийся шлак сливают, гранулируют и утилизируют.
Пример
В качестве агрегата для обеднения и отстаивания шлаков использовали 30-тонный горизонтальный конвертер, оборудованный газопламенной горелкой типа ДБВ-225/51. Футеровка конвертера наборная из хромомагнезитового кирпича марок ХПТ-1,9,10,35.
В пустой конвертор заливали 20 т конвертерного шлака с содержанием никеля 0,25% в форме оксидов и 0,30% в виде сульфидов, кобальта 0,30% в виде оксида и 0,15% в виде сульфида, диоксида кремния 22%. В расплав вводили пирито-кварцевую смесь из расчета получения шлака с массовой долей диоксида кремния 28%. Массу диоксида кремния в загружаемой смеси определяли из равенства.
20·22:100+Х=(20+Х)·28:100,
где X - количество вводимого со смесью диоксида кремния.
X=1,66, т.е. для обеднения необходимо загрузить диоксида кремния в виде смеси с пиритом в количестве 1,66 т.
Массу пирита (у) в пирито-кварцевой смеси определяли для нашего примера
.
Таким образом, на 20 т обедняемого шлака загружали смесь пирита с кварцем в соотношении 0,55/1,66=1:3 в количестве 1,66+0,55=2,21 т или 11% к массе обедняемого шлака. Нагрев вели при температуре 1300°С, расплав отстаивали 25 минут, шлак сливали, гранулировали и утилизировали.
Обедненный шлак содержал: никеля 0,15%, кобальта 0,18%. Образовавшуюся сульфидную массу оставили в конвертере. На нее залили следующую порцию конвертерного шлака, содержащего никеля 0,2% в форме оксидов и 0,20% в виде сульфидов, кобальта 0,22% в виде оксида и 0,12% в виде сульфида, диоксида кремния 24%. На шлак загрузили расчетное количество пирито-кварцевой смеси с соотношением 1:3. После прекращения реакции смеси с обедняемым шлаком и отстоя в течение 25 минут слили и утилизировали обедненный шлак с общим содержанием никеля 0,12%, кобальта 0,15%. Сульфидная масса осталась в конвертере.
Таким образом, было обеднено 80 т конвертерного шлака. В результате получено сульфидной массы в количестве 2100 кг содержащей никеля 12,7% и кобальта 3%.
В обедненном шлаке никель в сульфидной форме отсутствует. Результат подтвержден фазовым анализом шлаков.
Источники информации
1. И.Ф.Худяков, А.И.Тихонов, В.И.Деев, С.С.Набойченко. Металлургия меди, никеля и кобальта, часть II - Металлургия, 1977, стр.212-216.