Изучение закономерностей пирометаллургического рафинирования сульфидного медно-никелевого сырья

Литература

1. Получение алюминий-скандевых сплавов методом инжекции технологических порошков в расплав / Б.В. Овсянников, С.П. Яценко, П.А. Варченя, В.М. Скачков // Технология металлов. 2011. № 5. С. 23-29.

2. Сабирзянов Н.А., Яценко С.П. Гидрохимические способы комплексной переработки боксита. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 386 с.

3. Royset J., Ryum N. Scandium in aluminium alloys // Int. Mat. Rev. 2000. Vol. 50, № 1. P. 19-44.

4. Овсянников Б.В. Новый алюминиево-литиевый сплав системы Al-Cu-Mg-Li(Ag, Sc), предназначенный для изготовления тонких листов и профилей // Цветные металлы. 2014. № 11. С. 90-94.

5. Москвитин В.И., Махов С.В., Напалков В.И. О возможности получения алюминиево-скандиевой лигатуры в алюминиевом электролизере // Технология легких сплавов. 1998. № 2. С. 33-36.

6. Махов С.В., Москвитин В.И., Попов Д.А. Термодинамические основы алюминотермического восстановления циркония из ZrO2 в хлоридно-фторидных солевых расплавах // Цветные металлы. 2012. № 4. С. 43-46; 2014. № 11. С. 69-72.

7. Напалков В.И., Махов С.В. Легирование и модифицирование алюминия и магния. М.: МИСИС, 2002. 376 с.

8. Синтез алюминиевых лигатур с переходными и редкими металлами / С.В. Александровский, В.М. Сизяков,

В.Ю. Бажин, М.Б. Гейликман, Е.А. Брылевская // Цветная металлургия. 2011. № 4. С. 16-22.

Сведения об авторах

Скачков Владимир Михайлович,

к.х.н., Институт химии твердого тела УрО РАН, г.Екатеринбург, Россия, vms@weburg.me Яценко Сергей Павлович,

д.х.н., Институт химии твердого тела УрО РАН, г.Екатеринбург, Россия, yatsenko@ihim.uran.ru Пасечник Лилия Александровна,

к.х.н., Институт химии твердого тела УрО РАН, г.Екатеринбург, Россия, pasechnik@ihim.uran.ru Skachkov Vladimir Mikhailovich,

PhD (Chemistry), Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg, Russia, vms@weburg. me Yatsenko Sergey Pavlovich,

Dc.Sc. (Chemistry), Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg, Russia,

yatsenko@ihim.uran.ru

Pasechnik Liliya Alexandrovna,

PhD (Chemistry), Institute of Solid State Chemistry of the Ural Branch of the RAS, Yekaterinburg, Russia, pasechnik@ihim.uran.ru

УДК 669.334 :66.096

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО РАФИНИРОВАНИЯ СУЛЬФИДНОГО МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО СЫРЬЯ

В.А. Сорокин1, А.Г. Касиков2, Ю.Н. Нерадовский2

1АО «Кольская горно-металлургическая компания», Мончегорск, Россия

2Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева

Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия

Аннотация

В АО «Кольская ГМК» проводится системная работа по повышению эффективности собственного производства, улучшению экологической обстановки в местах дислокации основных технологических объектов. При этом возникают проблемы адаптации новых схем к условиям действующего производства, требующие дополнительного изучения. В докладе приводятся результаты лабораторных опытов по моделированию процесса конвертирования штейна с исключением продувки расплава воздухом или КВС, показавшие хорошую сходимость полученных закономерностей с производственными данными.

Ключевые слова:

АО «Кольская ГМК», конвертирование медно-никелевого штейна, шпурштейн, кобальт.

RESEARCH OF FIRE REGULARITIES OF COPPER-NICKEL RAW MATERIALS REFINING

V.A. Sorokin1, A.G. Kasikov2, Y.N. Neradovsky2

1Kola Mining Metallurgic Company, Monchegorsk, Russia

2I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia

204

Abstract

The JSC "Kola Mining Metallurgic Company is performing systematic work to improve the efficiency of its own production, as well as the ecological situation in the locations of major technology projects. This raises the problem of adaptation of new schemes to the conditions of the existing production, requiring additional study. The report presents the results of laboratory experiments on modeling the process of converting matte without blowing or FAC, which showed good agreement with the obtained regularities of production data.

Keywords:

JSC "Kola Mining Metallurgic Company", convert copper-nickel matte, shpurshteyn, cobalt.

В АО «Кольская ГМК» проводится системная работа по повышению эффективности собственного производства, улучшению экологической обстановки в местах дислокации основных технологических объектов. В частности, выполняется комплекс работ по освоению технологии брикетирования медноникелевого концентрата. Данная технология в ближайшей и среднесрочной перспективе позволит исключить схему производства обожженных окатышей, характеризующуюся низкими технико-экономическими показателями процесса, связанными в том числе со значительным износом основных фондов и высоким уровнем выбросов загрязняющих веществ [1].

При освоении технологии брикетирования возникают проблемы адаптации новой схемы к условиям действующего производства. Несмотря на то что общая проработка вопросов данной тематики выполнена ранее, на стадии принятия технических решений существует необходимость изучения отдельных деталей технологического процесса и вновь возникающих нюансов, связанных, например, с изменением структуры перерабатываемого сырья.

Схема производства файнштейна из брикетированного сырья включает в себя операцию конвертирования, на которой производится пирометаллургическое рафинирование штейна, выдаваемого из руднотермических печей, от железа и связанной с ним серы. Моделирование процесса конвертирования штейна в лабораторных плавильных установках, предусматривающих продувку расплава воздухом, связано со следующими трудностями:

• наличие невязок баланса - из-за неучтенных потерь вследствие разбрызгивания металла, а также формирования прочной настыли на стенках тигля;

• сложность получения сплава с заданным остаточным содержанием железа и серы - из-за низкой эффективности оперативного контроля, в том числе по степени усвоения дутья жидкой ванной;

• плохие условия разделения шлаковой и сульфидно-металлической фаз - из-за образования вспененного, трудноотделяемого слоя шлака.

Для выхода из сложившейся ситуации специалистами НИЧ КАЦ АО «Кольская ГМК» опробована методика проведения лабораторных плавок, моделирующих процесс конвертирования медно-никелевых штейнов с исключением продувки расплава воздухом или КВС. При этом плавки выполняются в индукционной печи, а кислород, используемый процессе, подается в рабочую зону в связанной форме (в виде огарка окислительного обжига медно-никелевого штейна).

С целью проверки возможности использования указанного способа для моделирования процесса конвертирования штейнов выполнена серия экспериментальных плавок с использованием в качестве окислителя огарка, полученного при обжиге дробленого штейна. Микроструктура и фазовый состав исходного штейна представлен на рис.1. По оптическим данным проба представлена тонкозернистой кристаллической массой сульфидного состава с примесью магнетита. Размеры зерен минералов (фаз) не более 0.02 мм, поэтому определение фаз затруднено. Пентландит и борнит образуют в пирротине весьма тонкие сложные прожилковидные (мирмекитовые) вростки.

Обжиг дробленого штейна выполнялся несколькими способами: в лабораторной установке кипящего слоя с кварцевым реактором при температуре 650-850оС. При этом кипящий слой формировался загрузкой кварцевого песка, огарок после обжига отделялся от песка методом магнитной сепарации (остаточное содержание SiO2 в огарке <0.5%). Кроме того, отдельные опыты проводили в трубчатой печи, а также путем прокалки в камерной печи при температурах до 1000оС.

При использовании любого из опробованных методов обжига после отработки режимов удалось получить огарок с минимальным содержанием серы (0.16-0.27%). При этом установлено, что остаточное содержание серы в большей степени лимитируется температурой процесса, чем способом обжига. Эти данные согласуются с результатами лабораторных исследований специалистов ООО «Институт Гипроникель», изучавших закономерности обжига медно-никелевого флотационного концентрата [2].

Рис. 1. Структура срастания сульфидов и зерна магнетита в пробе штейна РТП

205

Плавки штейна РТП и огарка выполнялись в индукционной печи УИП-16-10-10.0. Шихта плавок составлялась с использованием кварцевого флюса (20-30%) и восстановителя (5%). Количество SiO2 корректировалось таким образом, чтобы обеспечить содержание кремнезема в шлаке на уровне 25-30% (по аналогии с конвертерными шлаками, где содержание SiO2 ограничивается уровнем не менее 20%).

В ходе плавок изучалась возможность реализации процесса с регулированием содержания железа в сульфидно-металлическом сплаве, определялось распределение цветных металлов по продуктам плавки. На рис.2 представлен микрошлиф сульфидно-металлического сплава (шпурштейна), полученного при моделировании процесса конвертирования. Остаточное содержание железа в шпурштейне 6.35%.

Рис. 2. Структура пробы шпурштейна

На рисунке 2 следует отметить: сплав имеет равномерную текстуру и состоит из трех основных компонентов: железо-никелевого (около 70%), медного (около 20%) и кобальтового (около 10%). Матрицей служит железо-никелевая сульфидная фаза, в ней располагаются дендриты (или фракталы) медной и кобальтовой фаз. Железо-никелевая фаза имеет очень тонкую структуру срастания пентландита с пирротином, практически отсутствуют обособленные зерна пентландита. Медный компонент состоит, как и в обычном файнштейне, из борнита и халькозина. Характерно, что с ним тесно срастается кобальтовая фаза.

Лестничная структура кристаллизации медного компонента (рис.3, в) подобна характеру выделения меди в файнштейне, получаемом непосредственно в плавильном цехе.

Структура файнштейна АО «Кольская ГМК» [3]

Рис. 3. Сравнение характера выделения меди в лабораторных плавках и промышленно полученном файнштейне

Размер зерен в пробе лабораторной плавки значительно меньше, по сравнению с файнштейном, полученным в промышленных условиях, что определяется различием в режимах охлаждения и, следовательно, кристаллизации расплава. Лабораторный сплав охлаждался в небольшом объеме тигля, а файнштейн отливается в отдельные 25-тонные блоки и охлаждается со скоростью ~10-15оС/ч.

По результатам серии опытов получена зависимость извлечения кобальта в шпурштейн от остаточного содержания в нем железа (рис. 4).

206

N

о4

«

§

в

о

«

О

О

(D

В

и

н

(D

а

в

о

СЗ

Рч

Содержание Fe в сплаве, %

Рис. 4. Показатели извлечения кобальта при различном содержании железа в шпурштейне

Полученные данные подтверждаются производственной практикой. Однако при промышленной переработке штейна РТП на конвертерном переделе продувка расплава ведется периодически с промежуточным съемом оборотного конвертерного шлака, направляемого в руднотермические печи, и добавлением свежих порций штейна. Поэтому фактический уровень извлечения кобальта при конвертировании в плавильном цехе выше, чем полученный в ходе лабораторных исследований.

Выводы

1. Лабораторные исследования, в ходе которых изучалась возможность рафинирования штейна руднотермических печей от железа и серы без использования операции продувки расплава воздухом, показали, что есть возможность применения данной методики для моделирования процесса конвертирования. Распределение цветных металлов, в частности кобальта, по продуктам плавки в целом соответствуют закономерностям, полученным при изучении процесса на промышленных объектах. Характер выделения меди при кристаллизации подобен структуре получаемого в плавильном цехе АО «Кольская ГМК» файнштейна.

2. Рафинирование расплава от железа и серы осуществляется путем подбора состава шихты с определением необходимого количества огарка. Серия лабораторных плавок организована ступенчато, с последовательным снижением уровня содержания железа в расплаве и отделения шлака, что в полной мере соответствует установившейся производственной практике.

3. Полученные данные использовались при изучении в лабораторных условиях возможности переработки дополнительных объемов сырья сторонних поставщиков, исследовании процессов конвертирования штейна с загрузкой различных оборотных материалов.

Литература

1. Машьянов А.К., Игумнов А.Н., Лебедев Д.А. Освоение технологии брикетирования Cu-Ni-концентрата обогатительной фабрики // Цветные металлы. 2013. № 10. С. 46-48.

2. Савинова Ю.А., Портов А.Б., Цемехман Л.Ш. Исследование влияния параметров обжига сульфидного медноникелевого концентрата на вещественный состав получаемого огарка // Цветные металлы. 2014. № 6. С. 23-27.

3. Касиков А.Г., Сорокин В.А., Нерадовский Ю.Н. Влияние фазового состава медно-никелевого файнштейна на показатели флотационного разделения // Рациональное недропользование: сб. науч. тр. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. тех. ун-та, 2014. С. 121 -127.

Сведения об авторах

Сорокин Василий Александрович,

АО Вольская горно-металлургическая компания», г. Мончегорск, Россия, SorokinVA@kolagmk.ru Касиков Александр Георгиевич,

к.х.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия, Kasikov@chemy.kolasc.net.ru Нерадовский Юрий Николаевич,

к.г.-м.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия, nerad@geoksc.apatity.ru

Sorokin Vasily Aleksandrovch,

Kola Mining Metallurgic Company, Monchegorsk, Russia, SorokinVA@kolagmk.ru Kasikov Aleksandr Georgievich,

PhD (Chemistry), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, Kasikov@chemy.kolasc.net.ru Neradovsky Yuri Nikolaevich,

PhD (Geology and Mineralogy), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, nerad@geoksc.apatity.ru

207