Содержание к диссертации
Введение
1. Сульфидные медно-никелевые руды, методы их переработки, основные экологические проблемы. (Литературный обзор) 10
1.1 Основные месторождения 10
1.2. Краткое описание принципиальной технологической схемы ЗФ ОАО «ГМК "Норильский никель"» 13
1.3. Кольская горно-металлургическая компания 19
1.4. Переработка медного сырья на Российских предприятиях 20
1.5. Зарубежные предприятия, перерабатывающие сульфидное медно-никелевое и медное сырье 21
1.6. Характеристика воздействия на человека приоритетных химических веществ 33
1.7. Методы утилизации серы из металлургических газов 36
1.8. Утилизация пыли 3 8
2. Исследование состава и запыленности газов основных источников металлургического производства 41
2.1. Выбор основных источников выбросов металлургического производства 41
2.1.1. Агломерационный цех (АЦ) Никелевого завода 42
2.1.2. Плавильный цех (ПЦ) Никелевого завода 44
2.1.3. Обжиговый цех (ОЦ) Никелевого завода 49
2.1.4. Плавильный цех (ПЦ) Медного завода 52
2.1.5. Плавильный цех (ПЦ) Надеждинского металлургического завода (НМЗ)
2.2. Методика проведения работ 65
2.3. Результаты исследования и их анализ з
2.4. Методическое обоснование исследования 78
2.4.1 Определение содержания паров воды в пылегазовых потоках 78
2.4.2 Выполнение измерений массовой концентрации оксидов азота в пробах промышленных выбросов фотометрическим методом 82
2.4.3 Выполнение измерений массовой концентрации железа, кобальта, меди, никеля, свинца в пробах промышленных выбросов атомно-эмиссионным методом с индуктивно-связанной плазмой
2.5 Сравнительный анализ со статистическими данными наблюдений 91
2.6 Заключение по главе 2 94
3. Исследование вещественного состава пылей металлургического производства Никелевого и Надеждинского заводов 97
3.1. Методики исследования вещественного состава пылей 97
3.2. Вещественный состав пылей плавильного цеха Никелевого завода 104
3.3. Вещественный состав пылей обжигового цеха Никелевого завода 114
3.4. Вещественный состав пылей Надеждинского металлургического завода 125
4. Разработка методики расчета выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от предприятий медно-никелевого производства 141
4.1. Медный завод 144
4.1.1. Математическая модель выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от ПВ-2, 3 147
4.1.2. Математическая модель и алгоритм расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на переделе
конвертирования штейна ПВ до черновой меди 160
4.2 Никелевый завод 167
4.2.1 Математическая модель расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на переделе РТП НЗ 173
4.2.2 Математическая модель и алгоритм расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на переделе конвертирования штейна РТП НЗ до файнштейна 178
4.2.3 Математическая модель и алгоритм расчета выбросов в атмосферу загрязняющих веществ окислительного обжига никелевого концентрата
4.3. Надеждинский металлургический завод 185
4.4. Верификация методики расчета выбросов в атмосферу загрязняющих веществ по данным технических отчетов 193
4.5. Заключение по главе 4 207
5. Перспектива совершенствования металлургического производства Заполярного филиала ОАО "ГМК "Норильский никель" с целью снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу 208
Заключение 217
Список использованных источников
- Переработка медного сырья на Российских предприятиях
- Обжиговый цех (ОЦ) Никелевого завода
- Вещественный состав пылей плавильного цеха Никелевого завода
- Математическая модель расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на переделе РТП НЗ
Переработка медного сырья на Российских предприятиях
В связи с тем, что диссертационная работа посвящена, в основном, решению экологических проблем металлургического производства предприятий ЗФ ОАО «ГМК «НН»», рассмотрим этот вопрос более подробно.
Обогатительное производство
За исключением наиболее богатой по содержанию цветных и драгоценных металлов селективной руды рудника «Октябрьский» добываемая руда подвергается предварительному обогащению, с целью вывода сопутствующей пустой породы в отвальные хвосты и получению товарных никелевых, медных и пирротинового концентратов. Обогащение руд осуществляется на Норильской (НОФ) и Талнахской (ТОФ) обогатительных фабриках.
Готовые концентраты после сгущения высоконапорным гидротранспортом транспортируются на металлургические заводы: - медный концетрат на УФМК (НОФ) и дальше на Медный завод; - никелевый концентрат на Надеждинский металлургический завод (НМЗ) и (или) в агломерационный цех Никелевого завода; - пирротиновый концентрат - на Надеждинский металлургический завод. Никелевый завод
Сгущенный никелевый концентрат смешивается с оборотным агломератом и известью (связующая добавка). Готовая шихта транспортируется по цепи ленточных конвейеров на агломашины. Пористый агломерат содержит 4,5-5,5% никеля, 3-4% меди, 9-14% серы и плавится в рудно-термических печах. Шихта печи состоит из агломерата, богатой никелевой руды рудника «Таймырского», металлосодержащих оборотов, оборотного никелевого шлака Медного завода, флюса (песчаника Кайерканского угольного разреза).
Технологические газы печи эвакуируются на газоочистку, пыль возвращается в процесс, очищенный газ направляется в трубу. Жидкие продукты плавки шлак и штейн периодически скачиваются через специальные отверстия (шпуры) из печи в специальную технологическую посуду. Шлак -сплав силикатов окислов железа, кальция, магния транспортируется на грануляцию (процесс водного разбивания расплавленного шлака на мелкие гранулы), гранулят используется в приготовлении закладочных смесей для рудников и на строительные нужды ЗФ ОАО «ГМК «НН»».
Штейн, содержащий 11-13% никеля, 6-10% меди, 23-25% серы, направляется в конвертерный передел плавильного цеха.
Конвертерный шлак содержит до 2% никеля, 1,5% меди, 0,5% кобальта и является богатым оборотным продуктом, для извлечения из него ценных компонентов он заливается в рудно-термические печи. Конвертерная плавка ведется до остаточного содержания железа в сульфидной фазе около 3% и заканчивается получением файнштейна.
Файнштейн, содержащий никеля, меди, кобальта 73-76%, серы 22,5%, разливается в стальные изложницы емкостью 28 тонн и медленно охлаждается (период охлаждения 4 суток). После остывания файнштейн дробят в щеко-вых и конусных дробилках до крупности кусков 20-35 мм.
На участке разделения файнштейн измельчают в шаровых мельницах до крупности частиц 50-55 микрон. Разделение никеля и меди осуществляется флотационным методом. В результате флотационного разделения файнштейна получают никелевый концентрат, содержащий никеля 64-66%, меди 4-5%, до 1% кобальта, 22% серы и медный концентрат, содержащий никеля 4,5-5,5%, меди 67-68%, до 0,12% кобальта, 22% серы. Медный концентрат направляется на переработку на Надеждинский металлургический завод. Никелевый концентрат направляется на обжиг в печи «КС». Технологические газы направляются на очистку от пыли, которая возвращается в процесс, очищенные газы поступают на трубу. Обожженный концентрат поступает в трубчатые вращающиеся печи, в которые подается уголь и природный газ, происходит частичное восстановление закиси никеля в огарке, с получением никелевого порошка, содержащего 78% никеля, до 7% меди, 1,5% кобальта, до 3% железа, до 0,4% серы.
Никелевый порошок поступает на анодную плавку, которая ведется в дуговых электропечах. Шихта печи включает в себя никелевый порошок, анодный скрап, восстановитель (уголь Кайерканского угольного разреза). Анодный никель разливается на карусельных машинах на аноды размером 840 мм на 910 мм, массой 350-370 кг, содержащие 86-88% никеля, до 9% меди, до 1,8% кобальта, драгоценные металлы, до 3,0% железа, до 0,5% серы. Аноды являются сырьем для цеха электролиза никеля. Шлак сливается в специальные рюмки и возвращается на передел конвертирования.
Кроме этого, в обжиговом цехе Никелевого завода производится никелевый реагентныи порошок, применяемый на переделе цементации меди из электролита в цехе электролиза никеля.
Никелевые черновые аноды поступают на электролитическое рафинирование в цех электролиза никеля, который состоит из двух основных участков - электролизного и гидрометаллургического. Основная задача электролизного участка состоит в растворении никелевых анодов под действием постоянного электрического тока в сульфат-хлоридном электролите с получением на катоде чистого никеля. Чистота (марочность) катодного никеля определяется требованиями государственного стандарта (ГОСТ 849-97. Никель первичный. Технические условия).
В гидрометаллургическом участке анолит проходит последовательно очистку от меди никелевым порошком с получением цементной меди, на 16
правляемой на плавку в печи Ванюкова медного завода, от кобальта и железа хлором при поддержании необходимой кислотности пульпой карбоната никеля с получением железо-кобальтовой пульпы, поступающей для извлечения кобальта в хлорно-кобальтовый цех никелевого завода (ХКЦ).
Цех состоит из следующих основных участков: гидрометаллургического (ГМУ), плавильного (ПУ), производства хлора и щелочи (УПХ). Продуктами цеха являются металлический кобальт марок К-1Ау, К-1А, К-1, К-2. Медный завод
Медные концентраты обогатительных фабрик подвергаются сгущению, фильтрации и сушке и поступают на плавку в печи Ванюкова (ПВ) плавильного цеха. В состав шихты входят: медный концентрат, селективная, богатая руда р-ка «Октябрьский», оборотные металлосодержащие продукты, оборотная цементная медь цеха электролиза никеля Никелевого завода, флюс (песчаник «Кайерканского» угольного разреза, речной песок острова «Сере-дыш»).
В процессе плавки шихты образуются штейн и шлак. Технологические газы печи эвакуируются на мокрую газоочистку в сушильный цех, пыль возвращается в процесс, очищенный газ частично направляется на производство товарной серы и серной кислоты, остальное количество выбрасывается.
Штейн содержит 65% никеля и меди, 23-25% серы, он заливается в конвертера Пирса-Смитта. На первом периоде ведется окислительная плавка с переводом железа в конвертерный шлак, который направляется на обеднение в печи Ванюкова. Во втором периоде конвертирования получают черновую медь, содержащую 98% меди, драгоценные металлы и 2% примесей (в основном никель, кислород, серу). Технологические газы конвертеров очищаются от пыли в циклонах, пыль возвращается в процесс, очищенные газы -в трубу. Черновая медь заливается в анодные печи. В процессе огневого рафинирования черновой меди из нее удаляется никель (переводится в анодный шлак), кислород и сера - в отходящие газы. Готовая анодная медь разливается на карусельных машинах на аноды. Аноды содержат 99,2% меди, 0,5% никеля, драгоценные металлы.
Медные аноды поступают на электролитическое рафинирование в цех электролиза меди. Продуктами цеха является катодная медь и шлам, содержащий цветные, платиновые и благородные металлы, селен и теллур.
На Медном заводе организовано производство товарных концентратов драгоценных металлов, технического селена, теллура, гранулированного серебра. Сырьем для металлургического цеха Медного завода служат электролитные шламы медного и никелевого производств и шламы ОАО «КГМК». По мере переработки исходных продуктов происходит их многократное обогащение, целью которого является вывод неблагородных примесей на смежные производства и получение концентратов драгоценных металлов, направляемых для дальнейшей переработки в аффинажное производство, а также технического селена, теллура, гранулированного серебра. Электролитные шламы содержат в основном цветные металлы (14-45% никеля, 8-42% меди, 0,01-0,5% кобальта), селен (0,2-24%), до 1,0% теллура, до 8,0% железа и до 17% серы. Содержание платиновых в пределах от 0,4% до 3,5%, содержание золота от 0,02% до 0,25%, содержание серебра от 0,08% до 10,0%.
Обжиговый цех (ОЦ) Никелевого завода
При определении концентрации пыли существующим методом из полученной пробы невозможно выделить только твердую фазу, т.к. в пробе присутствуют растворенные сульфаты, элементарная сера и мелкодисперсные капли серной кислоты. Сравнительный анализ результатов параллельных замеров показал, что распределение пыли и скорости потока по сечению газохода более равномерно на входе в эксгаустеры (точка постоянного контроля). Увеличение объема отходящих газов после эксгаустера объясняется наличием подсоса воздуха по газовому тракту, а увеличение концентрации пыли - возмущением газового потока и выносом из эксгаустера капель пульпы, стекающей со стенок входного газохода.
Плавильный цех НЗ (ГО-3) измерения проводились параллельно на сборном газоходе ГО-3 перед дымовой трубой и в двух постоянных точках контроля на выходе из 7 -го и 11-го электрофильтров (конвертерные газы и газы РТП).
Распределение скорости потока по сечению сборного газохода (в месте проведения измерений) и в точках постоянного контроля близко к идеальному. Распределение пыли достаточно равномерное. Наблюдается небольшое увеличение концентрации пыли по вертикальной оси из-за влияния поворота на газоходе. Содержание паров воды в отходящих газах -12.4 г/нм . Сравнительный анализ параллельных замеров показал, что данные, полученные в постоянных точках контроля при условии их экстраполяции на остальные электрофильтры ГО-3 (№№1-8 для конвертерных газов и №№9-13 для газов РТП), идентичны результатами, полученными на сборном газоходе.
Обжиговый цех НЗ (ГО-4) измерения проводились параллельно на сборном газоходе ГО-4 перед дымовой трубой и в двух постоянных точках контроля на выходе из 1 -го и 4-го электрофильтров.
Распределение скорости потока по сечению сборного газохода (в месте проведения измерений) не является равномерным. Распределение пыли также достаточно неравномерное. Сравнительный анализ результатов параллельных замеров показал, что распределение пыли и скорости потока по сечению газохода более равномерно на выходе электрофильтров (точки постоянного контроля). Сравнительный анализ параллельных замеров показал, что данные, полученные в постоянных точках контроля не сопоставимы с результатами, полученными на сборном газоходе.
Плавильный цех (ПЦ) МЗ измерения проводились параллельно на сборном газоходе АТУ 2-7 перед дымовой трубой и в постоянных точках контроля на выходе из АТУ - 4,5,6.
Распределение скорости потока по сечению сборного газохода (в месте проведения измерений) и в точках постоянного контроля довольно равномерное. Сравнительный анализ результатов параллельных замеров показал, что запыленность газового потока в точке контроля значительно ниже, чем суммарное значение данных, полученных на выходе аспираци-онных установок, что, скорее всего, связано с наличием организованного подсоса и осаждение пыли внутри газоходного тракта.
Плавильный цех (ПЦ) НМЗ измерения проводились параллельно на входе и выходе электрофильтров «ЭЛЕКС» (АТУ-1, АТУ-3), используемых для очистки газов от распылительных сушилок на линии 1 и 2. Распределение пылегазового потока по сечению газохода достаточно равно-мерное. Содержание паров воды в отходящем газе -193 г/нм .
Измерения на сборном газоходе УОГ ОЭП проводились параллельно перед дымовой трубой и в постоянных точках контроля на выходе из УОГ -1,2,3,4.
Распределение скорости потока по сечению сборного газохода (в месте проведения измерений) и в точках постоянного контроля достаточно равномерное. Распределение пыли по сечению сборного газохода также достаточно равномерное. Сравнительный анализ параллельных замеров показал, что данные по запыленности газопылевого потока полученные в постоянных точках контроля после каждой УОГ, при условии их суммирования, идентичны результатами, полученными в точке контроля на сборном газоходе.
Анализ полученных результатов в точках исследования, расположенных в конечных частях внутрицеховых газоходных систем НЗ, МЗ и НМЗ и в существующих точках контроля,
В данном разделе приводится описание методик выполнения измерений с целью определения химического состава газовой и твердой фазы и определения содержания паров воды в отходящем газе.
Пары воды, содержащиеся в выбросе, не являются загрязняющим веществом, но при этом могут составлять значительную часть объема газовоздушной смеси, поступающей в атмосферу. Это приводит к тому, что для горячих источников загрязнения, у которых температура отходящих газов выше чем +30С, интенсивность выброса загрязняющего вещества (мощность выброса ЗВ, г/с) может значительно завышаться. Поскольку величина приземной концентрации ЗВ, создаваемая его выбросом после рассеивания вещества в атмосфере, прямо пропорциональна мощности выброса из источника, такое завышение оценки мощности ведет к соответствующему завышению значений приземных концентраций, что приводит к неоправданным расходам предприятия.
Если принять, что при различных температурах относительная влажность газовоздушной смеси в газоходе равна 100 %, то при повышении температуры, в отсутствии учета содержания водяных паров, погрешность измерения объема газовоздушной смеси (ГВС) будет возрастать. В таблице 2.6 представлены максимальные погрешности, возникающие при измерении объема ГВС с увеличением температуры без учета влажности.
Гравиметрический (конденсационный) метод основан на измерении количества сконденсированных паров воды в пробе газа известного объема, отбираемых из газохода и охлажденных ниже точки росы. Этот метод позволяет определить абсолютную влажность в газопылевом потоке и, как правило, применяется для измерения влажности газов, не насыщенных водяными парами.
Вещественный состав пылей плавильного цеха Никелевого завода
Более подробное исследование составляющих пробы пыли привело к следующей классификации капель и частиц конвертерной пыли: - сульфидно-металлические капли имеют типичное для богатых медных продуктов строение «капля в капле» и представляют собой ассоциацию сульфид меди (состава халькозина) - металлическая медь; - сульфидные капли, имеющие состав богатого медно-никелевого штейна или файнштейна; - капли шлака, представляющие собой конвертерный шлак с тонким распадом вторичных шпинелей; - капли шлака, содержащие сульфидно-металлические включения, то есть, смесь «конвертерный шлак - сульфидная масса»; - частицы неправильной формы, представляющие собой шлак с очень высоким содержанием первичных шпинелей (магнетита) и сульфидно-металлических включений, то есть типичный переокисленный конвертерный шлак; - крупные частицы кремнезема неправильной формы. «капля в капле» (сульфид меди - металлическая медь); 2 - сульфидные (сульфиды меди - никеля); 3 - шлаковые (оксидно-силикатные); 4 - шлаковые (с сульфидно-металлическими включениями); 5 - шлаковые неправильной формы; 6 - БіОг
Строение пробы конвертерной никелевой пыли По данным рентгенодифракционного анализа основу пробы медной конвертерной пыли составляет шпинельная фаза с периодом элементарной ячейки а7зі =8,37А (Fe304). Присутствуют небольшие количества a-Si02 (кварц), хизлевудита и пентландита. Средний состав никелевой и медной пылей, по данным химического анализа и РСМА, весьма близок. В медной пыли несколько выше общее содержание никеля и меди. Установлено, что пыль конвертерная медная по строению и составу компонентов очень похожа на конвертерную пыль никелевую и в качестве основных составляющих содержит (рисунок 3.11) капли с размерами от 10 мкм до 1 мм и частицы неправильной формы с размерами от 50 мкм до 2 мм. - «капля в капле» (сульфид меди - металлическая медь); 2 - сульфидные (сульфиды меди - никеля); 3 - шлаковые (оксидно-силикатные); 4 - шлаковые (с сульфидно-металлическими включениями); 5 - шлаковые неправильной формы; 6 - БіОг
Таким образом, пыли конвертерные представляют собой смесь никелевой и медной пылей, содержат компоненты рекристаллизованных расплавов медного и никелевого конвертеров: шлака, сульфидной массы, богатой сульфидной массы, штейна, файнштейна, а также флюса - кремнезема. Как обычно, в пылях концентрируются свинец и цинк, а также в пыль в значительной степени переходят благородные металлы - в основном с компонентами штейна и файнштейна.
Судя по составу компонентов, следует предположить, что из печи выносится сульфидный медный расплав, частицы которого продолжают активно окисляться в пылегазовом потоке с образованием оксидов, ферритов и сульфатов меди и меди металлической.
Проба пыли печи Ванюкова из циклона теоретически должна представлять собой тонкую фракцию пыли очистки в пылевых камерах. Действительно, по химическому составу проба несущественно отличается от пробы пыли ПВ из пылевых камер. По данным рентгенодифракционного анализа фазовый состав пробы пыли ПВ очистки в циклонах представляет собой следующий набор: Си20 (куприт), Cu S (джарлеит), МО (бунзе-нит), СиО (тенорит), небольшое количество шпинельной фазы (магнетит) и металлической меди. Кроме того, на дифрактограмме присутствует ряд слабоинтенсивных линий, которые, предположительно, могут принадлежать сульфиду меди Cu gS (дигенит) и Cii3(S04)(OH)4 (антлерит).
Исследованиями РЭМ и РСМА установлено, что пыль печи Ванюкова (циклон) в качестве основной составляющей содержит (рисунок 3.13) капли с размерами от 10 до 200 мкм. Основными компонентами пробы пыли являются: - сульфид меди состава халькозина в форме свободных капель, образований типа «капля в капле» - в ассоциации с металлической медью и в ассоциации с ферритом меди в форме кайм; - оксид меди состава тенорита (СиО) в форме свободных капель, иногда ассоциированных с незначительными объемами сульфатов меди
Таким образом, пыли печи Ванюкова содержат компоненты сульфидного расплава - белого матта - и продукты его окисления до черновой меди: сульфаты, оксиды, ферриты меди и металлическую медь. Концентрирование летучих элементов - цинка и свинца - менее значительно вследствие снижения их общего содержания в материалах. Содержание благородных металлов в пылях такое же, как и в штейне ПВ, за исключением серебра, которое явно концентрируется в пыли циклонов.
Полученные данные о вещественном составе различных пылей металлургического производства Никелевого и Надеждинского металлургического завода могут быть использованы для совершенствования методов их улавливания и переработки в действующем производстве или разработки новых процессов их утилизации.
Разработка методики расчета выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от предприятий медно-никелевого производства
Процессы металлургической переработки сульфидного сырья сопровождаются выбросами загрязняющих веществ в виде отходящих газов, содержащих диоксид серы, и твердых веществ — пылей, содержащих тяжелые цветные металлы, включая медь и никель.
Объемы и другие количественные показатели выбросов газов и пыли при производстве цветных металлов, как правило, определяются инструментальными методами на основании замеров пылегазовых выбросов от всех источников (дымовые трубы и свечи, вытяжные шахты, вентиляционные системы, системы пылегазоочистки и др.) и химических анализов по содержаниям металлов в пыли.
В условиях работы больших предприятий, таких как Заполярный филиал ОАО «ГМК «Норильский никель», единовременный контроль объемов выбросов пыли, металлов и технологических газов инструментальными методами потребует задействовать значительные людские ресурсы. Это обусловлено большим количеством источников пылегазовых выбросов металлургических производств ЗФ общим количеством более полутора тысяч.
Такой инструментальный контроль необходимо проводить периодически, как минимум, 10—12 раз в год. При этом необходимо учитывать постоянно меняющуюся производственную ситуацию, которая требует оперативного управления технологическими процессами, что не всегда позволяет выдерживать заданный технологический режим. Следует отметить и то, что на достоверность инструментального контроля выбросов большое влияние оказывают погодные факторы, а также текущее состояние технологического оборудования и агрегатов.
Математическая модель расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на переделе РТП НЗ
По данным дифракционного анализа пробы пыли ГО основой фазового состава является бунзенит (МО). Присутствуют также следовые количества хизлевудита (M3S2). Возможно наличие следов шпинельной фазы.
Состав основных компонентов по данным РСМА приведен в таблице 3.6. Установлено, что проба состоит из отдельных частиц неправильной формы с размерами от 1-2 до 50 мкм и небольшого количества сферических частиц (рисунок 3.6). Основная доля частиц - это закись никеля состава, типичного для огарков никелевого концентрата в печи КС, при этом крупность частиц существенно ниже, чем в огарке. Однако проба содержит и типичные блочные частицы закиси никеля крупностью до 100 мкм. Эти типичные блочные частицы содержат силикатную составляющую (около 5 % от объема блоков) и фазы благородных металлов (БМ) в форме включений с размерами до 10 мкм. Это металлические фазы на основе платины, либо палладия, либо обоих металлов, содержащие никель, медь, висмут, теллур, свинец. Присутствие таких фаз БМ в целом характерно для огарков печей КС, в отдельные периоды их содержание достигает 0,1 -0,3 % от объема огарка.
Таким образом, в пылях газоочистки печей КС акцентировано концентрируются свинец и мышьяк, в значительной степени - селен и теллур. Из благородных металлов - концентрируются рутений и серебро, в значительной степени - платина, палладий, родий, иридий. Основная доля платины, палладия, родия, иридия, серебра присутствует в пылях в форме самостоятельных фаз субмикронных размеров, которые ассоциированы с закисью никеля.
По данным дифракционного анализа фазовый состав проб идентичен. Основной фазой является МО. В образцах надежно идентифицируется никель металлический и незначительные количества M3S2. Возможно, присутствуют следовые количества Fe2Si04 (фаялита), куприта и шпинельной фазы.
Состав основных компонентов проб по данным РЭМ-РСМА приведен в таблице 3.6. Основу пробы составляет закись никеля в форме гранул разной плотности с размерами от 10 до 100 мкм, представляющих собой типичную тонкую фракцию огарка КС (рисунок 3.7). Гранулы содержат включения ферритов никеля и силикатов. Проба содержит также небольшой объем никеля металлического.
Все указанные компоненты пробы характерны для огарков, полученных при обжиге никелевого концентрата разделения файнштейна в печах КС, а не для частично восстановленной закиси никеля. Однако, принимая во внимание большой удельный вес металлической составляющей, следует предположить, что при аспирации ТВП выносится в первую очередь закись никеля исходного огарка.
На Надеждинском металлургическом заводе рудный никелевый концентрат обогатительной фабрики перерабатывается в печах взвешенной плавки (ПВП) с получением богатого штейна и оборотного шлака. Штейн подвергается конвертированию с получением медно - никелевого файн-штейна. Медный концентрат от разделения файнштейна плавится в печи Ванюкова (ПВ-6.2), расплав конвертируется на черновую медь, которая подвергается огневому рафинированию. Шлаки ПВП и конвертерные шлаки обедняются в электропечах. [84].
В процессе пирометаллургической переработки образуется значительное количество различных пылей, которые возвращаются в производство. Знание их химического и вещественного состава позволяет совершенствовать технологию и более точно рассчитывать материальный и тепловой балансы соответствующих металлургических процессов.
Химический состав некоторых продуктов и материалов НМЗ (взвешенная плавка, конвертирование, печь Ванюкова) приведен в таблице 3.7. Взвешенная плавка Исследованы три пробы пыли взвешенной плавки: из котла-утилизатора (радиационная часть и конвективная часть) и из электрофильтра. По данным рентгенодифракционного анализа основой пробы пыли КУ (радиационная часть) является фаза со шпинельной структурой, период элементарной ячейки которой а7зі=8,ЗбА, что, соответствует (Ni,Fe)Fe2C 4 ( 2табл=8,37А) или NiFe204 (атабл =8,34 А). Также, с большой вероятностью, присутствует небольшое количество сульфатов.
При исследовании пробы методами РЭМ и РСМА установлено, что пыль радиационной части котла-утилизатора в качестве основных составляющих содержит (рисунок 3.8) частицы правильной сферической формы (капли) диапазона размеров 2 -3 - 50 мкм и крупные частицы неправильной формы, рыхлые, слоистые. Наличие составляющих сферической формы свидетельствует о том, что в пылегазовом потоке материал находится в расплавленном состоянии, после чего происходит перекристаллизация в процессе охлаждения.
Состав основных компонентов пыли приведен в таблице 3.8. Частицы сферической формы представляют собой смесь оксидных и силикатных составляющих широкого диапазона составов с переменным соотношением оксид/силикаты (от 4:3 до 9:1). Оксидная часть капель представлена в основном магнетитом (с существенной примесью никеля и кобальта) и ферритами никеля. В таблице приведен средний состав этих капель. Часть сферических частиц представляет собой силикаты разного химического состава, основная доля которых имеет состав моносиликата железа (FeSiQ3).
Крупные рыхлые частицы неправильной формы - это сульфаты железа (+2) и цветных металлов (никеля - +2 и меди - +1) и их смеси. Кроме того, проба содержит частицы оксида кремния разной величины - это частицы не усвоенного флюса, вынесенные из печи.
Сера присутствует в пробе только в виде сульфатов. Наличие сульфидных фаз цветных металлов не установлено. Следует отметить, что при 129 сутствие сульфатов в пылях радиационной зоны котла-утилизатора нетипично, так как в условиях сравнительно высоких температур этой зоны они должны разрушаться. Традиционно в пылях радиационной части диагностируются исходные рудные материалы. В исследуемой пробе пыли исходные рудные минералы не обнаружены, но наблюдается достаточно большой объем сульфатов. Вероятно, эту ситуацию можно объяснить тем, что некоторая часть исходного материала при загрузке не попадает в факел, а выносится из печи через боковую зону печи, в которой температура существенно ниже, чем температура в реакционной зоне. Поэтому окисление этой части исходного материала происходит только до образования сульфатов. Образовавшиеся сульфаты способствуют конгломерированию частиц пыли. Последнее приводит к укрупнению частиц и осаждению их в радиационной зоне котла-утилизатора. По этой причине в пылях конвективной зоны котла следует ожидать существенного уменьшения объема сульфатов.
По данным рентгенодифракционного анализа основой пробы пыли КУ (конвективная часть) также является шпинельная фаза с периодом элементарной ячейки (йг7зі=8,35 А), состав которой соответствует NiFe204. Присутствуют небольшие количества а-БегОз (гематит) и, возможно, сульфаты. При исследовании пробы методами РЭМ и РСМА установлено, что пыль конвективной части котла - утилизатора в качестве основной составляющей содержит частицы правильной сферической формы (капли) диапазона размеров 2-3 - 50 мкм. Эти частицы представляют собой смесь оксидных и силикатных составляющих широкого диапазона составов с переменным соотношением оксид/силикаты (от 4:3 до 5:1). В целом содержание силикатной составляющей в каплях этой пробы выше, чем в пыли радиационной части. Оксидная часть капель представлена в основном магнетитом (с существенной примесью никеля и кобальта), ферриты никеля практически отсутствуют. В таблице 3.8 приведен средний состав этих капель. Проба содержит очень незначительное количество сульфатов железа - никеля в форме тонкой связующей между сферическими частицами.
По данным рентгенодифракционного анализа фазовый состав пробы оборотной пыли электрофильтра практически не отличается от фазового состава пыли конвективной части котла-утилизатора ПВП: основой является шпинельная фаза с периодом элементарной ячейки (я7зі =8,35 А), состав которой соответствует NiFe204 - тревориту. Присутствуют в небольших количествах CaSC 4 (ангидрит), а также следы a-Q20 (гематит). При исследовании пробы методами РЭМ и РСМА установлено, что пыль никелевая оборотная электрофильтра содержит в качестве основной составляющей частицы правильной сферической формы (капли), размер которых находится в диапазоне 2-3 - 50 мкм, основная доля капель находится в диапазоне размеров 2-10 мкм (рисунок 3.9). По составу капли можно условно разделить на три группы (см. таблица 3.8):