Введение к работе
-3-
Актуальность темы. Переработка окисленных никелевых руд в России ведется, в основном, методом шахтной плавки на штейн (АО "Южуралішкель", АО "Уфалейникель", АО "Режский никелевый завод"). Особенностью перерабатываемых этими предприятиями руд является низкое содержание в них никеля - около I %.
В условиях современного рынка, из-за высокого расхода кокса, повышенных потерь никеля и, особенно, кобальта, значительных выбросов S02 в атмосферу, шахтная плавка является убыточной и совершенно очевидна нецелесообразность переработки окисленных руд этим способом. Другие известные методы переработки, в том числе и электроплавка на ферроникель, также неприемлемы для отечественных окисленных руд, главным образом, из-за необходимости высоких капитальных вложений. Необходима разработка новой эффективной экологически чистой технологии для никелевых предприятий Урала, требующей минимум капитальных затрат.
Одним из перспективных является процесс переработки окисленных никелевых руд в двухзонном агрегате, который включает: плавку руды в плавильной зоне (печь с погруженным факелом) двухзонного агрегата с получением штейна в зоне восстановления и сульфидиро-вания (электропечь) в результате взаимодействия рудного расплава с оборотным газом.содержащим S02, подаваемым совместно с природным газом в приэлектродную зону; противоток образующегося металлизированного штейна, который передается из зоны восстановления и сульфиднрования в плавильную зону, и рудного расплава; обеднение шлака в зоне восстановления й сульфидирования. Используемый в качестве сульфидизатора газ образуется в результате непрерывного конвертирования и/или гидрометаллургической переработки штейна.
Однако данная технология переработки окисленных никелевых руд на штейн до настоящего времени не разработана.
Цель работы. Разработка новой технологии, отработка ее отдельных элементов, исследование процесса взаимодействия расплава окисленной никелевой руды с газовыми смесями, содержащими SO2 и СН4, изучение поведения Fe, Ni и S в процессе взаимодействия металлизированных никелевых штейнов с оксидными расплавами.
Методы исследования. Термодинамические расчеты, лабораторные опыты и укрупненные испытания в опытном двухзонном агрега-
A-те. Для исследований использовались: рентгеноспектральний микроанализ, оптическая микроскопия, ядерная гамка-резонансная спектроскопия; масс-спестрометрия; математические методы обработки результатов экспериментов.
Научная новизна. Выполнен термодинамический анализ равновесия реакций взаимодействия Fe2C>3, FeO, Fe/)4.NiO и СоО с S02 к СН4. Установлено, что при взаимодействии оксидов железа с S02 и СН4 для достижения минимальной суммарной концентрации серосодержащих веществ (H2S, S02, COS, S2, SH, CS2,S03 и пр.) в газовой фазе необходимым условием является наличие в продуктах реакции металлического железа. Показано, что при взаимодействии NiO н СоО с S02 и СН4 суммарная концентрация серосодержащих веществ в газовой фазе выше, чем при взаимодействии оксидов Fe с SOz и СН4 при прочих равных условиях расчетов.
Исследованы закономерности взаимодействия расплава окисленной никелевой руды с газовыми смесями, содержащими S02 и СН4:
показано, что степень усвоения серы завесит от: соотношения S02(+02)/CH4 в исходной газовой смеси; теотературы расплава; концентрации Fe в продуваемом оксидном расплаве; интенсивности продувки расплава метаном;
определены макроконстанты скоростей вывода Fe, Ni и Со нз продуваемого оксидного расплава, уравнение скорости суммарной реакции взаимодействия оксидов Fe с газовой смесью, содержащей S02 и СН4,и пределы его применимости. УстаЕовлено.что взаимодействие газовой смеси, содержащей S02 и СН|, с оксидами Ni и Со протекает значительно более быстро и полно, чем с оксидами Fe;
получены зависимости содержании компонентов газовой фазы от времени продувки расплава и соотношения исходных газов.
Изучено поведение Fe, Ni и S при взаимодействии металлизированных никелевых штейнов с оксидными расплавами, содержащими значительное количество трехвалентного железа. Определены факторы, оказывающие наибольшее влияние на глубину протекания взаимодействия штейна с расплавом. Установлено, что в процессе взаимодействия окисляется как железо штейна, так и сера.
Практическая ценность работы. Разработана новая технология переработки окисленных никелевых руд с созданием практически замкнутого цикла серы и получением ботатых штейнов и отвальных шлаков. Отработана конструкция нового двухзонного агрегата. На
-5-)Сновании проведенных исследований выданы исходные данные для ехнико-экономических расчетов по переводу АО Уфалейннкель на іроцесс переработки окисленных никелевых руд в двухзонных агрега-ах на штейн с последующей его гидрометаллургической переработай. Показана высокая эффективность новой техоло'гии. Годовая при-іиль составила 14,5 млн. долл., срок окупаемости капитальных вло-кений - 3,7 года. Результаты ТЭР приняты АО Уфалейннкель.
Апробация работы. Работа докладывалась в мае 1994 г. на - ом Международном Симпозиуме "Проблемы комплексного исполь-ования руд", проходившем в СПГГУ (Горный институт).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных а бот.
Структура диссертации. Диссертация состоит из 6 глав (вклю-ая введение), выводов, изложенных на 129 страницах, 62 рисунков, 2 таблиц, списка использованной литературы из 115 наименований прилохсений.