Введение к работе
Актуальность работы
Технический прогресс в машиностроении, строительстве, химии, энергетике и ряде других областей обусловливает повышение спроса на качественные стали и сплавы. Наиболее востребованными являются конструкционные, жаропрочные, кислотоустойчивые и нержавеющие марки стали, при производстве которых в качестве легирующих элементов используются цветные металлы, и одним из основных является никель.
Высокая цена на металлический никель на мировом рынке цветных металлов существенно влияет на себестоимость сталей, легированных этим элементом.
Замена никеля другими легирующими элементами не позволяет достичь требуемых свойств сталей, поэтому спрос на него остается стабильно высоким как на внутреннем, так и на внешнем рынках.
Запасы богатых никелевых руд с содержанием примерно 4 % никеля ограничены. В связи с этим в производство вовлекают бедные силикатные руды с содержанием никеля 1,0 - 1,5 %. Альтернативным никельсодержа-щим сырьем являются полиметаллические марганцевые руды недавно разведанного месторождения Западной Сибири участков Сугул и Чумай и желе-зомарганцевые конкреции Тихого океана (ЖМК); никеля в них содержится до 0,5 %.
Разработка высокотехнологичных методов комплексной переработки полиметаллического марганецсодержащего сырья с целью использования продуктов обогащения при легировании стали является актуальной в настоящее время.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с заданием Министерства образования и науки РФ по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 - 2013 годы)», госконтрактом по федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы и планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».
Цель работы
Разработка научно-обоснованных технологических процессов получения никелевого концентрата при комплексном обогащении полиметаллического марганецсодержащего сырья и использование никелевого концентрата для легирования стали.
Задачи работы
исследование физико-химических закономерностей процессов извлечения никеля из полиметаллического марганецсодержащего сырья;
разработка технологических основ процесса комплексного обогащения полиметаллического марганецсодержащего сырья;
изучение и определение технологических параметров процесса леги-
рования стали с использованием никелевого концентрата. Научная новизна
выполнен термодинамический анализ и исследованы условия процессов выщелачивания марганца и никеля в водных растворах хлорида кальция и хлорида железа (II);
определены оптимальные параметры процесса селективного осаждения железа, марганца, кобальта и никеля из раствора, полученного после выщелачивания полиметаллического марганецсодержащего сырья;
изучены закономерности и определены параметры процесса восстановления никеля из его монооксида при выплавке стали в электропечи.
Практическая значимость и реализация работы
разработаны технологические основы и предложена схема процесса комплексного обогащения полиметаллического марганецсодержащего сырья;
разработаны технологические основы процесса легирования стали никелем с использованием никелевого концентрата;
результаты исследований использованы при геолого-экономической оценке прогнозных ресурсов перспективных участков месторождений марганцевых руд в западной части Алтай-Саянской складчатой области, что подтверждено актом об использовании научно-исследовательских работ ФГУГП «Запсибгеолсъемка»;
научные результаты работы внедрены в практику подготовки специалистов по направлению Металлургия черных металлов ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет», что подтверждено актом о внедрении результатов научно-исследовательских работ в учебный процесс.
Методы исследований
Исследование гидрометаллургического обогащения марганецсодержащего сырья осуществляли в лабораторных и полупромышленных автоклавах. Химический и фазовый составы марганцевых руд и ЖМК, концентратов гидрометаллургической переработки, продуктов термической обработки определяли с помощью методов химического, спектрального и микрорентге-носпектрального анализов.
Изучение кинетики восстановления никеля проводили в печи сопротивления методом непрерывного взвешивания. Процесс легирования стали никелем изучали в дуговых лабораторных печах вместимостью 10,0 кг.
Математическое моделирование, термодинамические расчеты, обработку результатов исследований осуществляли на ПЭВМ с использованием стандартного пакета программ Microsoft Office, программного комплекса «Терра».
Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов подтверждается: большим объемом экспериментальных данных; сходимостью результатов прикладных и теоретических исследований; применением современных методов статистической обработки результатов; высокой
воспроизводимостью полученных результатов. На защиту выносятся:
результаты теоретических и экспериментальных исследований гидрометаллургической переработки полиметаллического марганецсодержаще-го сырья;
технологические режимы комплексного обогащения полиметаллического марганецсодержащего сырья;
- теоретические и экспериментальные исследования физико-
химических особенностей процесса восстановления никеля из его моноокси
да в условиях выплавки стали в электропечи;
- технология использования никелевого концентрата при легировании
стали в дуговой электропечи.
Автору принадлежит:
постановка задач теоретических и экспериментальных исследований;
проведение теоретических и экспериментальных исследований гидрометаллургической переработки марганцевых руд и ЖМК, определение оптимальных условий автоклавного выщелачивания и осаждения металлов из растворов;
разработка основ технологии гидрометаллургической комплексной переработки марганцевых руд и ЖМК;
проведение теоретических и экспериментальных исследований легирования стали никелевым концентратом;
- обработка полученных результатов, анализ, обобщение, научное
обоснование, формулировка выводов и рекомендаций.
Апробация работы
Основные положения диссертации были доложены на следующих конференциях:
Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения», Новокузнецк, 2008 г.;
66-ой научно-технической конференции участников молодежного научно-инновационного конкурса (У.М.Н.И.К.), Магнитогорск, 2008 г.;
Всероссийской научно-технической конференции «Научное наследие И.П. Бардина», Новокузнецк, 2008 г.;
Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения», Новокузнецк, 2009 г.;
Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых «Инновационные технологии и экономика в машиностроении», г. Юрга, 2010 г.;
16-ой Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири», г. Томск, 2010 г.;
- Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия:
технологии, управление, инновации, качество», Новокузнецк, 2010 г.
- VIII конгрессе обогатителей стран СНГ, г. Москва, МИСиС, 2011 г.;
- Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия:
технологии, управление, инновации, качество», Новокузнецк, 2011 г.;
- III Конференции молодых специалистов «Перспективы развития металлургических технологий», Москва, 2011 г.
Соответствие паспорту специальности
Диссертационная работа соответствует паспорту научной специальности 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов п. 1 «Рудное, нерудное и энергетическое сырье», п. 2 «Твердое и жидкое состояние металлических, оксидных, сульфидных, хлоридных систем», п. 4 «Термодинамика и кинетика металлургических процессов», п. 9 «Подготовка сырьевых материалов к металлургическим процессам и металлургические свойства сырья», п. 13 «Гидрометаллургические процессы и агрегаты».
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе одна в рецензируемом научном журнале.
Структура и объем диссертации
Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных литературных источников и приложений. Работа изложена на 143 страницах печатного текста, содержит 16 таблиц, 25 рисунков, список использованных литературных источников включает 192 наименования.
