Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в плавильном цехе комбината «Печенганикель» Кольской ГМК перерабатывается сульфидный медно-никелевый высокомагнезиальный концентрат состава, % (масс.): Ni – 8-10, Cu – 3-4, Fe - 25-28, S - 18, MgO - 10-12, по технологии, включающей его окатывание и обжиг окатышей, плавку холодных окатышей в электропечах с получением штейна и отвального шлака. Штейны подвергаются конвертированию с получением файнштейна, конвертерного шлака, заливаемого в рудные электропечи для обеднения, и газов, частично направляемых в сернокислотное производство.
Данная технология характеризуется низкой степенью утилизации серы, большим расходом электроэнергии и низкой производительностью.
Для плавильного производства КГМК в течение длительного времени для совершенства технологии, в основном для решения экологических проблем, рассматривались следующие варианты переработки концентрата:
- переработка в печи взвешенной плавки,
- плавка в печи Ванюкова,
- обжиг концентрата в печах КС и плавка горячего огарка в электропечах,
- плавка концентрата в герметичных электропечах;
- плавка в двухзонной печи Ванюкова.
Предпочтение было отдано плавке в двухзонной печи Ванюкова. Проект прошел Госэкспертизу и утвержден руководством ОАО «ГМК «Норильский никель».
В этом проекте предполагалось металлургическое производство разместить на площадке «Североникель», а комплекс брикетирования - на площадке «Печенганикель» (с последующей транспортировкой брикетов).
Цель работы
Разработка технологии брикетирования высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых концентратов.
Научная новизна
1. Установлено влияние минералогического состава концентрата на прочностные характеристики брикетов, полученных из сульфидного высокомагнезиального медно-никелевого концентрата. Показано, что повышение в его составе сульфидной составляющей, как и содержания талька негативно сказывается на прочности брикетов.
2. С применением рентгеноспектрального микроанализа проведено исследование образцов лежалого концентрата. Установлено, что образцы содержат крупные конгломераты частиц двух типов: отдельные частицы практически неизмененных рудных сульфидных минералов – пентландита, халькопирита, пирротина, пирита и более крупные частицы серпентина. Все это находится в связующей массе, представляющей собой сульфат никеля (% масс.: 23,2 Ni; 0,41Co; 3,3 Fe; 1,6 Mg; 17,7 S; 54 O) с реликтами пентландита. Имеются также конгломераты отдельных частиц рудных сульфидных минералов – пентландита, халькопирита, пирротина, пирита, более крупные частицы серпентина и частицы магнетита. Все это связано в конгломерат не сульфатами, а тонкой фракцией концентрата, в основном – силикатной.
3. Исследован механизм влияния лигносульфоната, влажности шихты и возврата на прочностные характеристики брикетов. Установлено, что:
- наиболее эффективно повышение содержания лигносульфоната в шихте сказывается на прочности брикетов в области его содержаний 0-3,5 % (по сухому весу). Оптимум влажности шихты для получения наиболее прочных “зеленых” брикетов лежит в диапазоне 2,2-3,5 %;
- эффективным средством повышения прочностных характеристик брикетов является подача на брикетирование шихты с повышенной температурой (60-900С). В этом случае вследствие ускорения процессов полимеризации связующего и удаления капиллярной влаги из тела брикетов наблюдается увеличение прочностных характеристик сырых брикетов;
- зависимость содержания возврата в продуктах брикетирования от влажности шихты и содержания в ней лигносульфоната носят экстремальный характер: точка минимума выхода возврата отвечает влажности шихты 2,6-4,5 % и 1,5-7,2 %-му содержанию лигносульфоната в шихте.
4. Установлена зависимость, определяющая прочность брикетов от технологических параметров процесса брикетирования.
Практическая значимость
На основании проведенных исследований на пилотной и промышленных установках разработана технология брикетирования высокомагнезиального сульфидного медно-никелевого концентрата, определены оптимальные расходы связующего (лигносульфоната), влажности и температуры шихты, давления прессования, возврата, различных отходов. На основании полученных данных разработан технологический регламент, на основе которого проектной частью ООО «Институт Гипроникель» выполнен проект промышленного комплекса брикетирования для Кольской ГМК производительностью 530 тыс. т концентрата в год общей стоимостью 2 млр. 200 млн. руб. Срок окупаемости определяется, в основном, стоимостью связующего. В настоящее время ведется освоение промышленного комплекса.
Показано, что плавка брикетов в двухзонной печи Ванюкова протекает без каких-либо осложнений. При плавке брикетов в РТП при содержании влаги в брикетах более 3-3,5% происходят хлопки и выбросы расплава.
Основные защищаемые положения
1. С целью обеспечения требуемого качества брикетов высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых концентратов, в процессе брикетирования следует учитывать химический и минералогический состав концентрата, тип и расход связующего, влажность, давление прессования, состав и температуру шихты.
2. Для обеспечения высоких показателей плавки высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых концентратов в двухзонной печи Ванюкова шихту следует вводить после брикетирования в установленном режиме, что обеспечивает получение богатых штейнов, шлаков с низким содержанием цветных металлов и высокосернистых газов, пригодных для последующей утилизации.
3. Для обеспечения безаварийного и безопасного режима плавки брикетированных высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых концентратов в рудно-термических электропечах следует использовать брикеты с содержанием влаги не более 3-3,5%.
Методика исследований
Для исследований использовались растровый электронный микроскоп Tescan 5130MM с системой микроанализа SPIRIT (ED-спектрометр) и YAG-кристаллом в качестве детектора отраженных электронов, рентгенофазовый анализ. Исследования брикетирования концентрата проводились на пилотной установке института Гипроникель - валковом прессе В050 производства фирмы “K.R. Komarek, Inc.” (США) производительностью до 25 кг/ч. Полупромышленные и промышленные испытания процесса брикетирования проведились на установках фирмы “Maschinenfabrik Kppern GmbH & Co.KG” (Германия), валковом прессе ЗАО “НПО Спайдермаш” и на промышленном брикет-прессе производства фирмы “Koppern” на ООО “Медногорский медно-серный комбинат”.
Достоверность результатов обоснована применением промышленного сырья, использованием современных методов исследования, хорошим согласованием результатов пилотных исследований и полупромышленных и промышленных испытаний.
Апробация работы
Результаты работы доложены на семинаре «Неделя металлов в Москве. 13-17 ноября 2006 г.», Москва, 2007, на НТС ОАО «ГМК «Норильский никель» 2004-2008 гг., на НТС ОАО «КГМК» 2004-2010 гг., на НТС ООО «Институт Гипроникель» 2006-2010.
Личный вклад автора
Автор самостоятельно выполнил:
- постановку задач и разработку общей методики исследований;
- принимал непосредственное участие в пилотных исследованиях;
- непосредственно руководил проведением полупромышленных и промышленных испытаний;
- непосредственно участвовал в обработке экспериментального материала;
- участвовал в разработке технологического регламента;
- осуществлял руководство строительством и освоением промышленного комплекса.
Автор выражает сердечную благодарность за внимание, содействие, и поддержку на различных этапах выполнения диссертационной работы д.т.н. Цымбулову Л.Б., д.т.н. Ерцевой Л.Н., к.т.н. Чумакову Ю.А., к.т.н. Блинову В.А., ст.н.с. Портову А.Б.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, из них 4 – в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и библиографического списка. Содержит 159 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 100 наименований.
