Селективный окислительно-сульфидирующий обжиг никелевых штейнов в кипящем слое Напсиков, Виктор Витальевич

Введение к работе

Актуальность работы

В настоящее время окислительный обжиг никелевых сульфидных материалов и полупродуктов широко применяют в производстве никеля. В связи с тем, что объемы производства никеля во всем мире непрерывно возрастают, дальнейшее совершенствование технологии этого вида обжига имеет большое значение.Необходимо изыскивать резервы для дальнейшего улучшения технико-экономических показателей и повышения эффективности производства.

Практическое осуществление процесса обжига сульфидных никелевых материалов определяется их физико-химическими свойствами, термодинамикой и кинетикой окислительных процессов. Знание этих процессов и их термодинамических характеристик имеет большое значение для расчетов оптимальных режимов окислительного обжига никелевых сульфидных материалов в кипящем слое перед их последующей переработкой на металл.

В области переработки сульфидных материалов всегда остро стояла проблема повышения степени извлечения цветных металлов из руд. Заметный вклад в изучение данного процесса внесли такие ученые как И.Н.Пискунов, Ф.Т.Бумажнов и др. В настоящее время остаются неизученными возможность управления процессом обжига сульфидных материалов с целью снижения потерь цветных металлов при их дальнейшей переработке, влияние температуры газового реагента на процесс.

Предлагаемая технологическая схема, по которой могут быть переработаны сульфидные никель и кобальт, включает: электроплавку руды на штейн; обжиг штейна; высокотемпературное выщелачивание обожженного материала; переработка растворов с применением процессов экстракции или ионной флотации и получение конечной продукции необходимого состава-оксидов никеля и кобальта, компактных металлов и порошков, либо солей.

Штейновая плавка окисленных никелевых руд и экстракционная переработка растворов обстоятельно исследованы, и технология процессов отработана в опытно-промышленных условиях. Обжиг никелевого штейна, высокотемпературное выщелачивание обожженного материала изучены недостаточно.

Исследования выполнены в соответствии с проектом №2.1.2/3788 «Исследование физико-химических превращений в гетерогенных системах при высокотемпературных процессах» в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала Высшей школы»(2009-2010).

Цель работы. Разработка технологии обжига штейна с достиженем определенного фазового состава оксидной и сульфидной фазы, пригодной для гидрометаллургической переработки.

Идея работы. С целью достижения заданного фазового состава при обжиге никелевого штейна следует учитывать температуру газового реагента и его расход.

Методы исследования. Для решения поставленных задач основные экспериментальные исследования осуществляли в лабораторной печи кипящего слоя, позволяющей обеспечивать различные режимы подачи дутья. Анализ продуктов обжига, выщелачивания осуществлялся классическими химическими методами. Для исследования химического и фазового состава твердых продуктов обжига использовали метод рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) и рентгенофазового анализа (РФА).

Научная новизна

1. Установлена высокая зависимость скорости окисления сульфидов железа, никеля и кобальта от температуры. Энергия активации для окисления сульфида железа составляет 220 кДж/моль, для сульфида никеля - 258 кДж/моль, для сульфида кобальта - 251 кДж/моль. Кажущийся порядок соответствующих реакций составил 0,5; 0,48 и 0,52.

2. Установлено существенное различие в скоростях окисления сульфидов железа до магнетита и гематита и сульфида никеля в температурном диапазоне газового реагента 500-800 ⁰С и при его расходе 80% от теоретически необходимого.

3. Экспериментально установлена зависимость скорости протекания реакции окисления сульфида никеля сернистым газом от температуры реакционной зоны и параметров подаваемой газовой смеси, что позволило установить лимитирующую роль химической стадии процесса по величине кажущейся энергии активации, составившей 138,0 кДж/моль.

4. Установлена возможность снижения температуры автоклавного выщелачивания за счет направленного формирования фаз в процессе селективного обжига.

Основные защищаемые положения.

1. Взаимодействие газового потока с полисульфидным сырьем, содержащим сульфиды железа, никеля и кобальта, при условии равенства температур газовой и твердой фазы в интервале 600-900 ⁰С приводит к преимущественному образованию оксидов железа и сульфидных никеля и кобальта.

2. Для достижения высоких извлечений никеля при сернокислотном выщелачивании огарка (температура 160-200 ⁰С) обжиг никелевого штейна следует вести при соблюдении изотермических условий в присутствии SO2.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обусловлены использованием современных и надежных методов исследования и подтверждается хорошей сходимостью теоретических и экспериментальных результатов.

Практическая значимость работы

1. Улучшение технологических показателей переработки окисленных никелевых руд. Увеличивается извлечение никеля до 97%, кобальта до 70%. Снижается температура автоклавного выщелачивания до 160 ⁰C.

2. Возможность использования селективного окислительно-сульфидирующего обжига в процессе переработки сульфидных медно-никелевых руд, как основа для улучшения технико-экономических показателей этого процесса.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались: на Международной конференции «Проблемы недропользования». Апрель 2008 г. Санкт-Петербург; На международной научно-практической конференции «XXXIX неделя науки СПбГПУ». 2010 г. Санкт-Петербург; На международной научно-технической конференции «АПИР-15». 2010г. Тула.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных трудах, 3 из которых опубликованы в журналах, рекомендованых ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, 3-х приложений, выводов и списка литературы. Работа изложена на 110 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, 28 рисунков. Библиография включает 114 наименований.