способ обеднения шлаков плавки окисленных никелевых руд

Формула изобретения

1. Способ обеднения шлаков плавки окисленных никелевых руд, включающий сифонное поступление продуктов плавки из плавильной печи в передний горн и обработку шлака обедняющим агентом, содержащим серосодержащий материал и углеродистый восстановитель, отличающийся тем, что обработку шлака обедняющим агентом осуществляют в противотоке путем загрузки обедняющего агента на поверхность направленного движущегося снизу вверх потока шлака, при этом капли обедняющего агента, опускаясь сверху вниз, коллектируют ценные компоненты шлака, осуществляя противоточное движение, а расход обедняющего агента поддерживают в количестве 0,5-3,0% от массы шлака.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку шлака осуществляют в отдельном металлургическом агрегате при непрерывном поступлении шлака из плавильной печи или горна плавильной печи.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве серосодержащего материала обедняющего агента используют индивидуально или в присутствии друг друга материалы, обогащенные пиритом, пироротином, сульфидом кальция, сульфатом кальция, металлическими восстановителями, содержащими преимущественно Fe, Si, Al.

4. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что в качестве обедняющего агента используют восстановительно-сульфидирующие комплексы систем FeS ₂-CaO(CaCO₃)-C; FeS₂-Fe ₂O₃-C; FeS₂-Fe-(CaSO₄)-C; FeS₂-Fe-CaO(CaCO₃)-C.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве углеродистого восстановителя используют индивидуально или в смеси друг с другом материалы, взятые из группы, содержащей металлургический коксик, сернистый нефтяной кокс, полукокс, угли, антрацит, торф, торфяной кокс.

6. Способ по п.5 отличающийся тем, что в качестве углей используют бурые и тощие угли.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии никеля, в частности к технологии обеднения шлака шахтной плавки окисленных никелевых руд (ОНР). Оно может быть полезно для обеднения шлаков и расплавов от выплавки преимущественно никеля, меди, свинца, сурьмы, тантала и других металлов.

Способы обеднения шлаков весьма многочисленны и хорошо известны. Широкое распространение получили способы флотационного обеднения богатых шлаков никелевой и медной плавки во взвешенном состоянии [1]. Однако, флотационный способ обеднения к отвальным шлакам шахтной плавки ОНР неприменим.

Широкое распространение получили также электропечные способы обеднения богатых шлаков никелевой и медной плавки во взвешенном состоянии [1, с.325-352; 2], а также конвертерных шлаков никелевой плавки [2].

Наиболее близким по технической сущности к нашему изобретению является способ обеднения шлаков шахтной плавки ОНР при помощи смесей колчедана и коксика, сульфида кальция и коксика [2, стр.277-279]. Здесь обеднение шлаков ведется в одну стадию и шлак поступает в обеднительный агрегат на поверхность расплава. Таким образом, обеднение шлака осуществляется при числе экстракции "n", равном единице, длительность пребывания шлака в печи около 2 ч; максимальное извлечение никеля в штейн (5,9-8,4% Ni) составило 38%; удельный расход электроэнергии - 85-130 кВт-ч/т шлака. Температура шлака - 1420-1480°С. Крупными недостатками этого способа являются: низкое извлечение никеля; получение бедного по никелю штейна, применение пирита и высокая степень десульфуризации (>50%); высокий расход обедняющей смеси (2-6% от массы шлака).

Задачей настоящего изобретения является увеличение извлечения никеля из шлаков при их обеднении. Попутно с этим происходит уменьшение расхода обедняющего агента, снижение удельного расхода электроэнергии, сокращение потерь серы в газовую фазу.

Поставленная задача достигается тем, что в способе обеднения шлаков плавки окисленных никелевых руд, включающем сифонное поступление продуктов плавки из плавильной печи в передний горн и обработку шлака обедняющим агентом, содержащим серосодержащий материал и углеродистый восстановитель, согласно изобретению, обработку шлака осуществляют в противотоке путем загрузки обедняющего агента на поверхность направленного движущегося снизу вверх потока шлака, при этом капли обедняющего агента, опускаясь сверху вниз, коллектируют ценные компоненты шлака, осуществляя противоточное движение, а расход обедняющего агента поддерживают равным 0,5-3,0% массы шлака.

Обработку шлака осуществляют в отдельном металлургическом агрегате, обеспечивая непрерывное поступление шлака из плавильной печи или горна.

В качестве серосодержащего материала обедняющего агента могут быть использованы индивидуально или в присутствии друг друга материалы, обогащенные пиритом, пирротином, сульфидом кальция, сульфатом кальция, металлическими восстановителями, содержащими преимущественно Fе, Si, Al.

В качестве обедняющих агентов могут быть использованы восстановительно-сульфидирующие комплексы (ВСК) систем: FeS₂-CaO-(СаСO₃ )-С; FeS₂-Fe₂O₃-C; FeS₂ -Fe-(CaSO₄)-C; FеS₂-Fе-СаO(СаСO ₃)-С.

В качестве углеродистого восстановителя используют индивидуально или в смеси друг с другом материалы, взятые из группы, содержащей металлургический коксик, сернистый нефтяной кокс, полукокс, угли, в том числе бурые и тощие, антрацит, торф, торфяной кокс.

В качестве материалов-носителей СаSO ₄ могут быть использованы не только природный гипс, но и техногенные отходы (фосфогипс, фторгипс и др.).

Техническим результатом, получаемым при использовании предложенного технического решения, является:

1. Обеднение шлаков шахтной плавки ОНР с использованием принципа экстракции при "n" (число экстракций), стремящемся к бесконечности.

2. Экстракционный способ обеднения шлаков шахтной плавки позволяет увеличить извлечение никеля от 87-90% (современное состояние) до 95-97%.

3. Глубокое обеднение шлаков никелевой плавки позволяет вести процесс шахтной плавки практически на любой состав штейна, вплоть до файнштейна.

4. Обеднение шлаков может быть осуществлено без заметных капитальных и эксплуатационных затрат.

5. Организация шахтной плавки на штейны, содержащие никеля намного более 12%, способствует снижению расхода сульфидизатора при плавке, снижению топлива и перехода серы в газовую фазу.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Шлаки шахтной плавки ОНР подвергаются глубокому обеднению по никелю и кобальту. Это может быть осуществлено путем подачи обедняющего агента на расплав шлака, выходящего из шахтной печи, в переднем горне или отдельно стоящем плавильном агрегате путем противоточного движения шлака и обедняющего агента.

Степень извлечения металлов (Me) при этом находится в согласии с классическим уравнением экстракции:

где (Ме)_o и (Me)_n - концентрации Me в исходном и конечном шлаке соответственно;

L - коэффициент распределения Me между шлаком и штейном (ферроникелем);

q - масса штейна за одну экстракцию;

Q - масса шлака;

n - число экстракций.

Теоретические расчеты по уравнению (1) показали, что при значениях "n", равных 2, 3 и ; концентрации никеля в исходном шлаке в 0,16%; значении q, равном 1,0, и L - 0,01, а также при использовании пирротина (FeS _1,14) в качестве обедняющего агента можно получить нижеследующие результаты:

	n=1	n=2	n=3	n=
Содержание Ni в отвальном шлаке, %	0,08	0,04	0,01	<0,001
Содержание Ni в штейне, %	8,0	12,0	15,0	16,0
Извлечение Ni, %	50	67	94	99

Экспериментальная проверка приведенных выше теоретических показателей была проведена в лабораторных условиях (таблица).

В опытах использовали шлак шахтной плавки ОНР на Режском никелевом заводе состава, %: 0,13 Ni; 20,0 CaO; 12,4 MgO; 41,1 SiO₂; 6,8 Al₂O₃; пирротин от диссоциации колчедана Гайской обогатительной фабрики, %: 44,0 Fe, 50 S; нефтяной кокс Пермского нефтеперерабатывающего завода, %: 3,3 S; 7,8 летучих, 85 С, 0,3 золы.

Обеднение шлака вели при расходах (единицах): шлака - 100; пирротина - 1,0; нефтяного кокса - 0,01-0,3. Штейн от второй экстракции возвращался на обеднение исходного шлака, а штейн от третьей экстракции - в голову второй экстракции. При этих условиях были получены следующие результаты:

	n=1	n=2	n=3
Содержание Ni в отвальном шлаке, %	0,08	0,05	0,03
Содержание Ni в штейне, %	7,3	9,0	11,0
Извлечение Ni, %	38	61	77

Таблица Примеры осуществления способа по обеднению отвальных шлаков плавки ОНР (в пересчете на Q шлака - 100 т)
Показатели/Примеры	№№примеров	Прототип
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Концентрация Ni в	0,12	0,12	0,12	0,12	0,16	0,16	0,16	0,20	0,20	0,50	0,50	0,50	0,16
исходном шлаке
Число экстракций "n"	1	2	3	3	2	3	3	3	x)	3	3		1
Расход обедняющих агентов, т:
- колчедан (95% FeS2 )													1,5
- коксик			0,2			0,2							0,3
- пирротин (FeS1,14)	1,0	1,0	1,0	0,5	1,0	1,0	2,0	2,0	2,0	3,0	3,5	2,0
Концентрация Ni, %:
- в конечном шлаке	0,070	0,042	0,024	0,048	0,055	0,032		0,014	<0,01	0,008	0,06	<0,01	0,08
- в штейне	5,1	7,9	9,7	14,4	10,7	12,9		9,3	9,9	16,4	14,1	25,0	7,3
Извлечение Ni, %	42	66	80	60	66	80		93	99	98	99	99	50
х) данные для "n" - расчетные

Приведенные выше экспериментальные данные полностью подтверждают результаты теоретических расчетов.

Мы понимаем, что результаты лабораторных опытов в промышленных условиях подвергнутся определенной корректировке в сторону возможного снижения полученных показателей. Тем не менее в лабораторных условиях мы провели опытов при значениях q, равных 0,5-3,0% от массы исходного шлака, которые показали, что повышение величины q выше 3,0 - нецелесообразно (таблица, пример 11), точно также нецелесообразно и снижение q ниже 0,5 (пример 4).

В заключение нужно сказать, что в качестве обедняющего агента может быть использован любой сульфидизатор и/или металлический восстановитель, а также любая комбинация их друг с другом. Особенно полезно использование металлических восстановителей, содержащих Si, Al и др., поскольку процесс обеднения является эндотермическим. В этом случае применение металлических восстановителей позволяет полностью или частично исключить необходимость подогрева шлака при его обеднении.

Для практического осуществления не нужно какой-либо коренной реконструкции существующего оборудования, поскольку в настоящее время осуществляется сифонный выпуск продуктов плавки, которые поступают в передний горн, в котором шлак восходит к верхней поверхности. Необходимы лишь некоторые нововведения в конструкции переднего горна по выпуску шлака и подачи в горн обедняющего агента.

Нет необходимости утверждать о возможности осуществления способа в отдельно стоящей печной установке.

Таким образом, приведенные данные показывают полную реализуемость предлагаемой технологии и указывают на решение поставленной задачи.

Источники информации

1. Мечев В.В., Быстров В.П., Тарасов А.В. и др. Автогенные процессы в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1991, 414 с.

2. Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. Том 2. М.: Наука и технология, 2001,468 с.