способ получения ферросплава

Формула изобретения

Способ получения никельсодержащего ферросплава, включающий подготовку окисленной никелевой руды, плавку и металлотермическое восстановление в электропечи, скачивание шлака, рафинирование металлического расплава флюсующими добавками и последующую разливку полученного металла, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют алюминийсодержащие отходы от производства алюминия, взятые в количестве 5-30 мас.% от массы окисленной никелевой руды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, в частности к переработке никельсодержащих материалов восстановительной плавкой в электропечах, может быть использовано для переработки бедных окисленных никелевых руд, алюминийсодержащих отходов цветной металлургии.

Известен способ получения никельсодержащих ферросплавов, получивший наибольшее распространение в мире, который включает обжиг окисленной никелевой руды в трубчатых вращающихся печах, восстановительную плавку с применением углеродистого восстановителя, скачивание шлака, рафинирование металлического расплава флюсующими добавками и последующую разливку полученного металла. [Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. Т.2. - М.: Наука и технология, 2001. - 468 с.].

Основным недостатком данного способа является невозможность получения богатого ферроникеля (более 8% никеля) из бедных окисленных никелевых руд с повышенным содержанием оксидов железа (к которым относится большинство отечественных окисленных никелевых руд) из-за аварийного вспенивания шлака.

В качестве прототипа принят наиболее близкий по технологической сущности к заявляемому способ получения ферроникеля, применяемый на американском заводе «Риддл», который включает подготовку никелевой руды, плавку и металлотермическое восстановление, скачивание шлака, рафинирование металлического расплава флюсующими добавками и последующую разливку полученного металла. В качестве элемента-восстановителя используется кремний ферросилиция [Вейзагер М.Л., Кормилицын С.П. Современные методы переработки окисленных никелевых руд за рубежом // Цветные металлы. - 1992. №6. С.11-17 (прототип)].

Преимуществом данного способа является возможность получения богатого ферроникеля (более 8% никеля) из бедных окисленных никелевых руд без аварийного вспенивания шлака за счет исключения из состава шихты углеродистого материала. Основным недостатком этого способа является использование дорогостоящего восстановителя - ферросилиция.

Задачей настоящего изобретения является разработка нового металлотермического способа получения ферросплава, содержащего никель, позволяющего заменить дорогостоящий ферросилиций значительно более дешевым алюминийсодержащим восстановителем.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение извлечения никеля в конечный расплав за счет интенсификации перехода никеля и железа из оксидного расплава в металлическую фазу и активации химических реакций процесса восстановления.

Поставленная задача решается тем, что в отличие от прототипа, включающего подготовку окисленной никелевой руды, плавку и металлотермическое восстановление, скачивание шлака, рафинирование металлического расплава флюсующими добавками и последующую разливку полученного металла, в предложенном способе в качестве восстановителя используют алюминийсодержащие отходы от производства алюминия (шлак, отсевы сушильных установок, печные выгребы, настыли и т.д.), взятые в количестве 5-30 мас.% от массы окисленной никелевой руды.

Сущность изобретения заключается в том, что заявляемый способ получения ферросплава позволяет создавать в электропечи условия, необходимые для выплавки сплава с содержанием от 8 до 40 мас.% никеля без использования дорогостоящего ферросилиция. Предлагаемый способ получения ферросплава позволяет использовать дешевый вид восстановителя - алюминийсодержащие отходы от производства алюминия, которые помимо роли восстановителя в данном способе выполняют функцию флюсующих добавок. Заявляемый способ также позволяет вовлечь в переработку отходы производства цветной металлургии.

Окисленную никелевую руду перед плавкой необходимо подвергать просушиванию или обжигу для снижения удельного расхода электроэнергии, природной влажности шихтовых материалов и устранения слипаемости.

Количество алюминийсодержащих отходов, равное 5-30 мас.% от массы окисленной никелевой руды, является достаточным не только для полного восстановления железа из высших оксидов до низших, никеля до никеля металлического, но и части других металлов, содержащихся в никелевой руде в оксидной форме и способных в данных условиях к восстановлению, например для частичного восстановления железа из низших оксидов до железа металлического и кремния до кремния металлического. Причем нижний предел количества алюминийсодержащих отходов относится к окисленным никелевым рудам с пониженным содержанием оксидов железа (например, к магнезиальным никелевым рудам), а верхний предел - к никелевым рудам с повышенным содержанием оксидов железа (например, к железомагнезиальным и глиноземистым никелевым рудам).

Снижение количества восстановителя менее 5 мас.% от массы никелевой руды приводит к уменьшению степени извлечения никеля из-за кинетических затруднений при восстановлении слишком малого количества металла и недостатка алюминия на восстановление никеля. Увеличение количества восстановителя более 30 мас.% от массы никелевой руды приводит к необоснованному перерасходу восстановителя, ухудшению технико-экономических показателей плавки и образованию бедного по никелю ферросплава, имеющего ограниченный рынок сбыта.

По окончании проплавления всей шихты расплав выдерживают в печи в течение 10-20 минут для более полного осаждения корольков металла из шлаковой фазы, после чего шлак скачивают (по возможности более полно).

Полученный черновой ферросплав при необходимости подвергают рафинированию от серы и фосфора флюсующими добавками.

Товарный ферроникель разливают традиционными методами на грануляционной установке на гранулы 3-10 мм или на небольшие слитки массой 5-25 кг.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Заявляемый способ получения ферросплава был опробован на экспериментальном участке ОАО «Ключевский завод ферросплавов».

Использовались следующие материалы и оборудование:

1. Окисленная никелевая руда Серовского месторождения двух типов, содержащая, мас.%:

- магнезиальная - 1,3 NiO; 3,6 Fe₂О ₃; 3,5 FeO; 58,9 SiO₂; 24,6 MgO; 2,1 Al₂O₃; 1,0 CaO; 0,01 SO₂;

- железомагнезиальная - 1,3 NiO; 12,4 Fe₂О₃ ; 5,3 FeO; 56,5 SiO₂; 17,0 MgO; 4,2 Al ₂О₃; 0,3 CaO; 0,01 SO ₃.

2. Алюминийсодержащие отходы от производства алюминия содержащие, мас.%:

- алюмошлак - 22,0 Al; 1,5 Si; 1,5 Fe; 55,0 Al₂O₃; 8,5 SiO ₂; 6,1 MgO; 0,9 CaO;

- настыли (отходы, собранные с поверхности рабочего пространства печи после проведения серии плавок по производству вторичного алюминия) - 34,0 Al; 0,5 Si; 2,1 Fe; 45,1 Al₂О₃ ; 9,1 SiO₂; 7,2 MgO; 1,0 CaO.

3. Муфельная печь.

4. Дуговая электропечь с мощностью трансформатора 100 кВА.

Порядок проведения плавок был следующий. Окисленную никелевую руду предварительно прокаливали в муфельной печи в течение 3 часов. Прокаленную руду тщательно перемешивали с отходами алюминиевого производства и частично (около 25% от общей массы шихты) загружали в дуговую электропечь. После этого проплавляли нейтральный запал для формирования шлакового расплава. Затем, по мере проплавления добавляли оставшуюся часть шихты. После проплавления всего объема шихты проводили выдержку расплава в течение 15 минут. Шлак скачивали, оставляя над металлом тонкий оксидный слой. Затем проводили разливку металла.

Состав шихты и основные показатели экспериментальных плавок представлены в таблице.

Проведенные испытания показали, что предлагаемый способ получения ферросплава позволяет выплавлять в электропечи ферроникель из окисленных никелевых руд и алюминийсодержащих отходов от производства алюминия без использования в шихте коксика и ферросилиция. Сравнивая технологические показатели плавки по предлагаемому способу и прототипу, необходимо отметить, что при примерно равном содержании никеля в конечном ферросплаве (таблица, плавки №№1, 5, 6) в предлагаемом способе наблюдается повышение извлечения никеля в металл за счет применения более активного вида восстановителя и наибольшего распределения элемента-восстановителя по объему. Экономический эффект от использования предложенного изобретения достигается в основном за счет применения дешевого вида восстановителя - алюминийсодержащих отходов цветной металлургии взамен дорогостоящего ферросилиция.

Таблица Результаты экспериментальной выплавки ферросплава по заявляемому способу получения
№ п/п	Тип никелевой руды	Количество восстановителя, мас.% от массы окисленной никелевой руды			Содержание Ni в ферросплаве, мас.%	Извлечение Ni, мас.%*
		Ферросилиций марки ФС45	Алюмошлак	Печные выгребы
Прототип
1	Железомагнезиальная	5	-	-	15	91
Предлагаемый способ
2**	Магнезиальная	-	4	-	53	75
3	Магнезиальная	-	5	-	40	91
4	Железомагнезиальная		10		39	92
5	Железомагнезиальная	-	-	11	15	94
6	Железомагнезиальная	-	15	-	16	95
7	Железомагнезиальная	-	30	-	8	96
8**	Железомагнезиальная	-	35	-	6	96
* Из-за колебаний содержания никеля в руде извлечение никеля определяли по соотношению Ni в шлаке и металле. ** В данных плавках принято количество алюминийсодержащих отходовошлака, выходящее за пределы заявляемого способа получения ферросплава.