способ получения никелевого штейна

Формула изобретения

Способ получения никелевого штейна, включающий загрузку в шахтную печь шихты, содержащей окускованную окисленную никельсодержащую руду и топливо-восстановитель, и восстановительно-сульфидирующую плавку с использованием в качестве топлива-восстановителя кокса, отличающийся тем, что в качестве кокса используют кокс, полученный в результате коксования шихты, содержащей 5-100 мас.% продукта с выходом летучих веществ от 14 до 25%, полученного путем замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам переработки окисленных никелевых руд.

Известен способ получения никелевого штейна по патенту РФ № 2187568, в котором в качестве топлива-восстановителя используют металлургический кокс и сортовой каменный уголь с выходом летучих веществ не более 14%.

Недостатком данного способа является повышенное содержание никеля в шлаке и повышенный расход кокса.

Известен способ получения никелевого штейна по патенту РФ № 2184162, выбранный в качестве прототипа, включающий загрузку в шахтную печь шихты, содержащей окускованную окисленную никельсодержащую руду и топливо-восстановитель, восстановительно-сульфидирующую плавку с использованием в качестве топлива-восстановителя металлургического и кускового нефтяного кокса, взятых в соотношении соответственно 40-95:60-5 мас.%.

Недостатком способа, выбранного за прототип, является повышенный расход кокса при плавке и пониженный удельный проплав, высокая зольность металлургического кокса, пониженная крупность кокса.

Техническим результатом является снижение расхода топлива и увеличение проплава окисленной никелевой руды за счет повышения теплотворной способности и снижения реакционной способности кокса, снижение содержания никеля в шлаках за счет взаимодействия кокса, имеющего высокое содержание серы, с никелем расплава и переводом его в сульфид серы, переходящий в штейн.

Технический результат достигается тем, что в способе получения никелевого штейна, включающем загрузку в шахтную печь шихты, содержащей окускованную окисленную никельсодержащую руду и топливо-восстановитель, восстановительно-сульфидирующую плавку с использованием в качестве топлива-восстановителя кокса, согласно изобретению применяют кокс, являющийся результатом коксования шихты, содержащей продукт с выходом летучих веществ от 14 до 25% в количестве (5-100) мас.%, полученный путем замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков.

Кокс, полученный при коксовании нефтяных полукоксов с выходом летучих веществ от 14 до 25%, обогащенных в процессе замедленного полукоксования высокомолекулярными летучими веществами (таблица 2, шихта 7), отличается от нефтяного кокса, получаемого при прокалке нефтяных полукоксов с выходм летучих веществ 8-10% (до 14%), например в кольцевых или вращающихся барабанных печах, более высокой прочностью, повышенной крупностью кусков кокса (Д мм), пониженной реакционной способностью (CRI), повышенной послереакционной прочностью (CSR). Таким образом, это специальный кокс с улучшенными свойствами. Добавки такого полукокса к угольным шихтам (таблица 2, шихты 1-6) улучшают качество получаемого кокса.

Кокс, полученный из шихты, содержащей продукт (полученный путем замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков) с выходом летучих веществ от 14 до 25% в количестве 5-100 мас.%, обладает свойствами, приведенными в таблице 1.

Для удобства изложения продукт с выходом летучих веществ от 14 до 25%, полученный способом замедленного полукоксования тяжелых нефтяных остатков, далее по тексту обозначим как добавку ДК.

Угольная часть шихты приведена как один из частных случаев для примера. Возможны другие компоненты и комбинации шихт.

При этом в таблице 2 приведены примеры шихт, которые обозначены в таблице 1 как шихты 1,2,3,4,5,6,7.

Таблица 1
Компоненты шихт	Показатели качества компонентов	Показатели качества кокса
Аd, %	Vdaf, %	Sd, %	Ивсп.	Аd , %	Vdaf , %	Sd , %	CRI	CSR	CBS
ГЖ, ГЖО	7,69	38,30	0,72	129,0
ГЖ+Ж	8,51	36,31	0,61	139,0
КО+ОС	8,71	22,05	0,49	8.0
ОС+КС	7,62	17,72	0,50	10,0
КО+КС	9,39	20,11	0,72	7,0
К+КС	10,3	26,09	0,43	7,0
Добавка коксующаяся (ДК)	1,10	17,70	3,60	10,0
шихта 1	8,47	28,77	0,54	7,0	12,36	1,04	0,49	36,3	47,6	83,6
шихта 2	7,98	28,19	0,82	10,0	11,47	0,85	0,77	33,7	52,1	83,0
шихта 3	7,64	27,1	0,95	9,0	10,96	0,98	1,10	31,9	58,5	85,3
шихта 4	7,34	26,82	1,29	8,0	10,25	0,89	1,21	31,3	57,8	85,0
шихта 5	6,13	25,0	1,50	8,0	8,35	0,86	1,85	30,1	60,3	86,2
шихта 6	4,76	24,41	2,09	9,0	5,85	0,87	2,25	27.8	65,1	86,4
шихта 7	1,10	17,70	3,60	10	1,35	0,75	4,2	25,1	72,3	86,6

Пример 8: Шихта 8 составлена из 50% нефтяного полукокса с выходом летучих веществ 14,2% и 50% нефтяного полукокса с выходом летучих веществ 24,8%, при этом получен кокс с показателями CSR=70,5%, CRI=23,8%. При испытании в плавке получены результаты, аналогичные результатам согласно примеру 7.

Показатель А^d - зольность кокса в сухом состоянии; V^daf - выход летучих веществ на сухое беззольное состояние кокса; S - содержание серы на сухое состояние кокса;

Ивсп. - индекс вспучивания; CRI - показатель реакционной способность кокса; CSR - показатель послереакционной прочности кокса.

Таблица 2
Компоненты шихт	Варианты шихт, %
1	2	3	4	5	6	7
ГЖ, ГЖО	33,0	30,0	28,7	27,5	0	15,0	0
ГЖ+Ж	12,0	10,9	10,4	10,0	20,0	15,0	0
КО+ОС	10,0	9,1	8,7	8,3	14,0	0	0
ОС+КС	20,0	18,2	17,4	16,7	20,0	10,0	0
КО+КС	10,0	9.1	8,7	8,3	16,0	0	0
К+КС	15,0	13,6	13,1	12,5	0	10,0	0
Добавка коксующаяся (ДК)	0	9,1	13,0	16,7	30,0	50,0	100,0
Итого:	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0

Испытания (результаты приведены в таблице 1), проведенные на печи Николаева, показывают, что послереакционная прочность кокса из шихты с добавкой ДК выше, чем у кокса без добавки. Зависимость CSR кокса от содержания добавки в шихте близка к логарифмической: lgCSR=А+BlgC, где С - содержание добавки ДК в шихте.

Нефтяной полукокс имеет ряд преимуществ по сравнению с металлургическим - он недефицитен, недорог, имеет низкую зольность (менее 0.5 мас.%), в то время как зольность металлургического кокса 11-13 мас.%. Кроме того, имеются большие перспективы роста производства нефтяного полукокса в связи с неизбежным ростом производства углубленной переработки нефти, а также специального производства добавки коксующейся ДК.

Проведенные авторами предлагаемого изобретения промышленные восстановительно-сульфидирующие плавки окисленных никелевых руд с заменой части металлургического кокса коксом из угольных шихт с добавкой ДК в количестве от 5 до 100 мас.% показали возможность снизить расход кокса при плавке окисленных никелевых руд. Следовательно, при использовании кокса из шихт с добавкой ДК снижаются потери никеля (снижается содержание никеля в шлаке).

Кроме того, за счет снижения зольности кокса и в связи с этим снижения флюсов на шлакование золы кокса также снижаются количество шлаков и потери никеля с этой частью необразующихся шлаков.

По статистическим данным авторов изобретения установлено, что расход кокса крупнее 40 мм при плавке никелевого агломерата из окисленных никелевых руд в шахтных печах на 15% ниже по сравнению с расходом кокса крупнее 25 мм. Следовательно, расход более крупного кокса при прочих равных условиях должен снижаться.

Плавка с использованием кокса с добавкой ДК должна сопровождаться при сохранении ранее применяемых условиях загрузки (величина колоши) более полным сгоранием (использованием химического потенциала) ввиду снижения высоты колоши, снижения поверхности кусков кокса, повышения газопроницаемости.

Предлагаемый способ был проверен в восстановительно-сульфидирующей плавке окисленных никелевых руд на промышленных шахтных печах высотой 5 м, длиной 14,5 м, шириной в области фурм ~ 1,4 м, с площадью сечения в области фурм ~ 20 м². Печи имели выносной горн Петрова.

Авторами были проведены испытания и были определены показатели восстановительно-сульфидирующей плавки согласно заявленному способу с коксом из шихты с содержанием добавки ДК в количестве от 5 до 100 мас.%. Применялось воздушное дутье.

В качестве рудной части шихты использовались брикеты размером 90×50×40 мм и рудная «окать» с размером кусков крупнее 30 мм. Средний химический состав рудной части шихты, мас.% составлял: Ni - 1,08; Со - 0,022; SiO ₂ - 43,1; MgO - 15,2; CuO - 1,5; Fе₂O₃ - 18,0; Аl₂O₃ - 7,5.

В качестве сульфидизатора применялся пирит в количестве 8-9% от рудной части шихты, в качестве флюса - известняк в количестве 14-18%.

Технические показатели, характеризующие кокс из разных шихт, приведены в таблице 1.

Печи загружались моношихтой при помощи электрокар длиной в половину печи в последовательности: топливо (кокс), известняк, сульфидизатор, рудные материалы («откать», брикеты). Загрузка осуществлялась при остановке электрокар на половину длины печи.

Результаты испытаний приведены в таблице 3.

Таблица 3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
1	Металлургический кокс более 40 мм	30,0	100	12,65	0,25	0,43	0,066	19,64	0,120	0,37	28,11	0	105	0
2	Кокс из шихты с 50% ДК	27,0	100	12,87	0,25	0,39	0,059	19,98	0,110	0,39	30,15	7,26	110	10
3	Кокс из шихты с 50% ДК	27,0	50	12,05	0,23	0,37	0,058	20,60	0,083	0,40	30,45	8,34	145	10
	Нефтяной полукокс с летучими до 14%		50
4	Кокс из шихты с 50% ДК	27,0	80	11,95	0,23	0,40	0,057	20,45	0,084	0,41	30,11	7,36	142	10
	Нефтяной полукокс с летучими до 14%		20
5	Кокс из шихты с 50% ДК	27,0	70	11,88	0,24	0,39	0,060	20,35	0,085	0,40	29,95	6,55	140	10
	Уголь марки АО		30
6	Кокс из шихты с 5% ДК	30,0	100	12,60	0,25	0,43	0,066	19,5	0,12	0,37	28,20	0,32	100	0,5
7	Кокс из шихты с 15% ДК	29,5	100	12,60	0,25	0,43	0,068	19,9	0,12	0,37	28,75	2,34	100	1,67
8	Кокс из шихты со 100%ДК	27	100	11,8	0,24	0,39	0,060	20,45	0,085	0,40	30,0	8,50	145	12
9	Металлургический кокс более 40 мм	28,5	100	12,85	0,23	0,35	0,060	19,13	0,18	0,37	29,5	0	71,39	0
10	Кокс из угольной шихты с 50% ДК	26,5	100	12,95	0,25	0,37	0,045	19,85	0,15	0,39	31,6	7,0	86,33	7,0
11	Металлургический кокс из угольной шихты крупнее 40 мм	21,0	100	12,75	0,27	0,39	0,61	19,20	0,17	0,39	43,1	0	75	0
12	Кокс из угольной шихты с 50% ДК	19,8	100	12,90	0,27	0,40	0,55	20,5	0,14	0,40	46,8	8,6	92	15,0

Название столбцов таблицы 3:

1 - « № п/п»

2 - Вид кокса

3 - Расход кокса в технологии (в %) к рудной части шихты (общий расход кокса),%

4 - Доля в общем расходе кокса, %

5 - содержание в штейне Ni, %

6 - содержание в штейне Со, %

7 - содержание в штейне Cu, %

8 - содержание в штейне As, %

9 - содержание в штейне S

10 - содержание в шлаке Ni, %

11 - содержание в шлаке S, %

12 - удельный проплав, т/м²*сут

13 - увеличение проплава, %

14 - соотношение Niштейн/Niшлак

15 - сокращение расхода кокса, % от общего расхода кокса.

Примеры 9 и 10 осуществлены при плавке брикетов из окисленных никелевых руд с дутьем, обогащенным кислородом до 24%, а прмеры 11 и 12 - при плавке агломерата и с применением дутья, обогащенного кислородом до 24%. Агломерат по примерам № 11, 12 характеризуется содержанием 0,8-1% Ni; 0,025% Co.

Результаты проведенных испытаний показали, что при замене части металлургического кокса на кокс из шихты с добавкой ДК происходит сокращение расхода кокса и увеличение проплава по сравнению с металлургическим коксом.

Сокращение расхода кокса, получаемого из угольсодержащих шихт с добавкой ДК, происходит по двум причинам. Во-первых, у кокса с добавкой ДК ниже зольность, а во-вторых, выше крупность кусков кокса. Показатель зольности приведен в таблице 1. Промышленная проверка производства кокса из шихты с содержанием добавки ДК в количестве от 5 до 100 мас.% показала, что средний размер кусков такого кокса при содержании добавки ДК в количестве 40% составляет 90 мм. При этом средние размеры металлургического кокса составляют 55-65 мм. Это способствует более полному сжиганию кокса.

Кроме того, кокс из шихт с добавкой ДК имеет повышенную плотность до 1,25 г/см³, против 1,00 г/см у кокса из шихт без добавки ДК, а также более высокую истинную плотность 1,830-1,840 г/см³ против 1,790-1,815 г/см³ для коксов из шихт без добавки ДК, что приводит к снижению реакционной способности кокса.

Расход крупного кокса при слоевом процессе сжигания в низких шахтных печах типа вагранок всегда ниже при одинаковых температурных режимах и рациональной технологии загрузки за счет более полного горения углерода кокса (более полного использования химического потенциала, т.е. дожигания СО). Одновременно улучшаются экологические условия за счет снижения расхода топлива и его более полного химического сжигания (снижение выбросов СО и дымовых газов). Высокое содержание серы кокса используется в плавке для получения никелевого штейна.

Следует также отметить, что с ростом содержания добавки ДК в шихте для коксования снижается стоимость кокса, следовательно, удешевляется процесс производства никелевого штейна.

Таким образом, использование кокса из шихт с добавкой коксующейся ДК взамен металлургического кокса приводит к снижению суммарного расхода кокса при получении никелевого штейна. По сравнению с нефтекоксом снижается выход летучих веществ в дымовых газах, улучшается экология, упрощается эксплуатация фильтров для удаления пыли.

Снижение расхода кокса также сопровождается улучшением экологии процесса, т.к. ведет к снижению выброса суммы дымовых газов.