Исследование и разработка технологии обеднения шлаков, содержащих никель, кобальт и медь, с использованием восстановительных газов

• Автор: Фомичев, Владимир Борисович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 232 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

1. Обеднение шлаков в медноникелевом производстве литературный обзор

1.1.Теоретические основы обеднения оксидных расплавов

на основе железа, содержащих никель, кобальт и медь.

1.1.1. Современные представления о формах нахождения цветных металлов в шлаковых расплавах

1.1.2. Термодинамические аспекты обеднения

шлаковых расплавов.

1.2. Способы обеднения шлаков.

1.2.1. Обеднение шлаков на отечественных предприятиях

1.2.2. Обеднение шлаков на зарубежных предприятиях.

1.2.3. Обеднение шлаков продувкой расплава восстановительными газами, подаваемыми
в приэлектродную зону
1.2.4. Обеднение шлаковых расплавов продувкой их различными газами
1.2.5. Обеднение шлаковых расплавов продувкой их восстановительносульфидирующими
газовыми смесями.
1.3. Заключение к главе 1.
2. Термодинамический анализ восстановления
оксидных расплавов
2.1. Термодинамика взаимодействия оксидных расплавов с восстановительными газовыми смесями.
2.2. Термодинамика взаимодействия оксидносиликатных расплавов с восстановительносульфидирующими
газовыми смесями.
2.3. Заключение к главе 2
3. Обеднение шлаковых расплавов путем их продувки газовыми смесями с различным парциальным
давлением кислорода
3.1. Описание установки и методики проведения
лабораторных исследований
3.2. Исследование процесса обеднения шлаковых расплавов
без введения фазы коллектора.
3.3. Исследование процесса обеднения шлаковых расплавов
с введением сульфидной фазы белого матта
3.4. Исследование процесса обеднения шлаковых расплавов
с введением сульфидной фазы штейна
3.5. Исследование процесса обеднения шлаковых расплавов
с введением сульфидной фазы рудного концентрата.
3.6. Заключение к главе 3.
4. Взаимодействие оксидносиликатных расплавов с газовыми смесями, содержащими диоксид серы и метан.
4.1. Описание установки и методики проведения
лабораторных исследований.
4.2. Взаимодействие синтетических шлаковых расплавов
с газовыми смесями БОгСЬТ.
4.2.1. Поведение железа при продувке оксидносиликатных расплавов газовыми смесями 2СН4
4.2.2. Поведение цветных металлов при продувке оксидносиликатных расплавов газовыми смесями ЗОгСНд.
4.2.3. Определение оптимального соотношения БОг и СИ в газовой смеси.
4.3. Взаимодействие промышленных шлаков автогенных и конвертерных процессов с газовыми смесями ЗОгСЩ.
4.4. Заключение к главе 4.
5. Исследование процесса обеднения шлаковых расплавов
при продувке их газовыми смесями различного состава на укрупненнолабораторной установке.
5.1. Описание укрупненнолаборатороной установки
5.2. Методика проведения опытных плавок.
5.3. Результаты укрупненнолабораторных испытаний.
5.4. Заключение к главе 5.
Заключение.
Список использованных источников


Графики построены по результатам термодинамических расчетов, базирующихся на предположении, что металлический и оксидный расплавы являются идеальными системами. Как видно из рис. При изменении температуры расплава и при учете отклонения этих систем от идеального состояния возможно некоторое изменение вида зависимостей, представленных на рис. Рис. Зависисмость извлечения никеля и кобальта в сплав от извлечения в него железа. Невозможно осуществить снижение содержания никеля и кобальта в шлаковой фазе без одновременного восстановления части железа. Для практически полного перевода никеля из шлака в сплав степень восстановления железа может быть невелика (~7%); для кобальта она должна составлять весьма заметную часть (% и более). Чем ниже остаточное содержание никеля и кобальта в шлаке, тем больше выход сплава и тем ниже содержание цветных металлов в нем. Эти выводы, основанные на термодинамическом анализе процесса, были полностью подтверждены Е. И. Ежовым и др. Б.П. Онищиным и др. В.Г. Вычеровым и др. Аналогичные результаты получены М. Р. Русаковым при организации обеднения оксидных расплавов интенсивным методом путем продувки их газообразными или жидкими углеводородами, подаваемыми в приэлек-тродное пространство [5]. Образующийся ферроникель (если он не содержит примесей , С, Б) характеризуется высокой температурой плавления. Поэтому процесс обеднения следует вести либо с получением твердого продукта [], что затрудняет его дальнейшую переработку, либо вводить в систему жидкий или твердый сульфидизатор. Сульфидно-металлическая фаза формируется непосредственно в процессе обеднения и поэтому равновесна с обедняемым шлаковым расплавом. Такой процесс имеет место при обеднении шлаков в электропечах с добавкой твердого восстановителя и сульфидизатора (норильской руды, агломерата, пирита). По данным работы [] наличие серы в сульфиднометаллической фазе приводит к снижению активности железа, никеля и кобальта в ней. В интервале интересующих нас составов снижение максимально для никеля, меньше для кобальта и железа. Это обеспечивает снижение растворимых потерь никеля и кобальта. Сульфидно-металлическая фаза вводится в печь обеднения или в зону обеднения комбинированного агрегата извне. Как правило, такой фазой может служит штейн автогенного процесса. В таком случае, при интенсивном обеднении шлакового расплава, например, в печи Ванюкова при подаче в шлаковый расплав восстановительных газов или в электропечи при подаче газообразных (жидких) восстановителей в приэлектродное пространство, взаимодействие восстановленного шлакового расплава и донной сульфидно-металлической фазы, находящейся вне зоны активного барботажа, ограничено, и по отношению друг к другу они могут быть не равновесны. В настоящее время для обеднения шлаков используют пирометал-лургические методы или флотацию (только для медных шлаков). Применение пирометаллургических методов обеднения шлаков на медных и медно-никелевых плавильных заводах позволяет извлекать цветные металлы из шлаков, получающихся в автогенных процессах плавки и при конвертировании. Процесс флотации медленно охлажденных шлаков позволяет достичь приемлемых результатов только по меди. До недавнего времени на всех отечественных никелевых предприятиях, кроме комбината ’'Южуралникель”, обеднение конвертерных шлаков и шлаков автогенных процессов осуществлялось в электропечах. В качестве сульфидизатора использовались сульфидная медно-никелевая руда или агломерат. В шихту вводился твердый восстановитель и кремнистый флюс. На комбинате "Южуралникель" обеднение шлаков проводится в конвертерах с использованием металлизированных штейнов шахтных печей []. В последнее время из-за снижения стоимости кобальта наметилась тенденция изменения технологии обеднения, а именно, заливка всех конвертерных шлаков в рудные электропечи и обеднение их одновременно с плавкой шихты []. Естественно, это экономически оправданное мероприятие привело к снижению извлечения цветных металлов, в первую очередь кобальта, в файнштейн. Рассмотрим практику наиболее распространенных процессов обеднения на отечественных и зарубежных предприятиях.