ШИХТА ДЛЯ ШАХТНОЙ ПЛАВКИ ОКИСЛЕННЫХ НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1996 года по МПК C22B23/00 C22B23/02 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к переработке окисленных никельсодержащих материалов восстановительно-сульфидирующей плавкой на штейн в шахтных печах, может быть использовано для переработки окисленных никелевых руд и конвертерных шлаков.

Известна [1] шихта для плавки окисленных никелевых руд, включающая руду (52-53% ), кокс (25-27% ), пиритсодержащий сульфидизатор (6-7%), известняк (12-14%), наждачную пыль (1,6-2,0%) и металлоотходы (0,2%). Плавка шихты позволяет получать штейн с 10,8-12,0% Ni, 0,4-0,5 Co, 0,17 Cu, 19,9-20,7 S и Fe ост. Шлаки плавки содержат 0,13-0,14% никеля, 0,021-0,022 кобальта и 0,009-0,012% меди. Извлечение в штейн 88,1-88,4% никеля, 63,8-64,4% кобальта, со шлаком теряется 8,5-26% никеля и 31,2-31,4% кобальта. В штейн переходит 36-42% серы, большая ее часть 54-61% теряется с газами. Использование шихты не позволяет получать бедные по цветным металлам шлаки и снизить десульфуризацию при плавке.

Известна [2] шихта для переработки окисленных никелевых руд плавкой в присутствии известкового флюса и сульфидизатора с использованием природного газа. Данный способ не позволяет уменьшить содержание никеля в шлаке 0,08% и не обеспечивает регулирования степени металлизации шлака.

В качестве прототипа взята шихты ([3] с.94-97 и 209) для переработки окисленных никелевых материалов, составленная из окисленной никелевой руды или конвертерного шлака (56-65%), кокса (18-22%), известняка (8-18%), сульфидизатора пирита или колчедана (3-8%), наждачной пыли (0-1%) и металлоотходов (0-2% ). Если в качестве окисленного никельсодержащего материала взята руда, то плавка такой шихты в шахтных печах позволяет получать штейн с 15,9-16,5% Ni и 0,44-0,55% Co и отвальный шлак, содержащий 0,15-0,18% Ni и 0,017-0,027% Co. Извлечение никеля в штейн составляет 72,9-83,5% кобальта - 46,3-60,0% Плавка шихты, в которой в качестве основного компонента взят конвертерный шлак, обеспечивает выделение штейна с 4,7-20,0% Ni и 0,9-3,0% Co и шлака с 0,08-0,27% Ni и 0,07-0,27% Со. Извлечение в штейн: кобальта - 40-78% никеля 71-94% Потери серы с газами составляют не менее 50% в обоих случаях. Способ предусматривает введение в состав шихты никельсодержащих металлических добавок металлоотходы и наждачная пыль в количестве до 3%
Способ не обеспечивает регулирования степени металлизации штейна и восстановления оксидов железа, никеля и кобальта в необходимой степени, в связи с чем потери последних со шлаком остаются высокими, а извлечение в штейн низким. Более половины серы, вводимой с сульфидизатором, теряется с газами.

Задачей настоящего изобретения является разработка нового состава шихты с целью снижения потерь никеля и кобальта с отвальным шлаком и серы с газами.

Поставленная задача достигается тем, что известная шихта для шахтной плавки окисленных никелевых материалов, включающая окисленную никелевую руду или конвертерный шлак, кокс, известняк, пирит и никельсодержащие металлоотходы, дополнительно содержит клинкер цинкового производства при следующем соотношении ингредиентов, по массе:
кокс 13-26
известняк 9-15
пирит 1-5
клинкер цинкового производства 4-20
никельсодержащие металлоотходы 0,2-3
окисленная никелевая руда или конвертерный шлак остальное
Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый состав шихты, включающий клинкер цинкового производства (17-25% Fe_мет, 15-25% С) позволяет создать в печи условия, обеспечивающие контакт металлического железа, оксидного расплава и кокса в восстановительной атмосфере. В этом случае достигается интенсивное восстановление оксидов цветных металлов и железа (III), содержащихся в руде, регулируется степень металлизации штейна, сокращаются потери никеля и кобальта со шлаком. В месте контакта железа (сульфидно-металлического сплава) и кокса происходит образование карбидов, с высокой скоростью реагирующих с оксидным расплавом и восстанавливающих оксиды никеля и кобальта до металла. Шихта, содержащая клинкер требует меньшей продолжительности прямого восстановления руды коксом и газами, что увеличивает производительность процесса. Одновременно обеспечиваются сокращение потерь серы с газами за счет взаимодействия сернистых газов с металлическим железом с образованием термических устойчивого сульфида железа. При малых (менее 4%) добавках клинкера указанные положительные эффекты не проявляются в связи с частичным окислением железа клинкера в шахтной печи выше области фурм. Добавка клинкера сверх указанного предела (20%) ведет к избыточной металлизации штейна, выделению ферроникелевых настылей на поду печи и увеличению потерь ценных компонентов.

Указанное количество кокса в составе шихты обеспечивает необходимую температуру шахтной печи, при его массе менее 13% не удается выделить жидкие продукты плавки, а более 26% ведет к перегреву расплавов, причем потери металлов и серы не снижаются, а кокс расходуется не эффективно. Известняк позволяет получить легкоплавкий оксидный расплав шлак. При его количестве менее 9% повышается температура плавления шлака и растут потери цветных металлов. Введение в состав шихты более 26% известняка требует больших тепловых затрат на его диссоциацию, увеличивает расход кокса и не дает дополнительного эффекта по снижению потерь металлов со шлаком. Сульфидизатор, в качестве которого применяется пирит (колчедан или флотационный концентрат), обеспечивает сульфидирование цветных металлов и легкоплавкость донной фазы - штейна. При его количестве менее 1% происходит выделение ферроникелевой настыли, а более 5% растут потери серы с газами. Включение в состав шихты никельсодержащих металлоотходов позволяет утилизировать вторсырье, но ведет к увеличению потерь металлов со шлаком, а при их количестве более 3% - образованию настылей.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом и аналогами показал, что шихта отличается от известных шихт для переработки окисленных никелевых материалов восстановительно-сульфидирующей плавкой в шахтных печах использованием клинкера цинкового производства и соотношением ингредиентов. Оптимальный состав шихты обеспечивает достижение низких потерь никеля и кобальта со шлаком и серы с газами. Известна шихта [4] для переработки клинкеров цинкового производства в шахтных печах совместно с сульфидной медной рудой, состоящая из клинкера (28-50%), сульфидной и сульфидно-кремнистой медных руд (12-49%), отходов вторцветмета (3-5%), конвертерных шлаков (18-30% ), известняка (5-11% ) и кокса (6-10%). Шихта подвергается окислительной плавке с окислением железа и его сульфидом и переводом их в шлаки, а также окислением медных соединений. Шихта не предусматривает переработку окисленной никелевой руды или никельсодержащего конвертерного шлака, переработка которых требует создания восстановительных условий для перевода Ni,Co и Fe в сульфидно-металлический сплав (штейн), В отличие от заявляемой, шихта исключает использование восстановительных и металлизирующих свойств клинкера. Таким образом, сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Примеры использования шихты по данным испытаний.

Испытания способа проведены в лабораторных условиях.

Эксперименты выполнены в лабораторной электропечи сопротивления при температуре 1300^oС. Навеску шихты, состоящей из окисленной никелевой руды (1,2% Ni, 0,06% Co), кокса, известняка, пирита (40% S), клинкера цинкового производства (2,1% Cu, 0,05% Ni, 4% S, 15% C, 38% Fe) и металлоотходов (5% Ni, 0,1% Co) помещали в алундовый тигель, который устанавливали в разогретую до заданной температуры печь. Расплав выдерживали в течение 30 мин, затем тигель извлекали из печи и охлаждали. Продукты плавки разделяли, в штейне и шлаке химическим анализом определяли концентрации цветных металлов и серы. При плавке шихт заявляемого состава были получены шлаки с содержанием никеля 0,06-0,07% и кобальта 0,015-0,019% и штейны, содержащие 8,5-10,7% никеля, 0,27-0,5% кобальта. Потери серы с газами не превышали 15% (табл.). Аналогичные показатели достигнуты при переработке конвертерного шлака.

При плавке шихты за пределами предлагаемого состава, не достигается низкое содержание никеля и кобальта в отвальном шлаке, а также возрастают потери серы в газовую фазу (прототип).

Следует отметить, что в клинкере цинкового производства содержится значительное количество меди и благородных металлов. В процессе плавки эти металлы будут сколлектированы в никелево-кобальтовом штейне. Последующая эффективная переработка такого штейна может быть осуществлена по известной схеме переработки медно-никелевых штейнов реализованной на предприятиях концерна "Никель". В этом случае достигается селекция металлов в целевые продукты никеля и кобальта в никелевый концентрат, меди в медный концентрат, драгоценные металлы будут извлечены в шлам при электролизе металлов.

Таким образом заявляемая шихта для переработки окисленных никелевых материалов обеспечивает, в сравнении с прототипом:
снижение потерь никеля и кобальта с отвальными шлаками,
снижение потерь серы с газами,
повышение производительности процесса,
вовлечение в переработку клинкера цинкового производства,
позволяет регулировать степень металлизации штейна,
получение никелево-медного штейна аккумулирующего цветные и благородные металлы,
открывает возможность эффективной переработки медно-никелевого вторичного сырья,
открывает возможность использования в качестве сульфидизатора сульфидных матеpиаллов, содержащих благородные металлы, с последующим их извлечением по технологии переработки сульфидных медно-никелевых концентратов. ТТТ1

Использование: цветная металлургия, в частности изобретение относится к переработке окисленных никельсодержащих материалов восстановительно-сульфидирующей плавкой на штейн в шахтных печах, может быть использовано для переработки окисленных никелевых руд и концентратов. Сущность: шихта для шахтной плавки окисленных никельсодержащих материалов содержит в % по массе: кокс - 13-26, известняк - 9-15, пирит - 1-5, никельсодержащие металлоотходы - 0,2-3, клинкер цинкового производства - 4-20, окисленная никелевая руда или конвертерный шлак - остальное, 1 табл.

Шихта для шахтной плавки окисленных никельсодержащих материалов, содержащая окисленную никелевую руду или конвертерный шлак, кокс, известняк, пирит и никельсодержащие металлоотходы, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит клинкер цинкового производства ври следующем соотношении ингредиентов, по массе:
Кокс 13 26
Известняк 9 15
Пирит 1 5
Никельсодержащие металлоотходы 0,2 -3,0
Клинкер цинкового производства 4 20
Окисленная никелевая руда или конвертерный шлак Остальное