СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БОГАТОГО НИКЕЛЕВОГО ШТЕЙНА Российский патент 1999 года по МПК C22B23/02 

Изобретение относится к способу получения богатого никелевого штейна и шлака в установке, объединяющей суспензионную плавильную печь (печь плавки во взвешенном состоянии) и несколько других пирометаллургических печей, без отдельного конвертирования периодического типа, т.е. с периодической загрузкой, с тем, чтобы по крайней мере часть концентрата и/или руды, подаваемой в процесс, сначала рафинировалась пирометаллургически в никелевый штейн, который затем загружается в суспензионную плавильную печь (печь плавки во взвешенном состоянии), где собственно и получают богатый никелевый штейн.

Прямое пирометаллургическое получение металлического никеля является невыгодным из-за среди прочего высокой температуры плавления металлического никеля и, следовательно, высоких температур процесса, которые должны для этого требоваться. Поэтому производство никеля из сульфидных исходных материалов основывается по крайней мере на двух стадиях, где на первой стадии получают богатый никелевый штейн, который затем подвергают пирометаллургической обработке для получения металлического никеля.

Известным способом богатый никелевый штейн может быть получен из сульфидных материалов путем обжига сульфидного сырья по крайней мере частично в печи кипящего слоя и затем путем плавления полученного огарка в электрической печи в никелевый штейн. Сульфидное сырье также может загружаться в электрическую печь и без обжига. Полученный в электрической печи никелевый штейн затем конвертируется, например, в конвертере типа Пирса - Смита в богатый никелевый штейн, который затем подвергается пирометаллургической обработке для получения металлического никеля. Недостатком этого способа является большое количество газов, образующихся на этой стадии процесса, который содержит соединения серы, высвобождающиеся на различных этапах процесса, которые должны быть очищены перед их выпуском в атмосферу. Из-за небольшого содержания серы и большого объема газов их обарботка, например, с получением серной кислоты, требует значительного оборудования в газоперерабатывающей установке, например, кислотного завода.

В способе, основывающемся на современной технологии плавления во взвешенном состоянии, богатый никелевый штейн получают из сульфидных концентратов путем плавления высушенного никелевого концентрата в печи плавки во взвешенном состоянии в никелевый штейн, который затем конвертируют в богатый никелевый штейн, например, в конвертере Пирса-Смита. Шлаки, полученные в печи взвешенной плавки и в конвертере Пирса-Смита, очищаются в электрической печи, и полученный никельсодержащий штейн возвращается в конвертер в качестве загрузки. Слабым местом этого способа является этап конвертирования с периодической загрузкой, объем газового потока и содержание в нем двуокиси серы, идущие из этапа конвертирования, изменяются, и поэтому пропускная способность кислотного завода, необходимая для переработки этих газов, должна быть значительно выше, чем при переработке газов, получаемых с нормальной регулируемой скоростью как функции времени.

Вышеописанный способ, основанный на плавке во взвешенном состоянии, усовершенствован в способах, описанных в патентах Финляндии N 890395 и N 922843. Согласно этим способам богатый никелевый штейн, пригодный для пирометаллургической обработке никеля и имеющий низкое содержание железа, получают непосредственно в печи взвешенной плавки без отдельного этапа конвертирования, и таким образом высвобождающаяся в процессе двуокись серы передается на кислотный завод в виде равномерного одинакового газового потока с высоким содержанием двуокиси серы. Благодаря высокой степени окисления шлак, образующийся в печи взвешенной плавки, имеет высокое содержание никеля, поэтому шлак отдельно обрабатывается в электрической печи с тем, чтобы извлечь никель в виде металлизованного штейна. Согласно одному способу металлизованный штейн по крайней мере частично возвращается в печь взвешенной плавки либо в расплавленном, либо в твердом виде, и согласно другому способу штейн непосредственно перерабатывается в пирометаллургическом процессе в металлический никель. В способе, описанном в патенте Финляндии 922843, металлизованный штейн, полученный в электрической печи, еще содержит значительно больше железа, чем в богатом никелевом штейне, полученном в печи взвешенного слоя, т. е. в печи для плавления во взвешенном состоянии. Поэтому гидрометаллургическая обработка металлизованного никелевого штейна, полученного в электрической печи, должна, по крайней мере, в начале процесса, осуществляться раздельно с обработкой богатого никелевого штейна, полученного плавлением во взвешенном слое. Согласно, описанные в патентах Финляндии 890395 и 922843, хорошо приспособлены для переработки сульфидных концентратов, изготовленных из некоторых типов никелевых руд. Однако область применения упомянутых способов ограничена, например, содержанием в концентрате окиси железа/окиси магния, так как концентрат с низким отношением Fe/MgO непригоден по крайней мере в целом для обработки упомянутыми способами, поскольку образующийся при плавлении шлак не обладает приемлемыми свойствами. За счет использования способа согласно настоящему изобретению выбор сырьевых материалов, пригодных для плавления во взвешенном состоянии, может быть расширен, так что и концентраты с низким отношением Fe/MgO также могут перерабатываться в процессе плавления во взвешенном состоянии - электрическая печь в богатый никелевый штейн. Вместе электрической печи можно, при необходимости, использовать другие пирометаллургические печи, как например, вторую печь взвешенной плавки. В способе согласно настоящему изобретению весь никель извлекается, по существу, из богатого никелевого штейна, полученного в печи взвешенной плавки, что также упрощает гидрометаллургический этап, следующий за пирометаллургической обработкой, в сравнении с вышеописанными способами, поскольку отдельные этапы обработки металлизованного никелевого штейна вообще больше не нужны.

При использовании способа получения богатого никелевого штейна согласно настоящему изобретению на любом существующем или новом заводе обеспечиваются такие же преимущества, как и при использовании способов согласно патентам Финляндии NN 890395 и 922843, без существенного увеличения оборудования, необходимого для процесса обработки газов. В то же самое время пирометаллургического производство богатого никелевого штейна с высоким общим выходом никеля делает возможным использование таких сырьевых материалов, которые, по крайней мере, частично, могли ранее перерабатываться только в отдельных гидрометаллургических процессах, или которые должны были перерабатываться способами с более высоким энергопотреблением чем способ согласно настоящему изобретению, в которых образующееся количество газов требовал завода по производству серной кислоты со значительно большей пропускной способностью для обеспечения переработки этих газов. Другим преимуществом способа настоящего изобретения является то, что в процессе получают только один качественный богатый никелевый штейн, идущий в пирометаллургический процесс, в котором необходима только одна пирометаллургическая технологическая система для дальнейшей переработки штейна в металл без любых отдельных этапов извлечения для различных никелевых сырьевых материалов. Существенные новые признаки настоящего изобретения очевидны из приложенной формулы изобретения.

Изобретение объяснено более подробно со ссылкой на чертеж, иллюстрирующий использования способа согласно изобретению. Устройство для реализации способа согласно изобретению, преимущественно, содержит печь взвешенной плавки 1 и электрическую печь 111. Наиболее существенными частями или узлами печи взвешенной плавки являются шихтовая горелка 1а, реакционная шахта 1b, отстойник (или отстойная зона) 1с и шахта аптейка 1. Охладитель газа примыкает к шахте аптейка. В дополнение к этому устройству включает блок грануляции IV по крайней мере части штейна и блок измельчения V. В способе согласно изобретению никелевый сульфидный концентрат 1а пирометаллургически рафинируется, например, в электрической печи 111. Вместо электрической печи может быть использована любая другая пирометаллургическая печь, например вторая печь взвешенной плавки. Концентрат 1а подается в электрическую печь либо в виде окатышей, либо в виде порошка. Для пирометаллургического рафинирования в электрическую печь также могут подаваться и другие никельсодержащие концентраты, никельсодержащий металлургический шлак или другие, преимущественно, необработанные никелевые сырьевые материалы, как например, кусковая руда или оборотные материалы 2. Более того, при необходимости в электрическую печь загружается восстановитель 3, например, кокс, а также флюс 4 для регулирования свойств шлака. Кроме того, в ту же самую электрическую печь, преимущественно, загружается шлак 11 из печи взвешенной плавки для извлечения благородных металлов.

Концентраты плавятся в электрической печи, и ценные металлы шлака образуют на подине печи никелевый штейн 9, который имеет более высокое содержание железа, чем богатый никелевый штейн. Содержание ценных металлов в шлаке 10 образующегося в электрической печи настолько мало, что его не нужно дополнительно обрабатывать, но можно нейтрализовать. Небольшое количество пыли, образующейся в электрической печи отдельно отфильтровывают из газов электрической печи, которые объединяются с газовым потоком из печи взвешенной плавки (на чертеже не показано). Объединенная газовая смесь имеет содержание двуокиси серы, пригодное для производства серной кислоты. Пыль из электрической печи возвращается для загрузки в электрическую печь или загружается вместе с колошниковой пылью 8 из печи взвешенной плавки в печь взвешенной плавки. Металлизованный никелевый штейн, образующийся в электрической печи, гранулируется. Часть металлизованного никелевого штейна также может загружаться в печь взвешенной плавки в расплавленном виде. Для того, чтобы обеспечить распределение размера зерна, пригодного для в плавки во взвешенном состоянии, тонкоизмельченный никелевый штейн из грануляции при необходимости растирается в порошок либо полностью, либо частично, и высушивается перед загрузкой в печь взвешенной плавки. Для регулирования качества шлака в печь взвешенной плавки загружается флюс 4, например силикаты. Подается также обогащенный кислородом воздух 5 и необходимое количество дополнительного топлива 6. Используемым дополнительным топливом может быть как твердое топливо (например, кокс или антрацит), так и жидкое топливо (например, нефть) или газообразное топливо (например, природный газ). Для того, чтобы регулировать качество богатого никелевого штейна 12, образующегося в печи взвешенной плавки, можно, если это необходимо, загружать и другие никельсодержащие сырьевые материалы отдельно от металлизованного штейна, как например, часть концентрата 1а, подлежащего переработке, или немного другого концентрата 1b и различные никельсодержащие осадки 7 из гидрометаллургического никелевого процесса. Пыль 8, образующаяся в процессе взвешенной плавки, загружается обратно во взвешенную плавку. В отстойнике сжигается небольшое количество топлива 6, необходимого для поддержания теплового баланса в отстойнике. Подлежащие обработке материалы загружаются в печь взвешенной плавки либо через шихтовую горелку 1а либо часть их может направляться непосредственно в отстойник. В реакционной шахте 1b печи взвешенной плавки загруженные материалы реагируют друг с другом, так что часть серы реагирует с кислородом обогащенного кислородом воздуха с образованием двуокиси серы. В результате этих реакций благодаря высвобождению тепловой энергии и сжиганию дополнительного топлива, твердые материалы расплавляются, главным образом, в реакционной шахте 1b. Расплавленные частицы отделяются от газового потока в отстойнике 1с и образуют расплав на подине. Химические реакции между различными загруженными материалами частично продолжаются в расплавленной фазе и из расплавленной фазы отделяются две фазы с различными удельными весами, так что в донной части ванны расплава образуется слой богатого никелевого штейна 12, а в самой верхней части ванны расплава образуется сильно окисленный шлак, который состоит, главным образом, из железа, которое присутствовало в никелевом штейне.

Газы из печи взвешенной плавки охлаждаются в газоохладителе 11, при этом извлекается полученная вместе с газами колошниковая пыль 8, эта колошниковая пыль 8 затем возвращается в загрузку. Охлажденные газы затем направляются на обработку газов для извлечения двуокиси серы. Богатый никелевый штейн 12, выпускаемый из печи взвешенной плавки, направляется на гидрометаллургическую обработку для получения металлического никеля. Шлак 11 из печи взвешенной плавки обрабатывается в электрической печи способом, описанным выше, для извлечения ценных металлов. Если используемая на первом этапе пирометаллургическая печь, была, например, другой печью взвешенной плавки вместо электрической печи, то шлак, полученный из печи взвешенной плавки, которая использовалась для получения богатого никелевого штейна, однако, направляется на отдельную пирометаллургическую обработку в печи, например, в электрической печи. Преимущественно эта обработка осуществляется вместе со шлаком, используемым в получении никелевого штейна и приходящим из печи взвешенной плавки.

Способ согласно настоящему изобретению далее иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Никелевый концентрат R1 обрабатывают вместе со шлаком и кусковой рудой из печи взвешенной плавки, использующейся для получения богатого никелевого штейна. Они имеют составы, представленные в табл.1.

Загружают 1,42 т шлака и 0,6 т кусковой руды на тонну никелевого концентрата R1. Кроме того, загружают 0,03 т оборотного богатого никелевого штейна на тонну никелевого концентрата, необходимое количество флюсов и оборотной (возвращаемой) пыли из электрической печи. Полученные в электрической печи отвальный шлак с низким содержанием ценных металлов и никелевый штейн имеют составы, представленные в табл.2.

Количество полученного никелевого штейна составило 0,96 т на тонну никелевого концентрата R1.

Никелевый штейн, полученный в электрической печи, плавят в печи взвешенной плавки вместе с никелевым концентратами R1 и R2. Состав концентрата R2 приводится ниже, состав концентрата R1 такой же, как и указанный выше (см. табл.3).

Количество концентрата R1 составило 0,12 т и количество концентрата R2 составило 0,23 т на тонну никелевого штейна. В дополнение к этому загружали необходимое количество силикатного шлака, небольшое количество оборотной колошниковой пыли, необходимое количество дополнительного топлива и воздух на 85% обогащенный кислородом. Полученное количество шлака на тонну никелевого штейна составило 1,48 т, состав шлака представлен в табл.4.

Весь полученный шлак обрабатывают в электрической печи описанным выше способом.

Благодаря высокой степени обогащения кислородом содержание двуокиси серы в образующемся газе высокое, около 35% SO₂. Газ, поступающий из печи взвешенной плавки, смешивают с газом, поступающим из электрической печи. Содержание двуокиси серы в полученном газе еще достаточно высокое для производства из газа серной кислоты. Полученный в печи взвешенной плавки продукт является богатым никелевым штейном в количестве 0,23 т на тонну загруженного никелевого штейна, что означает, что приблизительно 72% никеля, загруженного в печь взвешенной плавки, извлекается непосредственно в богатый никелевый штейн. В вышеописанном случае общий выход никеля составил 96,6%. Состав богатого никелевого штейна приводится в табл.5.

Следует отметить, что упомянутый результат достигается при более низкой температуре и с меньшим количеством технологических этапов, чем в известных способах.

Способ может быть использован в металлургической промышленности для получения богатого никелевого штейна и шлака в установке, объединяющей печь взвешенной плавки и любую другую печь без конвертирования с периодической загрузкой, таким образом, что по крайней мере часть концентрата и/или руды, загружаемой в процесс, сначала рафинируется пирометаллургически в никелевый штейн, который затем загружается в печь взвешенной плавки, в которой получают богатый никелевый штейн. Способ является более простым, позволяет снизить энергозатраты, повысить извлечение никеля в штейн, упростить аппаратурное оформление. 14 з.п.ф-лы, 1 ил., 5 табл.

1. Способ получения богатого никелевого штейна, включающий рафинирование никелевого сульфидного концентрата в пирометаллургической печи вместе с флюсом с получением никелевого штейна и шлака, загрузку никелевого штейна во вторую печь вместе с флюсом и воздухом, подачу образованного богатого никелевого штейна на гидрометаллургическую обработку, а шлака - в пирометаллургическую печь, отличающийся тем, что в качестве второй печи применяют печь взвешенной плавки, в которую никелевый штейн загружают с дополнительным топливом и колошниковой пылью, а в пирометаллургическую печь для извлечения цветных металлов на обработку подают шлак из печи взвешенной плавки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пирометаллургическая печь является электрической печью. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что никелевый сульфидный концентрат рафинируют в электрической печи вместе со шлаком, полученным в печи взвешенной плавки. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пирометаллургической печи для получения никелевого штейна используют другую печь взвешенной плавки. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что шлак, полученный в другой печи взвешенной плавки, подают на обработку в пирометаллургическую печь. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве пирометаллургической печи применяют электрическую печь. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что никелевый сульфидный концентрат рафинируют в пирометаллургической печи вместе с другими никельсодержащими сырьевыми материалами. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве никельсодержащего сырьевого материала используют концентрат. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве никельсодержащего сырьевого материала используют оборотный материал. 10. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве никельсодержащего сырьевого материала используют металлургический шлак. 11. Способ по п.7, отличающийся тем, что в качестве никельсодержащего сырьевого материала используют кусковую руду. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в печь взвешенной плавки также загружают никелевый сульфидный концентрат. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что в печь взвешенной плавки также загружают никельсодержащие сырьевые материалы. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что в печь взвешенной плавки также загружают никельсодержащий шлак. 15. Способ по п.1, отличающийся тем, что никелевый сульфидный концентрат загружают в пирометаллургическую печь в виде окатышей.