СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ОГАРКА ОБЖИГА НИКЕЛЕВОГО КОНЦЕНТРАТА ОТ ФЛОТАЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО ФАЙНШТЕЙНА Российский патент 2001 года по МПК C22B23/02 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к пирометаллургии никеля, и может быть использовано для получения чернового никелевого порошка восстановлением закиси никеля, содержащейся в огарке обжига никелевого концентрата, полученного при флотационном разделении медно-никелевого файнштейна.

Известен способ получения никеля, включающий восстановление гранул окиси никеля с размером 0,1 мм в псевдоожиженном слое с использованием газа-восстановителя, полученного при неполном сгорания топлива. В качестве топлива используют нефть, природный или искусственный газ, водород, окись углерода, их смеси или твердое топливо. Температура слоя менее 1038^oC. В качестве псевдоожижающего газа используют воздух, кислород или воздух, обогащенный кислородом. (См. патент Великобритании N 1058569, C 22 B 23/02, опубл. 1967 г.)
Данный способ может быть использован только на малых площадях пода и в малых объемах получаемого порошка. Получаемый порошок используют только в цементационных процессах извлечения меди.

Известен способ получения никеля восстановлением кислородсодержащих соединений никеля в расплаве металла с содержанием 0,01% кислорода с использованием углеродсодержащего восстановителя, например угля, кокса, древесного угля, жидкого углеводорода. Температура ванны расплава выше температуры плавления никеля не менее чем на 50^oC. Для поддержания тепла над ванной расплава сжигают топливо. Образующийся при восстановлении газ удаляют вакуумированием. Процесс ведут с перемешиванием расплава механическим или магнитным способом или с помощью дутья. Окончательное раскисление проводят с помощью углерода, кремния, магния или при вдувании метана или другого углеводорода. (См. патент Великобритании N 1316200, C 22 B 23/02, опубл. 1973 г.)
Недостатком способа является высокая температура процесса и связанные с этим большие энергетические затраты. Процесс малоинтенсивен, вследствие низких скоростей протекания массообменных процессов в объеме расплава.

Известен способ получения порошкообразного никеля восстановлением закиси никеля в многоподовой печи. В качестве восстановителя используют конверсированный природный газ с заданным соотношением водорода, воды, окиси углерода и двуокиси углерода. Процесс ведут при температуре 720^oC и расходе конверсированного газа 900 нм³/ч. (См. а.с. СССР N 931777, C 22 B 23/02, 1982 г.)
Недостатком способа является низкая производительность процесса за счет длительного пребывания материала в реакционном объеме печи. Процесс трудноуправляем по поддержанию равномерного поля по подам и, как следствие, прохождение процесса агломерации и неполноты восстановления.

Известен способ получения порошка чернового никеля для анодной плавки 2-стадийным восстановлением закиси никеля. Первую стадию восстановления ведут во вращающейся трубчатой печи или в печи кипящего слоя, полученный горячий огарок первой стадии подвергают дополнительному обжигу в кипящем слоев в присутствии твердого восстановителя при температуре 1000-1300^oC. При этом слой обрабатываемого материала поддерживают в псевдоожиженном состоянии продувкой сквозь него оборотных газов, полученных в той же печи. (См. а.с. СССР N 139444, C 22 B 23/02, 1961 г.)
Проведение второй стадии восстановления при температуре 1000-1300^oC приводит к агломерации частично восстановленной на первой стадии закиси никеля, что приводит к неполноте восстановления. Кроме того, способ требует высоких энергозатрат.

Известен способ получения чернового никеля, используемого в качестве анодов для электролитического получения никеля, включающий восстановительную плавку закиси никеля в жидкой ванне при температуре 1450-1600^oC при совместном вдувании через вертикальную фурму закиси никеля, топлива и кислорода. В качестве топлива используют мазут или природный газ. Химический состав анодного никеля по кислороду и углероду регулируется изменением соотношения топливо : кислород : закись никеля. (См. а.с. N 377367, C 22 B 23/02, 1973 г.)
Подача реагентов через форсунки, которые, как правило, заглублены в объем расплава, не позволяет создать восстановительный потенциал, требуемый для полноты прохождения восстановления закиси никеля.

Кроме того, такой способ подачи реакционной газовой смеси вызывает сложность обеспечения и регулирования требуемого соотношения компонентов топлива.

Процесс также связан с большим пылевыносом и, соответственно, потерями никеля.

Известен способ переработки огарка обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна, включающий обжиг огарка в кипящем слое с получением порошка чернового никеля. Процесс проводят с использованием в качестве топлива-восстановителя - мазута, подаваемого в придонную часть реактора совместно с водяным паром и кислородным дутьем. Процесс восстановления проводят при 750-850^oC (см. а.с. СССР N 494416, C 22 B 23/02, 1978 г.). Способ принят за прототип.

Способ имеет следующие недостатки.

Процесс восстановления закиси никеля в кипящем слое является малопроизводительным с невысоким прямым выходом в анодный никель. Потери невосстановленного никеля с пылевыносом составляют ~ 20%. Процесс не обеспечивает полноту восстановления сложных оксидных форм никеля в огарке. Необходимость пылеулавливания и возврат возгонов никеля в процессе существенно увеличивает затраты на получение анодного никеля. Совместная подача топлива - мазута, водяного пара и кислорода в придонное пространство реактора требует сложной конструкции газораспределительных узлов, а подача агентов через форсунки приводит к необходимости предварительной гомогенизации этих компонентов для создания газовой фазы с высоким восстановительным потенциалом по всей высоте кипящего слоя.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение прямого выхода в анодный никель, полноты восстановления исходной закиси никеля и входящих в состав огарка сложных оксидных форм и упрощение аппаратурного формления процесса.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки огарка обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна, включающем обжиг огарка никеля с подачей мазута в качестве топлива-восстановителя, водяного пара и воздуха, согласно изобретению восстановительный обжиг осуществляют при температуре 860-1000^oC в трубчатой печи с подачей в надслойное пространство печи раздельными потоками смеси мазута и воздуха, при их соотношении в смеси на 1 кг мазута 8-10 нм³ воздуха, и смеси мазута и водяного пара, при их соотношении в смеси на 1 т мазута 1,3-1,5 т водяного пара, с получением неплавленого порошка никеля. При этом обжиг проводят при дополнительном введении твердого восстановителя - кокса в массовом соотношении к огарку (0,02 - 0,004) : 1.

Сущность заявленного способа заключается в следующем.

Процесс восстановления огарка проводят в трубчатой печи с подачей топлива-восстановителя, водяного пара и воздуха раздельными потоками, причем подачу смесей мазут - воздух и мазут - водяной пар осуществляют в надслойное пространство печи. При подаче мазута и водяного пара в надслоевом пространстве образуется восстановительная атмосфера с высоким содержанием восстановителей водорода и окиси углерода, образующихся в результате реакции пароксидирования мазута. Проведение восстановления при температуре 860 - 1000^oC определяет высокую скорость прохождения реакций восстановления, полноту восстановления не только закиси никеля, но и оксидов никеля сложных форм, содержащихся в огарке. Сочетание высокого восстановительного потенциала в реакционном объеме трубчатой печи и температуры процесса, исключающей оплавление и агломерацию восстановленного никеля обеспечивает прохождение реакции равномерно по всему объему материала с высокой скоростью.

Поток мазут + воздух, подаваемый в реакционный объем в надслоевое пространство поддерживает постоянным тепловой балланс в системе, т.к. компенсирует потери тепла за счет эндотермического характера реакции пароксидирования мазута в надслоевом пространстве печи.

В зависимости от состава исходного огарка по содержанию трудновосстановимых оксидных соединений железа с никелем в состав шихты вводят дополнительно твердый восстановитель (кокс или коксик) в количестве, обеспечивающем массовое соотношение его к огарку (0,02 - 0,004).

Совокупность заявленных приемов и расходных параметров вводимых агентов позволяет получить порошок анодного никеля с рыхлой структурой и в виде мелкого неоплавленного порошка с развитой поверхностью и содержанием металлической фазы никеля не ниже 90%.

Обоснование параметров
Проведение процесса восстановления при температуре 860 - 1000^oC обеспечивает полноту восстановления всех оксидных форм никеля, входящих в огарок, высокую скорость процесса и, следовательно, его производительность. Снижение температуры менее 860^oC приводит к уменьшению производительности процесса, снижению степени восстановления никеля.

Повышение температуры восстановления более 1000^oC приводит к оплавлению и агломерации порошка восстановленного никеля и, как следствие, к неполноте восстановления никеля.

Соотношение мазута и водяного пара в одном потоке, на 1 т мазута 1,3 - 1,5 т водяного пара, определяет восстановительный потенциал в надслоевом пространстве, необходимый и достаточный для полноты прохождения реакции восстановления всех оксидных форм никеля, содержащихся в огарке.

Уменьшение соотношения компонентов снижает степень восстановления, а увеличение соотношения приводит к увеличению непроизводительных затрат на подачу реагентов.

Соотношение мазута и воздуха в другом потоке, на 1 кг мазута 8 - 10 нм³ воздуха, определяет выделение необходимого и достаточного количества тепла для поддержания теплового балланса в реакционном объеме.

Снижение соотношения приводит к неполноте восстановления оксидов никеля в огарке, а повышение соотношения компонентов приводит к непроизводительным затратам.

Введение твердого восстановителя в массовом соотношении к огарку более чем 0,02 : 1, приводит к неполноте его использования. Введение твердого восстановителя в массовом соотношении менее чем 0,004 : 1, может привести к недовосстановлению трудновосстановимых сложных железо-никелевых оксидов.

Способ иллюстрируется примером.

Огарок обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна, содержащий закись никеля, загружают в смеси с коксом непрерывно в массовом соотношении 1 : (0,02-0,004) в трубчатую печь. Через форсунки в надслоевое пространство печи раздельными потоками подают мазут + воздух в соотношении на 1 кг мазута 9 нм³ воздуха и мазут + водяной пар в соотношении на 1 т мазута 1,4 т водяного пара. Температуру процесса поддерживают 860 - 1000^oC сжиганием мазута и воздуха, обеспечивающим α = 0,95 - 1,0. Полученный горячий никелевый порошок непрерывно выгружают в бункер печи и направляют на анодную плавку. Порошок никеля имеет неоплавленную мелкосыпучую структуру. Выход фракций зерен никелевого порошка размером менее 1,0 мм составляет 90-95%. Степень металлизации чернового никелевого порошка составляет 90-95%.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет повысить прямой выход никелевого порошка на 10-15%, повысить качество получаемого порошка за счет обеспечения степени его металлизации до 90-95%, получить сыпучий неоплавленный материал с однородными характеристиками электросопротивления, который при последующей его плавке на аноды позволяет снизить затраты на электроэнергию за счет обеспечения стабильного режима плавки материала порошка.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к пирометаллургии никеля, и может быть использовано для получения чернового никелевого порошка восстановлением закиси никеля, содержащейся в огарке обжига никелевого концентрата, полученного при флотационном разделении медно-никелевого файнштейна. Способ переработки огарка обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна включает восстановительный обжиг огарка никеля при температуре 860-1000°С в трубчатой печи с подачей в надслойное пространство печи раздельными потоками смеси мазута и воздуха при их соотношении в смеси на 1 кг мазута 8-10 нм³ воздуха, и смеси мазута и водяного пара, при их соотношении в смеси на 1 т мазута 1,3-1,5 т водяного пара, с получением неоплавленного порошка никеля. В зависимости от состава исходного огарка по содержанию трудновосстановимых оксидных соединений железа с никелем в состав шихты вводят дополнительно твердый восстановитель (кокс или коксик) в количестве, обеспечивающем массовое соотношение его к огарку (0,02-0,004):1, обеспечивается повышение прямого выхода в анодный никель, полноты восстановления исходной закиси никеля и входящих в состав огарка сложных оксидных форм и упрощение аппаратурного оформления процесса. 1 з.п.ф-лы.

1. Способ переработки огарка обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна, включающий обжиг огарка никеля с подачей мазута в качестве топлива-восстановителя, водяного пара и воздуха, отличающийся тем, что восстановительный обжиг осуществляют при температуре 860 - 1000^oC в трубчатой печи с подачей в надслойное пространство печи раздельными потоками смеси мазута и воздуха, при их соотношении в смеси на 1 кг мазута 8 - 10 нм³ воздуха, и смеси мазута и водяного пара, при их соотношении в смеси на 1 т мазута 1,3 - 1,5 т водяного пара, с получением неоплавленного порошка никеля. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обжиг проводят при дополнительном введении твердого восстановителя - кокса в массовом соотношении к огарку (0,02 - 0,004) : 1.