СПОСОБ ВОССТАНОВИТЕЛЬНО-СУЛЬФИДИРУЮЩЕЙ ШАХТНОЙ ПЛАВКИ ОКИСЛЕННЫХ НИКЕЛЕВЫХ РУД Российский патент 2003 года по МПК C22B23/02 

Изобретение относится к цветной металлургии (металлургии никеля), в частности к технологии переработки окисленных никелевых руд (ОНР).

Большинство способов переработки ОНР в России основаны на сульфидировании и последующем разделении продуктов плавки на штейн и шлак (плавка в погруженном факеле [1], БАГУТ - барботажный агрегат с глубокой утилизацией тепла [2] и др.). Общим недостатком этих технологий является необходимость последующей многопередельной переработки штейнов.

Наиболее близок по технической сущности нашему изобретению способ восстановительно-сульфидирующей плавки ОНР [3]. Штейн подвергают пирометаллургическому обогащению путем его конвертирования. При этом образуются конвертерный шлак (0,8-1,5% Ni) и файнштейн (77-80% Ni, 17-22% S). Конвертерный шлак подвергают электропечному обеднению с выделением никелевого и никель-кобальтового штейнов, а файнштейн - двухстадийному окислению: первый из которых - окислительный - осуществляют в кипящем слое с получением никелевого огарка, второй - сульфатхлорирующий обжиг огарка - осуществляют во вращающейся печи. Огарок, после выщелачивания меди, подвергают восстановлению в электропечи с получением никеля или ферроникеля. Указанный способ осуществляется на всех уральских предприятиях и является единственным, используемым на практике, и принят за прототип.

Таким образом, обогащение никелевой руды с получением в конечном итоге металла весьма трудоемко и осуществляется в шести переделах. Другими крупными недостатками прототипа являются высокий расход дорогостоящего крупнокускового металлургического кокса (до 30%) и серьезный ущерб окружающей среде из-за выброса серы в виде сернистого ангидрида (до 55-60% серы сульфидизатора).

Задачей настоящего изобретения является уменьшение выбросов серы в атмосферу, повышение извлечения никеля и снижение расхода крупнокускового металлургического кокса. Поставленная задача достигается тем, что в способе восстановительно-сульфидирующей плавки окисленных никелевых руд, включающем шихтовку руды с сульфидизатором, флюсами, окускование всей или части шихты и плавку с получением никелевого штейна и шлака, согласно изобретению на стадии шихтовки руды в качестве сульфидизатора используют сульфидно-металлический сплав, содержащий 5-11% никеля, 10-25 серы, железо - остальное, при массовом соотношении никеля в шихте к сере в шихте поддерживают равным 1: (1,0-5,5). При осуществлении способа переработке подвергают разновидности ОНР, взятые из групп, включающие магнезиально-силикатные, магнезиально-глиноземистые, железомагнезиальные, железокремнистые и железистые разновидности. Кроме того, сульфидно-металлический сплав используют в смеси с другими сульфидизаторами, например пиритом или гипсом, а в качестве флюса, обогащенного диоксидом кремния, используют кремнеземистую разновидность окисленных никелевых руд или ее смесь с кварцитом.

Новым в предложенном техническом решении является:
1. переработка ОНР с использованием плавленого сульфидизатора-сплава, содержащего никель, при этом поддерживается определенное массовое соотношение никеля в шихте к сере в шихте;
2. использование ОНР в качестве кварцевого флюса;
3. использование в качестве комбинированного флюса смеси ОНР и кварцита, что позволяет вовлечь в переработку высокомагнезиальные окисленные никелевые руды, направляемые в настоящее время в отвал.

Указанные выше положения являются выражением положительного эффекта нашего изобретения в сравнении с прототипом. Кроме того, предлагаемый способ имеет следующие преимущества в сравнении с прототипом:
- снижение уноса серы в газовую фазу, примерно в 5-10 раз;
- повышение извлечения никеля (до 3,3% абс.);
- снижение расхода крупнокускового металлургического кокса в 2-4 раза (при бескоксовом получении никелевого сульфидизатора);
- отсутствие заметных капитальных затрат на реализацию изобретения.

Сущность нашего предложения заключается в следующем. Окисленную никелевую руду перерабатывают в шахтной или иной печи с использованием плавленного железосернистого сульфидизатора, содержащего никель (5-11% Ni).

Никелевый сульфидизатор, как правило, получают бескоксовым способом, т. е. без расходования крупнокускового кокса, например в отражательной или мартеновской печи, или иной известной печи. Никелевый сульфидизатор имеет состав, мас.%: 5-11 Ni, 10-25 серы и Fe - остальное.

При плавке ОНР с никелевым сульфидизатором соблюдается определенное массовое соотношение серы к никелю, благодаря чему возможно выделение штейна с различным содержанием никеля в нем (от 13 до 20% и выше).

Плавка ОНР с плавленым никелевым сульфидизатором возможна в бесфлюсовом оформлении. Она также допускает переработку высокомагнезиальных разновидностей окисленных никелевых руд (17-30% MgO), которую вводят в шихту совместно с определенным количеством кварцита.

В сложившихся на Урале экономических условиях наиболее целесообразно кооперирование усилий Уфалейского никелевого комбината с Режским никелевым заводом. На последнем из них целесообразно получать никелевый сульфидизатор и использовать его при переработке ОНР способом восстановительно-сульфидирующей шахтной плавки на Уфалейском никелевом комбинате. При этом обеспечивается наименьшая потеря серы с газовой фазой и выделение более богатого по никелю металлизированного штейна. При этом важно отметить отсутствие в богатом никелевом штейне заметных количеств меди и мышьяка, поскольку при получении никелевого сульфидизатора преимущественно используют сероноситель, в котором отсутствует и медь, и мышьяк (например, гипс природный, фторгипс - отход производства фтористых солей, или фосфогипс - отход производства суперфосфата, сульфат железа и др.).

Массовое отношение руды к никелевому сульфидизатору в шихте плавки выбирают, исходя из содержания никеля в руде и сульфидизаторе, серы в сульфидизаторе, а также состава шлака. Экономически наиболее рентабельным является поддержание никеля в сульфидизаторе в пределах 6-9% никеля. При этом общие потери никеля с отвальными шлаками существенно сокращаются.

Отвальный шлак при шахтной плавке смеси руда - никелевый сульфидизатор и выделении металлизированного штейна (13-20% Ni) сохраняются в пределах 0,13-0,20%, т. е. практически не отличаются от наблюдаемых показателей в настоящее время.

В заключении отметим, что плавка смеси руда - никелевый сульфидизатор может быть осуществлена в любой шахтной печи, в том числе доменной, а также в любой пламенной печи, например, в мартеновской или отражательной и в любых новых процессах, например, таких как циклонная плавка, плавка в погруженном факеле, плавка в жидкой ванне, плавка в БАГУТ и др. [1-3].

Предложенный способ плавки ОНР с никелевым сульфидизатором проверен в укрупненно-лабораторных условиях. В опытах применяли материалы состава, %:
- никелевая руда - 1,23 Ni; 18,6 Fe; 40,2 SiO₂; 14,2 MgO; 9,8 Аl₂О₃; 12 ппп;
- никелевый сульфидизатор в большинстве опытов содержал 8-10% Ni;
- кварцит (94,0% SiO₂);
- известняк (95% СаСО₃).

Опыты вели применительно к условиям плавки ОНР способом восстановительно-сульфидирующей плавки. Температуру плавки поддерживали равной 1350-1450^oС. Содержание никеля в штейне варьировали в пределах 13-20 Ni. В состав шихты входили окисленная никелевая руда, никелевый сульфидизатор, известняк, кварцит, восстановитель (кокс, 85% С), топливо. Шлаки плавки обеднению по никелю не подвергали.

Результаты укрупненно-лабораторных опытов представлены в таблице.

В таблице приводятся примеры осуществления способа переработки ОНР с использованием никелевого сульфидизатора (примеры 1-9). В этих примерах подготовка окисленной никелевой руды предусмотрена как путем брикетирования, так и агломерации (то и другое освоено промышленностью). В шихту плавки в общем случае поступают ОНР, никелевый сульфидизатор, известняк, кварцит, углеродистый восстановитель, металлургический кокс (топливо). Расход кислого флюса (кварцита) крайне нежелателен, поскольку он в принципе может быть полностью заменен кислой ОНР. Однако присутствие кварцита в шихте предусмотрено для обеспечения возможности переработки высокомагнезиальных руд (17-30% MgO). Кроме того, введение в шихту кварцита способствует повышению SiO₂ в шлаке, а следовательно, снижению потерь никеля со шлаком. Расход известняка регулируется по ходу плавки (зависит от состава шлака) и в ряде случаев может быть сведен к нулю.

В примерах (табл.) даны результаты переработки ОНР с никелевым сульфидизатором (5-11% Ni, 10-25 S и Fe - остальное) и получением штейна с концентрацией 13-20% никеля, как это принято в современной практике. Эти результаты показывают, что переработка ОНР с никелевым сульфидизатором позволяет повысить общее извлечение никеля до 3,6% (абс.) и одновременно снизить расход крупнокускового кокса на 1 т никеля в штейне примерно в 3,0-4,0 раза (при условии получения сульфидизатора бескоксовым способом). Видна также зависимость показателей плавки ОНР от содержания никеля в сульфидизаторе. Эти примеры также показывают, что при плавке ОНР с никелевым сульфидизатором доля последнего в их смеси может быть доведена до 60-100% от массы руды.

Однако более характерным является не доля сульфидизатора (СФР) в шихте, а доля никеля, которую привносит СФР в процесс. Расчеты показывают (табл.), что доля никеля в СФР может превосходить долю никеля в руде в 2-5 раз. В последнем случае расход крупнокускового металлургического кокса может быть снижен примерно в четыре раза в сравнении с плавкой ОНР с пиритом (как это принято в настоящее время).

В примерах также приводятся результаты переработки ОНР с никелевым сульфидизатором при получении штейнов, содержащих 16-20% никеля. В этом случае технологические показатели несколько снижаются (но превосходят современные данные по извлечению никеля при производстве штейна с 13% никеля). Однако экономические показатели переработки ОНР возрастают (уменьшается выход штейна примерно на 30-45%, а значит, уменьшается доля конвертерного шлака и его электропечной переработки, удельный унос серы в атмосферу и т.д.). Здесь же представлена зависимость показателей переработки ОНР от содержания серы в СФР (10-25%) и штейне (10-20%).

В таблице приводятся составы шлаков при плавке ОНР с никелевым сульфидизатором, в которых расход извести (85% СаО) составлял 0-15% от массы ОНР. Видно, что шлаки от плавки ОНР с никелевым сульфидизатором могут быть значительно менее кислыми, чем в обычной практике, и они более технологичны.

Приведенные примеры демонстрируют возможность переработки ОНР, при которой окисленные никелевые руды используют и как сырьевой источник, и как кислый флюс. Только при этом создаются условия, благодаря которым расход оксида кальция может быть сведен к минимуму или полностью исключен.

Никелевый сульфидизатор может быть применен в смеси с любым известным сульфидизатором, например с пиритом (FeS₂) и/или гипсом (СаSO₄, 2Н₂O). В этом случае может быть достигнут положительный результат, связанный с реагированием металлического железа никелевого сульфидизатора с FeS₂ и CaSO₄. Подобное взаимодействие сопровождается ингибированием процессов десульфуризации как пирита, так и гипса.

Таким образом, приведенные примеры показывают полную реализуемость предлагаемой технологии и указывают на решение поставленной задачи.

В заключении отметим, что настоящим изобретением (в совокупности с изобретением никелевого сульфидизатора) закладываются научно-технические основы новой (прорывной) концепции переработки окисленных никелевых руд.

Внедрение нашего предложения на Урале не требует дополнительных капитальных затрат и сопровождается значительной экономией, благодаря чему переработка бедных по никелю окисленных никелевых руд по нашей технологии становится не только выгодной, но и конкурентоспособной с показателями электропечной переработки богатых окисленных никелевых руд за рубежом.

Источники информации
1. Цветные металлы, 5, 1995, с. 13-17; 7, 1995, с. 21-25.

2. Цветные металлы, 8, 1996, с. 12-13.

3. Пименов Л.И., Михайлов В.И. Переработка окисленных никелевых руд. М.: Металлургиздат, 1972, 336 с.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии переработки окисленных никелевых руд (ОНР). Предложенный способ включает шихтовку руды с сульфидизатором, флюсами, окускование всей или части шихты и плавку с получением никелевого штейна и шлака, при этом на стадии шихтовки руды в качестве сульфидизатора используется сульфидно-металлический сплав, содержащий 5-10% никеля, 10-25% серы, железо - остальное, причем массовое соотношение никеля в шихте поддерживают равным 1,0:(1,0-5,5). Указанный сульфидизатор можно использовать в смеси с другими известными сульфидизаторами, такими как пирит или гипс, обеспечивается уменьшение выбросов сернистого ангидрида в атмосферу, повышение извлечения никеля в штейн и уменьшение расхода крупнокускового металлургического кокса. 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ восстановительно-сульфидирующей шахтной плавки окисленных никелевых руд, включающий шихтовку руды с сульфидизатором, флюсами, окускование всей или части шихты и плавку с получением никелевого штейна и шлака, отличающийся тем, что на стадии шихтовки руды в качестве сульфидизатора используют сульфидно-металлический сплав, содержащий 5-11% никеля, 10-25% серы, железо - остальное, при этом массовое соотношение никеля в шихте и серы в шихте поддерживают равным 1,0: (1,0-5,5). 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в шихтовке используют разновидности окисленных никелевых руд индивидуально или в смеси друг с другом, взятые из группы, включающей магнезиально-силикатные, магнезиально-глиноземистые, железомагнезиальные, железокремнистые и железистые разновидности. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве сульфидизатора используют никелевый сульфидизатор, содержащий 5-11% никеля, 10-25% серы, железо - остальное, в смеси с другими известными сульфидизаторами, например пиритом или гипсом. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в качестве флюса, обогащенного диоксидом кремния, используют кремнеземистую разновидность окисленных никелевых руд или ее смесь с кварцитом.