Снижение потерь металлов платиновой группы при пирометаллургической переработке медных и никелевых шламов
На правах рукописи
ПАВЛЮК Дмитрий Анатольевич СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ МЕТАЛЛОВ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ ПРИ ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКЕ МЕДНЫХ И НИКЕЛЕВЫХ ШЛАМОВ Специальность 05.16.02 – Металлургия черных, цветных и редких металлов Авторе ферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2009
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)
Научный консультант:
доктор технических наук, профессор Илья Никитич Белоглазов
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, Русаков Михаил Рафаилович кандидат технических наук, старший преподаватель Козлов Константин Борисович Ведущее предприятие: ООО ПТИ «Промлит»
Защита состоится 29 июня 2009 года в 14 час. 30 мин. на заседании Диссертационного совета Д 212.224.03 при Санкт Петербургском государственном горном институте (техниче ском университете) имени Г.В. Плеханова по адресу:
199106, Санкт-Петербург, В.О., 21-я линия, д. 2, ауд. № 1303.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт Петербургского государственного горного института.
Автореферат разослан 29 мая 2009 г.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета, д.т.н., профессор В.Н. БРИЧКИН
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. По запасам и производству металлов платиновой группы (МПГ) ЮАР и Россия занимают лидирующее по ложение в мире. Вклад нашей страны в мировое производство инди видуальных МПГ составляет по платине 25%, по палладию 65-70%, по родию 35-37%. Основным сырьевым источником этих металлов (до 95%) являются норильские медно-никелевые руды, технология пере работки которых направлена на производство никеля и меди. Плати новые металлы при этом извлекаются попутно из электролитных шламов медного и никелевого производства и по технологии включа ют обжиг, выщелачивание огарка, плавку и электролитическое рас творение анодов с получением платиновых концентратов. Сущест вующая технология обеспечивает полноценное извлечение из исход ного сырья не менее 95 % МПГ. Такие высокие показатели являются результатом многолетней работы специалистов научно исследова тельских институтов и производственников. Заметный вклад в реше ние проблемы увеличения товарного выхода платиновых металлов был сделан такими выдающимися ученными как: Н.С. Курнаков, О.Е. Звягинцев, И.Н. Масленицкий, Н.С. Грейвер и др. В то же время при высокой востребованности металлов платиновой группы в совре менной промышленности и высокой стоимости этих металлов, даль нейшее снижение потерь МПГ представляет собой важную научно техническую задачу.
Работа выполнялась в рамках госбюджетной тематики Санкт Петербургского государственного горного института (технического университета) имени Г.В. Плеханова (СПГГИ (ТУ)) по направлению «Новые технологии в цветной металлургии», гранта Российского фон да фундаментальных исследований (РФФИ) «Поддержка ведущих на учных школ» РФФИ-99-03-32541, а также в рамках программы «Под держка ведущих научных школ» по проекту № 00-15-99070, по теме «Разработка теоретических основ наукоемких технологий в области комплексной переработки рудного и техногенного сырья цветных, благородных и редких металлов».
Цель работы. Совершенствование процесса плавки промпро дуктов металлургического цеха ОАО ГМК «Норильский никель» и его аппаратурного оформления с целью снижения потерь платиновых и благородных металлов.
Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:
определение оптимальных шлаковых систем и химического со става;
экспериментальные исследования потерь благородных метал лов при плавке медного и никелевого шламов в зависимости от его химического состава;
многопараметрическая оптимизация состава шлака по показа телям на футеровку дуговой плавильной печи;
экспериментальные исследования возможности использования в качестве готовых флюсов шлаков обеднительных печей (ОП) Наде ждинского металлургического завода (НМЗ) с учетом введения кор ректирующих силикатных материалов;
уточнение параметров плавки в опытно-промышленном мас штабе.
Научная новизна:
o экспериментально установлено, что в интервале кислотности шлаков 1,31,7, происходит увеличение размера комплексных ионов силикатной составляющей, что обеспечивает снижение потерь Pd и Ag в два раза;
o по экспериментальным данным получено уравнение регрес сии, определяющее зависимость содержания палладия в шлаке от со держания основных компонентов шлака и сплава и устанавливающее наибольшую значимость таких технологических факторов как: коли чество вводимых флюсов и восстановителя на показатели извлечения МПГ;
o обосновано оптимальное содержание восстановителя в шихте на уровне 7,5-8 %, при котором выход сплава составит 50-65 % при восстановительной электроплавке медных и никелевых шламов.
Практическая значимость:
o Разработан технологический режим плавки, обеспечивающий снижения потерь драгметаллов с 1000 г/т до 300 г/т и рекомендуемый для внесения изменений в существующий технологический регламент процесса;
o разработана технология оптимальной шихтовки флюсовых ма териалов с использованием отвального шлака ОП НМЗ и корректи рующих добавок;
o в результате опытно промышленных испытаний получены уточненные данные по показателям плавки медных и никелевых шла мов, что позволяет использовать установленные технологические па раметры ведения процесса в условиях ОАО ГМК «Норильский ни кель» и на предприятиях имеющих аналогичные переделы.
Предполагаемое внедрение металлургический цех Медного завода ЗФ ОАО ГМК «Норильский никель».
Основные защищаемые положения:
1. Повышение извлечения МПГ при плавке медных и никеле вых шламов в дуговых сталеплавильных печах (ДСП-1.5) достигается выбором оптимального состава шлака, обладающего низкой темпера турой плавления, средней кислотностью и вязкостью.
2. Оптимальный состав шлака по показателям снижения потерь при восстановительной электроплавке медных и никелевых шламов обеспечивается следующим соотношением компонентов шихты при дозировке флюсов т/т шихты: отвального шлака НМЗ -0,120,13, реч ного песка - 0,0280,05 и цемента - 0,0250,03.
Методы исследования. Экспериментальные методы исследо вания включали лабораторные и полупромышленные испытания с по следующей статистической обработкой в стандартных компьютерных программах и при помощи пакета MathCAD. Анализ шлаковых рас плавов выполнялся методами классического химического анализа и методом атомной-абсорбции, фазовый анализ методом - рентгенов ской дифрактометрии. При проведении атомно-абсорбционной спек трометрии состав шлака определялся по программе SLAK (оксидная и элементная матрицы), количество элементов определения 30, анодный сплав по программе ANNI с количеством элементов определения 48.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на конференции в Норильском индустриальном инсти туте «Добыча и переработка руд Норильского промышленного рай она» (НИИ, Норильск, 2005);
открытой научно-практической конфе ренции молодых специалистов (ОАО ГМК «Норильский никель», г. Норильск, 2005);
1 Всероссийской школе - конференции «Молодые ученые - новой России. Фундаментальные исследования в области химии и инновационная деятельность» (ИХРРАН, г. Иваново, 2005);
семинаре «Промышленные печи и высокотемпературные реакторы» (ВО «РЕСТЭК», Санкт-Петербург, 2006);
конференции «Асеевские чтения» (Санкт-Петербург, 2006);
научно-технических конференциях молодых ученых СПГГИ (Санкт-Петербург, 2006, 2007);
семинарах кафедр печей, контроля и автоматизации металлургического произ водства (ПКАМП), а также автоматизации технологических процессов и производств (АТПП) СПГГИ (ТУ).
Публикации. Результаты диссертации в полной мере освеще ны в 10 опубликованных печатных работах, из них 2 статьи в журна лах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на страницах машинописного текста (в том числе 23 рис., 27 табл., прил.) и включает введение, четыре главы, выводы, библиографиче ский список из 161 литературных источников.
Во введении обоснована актуальность работы, определены цель, идея и решаемые задачи, названы основные защищаемые поло жения, научная новизна и практическая значимость.
В первой главе выполнен краткий научно-технический анализ современного состояния и перспектив развития рынка МПГ. Описаны современные способы получения концентратов МПГ, даны основные характеристики сырьевых компонентов, описаны физико-химические основы восстановительной электроплавки. Проведен обзор современ ных технологий получения концентратов металлов платиновой груп пы.
Вторая глава посвящена вопросам методики проведения ис следований и обсуждению результатов эксперимента.
В третьей главе проведен анализ работы плавильного переде ла. Даны характеристики и состав основных видов сырья. Проанали зирована работа печи. Определен фазовый и вещественный состав по лучаемых продуктов.
В четвертой главе приведено обоснование выбора оптимально го состава шлака. Сформулированы основные требования, предъяв ляемые к свойствам шлака. Дано описание влияния компонентов шла ка на его вязкость.
В пятой главе даны рекомендации по выбору футеровочных материалов.
Выводы содержат основные рекомендации по составу шлаков, флюсующих добавок, режиму работы печи и аппаратурному оформ лению передела.
ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Повышение извлечения МПГ при плавке медных и нике левых шламов в печах ДСП-1.5 достигается выбором оптималь ного состава шлака, обладающего низкой температурой плавле ния, средними кислотностью и вязкостью.
Свойства шлаков во многом определяют все основные показа тели пирометаллургического процесса – производительность метал лургических агрегатов, расход топлива или электроэнергии, эксплуа тационные затраты и в конечном итоге себестоимость передела. Ос новные требования к свойствам шлака можно сформулировать сле дующим образом:
- шлак должен иметь сравнительно низкую температуру образова ния, легко достигаемую в печах;
- шлак должен быть достаточно вязким при температуре его обра зования, чтобы удерживать капли расплава во взвешенном состоянии, пока не произойдет полная деструктуризация соединений благород ных металлов, и они не перейдут в металл;
- при температуре, несколько превышающей температуру плавле ния, шлак должен быть жидким, чтобы капли расплава могли легко опуститься на дно;
- шлак должен обеспечивать полное разделение расплавляемого материала флюсами и не должен растворять благородные металлы;
- шлак не должен вступать в реакцию с материалом футеровки;
- плотность шлака должна быть низкой, чтобы металл хорошо от делялся от шлака.
При извлечении платины и палладия нельзя отдавать предпоч тение какому-то определенному флюсу. Значительные потери палла дия наблюдаются только при использовании очень кислых флюсов средней вязкости. При использовании флюса, не содержащего кварца, достигается большая степень концентрирования палладия. Однако флюсы такого типа едва ли можно использовать на практике, по скольку практически все платиносодержащие материалы, направляе мые на плавку, содержат оксид кремния. Следует избегать также ис пользования и сильно основных шлаков. Для руд с небольшим содер жанием сульфидов эффективны нейтральные или кислые шлаки. На величину потерь платины со шлаками оказывает отрицательное влия ние присутствие в шлаках никеля.
Таким образом, как следует из приведенной выше информа ции, минимальные потери платиновых металлов в процессе плавки обеспечивает шлак средний между нейтральным и кислым.
Кроме того, на потери платиновых металлов, кроме состава шлаков, влияют формы их нахождения в исходном сырье, а также используемый коллектор.
Содержание отдельных шлакообразующих оксидов в шлаках меняется в очень широких пределах, что приводит к значительному различию физико-химических свойств реальных шлаковых расплавов.
Необходимо стремиться к тому, чтобы выход шлаков при плавке был минимальным, в силу того, что увеличение выхода шлака ведет к по вышению расхода флюсов, энергетических затрат, потерь металлов со шлаками, а также капитальных и эксплуатационных затрат на перера ботку шихты.
Обращает на себя внимание тот факт, что железистые шлаки являются легко окисляющимися системами. Повышение парциального давления кислорода над железистыми шлаками (25% SiO2) при 1250 °С всего до 10-3 Па приводит к насыщению их магнетитом. Даль нейшее повышение давления кислорода вызывает гетерогенизацию шлаков за счет выпадения из раствора магнетита. Таким образом, при организации технологического процесса необходимо стремиться к максимальному устранению контакта шлаков с окислительными газа ми и созданию восстановительной атмосферы в печи.
При рассмотрении диаграмм плавкости и вязкости тройных систем было установлено, что тройная система, содержащая 35-45% FeO, 1020% CaO и 3540% SiO2, имеет температуру плавления, не превышающую 1200 °С, а вязкость при температуре 1300 °С составля ет 0,150,2 Па·с. Основные компоненты шлаковой системы – фаялит (2FeOSiO2) и железо-кальциевый силикат (CaOFeOSiO2). Крайне нежелательным компонентом шлака является окись магния, так как при увеличении содержания MgO выше 13% резко повышается тем пература плавления и вязкость шлака. Добавка Al2O3 (до 6-8%) снижа ет температуру плавления шлаков, а при повышении его содержания выше 10% тугоплавкость шлаков наоборот увеличивается. Аналогич но окиси магния качественные характеристики шлака снижают магне тит (Fe3O4), сульфат бария, закись никеля и трехокись хрома. Сниже ния содержания магнетита в шлаке можно добиться за счет увеличе ния угля в шихте. Переход в шлак магния, хрома и алюминия объяс няется разрушением футеровки. Для предотвращения нежелательного процесса необходимо снизить температуру плавления шлака.
Большое значение при осуществлении плавильных процессов имеют физические свойства шлаков: поверхностное натяжение, вяз кость, электропроводность.
На практике для различных пирометаллургических процессов допустима строго определенная вязкость шлаковых расплавов. Опти мальная вязкость: 0,40,5 Па·с.
Шлаки с повышенным содержанием оксидов железа обладают смешанной ионо-электронной проводимостью. По этой причине в рас плавленных шлаках очень быстро протекают окислительно восстановительные процессы, связанные с электронными обменами.
Знание электропроводности шлаковых расплавов особенно важно при осуществлении плавок, проводимых в электропечах.
Электропроводность расплавленных шлаков, как и вязкость, является функцией их состава, то есть определяется структурой рас плава и видом присутствующих ионов. Однако эта зависимость носит обратный характер – с увеличением кислотности шлаковых расплавов электропроводность падает, а при добавках основных оксидов возрас тает.
Заглубление электродов в слой шлака должно быть минималь ным, но достаточным для того, чтобы обеспечить режим работы печи и необходимое удаление концов электродов от поверхности сплава.
По полученным данным, открытый дуговой разряд не наблюдается при погружении электродов в шлаковую ванну на глубину 0,150, диаметра электрода. При проведении плавки на вторичные аноды на печах ДСП-1,5 высота слоя шлака составляет 250350 мм. Глубина погружения электродов при их диаметре равном 150 мм должна со ставлять приблизительно 30 мм. При этом мощность электропечи бу дет максимальной. Следует отметить, что режим работы электропечи на максимальном напряжении и минимальной силе тока является наименее экономичным. Горение дуги над поверхностью шлака при водит, во-первых, к существенному снижению мощности печи, во вторых, к недостаточному прогреву анодного сплава и образованию настыли на подине печи и, в-третьих, к перегреву поверхностного слоя шлака и оплавлению футеровки печи, расположенной в контакте со шлаковой ванной и над расплавом, что наблюдается в настоящее время при работе печей ДСП-1,5.
Таким образом, приведенные выше данные, свидетельствуют, что для повышения эффективности процесс анодной плавки наиболее целесообразно проводить с наведением среднекислых шлаков (ки слотность 1,31,7). Это позволит снизить потери платиновых метал лов со шлаками и повысить производительность печи.
Химический состав кеков огарка медного и никелевого шла мов позволяет сделать вывод, что для получения легкоплавкого жид котекучего шлака в исходном сырье наблюдается дефицит диоксида кремния и оксида кальция. Для ликвидации указанного дефицита в шихту необходимо введение указанных реагентов. Предпочтительно вводить флюсы (хотя бы частично) не отдельными окислами, а гото выми сплавленными системами в следствие того, что они имеют более низкую температуру плавления. Введение флюса позволит сократить период формирования шлака и, соответственно, увеличить производи тельность печи. Например, можно использовать отвальный шлак обеднительных печей НМЗ, характеризующийся низкой температурой плавления – 1200 °С и содержащий 85% 2FeOSiO2, 5% суммы оки слов кальция, магния и алюминия и не более 10% магнетита и цемент (SiO2 – 25 %, CaO – 65 %, MgO – 3 %, Al2O3 – 5 %), в состав которого входит силикат кальция, также имеющий более низкую температуру плавления по сравнению с отдельными окислами. Указанные компо ненты шихты при плавке будут выполнять различные функции.
Добавка отвального шлака позволит улучшить плавкость сис темы, что значительно ускорит образование жидкой фазы в печи и, соответственно, увеличит скорость плавления компонентов шихты.
Цемент, добавленный в шихту, будет выполнять двойную функцию: во-первых, позволит образовывать в шлаке железо кальциевый силикат FeOCaO2SiO2, который имеет температуру плавления всего 980 °С, что повышает плавкость и снижает вязкость системы;
во-вторых, позволит облегчить процесс окомкования шихты методом окатывания или брикетирования.
В составе кеков огарков шламов наблюдается дефицит крем некислоты, поэтому для получения среднекислых шлаков необходимо добавлять речной песок.
Снижение содержания FeO и повышение содержания CaO и SiO2 в шлаке приводит к снижению электропроводности и повыше нию мощности печи.
2. Оптимальный состав шлака по показателям снижения по терь при восстановительной электроплавке медных и никелевых шламов обеспечивается следующим соотношением компонентов шихты при дозировке флюсов т/т шихты: отвального шлака НМЗ -0,120,13, речного песка - 0,0280,05 и цемента - 0,0250,03.
Исследования по отработке условий плавки кеков огарка ни келевого и медного шламов проводили в шамотных, алундовых, гра фитовых тиглях объемом 0,51 дм3 на лабораторной электрической печи сопротивления.
Флюсующие добавки, такие как: цемент и отвальный шлак обеднительных печей НМЗ, а в качестве восстановителя – каменный уголь Кайерканского угольного разреза, и другие компоненты шихты перед плавкой измельчали до размера менее 1 мм и тщательно пере мешивали между собой. Шихту засыпали в тигель, который закрыва ли графитовой крышкой с просверленными в ней отверстиями для отвода газов. Тигель помещали в электропечь при температуре 700800 °С (контроль температуры осуществлялся при помощи ТПП термопары). В течение примерно 1,2 часа шихту нагревали до темпе ратуры 1300 °С, затем через каждые 25 минут проводили загрузку дополнительных порций шихты в количестве 2533% от исходной загрузки. После последней загрузки шихту расплавляли в течение минут. В электрической печи отсутствует перемешивание расплава, поэтому после прекращения «кипения» расплав перемешивали ме таллическим стержнем и отстаивали в течение 4050 минут при тем пературе 1300 °С. Печь отключали и охлаждали тигель в печи до температуры 1100 °С (температура контролировалась при помощи оптического лазерного пирометра). Затем тигель извлекали из печи и охлаждали в течение 20 минут.
Продукты плавки разделяли, взвешивали (весы 2 класса точ ности), измельчали и анализировали на содержание цветных и благо родных металлов.
В результате проведения лабораторных исследований был определен оптимальный состав шихты, приведенный в таблице 1.
Таблица Оптимальный состав шихты Компонент шихты Масс. доля, % Кек огарка никелевого шлама 42, Кек огарка медного шлама 28, Шлак печей обеднения НМЗ Уголь (СТП 0401.14.36-27-67) Песок речной Цемент Как показывают полученные результаты, введение в шихту анодной плавки 13% шлака печей обеднения, 3% речного песка и 3% цемента при расходе угля 6,8-8,5% от массы шихты позволяет полу чать шлаки, кислотность которых изменяется в пределах 1,43-1,60.
При такой кислотности извлечение таких важных компонентов как: Pd и Ag, из шлака достигает своего максимального значения как это по казано на рисунках 1 и 2. Продолжительность процесса плавки от мо мента достижения температуры 1300 °С составляла 3,5 часа с учетом отстоя расплава в течение 50 минут после окончания процесса плавки.
Рисунок 1. Зависимость содержания Pd в шлаке от кислотности Рисунок 2. Зависимость содержания Ag в шлаке от кислотности Полученные шлаки характеризуются низкими температурой (1200 – 1220 °С) плавления и вязкостью. Содержание SiO2 в шлаках на ходится на уровне 31,36–35,94%, железа (в пересчете на Fe2O3) – 31,33–38,82%, MgO–1,95-3,4%, BaO–1,01-3,9%, Cr2O3–0,45-2,06%, Al2O3– 10,15-12,05%. Высокое содержание оксида алюминия объясняется влиянием материала тиглей (шамот), используемых в лабораторных плавках. Шлак состоял из двух слоев: верхнего и нижнего. Нижний слой шлака обогащен по содержанию Cr (2,25-3,72 против 0,35-0,56% Cr2O3), Ni (2,34-3,99 против 0,88-1,06%) и Pd (0,38-0,84 против 0,05-0,07%).
Выход анодного сплава зависит от содержания угля в шихте (рисунок 3) и при его изменении от 6 до 8,5% увеличивается с 44,4 до 64,3% за счет более глубокого восстановления железа до металличе ского состояния. С увеличением содержания угля в шихте в сплаве повышаются содержание железа (рисунок 4) и серы (рисунок 5). Ни кель восстанавливается практически полностью уже при содержании угля в шихте 6,8%.
Оптимальным является содержание угля в шихте равное 7,5-8,5% от массы шихты. При этом содержание Fe в сплаве находится на уровне 10-17%, Ni – 50,9-65,26%, суммы Pt и Pd – 8,02-11,07, S – 2,59-3,0%. Полученный сплав не требует корректировки по содержанию железа и по составу полностью со ответствует требованиям технологической инструкции. Определенный опти мальный расход угля правомочен только для проведения данных ла бораторных плавок. При изменении оборудования и тягового режима печи он будет изменяться. Поэтому при переходе на промышленную печь необходимо проведение специальных плавок по уточнению оп тимального расхода угля.
Во всех плавках независимо от состава шихты (в исследуемых преде лах) расслоение анодного сплава отсутствовало даже при содержании серебра в расплаве 7%. Наиболее вероятная причина этого - усреднение шихты перед плавкой.
При введении в шихту дополнительных флюсов объем шихты на плавку увеличивается на 18-25,5%. Выход шлака при этом составляет 47,8 50% от кека огарка или 42,3-44,5% от массы расплава (сплав+шлак), что на 10% выше чем при проведении существующей плавки. Оптимальное содер жание угля при этом составляет 7,5-8% от массы шихты. Для проверки лабо раторных данных было проведено две пробных плавки на промышленной печи ДСП-1,5. При проведении первой плавки компоненты шихты усредняли с использованием лопастного смесителя объемом около 80 дм3 как указано на схеме рисунок 7. При проведении второй плавки загрузку материала произво дили без подготовки шихты, загружая материал в печь с помощью бадьи по слойно. Состав шихты опытных плавок приведен в таблицах 2 и 3.
70, 65, Выход анодного сплава, % 60, 55, 50, 45, 40, 35, 30, 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10, Содержание угля в шихте, % Рисунок 3. Зависимость выхода анодного сплава от содержания угля в шихте Содержание железа в анодном сплаве, % 6,5 7 7,5 8 8,5 Содержание угля в шихте, % Рисунок 4. Зависимость содержания железа в анодном сплаве от содержания угля в шихте Содержание серы в анодном сплаве, % 3, 3, 2, 2, 2, 6,7 7,2 7,7 8,2 8, Содержание угля в шихте, % Рисунок 5. Зависимость содержания серы в анодном сплаве от содержания угля в шихте Для проверки лабораторных данных было проведено две проб ных плавки на промышленной печи ДСП-1,5. При проведении первой плавки компоненты шихты усредняли с использованием лопастного смеси теля объемом около 80 дм3 как указано на схеме рисунок 7. При проведении второй плавки загрузку материала производили без подготовки шихты, за гружая материал в печь с помощью бадьи послойно. Состав шихты опытных плавок приведен в таблицах 2 и 3.
Таблица Состав шихты первой опытной плавки.
Компонент шихты Мас. доля Масса, кг % Кек огарка Сu шлама 40 672,87 Кек огарка Ni шлама 60 1009,3 Шлак печей ОП НМЗ 13 218,7 Уголь (СТП 0401.14.36-27-67) 9 151,4 6, Песок речной 3,5 58,9 2, Цемент 3,5 58,9 2, В обоих случаях шихту загружали в печь в три приема по мере расплавления предыдущей порции.
При проведении испытаний было установлено, что изменение состава шихты привело к образованию шлаков, кислотность которых находится в пределах 1,1 – 1,6. Полное расплавление массы произош ло при температуре 1250-1370 °С. Образующийся шлак находился в жидкотекучем состоянии уже при температуре 1200-1250 °С. Продол жительность процесса расплавления всей массы шихты при наличии операции шихтовки составила 2,5 часа. Это на 30% ниже, чем при послойной загрузки материала.
Таблица Состав шихты второй опытной плавки Компонент шихты Мас. доля Масса, кг % Кек огарка Сu шлама 35,3 600 Кек огарка Ni шлама 64,7 1100 Шлак ОП НМЗ 11,8 200 Уголь (СТП 0401.14.36-27-67) 29 500 Песок речной 5,9 100 Итого 140,8 2500 При проведении первой плавки из-за недостатка угля при шлось проводить операцию корректировки состава сплава по железу путем добавления отработанных шаров барабанных мельниц. Во вто рой плавке, проведенной с увеличенным расходом угля, удалось осу ществить получение анодного сплава с кондиционным содержанием железа без добавления металлических шаров. Наблюдалось увеличе ние объема получающегося шлака на 11% по сравнению с сущест вующей плавкой. Содержание палладия в шлаках при наличии опера ции шихтовки материала минимум в три раза ниже (140 – 300 против 750 – 1000 г/т), чем при ее отсутствии. Шихтовка влажного материала с добавкой цемента приводит в процессе последующей сушки к обра зованию достаточно прочного монолита, который при некотором уси лии дробится на куски различной величины. При загрузке данного материала в печь наблюдается значительно меньшее пылеобразова ние, чем при загрузке нешихтованных материалов (количественно оценить не удалось). Это улучшает условия труда на рабочей площад ке.
Таким образом, проведенные исследования показали, что:
Существует возможность снижения температуры процесса плавки кеков огарка медного и никелевого шламов на 200-250 °С при условии проведения процесса с образованием кислых шлаков.
Тщательная шихтоподготовка материала должна быть обяза тельной операцией перед плавкой. Элементарное перемешивание и усреднение материалов, даже не приведенных к одинаковому грану лометрическому составу, положительно влияет на показатели процес са плавления, снижая содержание палладия в шлаке в три раза и со кращая продолжительность процесса плавления на 30%. Для плавки перерабатываемых в металлургическом цехе кеков огарков, при усло вии использования рекомендаций, указанных в диссертационной ра боте, наиболее целесообразной является схема шихтоподготовки при веденная на рисунок 6.
Однако данная технология шихтоподготовки требует значи тельного количества оборудования, площадей для его размещения, и может быть использована только при условии проведения расширения и реконструкции плавильного участка металлургического цеха.
Рисунок 6. Целесообразная схема Рисунок 7. Минимально короткая схема шихтоподготовки шихтоподготовки Для реализации процесса в промышленных условиях необхо димо создание участка шихтовки и грануляции материалов В условиях дефицита площадей для шихтоподготовки исход ных продуктов плавки может быть рекомендована схема, приведенная на рисунке 7.
Получение кондиционного по содержанию железа анодного сплава возможно без добавления железных шаров при условии под держания в печи восстановительной атмосферы введением в шихту достаточного количества угля и поддержанием в газоходе за печью необходимого разряжения.
Необходимость работы на кислых шлаках требует замены су ществующей огнеупорной футеровки на другую, которая могла бы выдерживать воздействие высоких температур, химическую актив ность кислого шлака.
Из анализа работы промышленной печи следует, что наиболее устойчива при работе на кислых шлаках цирконовая футеровка. Одна ко цирконовые огнеупоры несколько дороже традиционно используемых в цветной металлургии. Для снижения стоимости футеровки печи ДСП-1, можно использовать комбинированную футеровку, выложив подину печи (в области контакта с анодным сплавом) хромитопериклазовым термостойким кирпичом (ХПТ), а шлаковый пояс – баделеитокорундовым кирпичем (БКТ).
Использование баделеитокорундового кирпича рекомендуется только при работе с кислыми шлаками.
ВЫВОДЫ 1. На основании анализа физико-химических свойств различных шлаковых систем были выбраны шлаки, на основе фаялита (2FeOSiO2) и железо-кальциевого силиката (CaOFeOSiO2), обеспе чивающие наиболее высокую степень извлечения МПГ.
2. Установлено влияние физико-химических параметров шлака на извлечение благородных металлов из кеков медного и никелевого шлама, определенны параметры ведения процесса плавки такие как:
температура 1300 °С, кислотность шлаков 1-2, соотношение кек огар ка никелевого шлама и кек огарка медного шлама - 1,5:1,0, время плавки - 2,5-3 ч.
3. Установлено влияние полученного шлака на футеровку дуговой плавильной печи с учетом оптимального состава шихты и рекомендо вано при работе на кислых шлаках использовать комбинированную футеровку печи: область контакта со сплавом – хромитопериклазовый термостойкий кирпич (ХПТ), шлаковый пояс – баделеитокорундовый кирпич (БКТ).
4. Показано, что переход на плавку с образованием кислых шлаков с использованием в качестве флюсов отвального шлака НМЗ (1213%), речного песка (2,85%) и цемента (2,53%) при условии шихтовки материала позволяет проводить процесс при температуре 1300 °С, при этом продолжительность процесса плавки сравнительно невысока и составляет 2,53 часа.
5. В условиях дефицита площадей для шихтоподготовки исходных продуктов плавки была рекомендована минимально возможная схема подготовки шихты (рисунок 7).
6. Выявлены причины, непозволяющие получать анодный сплав по содержанию железа, несоответствующий требованиям технологиче ской инструкции по содержанию железа и попутно решена задача зна чительного снижения пылевыноса как в атмосферу плавильного отде ления, так и в систему газоочистки. Причиной пылевыноса является мелкодисперсность поступающих на плавку материалов, перегрузка печи шихтой, чрезмерное развитие дугового режима.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО:
1. Белоглазов И.Н. Выбор оптимального способа подготовки шихты на основе медно-никелевых кеков, обогащенных драгметаллами, к электроплавке/ И.Н. Белоглазов, Д.А. Павлюк // Обогащение руд, 2007. №4. С. 14-17. ISSN 0202-3776.
2. Белоглазов И.Н. Совершенствование технологии плавки кеков огарков никелевых и медных шламов / И.Н. Белоглазов, Д.А. Павлюк // Цветные металлы, 2008. №2. С. 60-61. ISSN 0372-2929.
3. Анисимова Н.Н. Совершенствование технологии переработки ке ков огарков никелевых и медных шламов в металлургическом цехе медного завода/ Анисимова Н.Н., Глазков В.Б., Кирпиченков С.Л., Павлюк Д.А., Тер-Оганесянц А.К. // Сб. науч. тр. I Всероссийской школы-конференции «Молодые ученые – новой России. Фундамен тальные исследования в области химии и инновационная деятель ность» / Изд-во «Иваново» – Иваново: 2005. С. 201-203.
4. Анисимова Н.Н. Совершенствование технологии переработки ке ков огарков никелевых и медных шламов в металлургическом цехе медного завода / Анисимова Н.Н., Глазков В.Б., Кирпиченков С.Л., Павлюк Д.А., Тер-Оганесянц А.К. // Всероссийская научная конфе ренция с международным участием «Научные основы химии и техно логии переработки комплексного сырья и синтеза на его основе функ циональных материалов». Материалы научно-технической конферен ции. / Изд-во Кольского научного центра РАН – Апатиты: 2008. Часть 1. С. 260-264. ISBN 5-91137-048-4.
5. Павлюк Д.А. Совершенствование технологии переработки кеков огарков никелевых и медных шламов в металлургическом цехе медно го завода ГМК «Норильский никель» // Записки Горного института, 2006. Т. 169. С. 167-169. ISBN 5-94211-284-3. ISSN 0135-3500.
6. Управление электродными печами на основе характеристик элек трической дуги / А.А. Педро, М.П. Арлиевский, И.Н. Белоглазов, Д.А. Павлюк / Под ред. И.Н. Белоглазова / СПб: Издательский дом «Руда и металлы». 2009. 97с. ISBN 5-85574-234-2.