автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Исследование, разработка и внедрение технологии электроплавки техногенного никельсодержащего сырья

На правах рукописи

ЕРМАКОВ Игорь Геннадьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОПЛАВКИ ТЕХНОГЕННОГО НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Специальность 05.16.02 - "Металлургия черных, цветных и редких

металлов"

Авторе ферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в ОАО "Комбинат Североникель"

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор

Кандидат технических наук

Ведущее предприятие:

Л. Ш. Цемехман

В.А. Брюквин В.Н. Бруэк

ФГУП "Гипроцветмет"

Защита диссертации состоится 12 мая 2005 г. в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д217.041.01 в Государственном научно-исследовательском институте цветных металлов "ГИНЦВЕТМЕТ" (129515, г. Москва, ул. Академика Королева, 13); тел. (095) 215-39-82, факс (095) 215-34-53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного научного центра Российской Федерации — Федерального государственного унитарного предприятия "Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов".

Автореферат разослан " У/ " А^уб-г1 с/-Я

2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд.техн. наук

И.И. Херсонская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

За годы работы комбината "Североникель" его собственная рудная база была исчерпана полностью, а при переходе на рыночную экономику поставка норильской руды для переработки на комбинате оказалась экономически невыгодной. Поэтому в настоящее время предприятие работает как рафинировочное, где перерабатывают привозные файнштейны.

Однако за более чем полувековой период эксплуатации комбината "Североникель" на его площадке накопилось большое количество различных экологически небезопасных никель- и медьсодержащих отходов и оборотов действующих цехов. В их числе имеются значительные запасы илов, которых по гидрогеологическим прогнозам достаточно для непрерывного использования в течение 10 лет. Экономические расчеты показали бесспорную эффективность вовлечения в переработку этих материалов, которую в условиях комбината "Североникель" целесообразно осуществлять в рудно-термических электропечах с учетом наличия свободных мощностей на предприятии.

В связи с изложенным было принято решение организовать на комбинате "Североникель" переработку накопленного техногенного сырья совместно с текущими металлсодержащими оборотами. Однако отсутствие эффективной технологии переработки специфического техногенного сырья потребовало разработки рационального режима электроплавки в сочетании с изучением структуры и физико-химических свойств илов, а также поведения цветных металлов при плавке. Необходимо было также выполнить оценку перспектив усовершенствования технологии плавки илов и модернизации электропечей.

Цель работы

Исследование, разработка и внедрение процесса плавки техногенного сырья (илов) совместно с текущими металлсодержащими оборотами в рудно-термических электропечах (РТП).

Научная новизна

1. Определены параметры и рациональные режимы усовершенствованной плавки техногенного никельсодержащего сырья совместно с различными оборотными материалами в РТП.

2. Изучены фазовые составы илов и новых для передела шихтовых материалов, а также продуктов их переработки в РТП, образующихся при электроплавке техногенного сырья.

Установлено, что основной фазой илов является стеклообразная структурная составляющая, содержащая Са8С>4, СаО, силикаты кальция и магния и гидроксиды железа. Основной фазой, содержащей никель, в исследованных пробах илов является гидратированная фаза никеля с

кальцием, содержание которой заметно превышает содержание сульфидных и металлических фаз.

В импортных концентратах диагностированы типичные основные рудные минералы и их срастания: пирротин, пирит, халькопирит, пент-ландит, магнетит, силикаты кальция - магния, силикаты железа — магния. Кроме того, в импортных концентратах, особенно в ирландском, отмечено повышенное содержание минералов мышьяка — никелина и герсдорфитов.

3. Исследованы формы потерь цветных металлов с отвальными шлаками, полученными при электроплавке нетрадиционного сырья.

Показано, что закаленные шлаки содержат три структурные составляющие: корольки и штейновые включения, шпинели и силикатное стекло.

Гомогенное силикатное стекло содержит по 0,5-2% масс, корольков и железохромовых шпинелей. Отличительной чертой корольков является достаточно высокое (до 3% масс.) содержание мышьяка и хрома (до 1%).

Шпинели, существовавшие в шлаковом расплаве в твердом состоянии, содержат примеси никеля и кобальта, хром, железо.

Потери никеля со шпинелями составляют 8-13%, меди - 0,6-2,5%. Наибольшая доля никеля и меди (41-67 и 29-47%, соответственно) находится в шлаках в форме механических потерь. В то же время основная часть кобальта (79-87% отн.) переходит в шлак в виде растворимых потерь и потерь со шпинелями (18-32%).

Установлено, что система "корольки — силикатный расплав" достигает равновесия или близка к нему. Система "штейн — силикатный расплав" далека от равновесия.

4. Методом высокотемпературной масс-спектрометрии определены парциальные давления меди, железа, никеля и серы над расплавами медно-никелевых штейнов с повышенным содержанием меди и никеля при температуре 1500 К.

Полученные экспериментальные данные парциальных давлений (Па) меди, серы и железа обобщены уравнениями регрессии. Уравнения отвечают изменению содержания компонентов в конденсированной фазе в следующих пределах, % ат.: медь 0,3-15,4; железо 35,2-80,6; никель 10,4-30,7.

Парциальное давление никеля при измерениях на штейнах разного состава изменялось в пределах (0,17-Ю,75)" 10"3 Па.

На основании полученных экспериментальных данных рассчитаны значения активностей и коэффициентов активности компонентов в исследованной системе, которые использованы для расчета величины растворимых потерь цветных металлов со шлаками электроплавки техногенного сырья.

Методы исследований

Поставленная в диссертационной работе задача решалась путем проведения плавки различных шихт, содержащих техногенное сырье и производственные отходы, на промышленной печи ОАО "Комбинат Североникель" в разных режимах. При анализе полученных результатов использованы методы математической статистики.

Для изучения особенностей строения и состава исходного сырья и продуктов плавки использованы методы РЭМ, РСМА и термогравиметрии. Исследование термодинамических свойств промышленных штейнов с повышенным содержанием меди и никеля проводили с применением метода высокотемпературной масс-спектрометрии.

Практическая значимость работы

1. Разработана технология электроплавки техногенного сырья, содержащего илы и промышленные отходы, с получением штейнов с содержанием суммы цветных металлов около 30%. Определены энерготехнологические параметры режима работы электропечей. Разработанный процесс внедрен на РТП комбината "Североникель". Увеличение прибыли за счет организации переработки илов на предприятии составляет 1,2 млн. долларов в год.

2. Разработана математическая модель инженерного расчета параметров и показателей работы руднотермической печи, которая может использоваться как при модернизации действующих многошлаковых РТП, так и при проектировании новых производств для переработки как традиционного, так и техногенного сырья с учетом перспектив усовершенствования технологии и конструкции электропечной установки.

3. Определены основные направления усовершенствования электроплавки техногенного сырья (илов).

На защиту выносятся:

1. Результаты исследований и разработки энерготехнологического режима работы электропечей и технологии электроплавки техногенного сырья, содержащего илы и вторичные отходы, с получением богатых штейнов заданного состава.

2. Результаты изучения фазового состава илов, продуктов электроплавки техногенного сырья (штейнов и шлаков) и соотношения форм потерь цветных металлов в шлаках, а также результаты исследования термодинамических свойств штейнов.

3. Математическая модель инженерного расчета параметров и показателей работы руднотермической печи для переработки техногенного сырья с учетом перспектив усовершенствования технологии и модернизации электропечной установки.

Публикации

Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах.

Апробация работы

Основные материалы диссертации докладывались на заседаниях НТС ОАО "Институт Гипроникель" и НТС ОАО "Комбинат Северони-кель" в 1999-2001 гг.; на научно-техническом совещании "Электротер-мия-2000"6—7 июня 2000 г. и на научно-технической конференции "Ду-га-200" 29-31 мая 2002 г. в Санкт-Петербургском Государственном Технологическом институте.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка литературы; содержит 201 страницу основного текста, в том числе 32 рисунка, 45 таблиц и список литературы из 184 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность к.т.н. К. И. Мосионд-зу и д.т.н. М. Р. Русакову за творческую помощь при анализе и обсуждении полученных результатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ, СОДЕРЖАЩЕГО МЕДЬ, НИКЕЛЬ И КОБАЛЬТ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

Выполнен критический анализ литературных данных о методах пирометаллургической переработки вторичного сырья и промышленных отходов, содержащих медь, никель и кобальт. Установлено, что переработка промышленных отходов получила широкое развитие во всем мире, а рост выпуска металлов из указанного сырья продолжается и в настоящее время. В связи с неоднородностью и нестабильностью состава подобного рода материалов, для их переработки в голове процесса чаще используют электропечи, поскольку в этом случае можно обойтись без детальной сортировки и тщательной подготовки поступающего сырья.

С учетом перспективы использования электроплавки для переработки техногенного сырья по литературным данным проанализирован производственный опыт усовершенствования работы и конструкции РТП и методы определения рациональных режимов их эксплуатации.

Несмотря на актуальность проблемы, в отечественной промышленности до настоящего времени нет промышленной практики самостоятельной переработки техногенных массивов. Специфические особенности такого сырья требуют индивидуальной разработки технологии процесса. Технология электроплавки илов никогда не исследовалась; не изучались термодинамические свойства получаемых при этом штейнов, определяющие поведение цветных металлов при плавке; не изучались состав и структура продуктов плавки.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ШИХТЫ РТП

В работе выполнен комплекс исследований шихты, который включал определение химического и гранулометрического составов, влажности, плотности, насыпного веса, угла естественного откоса компонентов шихты, а также изучение фазового состава образцов илов и некоторых металлсодержащих шихтовых материалов, используемых на переделе. Исследования проведены с применением рентгеноструктур-ного анализа, растровой электронной микроскопии и микроанализа. Выполнены также термогравиметрические исследования.

Рентгенофазовые исследования показали, что пробы представлены а-кварцем, тальком, кальцитом, хлоритом, каолином (возможно, в сочетании с серпентином); кроме того, в образцах с достаточной степенью вероятности можно предположить присутствие полевошпатного минерала из ряда плагиоклазов.

Термогравиметрические исследования проводились на установке, спроектированной и изготовленной для изучения любых гетерофазных взаимодействий, сопровождающихся изменением массы образца и состава газовой фазы над образцом при его нагреве.

Исследования выполнены с предварительно просушенной при температуре 110°С исходной пробой ила следующего состава (% масс): N1 - 9,26; Си - 1,11; Со - 0,15; Бе - 2,74; 8 - 1,17; 804 - 2,44; С - 8,63; 8102 - 5,86; А12О3 - 1,85; Mg0- 1,57; ППП - 34,5.

Характерное строение исходной пробы ила представлено на

рис. 1.

Рис. 1. Характерное строение исходной пробы ила 1 - стеклообразная составляющая; 2 - частицы файнштейна; 3 - металлические частицы, в том числе, ферроникель; 4 - гидроксиды железа

Установлено, что основу отобранной пробы составляет стеклообразная структурная составляющая, содержащая Са8С>4 , СаО, силикаты кальция и магния и гидроксиды железа, причем часть из них содержит скрытую (кристаллическую) воду. В стеклообразной матрице обнару-

жены первичные технологические продукты (частицы файнштейна и шлака с корольками металлов, никель и медь в оксидной, сульфидной и металлической формах) и вторичные образования (продукты гидрати-рованного окисления сульфидов, содержащие кислород и обогащенные серой). Основной фазой, включающей никель, является гидратирован-ная фаза никеля - кальция, содержание которой заметно превышает содержание сульфидных и металлических фаз меди и никеля.

Образцы ила подвергались нагреву до температур 1000°С и 1400°С в инертной и восстановительной атмосферах с разным расходом восстановителя. Изменения массы образца и состава выделяющегося газа регистрировались самописцами весового устройства и газоанализатора.

В качестве примера на рис. 2 представлены термогравиметрические кривые исследованных проб илов (5 опытов). В опытах 1 и 2 навески нагревали в инертной атмосфере до температур 1000 и 1400°С, в опытах 3 и 4 - до тех же температур с добавкой к исходной навеске 10% графита; в опыте 5 - до температуры 1400°С с добавкой 20% графита. Из полученных данных следует, что практически во всех опытах при нагреве образцов до температуры 1000°С убыль веса составляет 38-40% и остается на этом уровне до 1200°С. При нагреве выше 1200°С в инертной атмосфере (опыт 2) масса образца практически не изменяется, а при нагреве в восстановительной атмосфере с увеличением температуры масса образца уменьшается и при температуре 1400°С составляет почти 50% первоначального значения (опыт 4).

°0 200 400 £00 800 1000 1200 1400

Рис. 2. Изменение массы ила при нагреве образца в инертной и восстановительной средах

По результатам изменения массы образцов и состава отходящего газа в совокупности с данными химического, рентгенофазового анализа и рентгеноспектрального микроанализа образующихся в процессе твердофазных продуктов реакции можно констатировать следующее.

В исходных просушенных при 110°С образцах ила присутствуют:

гидраты сульфатов кальция, никеля, меди и железа - Са804х2Н20, ]^1804х7Н20, Си804х5Н20, Ре804х7Н20, сульфиды никеля, меди и железа, минералы окислов кальция, кремния, магния и алюминия При нагреве навесок ила в интервале 100-700°С происходит удаление сорб-ционной и кристаллогидратной воды из этих гидратов, а также диоксида серы при разложении сульфатов железа и меди по реакциям Ре804 -» ИеО + 0,502 + 802, 2СиБ04 —> Си20 +1,502 +2Б02

В интервале 700-800°С полностью удаляется конституционная вода из каолинита и продолжает удаляться из серпентина, хлорита и талька, а затем в интервале 800-1000°С полностью удаляется вода из серпентина и хлорита, при температуре 840°С начинается разложение сульфата никеля по реакции

N1804 ЫЮ + 502 + 0,502

В интервале 1000-1200°С убыль веса навесок илов прекращается, причем при температуре 1050°С заканчивается дегидратация серпентина, а при температуре 1193°С начинается разложение сульфата кальция по реакции

Са804 ->• СаО + 0,502 + 802

В интервале 1200-1400°С в восстановительной среде (опыты 4 и 5) происходит восстановление окислов цветных металлов до сульфидов и металлического состояния При обжиге илов в нейтральной и восстановительной средах цветные металлы концентрируются в образованиях типа корольков с содержанием суммы цветных металлов 50-70% масс

Типичная структура пробы огарка ила после нагрева до температуры 1400°С в инертной атмосфере и строение королька представлены

а) б)

Рис 3 - Типичное строение пробы огарка ила после нагрева в инертной

атмосфере до температуры 1400°С (а) и строение королька (б) 1 - матричная составляющая, 2 - силикат кальция, 3 - корольки, 4 - сульфид меди, 5 - сульфид никеля, 6 - металлическая составляющая

Помимо илов, металлсодержащая часть шихты содержит привозные импортные ирландские и финские концентраты.

Ирландский необогащенный (бедный) концентрат представляет собой смесь частиц минералов с размерами от 10 до 50-100 мкм (рис. 4,а) Он практически не содержит халькопирита, но имеет высокое содержание минералов мышьяка - никелина и герсдорфитов.

Минералы мышьяка содержатся в концентрате, как в виде самостоятельных крупных зерен, так и в виде сростков с сульфидными минералами.

Ирландский обогащенный концентрат представляет собой крупные агломераты мелких частиц минералов, достаточно прочно связанных между собой с образованием структур типа "спеков" (рис. 4,б) Кроме образования "спеков", отличительной особенностью этого концентрата является повышенное содержание пентландита.

а) б)

Рис. 4. Строение проб необогащенного (а) и обогащенного (б)

ирландских концентратов 1- пирротин, 2- пентландит, 3- магнетит, 4- силикаты, 5- герсдорфит

Финский концентрат состоит из частиц минералов с размерами от 1-2 до 100 мкм, причем содержание мелкой фракции (<10 мкм) составляет 50% и более. В концентрате уверенно диагностированы самостоятельные зерна и сростки минералов пирротин, пирит (единичные зерна), пентландит, медистый пентландит (единичные зерна), халькопирит (единичные зерна), магнетит, герсдорфит (единичные зерна), силикаты кальция-магния, силикаты железа-магния Некоторые зерна пентланди-та содержат неплотные каймы минерала толщиной около 2-6 мкм, замещающего пентландит и представляющего собой сульфид железа-никеля состава моносульфидного твердого раствора. Содержание сульфидных минералов в крупной (>50 мкм) фракции не превышает 50%. На рис. 5 показано типичное строение пробы концентрата.

Рис. 5. Строение пробы финского концентрата 1 - пирротин; 2 - пентландит; 3 - магнетит; 4 - силикаты

В целом, импортные концентраты по сравнению с отечественными характеризуются повышенным отношением Ni/Cu и, как следствие, низким содержанием минералов меди, в первую очередь - халькопирита. В то же время концентраты, в особенности ирландские, содержат заметное количество минералов мышьяка: никелина и герсдорфита, что должно сопровождаться появлением в составе штейнов и шлаков электроплавки компонентов, содержащих мышьяк, сурьму, селен, свинец, цинк.

3 . ИССЛЕДОВАНИЕ И ОСВОЕНИЕ ЭЛЕКТРОПЛАВКИ

ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ Выделенная для переработки илов озера Нюд-Явр бывшая обед-нительная печь (в дальнейшем РТП), была специально сконструирована в конце 70-х годов для обеднения шлаков автогенной плавки сульфидной медно-никелевой руды, а также конвертерных шлаков. Она представляет собой прямоугольную электропечь с площадью пода 82 м2 и тремя самоспекающимися электродами диаметром 1200 мм. Печь имеет размеры по кожуху 16,2x5,8x5,5 м. Печь укомплектована тремя однофазными трансформаторами типа ЭОЦН-8200/10-69УЗ, номинальная мощность каждого из которых 5,5 MB A.

Пуск и работа печи на шихте с тонкодисперсными илами, железистыми кеками и импортными концентратами уже в самом начале показала неприспособленность ее оборудования к эксплуатации в режиме рудной плавки с техногенными шихтовыми материалами. Прежде всего, это относится к силовым трансформаторам печи, рабочее напряжение которых могло изменяться в пределах 255-1 ЗОВ. Такое напряжение было в свое время рассчитано на работу печи с относительно высокоэлектропроводными железистыми шлаками конверторов. Однако в связи с переводом печи на новое сырье, в печных шлаках резко (до 43-46%) возросло содержание диоксида кремния, соответственно, увеличилось и удельное сопротивление расплава. При работе с такими шлаками

трансформаторы из-за низкого напряжения на стороне НН не обеспечивали необходимой мощности для заданного проплава шихты, а также необходимой температуры для нормального выпуска жидких продуктов плавки. Наблюдалась высокая аварийность вспомогательных узлов и механизмов основного оборудования РТП.

В результате уже в первые дни ввода печи в эксплуатацию остро встал вопрос о необходимости изменения параметров электропечных трансформаторов. Для этого в создавшихся на предприятии условиях было изучено заглубление электродов в шлак в зависимости от рабочего напряжения печи при эксплуатации на максимально возможной мощности. По этим данным была определена величина эквивалентной удельной электрической проводимости расплава 7^,, составившая (0,19—0,21) Эта величина была положена в основу расчета рационального рабочего напряжения электропечной установки.

После проведения расчетов было установлено, что при работе РТП на новом сырье техногенного происхождения с рациональным заглублением электродов в шлак (350-400 мм) рабочее напряжение на электродах печи на мощности около 14,5 МВт должно составлять Анализ показал, что требуемое напряжение без особых материальных затрат может быть получено за счет переключения вторичных катушек действующих на РТП трансформаторов с параллельного на последовательное соединение. Такая рекомендация была реализована. После переключения катушек стороны НН трансформаторов полный диапазон их рабочего напряжения составил а сохранение

постоянной мощности печи на уровне 16500 МВА стало обеспечиваться при напряжении на зажимах вторичных обмоток печных трансформаторов в диапазоне

Таким образом, была решена главная проблема переработки нового сырья в РТП. Уже в самом начале работы электропечи на модернизированных трансформаторах в отдельные сутки ее работы удавалось обеспечить требуемый проплав шихты, несмотря на частые поломки оборудования и простои. В дальнейшем технология плавки техногенного сырья в РТП на модернизированных трансформаторах была освоена полностью. Это стало возможным, прежде всего, благодаря разработке и освоению энерготехнологического режима плавки указанного сырья. Помимо этого, был разработан и внедрен в практику работы печи комплекс оргтехмероприятий по реконструкции отдельных узлов РТП, усовершенствованию контроля шихты, улучшению ее подготовки и качества. В числе этих мероприятий: изменение системы загрузки шихты с периферийной на центральную, увеличение диаметра течек с врезкой воздушной завесы, реконструкция системы охлаждения щек бугеля на электродах, расширение рабочей площадки в месте замера ванны, улучшение качества проводимых ППР печи и т.п.

В результате одновременно со стабилизацией производственного процесса и обеспечением плановых показателей по выпуску и качеству товарной продукции, удалось до 649 кВт"ч/т, то есть почти на 20%, снизить удельный расход электроэнергии, повысить безопасность труда и уменьшить загазованность на площадках обслуживания печи. При этом плавку техногенного сырья ведут на штейн, содержащий в сумме около 30% никеля и меди, 42-45% Бе и 21-23% 8, и получают в РТП шлаки, содержащие, % (масс): 41-44 8Ю2; 22-25 БеО; 0,23-0,34 №; 0,21-0,28 Си; 0,053-0,079 Со.

На основе проведенных на РТП испытаний определена оптимальная для данной конструкции печи глубина ванны - 1800 мм. Установлено, что при работе на такой пониженной против обычной практики ванне (которая обычно составляет 2200 мм) при соответствующем поддержании энерготехнологического режима потери никеля и меди снижаются примерно на 28 и 31% соответственно; потери кобальта практически не изменяются. При этом содержание серы в штейнах уменьшается с 24-25 до 23-21% при одновременном росте "металлизации" штейна от 8-9 до 18-19%.

В результате выполнения статистического анализа данных оперативного учета и контроля электроплавки получены значения коэффициентов корреляции, характеризующие силу взаимодействия между факторами и показателями процесса, а также регрессионные модели, позволяющие прогнозировать показатели работы РТП при изменении параметров процесса в конкретных условиях переработки техногенного сырья.

Помимо такого традиционного подхода к статистическому анализу, создана модель, позволившая без постановки специальных экспериментов определить величину средних потерь мощности печью и величину полезного удельного расхода электроэнергии, затрачиваемого собственно на плавку шихты и преобразование ее в жидкие и газообразные продукты плавки. В основе предлагаемого метода лежит уравнение теплового баланса, согласно которому расход электроэнергии на печи записан в виде

(Щ7)= + тюп,

где - удельная полезная электроэнергия, затрачиваемая на процесс собственно плавки (т. е. затраты электроэнергии, пошедшие непосредственно на переработку 1 т шихты с доведением полученных продуктов плавки до газообразного и жидкого состояния при температурах выпуска из печи); - энергия, затрачиваемая на покрытие всех потерь энергии установки; О - проплав твердой шихты.

Если 1Ут и 1¥И„от принять постоянными, то, рассматривая приведенное выше выражение Wh = /(С) как регрессионное линейное уравнение, можно использовать такое уравнение для оценки в первом приближении величины полезного удельного расхода электроэнергии и потерь

энергии печью. В этом случае указанные параметры рассматриваются как коэффициенты указанного регрессионного уравнения и могут быть определены методом наименьших квадратов путем статистической обработки данных оперативного контроля плавки, при котором регистрируются суточные расходы электроэнергии Wh и суточные проплавы шихты G.

По данным оперативного учета работы РТП комбината "Северо-никель" в настоящей работе с помощью стандартного "Пакета анализа" Microsoft Excel 2000 построено регрессионное уравнение

Wh=0,499G + 90,42; г = 0,72, (2)

где r - коэффициент парной корреляции.

Из этого уравнения следует, что потери энергии печью за сутки в среднем составляют около 90,42 МВт-ч, что соответствует средним потерям мощности 3,8 МВт. Из этого уравнения следует также, что полезный расход электроэнергии в расчете на 1 т твердой шихты комбината "Североникель", содержащей илы в количестве 20-25%, составляет в среднем 499 кВт-ч.

Вычисленные таким образом потери мощности РТП и полезный удельный расход электроэнергии на переработку шихты, содержащей влажные илы, использованы в дальнейшем в настоящей работе для оценки показателей работы РТП при применении нового перспективного метода плавки неподготовленного техногенного сырья в печи усовершенствованной конструкции.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОДУКТОВ ЭЛЕКТРОПЛАКИ

Поведение цветных металлов при переработке техногенного сырья, с одной стороны, определяется термодинамическими свойствами получаемых при этом штейнов, с другой - физико-химическими свойствами выплавляемых шлаков. Поэтому полученные при переработке илов продукты электроплавки исследованы с применением соответствующих современных инструментальных методов.

Методом высокотемпературной масс-спектрометрии на масс-спектрометре МС-1301, предназначенном для изучения процессов парообразования труднолетучих веществ, определены при температуре 1500 К парциальные давления меди, железа, никеля и серы над расплавами промышленных медно-никелевых штейнов с повышенным содержанием меди и никеля. Для исследований были отобраны три пробы промышленных штейнов, химический состав которых представлен в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав проб штейна_

№ штейна Содержание компонента, % масс.

Ni Си Со Fe S As Zn Pb

1 12,2 11,5 0,58 49,2 24,6 0,30 0,018 0,022

2 17,6 19,4 0,79 37,4 21,4 0,40 0,012 0,034

3 15,5 16,2 0,55 40,8 23,3 0,26 0,016 0,038

Установлено, что в процессе испарения в конденсированной фазе происходит одновременное уменьшение содержания меди и серы и, соответственно, увеличение содержания железа и никеля. Это объясняется более высокими упругостями пара меди и серы по сравнению с железом и никелем. В качестве примера для промышленного штейна № 3 на рис. 6 представлена зависимость парциальных давлений меди, серы, железа и никеля от содержания серы в расплаве при 1500 К.

10 20 30

содержание серы, % ат.

Рис. 6. Зависимость парциальных давлений компонентов расплава штейна № 3 от содержания серы в расплаве о-давление серы; • - давление железа х 100; ■-давление никеля х 1000; А - давление меди.

Полученные экспериментальные данные парциальных давлений (Па) меди, серы и железа обобщены следующими уравнениями регрессии, в правую часть которых включены содержания компонентов в расплаве (% ат.):

Реи = 1,35 - 0,034[Cu] - 0,013[Fe] - 0,014[Ni], R = 0,86; (3) PS2= 1,52-0,039[Cu]-0,015[Fe]-0,010[Ni], R = 0,79; (4) PFe = 10"2*{1,10 - 0,024[Cu] +0,004[Fe] - 0,039[Ni]}, R = 0,90, (5)

где R - коэффициент множественной корреляции.

Уравнения отвечают изменению содержания компонентов в конденсированной фазе в следующих пределах, % ат.: медь 0,3-15,4; железо 35,2-80,6; никель 10,4-30,7.

Парциальное давление никеля при измерениях на штейнах разно -го состава изменялось в пределах Па.

На основании полученных экспериментальных данных рассчитаны значения активностей и коэффициентов активности компонентов в исследованной системе. В частности, было установлено, что, если за стандартное состояние никеля принять металлический никель, парциальное давление которого при температуре 1500К составляет 0,0282 Па,

то активность никеля в исследованных расплавах штейнов изменялась в пределах Полученные данные по активностям меди, нике-

ля, железа и серы использованы для расчета величины растворимых потерь цветных металлов со шлаками электроплавки техногенного сырья. Образцы закаленных шлаков, полученных при переработке илов в РТП, исследованы методами растровой электронной микроскопии (РЭМ) и рентгеноспектрального микроанализа (РСМА).

Исследованные закаленные шлаки содержат три структурные составляющие: корольки и штейновые включения; шпинели; силикатное стекло. На рис. 7 и 8 показано типичное строение образца закаленного шлака и строение единичного королька.

< •

Рис. 7. Строение пробы

закаленного шлака 1 - закаленное стекло; 2 - шпинели; 3 - корольки

Рис. 8. Строение королька 1 - металлическая фаза; 2 - MSS; 3 - халькозин-борнитовый твердый раствор

Гомогенное силикатное стекло является основой всех исследованных проб, содержащей корольки (0,5-2% масс.) и железохромовые шпинели (0,5-2% масс). Состав и строение корольков в шлаках можно назвать типичным для продуктов рудной плавки медно-никелевого сырья. Однако есть и отличия, которые заключаются в достаточно высоком (до 3% масс.) содержании мышьяка и наличии примеси хрома (до 1%). Хром в большей степени ассоциирован с металлической фазой корольков, а мышьяк с сульфидными фазами. Содержание штейновых включений, как правило, очень мало (не более 5% от объема корольков).

Шпинели представляют собой кристаллы правильной формы размером до 50-100 мкм. Их форма и состав, близкий к тугоплавкому ферриту, позволяют предположить, что в расплаве они находились в твердом состоянии, поскольку температура их плавления значительно превышает температуру процесса электроплавки. Таким образом, эта фаза не является вторичной, т.е. образовавшейся при охлаждении и кристаллизации расплава. Шпинели, помимо хрома и железа, содержат

примеси никеля и кобальта. В связи с тем, что кристаллы шпинелей существовали в шлаковом расплаве в твердом состоянии, можно выделить отдельный тип потерь цветных металлов со шлаками - потери со шпинелями. Такие потери нельзя отнести ни к механическим, ни к растворимым. Их появление обусловлено тем, что в печь с шихтой попадают оборотные продукты (отходы, промпродукты и т.д.) других переделов. Таким образом, наличие тугоплавкой шпинелеобразной (оксидной) фазы, взвешенной в виде твердых образований (кристаллов) в шлаках, увеличивает потери цветных металлов. Кроме того, шпинели являются причиной образования вязкого промежуточного слоя между штейном и шлаком, мешающего протеканию обменных реакций железа штейна с окислами цветных металлов шлака. Поэтому снижение содержания окислов хрома в шихте является необходимым условием улучшения качественных показателей процесса рудной плавки в РТП.

Потери никеля со шпинелями составляют 8-13%, меди - 0,6-2,5%. Наибольшая доля никеля и меди (41-67 и 29-47%, соответственно) находится в шлаках в форме механических потерь. В то же время основная часть кобальта (79-87% отн.) переходит в шлак в виде растворимых потерь и потерь со шпинелями (18-32%). Механические потери кобальта (5-9%) существенно ниже растворимых, что связано с более высоким сродством кобальта к кислороду (по сравнению с никелем и медью). При понижении содержания железа в шлаках до 18-20% масс, и при повышении содержания в них диоксида кремния до 43-44% масс, доля растворимых потерь никеля оказывается ниже ее обычных значений, которые находятся в пределах 25-48% масс.

При электроплавке отечественного сырья, включающего илы, с добавкой финского или ирландского концентратов получены штейны с суммой цветных металлов около 30% масс. Исследованиями установлено, что полученные штейны имеют строение, типичное для продуктов системы Бе-М-Си-8 такого состава. В пробах штейнов диагностированы четыре основные структурные составляющие: пирротин (Ро), пирроти-новый твердый раствор (Рс^), борнитовый твердый р а с т Оо^ и металлическая фаза на основе железа и никеля или металлической меди. Локально в пробах встречаются кристаллы хромитовых шпинелей.

Исследования фазового состава штейнов, отвальных шлаков и пылей подтвердили наличие в них структурных составляющих, содержащих мышьяк, хром, свинец, цинк, висмут, олово, сурьму, селен. Легко испаряющиеся соединения мышьяка, свинца и цинка выносятся в газовую фазу и, в основном, осаждаются в электрофильтрах (7-17, 10-20 и 10-23%, соответственно). Извлечение мышьяка и свинца в штейны составляет 80-75 и 50-65% соответственно. Большая часть хрома и цинка (78-80 и 51-82%, соответственно) извлекается в отвальные шлаки. Извлечение хрома в штейны в 2 раза меньше, чем цинка (3-7 и 10-14%, соответственно). Такое поступление хрома в штейны обусловлено на-

личием в отвальных шлаках тугоплавких ферритохромистых шпинелей, затягиваемых в штейны при затруднениях с выпусками последних.

Анализ результатов расчетов условных констант равновесия никеля и кобальта для систем "штейн - силикатный расплав" и "корольки -силикатный расплав" показывает, что для большинства проанализированных шлаков система "корольки - силикатный расплав" достигает равновесия или близка к нему. Система "штейн - силикатный расплав" по никелю, наоборот, далека от равновесия практически для всех образцов шлаков. Факт существенных отличий в величинах условных констант равновесия двух систем подтверждает соображения о наличии тугоплавкого промежуточного слоя между штейном и шлаком, препятствующего протеканию обменных реакций между сульфидным и силикатным расплавами.

Следует отметить, что проведенное исследование образцов проб отвальных шлаков и штейнов РТП в принципе не меняет существующих представлений о формах потерь цветных металлов с отвальными шлаками рудной и обеднительной электроплавки. В связи с этим основные пути снижения потерь металлов и совершенствования рассматриваемого процесса плавки техногенного сырья интенсификация процесса восстановления шлака и его перемешивание.

5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА И КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРОПЕЧИ ДЛЯ

ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ Ключевым вопросом в решении проблемы переработки илов комбината "Североникель" является решение задачи устойчивой плавки влажного мелкодисперсного, зачастую плохо подготовленного сырья. Это актуально не только для РТП комбината "Североникель", но в широком смысле вообще для рудно-термической электроплавки при переработке "лежалых" техногенных образований от деятельности предприятий цветной металлургии.

Анализ проведенных в последние годы исследований и опыта совершенствования технологии плавки и конструкции РТП для переработки сульфидного медно-никелевого сырья показал, что технические возможности электроплавки далеко не исчерпаны, а технико-экономические и санитарно-гигиенические показатели процесса могут быть существенно улучшены. Из выполненного в работе анализа следует, что основным техническим условием улучшения экономических показателей процесса плавки техногенного сырья в электропечи является высокоинтенсивная электроплавка (ВИЭП). Существо этого процесса состоит в значительном увеличении удельной мощности печей с одновременной организацией продувки шлаковой ванны инертным или восстановительным газами. При продувке ванны газом за счет замешивания отдельных кусков шихты в шлак удается вести процесс без взрывоопасных влажных откосов на поверхности ванны, что идеально подходит

для плавки неподготовленного техногенного сырья. В этом случае без "хлопков" и взрывов в печь можно загружать материал любой влажности и крупности. Процесс ВИЭП значительно превосходит по своим показателям существующие процессы в РТП. При его использовании, с одной стороны, снижается удельный расход электроэнергии на переработку шихты, с другой, уменьшаются потери цветных металлов с отвальными шлаками РТП.

Для анализа и прогноза результатов применения ВИЭП разработана математическая модель инженерного расчета режима электроплавки и параметров конструкции электропечи. Ее алгоритм адекватно учитывает новые технологические решения и усовершенствования конструкции электропечи для переработки никель- медьсодержащих сульфидных и окисленных руд и техногенного сырья. В числе этих решений - система продувки расплава различными газами и комбинированная графитокерамическая футеровка ванны, обладающая повышенной стойкостью при работе с перемешиваемым расплавом. Необходимо отметить, что модель пригодна также для расчета параметров РТП существующих (традиционных) медно-никелевых производств, в том числе, и электропечей обеднения шлаков.

Для реализации алгоритма расчета составлена программа на базе пакета Excel 2000. Программа позволяет менять схему расчета в зависимости от набора исходных данных. Если выбранные значения исходных данных выходят за допустимые пределы, то возникает сообщение об ошибке данных.

Согласно основной расчетной схеме потребляемая мощность РТП определяется по заданной производительности и величине полезного удельного расхода электроэнергии на переработку шихты. Расчет шихты производится в соответствии с заданным составом шлакового расплава. Площадь зеркала ванны РТП рассчитывается по величине ее поверхностной удельной мощности, а объем шлаковой ванны агрегата определяется по заданной производительности и времени пребывания расплава в печи.

Расчет рабочего напряжения трансформатора электропечной установки (ЭПУ) производится в зависимости от заглубления электродов в расплав при различных дутьевых режимах с учетом типа газопродувочного устройства. В основу расчета заложено определение активного сопротивления ванны на один электрод с учетом продувки расплава газом, которое выполняется по формуле:

где d - диаметр электрода РТП, см; - удельная электропроводность шлака, (Ом'См)"1; Кф: Къ - коэффициенты, учитывающие форму электрода и загрузку шихты в ванну печи; скорость выхода газа из сопла

газопродувочного устройства, м/с; а и Ь коэффициенты, зависящие от вида газа и типа газопродувочного устройства, т - коэффициент, который учитывает геометрические параметры печи и для прямоугольной или овальной печи вычисляется по формуле:

т = 0,039Г - 0,395/г* - , (6а)

где - относительные (в долях диаметра электрода) расстоя-

ние между осями электродов, глубина шлаковой ванны и заглубление электродов в шлак, соответственно.

По приведенным формулам для различных условий ведения процесса вычисляют наибольшее и наименьшее значения Яп и соответствующее им наибольшее Ц,,та* и наименьшее иптп напряжения электрода относительно подины. По найденным значениям £/птах и £/птт определяют диапазон рабочих напряжений трансформатора при сохранении постоянства рабочей мощности, учитывая активное и индуктивное сопротивления электродов и короткой сети ЭПУ.

Программа расчета позволяет, помимо геометрических параметров РТП и электрических параметров печного трансформатора, определить необходимые характеристики дутьевого режима и основные энерготехнологические показатели работы ЭПУ.

В результате выполнения серии расчетов установлено, что использование ВИЭП позволяет обеспечить переработку всей существующей в настоящее время шихты комбината "Североникель" всего на одной модернизированной электропечи, занимающей значительно меньшую производственную площадь, чем существующая РТП. В частности, при условии реализации ВИЭП на модернизированной РТП с площадью пода всего 7,7 кв. м можно переработать без подготовки к плавке 130 тыс. т шихты в год. При этом в разных вариантах возможно сэкономить за год от 9 до 20 тыс. МВт-ч электроэнергии и снизить при этом годовые потери никеля, кобальта и меди (по сравнению с существующими на комбинате) на 43; 12 и 30 т соответственно.

Расчеты показали также, что при переработке техногенного сырья с использованием ВИЭП даже без изменения размеров РТП, существующей на комбинате "Североникель", могут быть достигнуты более высокие показатели. В частности, при эксплуатации РТП на удельной рабочей мощности 560 кВт/м2 объем переработки шихты в ней может быть резко (более чем в четыре раза) увеличен против существующего в настоящее время. Для обеспечения такого объема переработки шихты, включающей техногенное сырье, нет необходимости в полной реконструкции РТП, существующей на комбинате "Североникель". Однако для обеспечения приемлемой стойкости стен РТП в комплексе с ВИЭП обязательно использование графитокерамической футеровки ванны. Что же

касается остальных технических решений, предложенных в данной работе, то их реализация может быть выполнена поэтапно.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Исследована, разработана и освоена на комбинате "Северони-кель" технология электроплавки сульфидного медно-никелевого техногенного сырья (илов) совместно с отечественными и импортными рудными материалами.

2. На базе выполненных промышленных исследований и проведенных на их основе расчетов разработан рациональный энерготехнологический режим работы электропечной установки для переработки техногенного сырья. В соответствии с результатами этих исследований модернизированы электропечные трансформаторы. Их рабочее напряжение увеличено и на высшей ступени напряжения составляет 510В при общей мощности 16,5 МВ-А. Улучшена системы подготовки и загрузки шихты, усовершенствована методика контроля ее качества, на 20% (до 649 кВт-ч/т) снижен удельный расход электроэнергии. Определена оптимальная для данной конструкции печи глубина ванны - 1800 мм. Установлено, что при работе на такой пониженной против обычной практики ванне потери никеля и меди снижаются примерно на 28 и 31%, соответственно. Содержание серы в штейнах уменьшается с 24-26 до 23-21%.

3. Выполнены исследования фазового состава илов и новых для этого передела шихтовых материалов, а также продуктов их переработки в РТП с применением методов рентгеноструктурного анализа, нагрева образцов на термогравиметрической установке, растровой электронной микроскопии и микроанализа.

3.1 Установлено, что основной фазой, содержащей никель, в исследованных пробах илов является гидратированная фаза никеля - кальция, содержание которой заметно превышает содержание сульфидных и металлических фаз меди и никеля. Основной же фазой илов является стеклообразная структурная составляющая, содержащая СаБО,^ СаО, силикаты кальция и магния и гидроксиды железа. В ней обнаружены первичные продукты (частицы файнштейна и шлака с корольками металлов, никель и медь в оксидной, сульфидной и металлической формах), а также вторичные образования (продукты гидратированного окисления сульфидов, содержащие кислород и обогащенные серой).

При обжиге илов в нейтральной и восстановительной средах цветные металлы концентрируются, в основном, в образованиях типа корольков с содержанием суммы цветных металлов 50-75% масс.

В импортных концентратах диагностированы типичные основные рудные минералы и их срастания: пирротин, пирит, халькопирит, пент-ландит, магнетит, силикаты кальция - магния, силикаты железа - магния. Кроме того, в импортных концентратах, особенно в ирландском, отмечено повышенное содержание минералов мышьяка - никелина и герсдорфитов.

3.2. Установлено, что в закаленных шлаках, полученных при переработке техногенного сырья, основной составляющей является силикатное стекло, массовое содержание которого достигает 90-95%. В небольших объемах шлаки содержат первичные (гетерогенные) шпинели и корольки.

3.3. Наибольшая доля никеля и меди (41-67 и 29-47% отн. соответственно) находится в шлаках в форме механических потерь. Содержание никеля и меди в шпинелях составляет 8-13 и 0,6-2,5% соответственно. Присутствие тугоплавких шпинелей увеличивает потери цветных металлов в шлаках. Основная часть кобальта (79-87% отн.) переходит в шлак в виде растворимых потерь и потерь со шпинелями (18-32%)

3.4. Исследованиями фазового состава штейнов, отвальных шлаков и пылей установлено наличие в их структурных составляющих мышьяка, хрома, свинца, цинка, висмута, олова, сурьмы, селена. Извлечение мышьяка и свинца в штейны составляет 80-75 и 50-65%, соответственно. В шлаках мышьяк находится как в окисленной форме в силикатном расплаве, так и в виде примесей в корольках, где его содержание достигает 1,9-3,0% масс. Установлено, что около 80% хрома и 51-82% цинка извлекается в отвальные шлаки. Поступление хрома в штейны обусловлено наличием в отвальных шлаках тугоплавких хромовых шпинелей, затягиваемых в штейны при затруднительных выпусках последних. Легко испаряющиеся соединения мышьяка, свинца и цинка выносятся в газовую фазу и, в основном, осаждаются с пылью в электрофильтрах (7-17, 10-20 и 10-23%, соответственно).

4. Определены парциальные давления меди, железа, никеля и серы над расплавами медно-никелевых штейнов с повышенным содержанием меди и никеля при температуре 1500К методом высокотемпературной масс-спектрометрии. Установлено, что в процессе испарения в конденсированной фазе происходит одновременное уменьшение содержания меди и серы и, соответственно, увеличение содержания железа и никеля, что объясняется более высокими упругостями пара меди и серы по сравнению с железом и никелем. Экспериментальные данные парциальных давлений меди, серы и железа в зависимости от изменения содержания компонентов в расплаве в диапазонах, % ат.: медь 0,3-15,4; железо 35,2-80,6; никель 10,4-30,7 представлены в виде линейных рег-

рессионных уравнений, множественные коэффициенты, корреляции которых 0,86 0,79 0,90 соответственно.

5. Разработана модель инженерного расчета параметров РТП. С использованием этой модели проведены соответствующие перспективные расчеты для выбора варианта переработки техногенного сырья на комбинате "Североникель". Установлено, что при переработке всей шихты комбината "Североникель" на модернизированной электропечи с применением высокоинтенсивной электроплавки возможно в перспективе сэкономить за год до 20 тыс. МВт-ч электроэнергии и снизить при этом годовые потери никеля, кобальта и меди по сравнению с существующими на комбинате на 43, 12 и 30 т соответственно. Предложенная модель пригодна для определения параметров и показателей работы РТП при усовершенствовании электроплавки на других предприятиях, где используются рудно-термические электропечи с глубокой шлаковой ванной, а также при создании новых электропечей.

6. Разработанная технология переработки шихты, содержащей илы, и рациональный энерготехнологический режим плавки техногенного сырья в РТП освоены полностью и внедрены в практику работы. Увеличение прибыли за счет использования разработки на комбинате "Североникель" составляет 1,2 млн. долларов в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ермаков И.Г., Мироевский Г.П., Цемехман Л.Ш. и др. Исследование физико-химических свойств новых видов техногенного медно-никелевого сырья и продуктов его переработки на комбинате "Северо-никель". - 53 с. - Деп. в ВИНИТИ 29.12.2000; № 3319-ВОО.

2. Ермаков И.Г., Мироевский Г.П., Русаков М.Р. и др. Инженерные расчеты и анализ параметров РТП для переработки медно-никелевого сырья с продувкой расплава газом // Компьютерное моделирование при оптимизации технологических процессов электротермических производств: Докл. науч.-техн. совещания "Электротермия-2000", Санкт-Петербург, 6-7 июня 2000 г. - СПб.: СПбГТИ, 2000. - С. 324-333.

3. Ермаков И.Г., Мироевский Г.П., Иванов В.А и др. Разработка технологии переработки новых видов рудного медно-никелевого сырья техногенного происхождения в рудно-термической плавке комбината "Североникель".- СПб., 2001. - 31 с. - Деп. в ВИНИТИ 13.04.2001, №962-ВО1.

4. Мироевский Г.П., Коклянов Е.Б., Ермаков И.Г. и др. Переработка вторичных и техногенных материалов на комбинате "Северони-кель" // Цветные металлы. - 2001. - № 2. - С. 51-55.

5. Ермаков И.Г., Мосиондз К.И., Русаков М.Р. и др. Определение энергетических характеристик действующих электропечей с применением компьютерного моделирования // Компьютерное моделирование и оптимизация технологических процессов электротермических производств: Докл. науч.-техн. совещания "Дуга-200", Санкт-Петербург, 2931 мая 2002 г. - СПб.: СПбГТИ. - 2000. - С. 58-61.

6. Мосиондз К.И., Русаков М.Р., Ермаков И.Г. и др. Определение энергетических характеристик действующих электропечей с применением математической статистики // Электрометаллургия. - 2003. - № 4. -С. 2-6.

Типография "П-Центр", заказ № 003, тираж 100 экз.

О$16

476

Введение

1. Пирометаллургическая переработка вторичного сырья, содержащего медь, никель и кобальт (литературный обзор)

1.1. Переработка вторичного сырья и промышленных отходов в пирометаллургическом производстве цветных металлов

1.2. Производственный опыт усовершенствования работы руднотермических электропечей, перерабатывающих сульфидные медно-никелевые материалы

1.2.1. Энерготехнологический режим

1.2.2. Потери цветных металлов с отвальными шлаками

Современное общество всё больше сталкивается с проблемами, связанными с результатами деятельности человека. Одна из этих проблем обусловлена истощением запасов сырья и необходимостью вовлечения в переработку как забалансовых и труднообогатимых полиметаллических руд, так и накопленных в производстве отвалов с достаточно высоким содержанием ценных металлов (шлаков, шламов, клинкеров и др.). Переработка отходов различных отраслей промышленности, а также вторичного сырья в известной степени способствует решению этой проблемы.

Острый недостаток сырья в настоящее время наблюдается на комбинате «Североникель». В то же время на его промплощадке накопилось большое количество различных «лежалых» никель-медьсодержащих отходов и оборотов действующих цехов. В их числе илы донных отложений озера Нюд-Явр, которые образовались за годы работы в результате накопления в донных отложениях озера никеля, меди и кобальта. Согласно гидрогеологическим прогнозам запасы илов в донных отложениях озера Нюд-Явр достаточны для непрерывного использования в течение 10 лет. Поскольку добыча илов не требует больших материальных затрат, переработка такого сырья в сложившихся условиях представляется весьма перспективной и экономически выгодной. Она оправдана также соображениями обеспечения экологической безопасности работы комбината, т.к. при складировании отвальных продуктов в составе массивов оказываются токсичные вещества, выход которых в атмосферу и водоёмы наносит ощутимый вред окружающей среде [1].

С учетом указанных обстоятельств было принято решение организовать на комбинате «Североникель» переработку накопленного техногенного сырья совместно с текущими металлсодержащими оборотами, используя свободные плавильные мощности предприятия. Исследованию и разработке процесса плавки указанного сырья в руднотермических электропечах с получением штейна заданного состава посвящена настоящая работа.

Диссертационная работа включает критический анализ литературных данных о методах пирометаллургической переработки вторичного сырья и промышленных отходов, содержащих медь, никель и кобальт. Установлено, что промышленного процесса самостоятельной переработки техногенных отходов в отечественной промышленности до настоящего времени нет. Поэтому для его разработки и внедрения в работе выполнен комплекс промышленных и лабораторных исследований.

Для научного анализа рассматриваемого процесса проведено изучение некоторых физико-химических свойств техногенного сырья и продуктов его переработки. В частности, выполнен рентгеноструктурный анализ образцов, термогравиметрические исследования илов, изучен фазовый состав исходного сырья и продуктов электроплавки, включая пыли процесса. Кроме того, с использованием метода высокотемпературной масс-спектрометрии проведено изучение термодинамических свойств промышленных медно-никелевых штейнов, полученных при исследованиях в производственных условиях и освоении электроплавки техногенного сырья.

При разработке технологии создана модель для расчета параметров электропечной установки. Определены параметры режима работы электропечи, и электроплавка техногенного сырья внедрена в производство на комбинате «Североникель».

Научную новизну работы можно сформулировать следующим образом:

1. Изучены фазовые составы илов и новых для передела шихтовых материалов, а также продуктов их переработки в РТП, образующихся при электроплавке техногенного сырья, с использованием методов растровой электронной микроскопии (РЭМ), рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) и термогравиметрических исследований. Исследованы формы потерь цветных металлов с отвальными шлаками, полученными при электроплавке илов.

2. Определены парциальные давления меди, железа, никеля и серы над расплавами медно-никелевых штейнов с повышенным содержанием меди и никеля при температуре 1500 К методом высокотемпературной массспектрометрии. На основании полученных экспериментальных данных рассчитаны значения активностей и коэффициентов активности этих компонентов в исследованной системе, которые использованы для расчета величины растворимых потерь цветных металлов со шлаками электроплавки техногенного сырья.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Разработана технология электроплавки техногенного сырья, содержащего илы и промышленные отходы, с получением штейнов с содержанием суммы цветных металлов около 30 %. На основе выполненных промышленных испытаний и анализа полученных данных с использованием методов математической статистики определены рациональные энерготехнологические параметры режима работы электропечей.

Процесс внедрен на РТП комбината «Североникель». Увеличение прибыли за счет организации переработки илов на предприятии составляет 1,2 млн. долларов в год.

2. Разработана математическая модель инженерного расчета параметров и показателей работы руднотермической печи, которая может использоваться как при модернизации действующих многошлаковых РТП, так и при проектировании новых производств для переработки как традиционного, так и техногенного сырья с учетом перспектив усовершенствования технологии и конструкции электропечной установки.

3. Определены основные направления усовершенствования электроплавки техногенного сырья (илов) и даны соответствующие оценки их эффективности.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Исследована, разработана и освоена на комбинате «Североникель» технология электроплавки сульфидного медно-никелевого техногенного сырья (илов) совместно с отечественными и импортными рудными материалами.

2. На базе выполненных промышленных исследований и проведенных на их основе расчетов разработан рациональный энерготехнологический режим работы электропечной установки для переработки техногенного сырья. В соответствии с результатами этих исследований модернизированы электропечные трансформаторы. Их рабочее напряжение увеличено и на высшей ступени напряжения составляет 510 В при общей мощности 16,5 МВ'А. Улучшена системы подготовки и загрузки шихты, усовершенствована методика контроля ее качества, на 20% (до 649 кВт'ч/т) снижен удельный расход электроэнергии. Определена оптимальная для данной конструкции печи глубина ванны — 1800 мм. Установлено, что при работе на такой пониженной против обычной практики ванне потери никеля и меди снижаются примерно на 28 и 31%, соответственно. Содержание серы в штейнах уменьшается с 24-26 до 23-21%.

3. Выполнены исследования фазового состава илов и новых для этого передела шихтовых материалов, а также продуктов их переработки в РТП с применением методов рентгеноструктурного анализа, нагрева образцов на термогравиметрической установке, растровой электронной микроскопии и микроанализа.

3.1 Установлено, что основной фазой, содержащей никель, в исследованных пробах илов является гидратированная фаза никеля - кальция, содержание которой заметно превышает содержание сульфидных и металлических фаз меди и никеля. Основной же фазой илов является стеклообразная структурная составляющая, содержащая СаБОд, СаО, силикаты кальция и магния и гидроксиды железа. В ней обнаружены первичные продукты (частицы файнштейна и шлака с корольками металлов, никель и медь в оксидной, сульфидной и металлической формах), а также вторичные образования (продукты гидратированного окисления сульфидов, содержащие кислород и обогащенные серой).

При обжиге илов в нейтральной и восстановительной средах цветные металлы концентрируются, в основном, в образованиях типа корольков с содержанием суммы цветных металлов 50-75% масс.

В импортных концентратах диагностированы типичные основные рудные минералы и их срастания: пирротин, пирит, халькопирит, пентландит, магнетит, силикаты кальция - магния, силикаты железа — магния. Кроме того, в импортных концентратах, особенно в ирландском, отмечено повышенное содержание минералов мышьяка - никелина и герсдорфитов.

3.2. Установлено, что в закаленных шлаках, полученных при переработке техногенного сырья основной составляющей является силикатное стекло, массовое содержание которого достигает 90-95%. В небольших объемах шлаки содержат первичные (гетерогенные) шпинели и корольки.

3.3. Наибольшая доля никеля и меди (41-67 и 29-47% отн. соответственно) находится в шлаках в форме механических потерь. Содержание никеля и меди в шпинелях составляет 8-13 и 0,6-2,5% соответственно. Присутствие тугоплавких шпинелей увеличивает потери цветных металлов в шлаках.

Основная часть кобальта (79-87% отн.) переходит в шлак в виде растворимых потерь и потерь со шпинелями (18-32%)

3.4. Исследованиями фазового состава штейнов, отвальных шлаков и пылей установлено наличие в их структурных составляющих мышьяка, хрома, свинца, цинка, висмута, олова, сурьмы, селена. Извлечение мышьяка и свинца в штейны составляет 80-75 и 50-65% соответственно. В шлаках мышьяк находится как в окисленной форме в силикатном расплаве, так и в виде примесей в корольках, где его содержание достигает 1,9-3,0% масс.

Установлено, что около 80% хрома и 51-82% цинка извлекается в отвальные шлаки. Поступление хрома в штейны обусловлено наличием в отвальных шлаках тугоплавких хромовых шпинелей, затягиваемых в штейны при затруднительных выпусках последних.

Легко испаряющиеся соединения мышьяка, свинца и цинка выносятся в газовую фазу и, в основном, осаждаются с пылью в электрофильтрах (7-17,10-20 и 10-23%, соответственно).

4. Определены парциальные давления меди, железа, никеля и серы над расплавами медно-никелевых штейнов с повышенным содержанием меди и никеля при температуре 1500 К методом высокотемпературной масс-спектрометрии. Установлено, что в процессе испарения в конденсированной фазе происходит одновременное уменьшение содержания меди и серы и, соответственно, увеличение содержания железа и никеля, что объясняется более высокими упругостями пара меди и серы по сравнению с железом и никелем. По экспериментальным данным парциальные давления (Па) меди, серы и железа в зависимости от изменения содержания компонентов в расплаве в диапазонах, % ат.: медь 0,3-15,4; железо 35,280,6; никель 10,4-30,7 представляются следующими выражениями:

РСи = 1,35 - 0,034[Си] - 0,013[Fe] - 0,014[Ni], R = 0,86;

PS2 = 1,52 - 0,039[Си] - 0,015[Fe] - 0,010[Ni], R = 0,79;

PFe*10"2 = 1,10 - 0,024[Cu] +0,004[Fe] - 0,039[Ni], R = 0,90.

5. Разработана модель инженерного расчета параметров РТП. С использованием этой модели проведены соответствующие перспективные расчеты для выбора варианта переработки техногенного сырья на комбинате «Североникель». Установлено, что при переработке всей шихты комбината «Североникель» на модернизированной электропечи с применением высокоинтенсивной электроплавки возможно в перспективе сэкономить за год до 20 тыс. МВт'ч электроэнергии и снизить при этом годовые потери никеля, кобальта и меди по сравнению с существующими на комбинате на 43; 12 и 30 т соответственно.

Предложенная модель пригодна для определения параметров и показателей работы РТП при усовершенствовании электроплавки на других предприятиях, где используются руднотермические электропечи с глубокой шлаковой ванной.

6. Разработанная технология переработки шихты, содержащей илы, и рациональный энерготехнологический режим плавки техногенного сырья в РТП освоены полностью и внедрены в практику работы комбината. Увеличение прибыли за счет использования разработки на комбинате «Североникель» составляет 1,2 млн. долларов в год.

1. Пашкевич М. А. Техногенные массивы и их воздействие на окружающую среду. СПб.: Наука. - 2000. - 230 е.: ил. - Библиогр.: С. 225-228.

2. Худяков И. Ф. Комплексное использование сырья при переработке лома и отходов тяжелых цветных металлов / И. Ф. Худяков, А. П. Дорошке-вич, С. В. Карелов М.: Металлургия. - 1985. — 160 е.: ил. - Библиогр.: с. 153-156.

3. Шкляр М.С. Печи вторичной цветной металлургии. М.: Металлургия. - 1987. - 216 е.: ил. - Библиогр.

4. Di Stasi Luigi. Forni electrici. Bologna-Pagova: Patron Edinoze. - 1976. -452 c.

5. Калабин Г. В. Кольский горно-металлургический комплекс и окружающая среда // Цветные металлы. 2000. - № 10. — С. 75-80.

6. Dou Zhiming. Recovery of nickel and other metals from nickel alloy scrap / Dou Zhiming, Song Qingshuang, Li Xiwen et al. // Conserving and Recycling. UK, Oxford: S. a. - 1987. - Vol. 10. - NO 1. - P. 21-26.

7. Bennett P.G. Upgrading the U.S. cobalt stockpile supply / P.G. Bennett, J.W. Atwood, L.D. Redden // Cobalt News. UK, Essex: The Cobalt Development Institute. - 1994. - NO 1. - P.6-8.

8. Cobalt from superalloys // Cobalt News. UK, Essex: The Cobalt Development Institute. - 1994. - NO 3. - P. 9,10.

9. De Barbadillo J. J. Process for recovering chromium and other metals from superalloy scrap / J. J. De Barbadillo, J.K. Pargeter H.V. Makar // Bureau of Mines (Report of Inntstigations). US, Olbeni: S. a. - 1981. - R 1 8570.-73 pp.

10. Gary L. Hundley. Recovery of critical metals from superalloy scrap by matte smelting and hydrometallurgical processing / Gary L. Hundley, D.L. Davis // Bureau of Mines (Report of Inntstigations). US: S. a. - 1991. - D 1 9390. - P 1-11.

11. Laverty P.D. Separation and recovery of metals from zinc-treated superalloy scrap / P.D. Laverty, G. B. Atkinson, D.P. Desmond // Bureau of Mines (Report of Inntstigations). US: S. a. - 1989. — R 1 9235. - P 1-16.

12. Falconbridge Annual Report (17 March 2000). Canada, Toronto: S. a. -2000.-P.15.

13. Бессер А. Д. Разработка и внедрение электротермической плавки аккумуляторного лома без использования соды, обеспечивающей экологические требования / А. Д. Бессер, Г. Г. Пащенко, Е. И. Калнин и др. // Цветные металлы. 1996. - № 4. - С. 53-55.

14. Парецкий В. М. Переработка техногенного сырья в печах постоянного тока / В. М. Парецкий, Г. С. Нус, Е. И. Калнин // Цветные металлы. -1996.-№4.-С. 47-50.

15. Селиванов Е. Н. Окислительно-сульфидирующая плавка вторичного никель-кобальтсодержащего сырья / Е. Н. Селиванов, А. А. Сорокин, А. И. Окунев и др. // Цветные металлы. 1989. - № 10. - С. 39-41.

16. Корепанова Е. С. Сульфатный способ комплексной переработки сложнолегированных сплавов на никелевой основе / Е. С. Корепанова, А. А. Сорокин, А. И. Окунев и др. // Цветные металлы. 1980. - № 3. -С. 40-42.

17. Востриков Г. В. Грануляция отвальных шлаков в никель-кобальтовой промышленности // Цветная металлургия (Бюл.). М.: ЦНИИ ЦМ.-1986.-Вып. 4. - С. 51.

18. Шевцов М. С. Развитие электротермической техники /. М. С. Шевцов, Бородачев А. С. — М.: Энергоатомиздат. 1983. - 208 с. - Ил. - Библи-огр.: с.203-206.

19. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов Мон-че-Тундры: Отчет по НИР / Науч.-иссл. ин-т № 13 НКОП; Руководитель М. С. Максименко. Д.: Б.и. - 1937. - 142 с.

20. Грань Н. И. Итоги и перспективы электроплавки сульфидного медно-никелевого сырья // Тр. проект, и науч.-иссл. института Гипроникель; Вопросы технологии. вып. 35. - JI. - 1967. - С. 78-109.

21. Грань Н. И. Усовершенствование электроплавки сульфидного медно-никелевого и медного сырья на штейн // Материалы III Всесоюзной школы. М.: - ЦНИИИ и ТЭИ ЦМ. - 1973. - 38 с.

22. Грань Н. И. Анализ работы электропечей для выплавки медно-никелевого штейна / Н. И. Грань, Е. И. Майзель, К. И. Мосиондз // Электротермия. М. - 1968, - вып. 75-76. - С. 44-46.

23. Позняков В. Я. Интенсификация рудной плавки в электропечах /

24. B.Я. Позняков, С. К. Карапетян, В. С. Тарасов // Сб.: Опыт работы комбината Североникель по мобилизации внутренних резервов. М.: ЦНИИ ЦМ. - 1961. -С 48-54.

25. Бровкин В.Г. Интенсификация рудной электроплавки // Сб.: Пути совершенствования производства никеля на базе внедрения новой техники и технологии (материалы Всесоюзного совещания), г. Мончегорск, 25-27 июня 1964 г. М.: ЦНИИ ЦМ. - 1965. - С. 38-42.

26. Таловиков Г. И. Совершенствование электроплавки на комбинате "Печенганикель" / Г. И. Таловиков, Я. JI. Серебряный, М.Д. Сударев, А. С. Са-довин // Цветные металлы. 1970. - № 7. - С. 9-12.

27. Обобщение опыта и усовершенствование электроплавки сульфидных медно-никелевых руд: Отчет о НИР (закл.) / Пр. и науч.-ис. ин-т Гипро-никель; Руководители Н. И. Грань, В. А. Сударкина. НИ-638. - Л. - 1966.1. Т. 1.-275 с.

28. Т. 2. 327 с. - Библиогр.: с. 278-288.

29. Слободин Ю.А. Развитие электроплавки сульфидных медно-никелевых руд // Сб.: Технический прогресс на комбинате Североникель. М.: ЦНИИ ЦМ. - 1964. - С. 20-29.

30. Галкин Ю. Я. Работа электропечей на комбинате Печенганикель // Сб.: Материалы совещания по вопросам работы печей цветной металлургии и развития пирометаллургических процессов. М.: НТО ЦМ. - 1957.1. C. 238-243.

31. Бабаев С. С. Работа электропечей для плавки на штейн // Сб.: Плавка медных и медно-никелевых концентратов в электрических печах (Материалы школы), г. Мончегорск, 20-24 ноября 1961 г. М.: ГОСИНТИ. - 1962. -С. 5-15.

32. Освоение процесса электроплавки руд и концентратов на печи мощностью 25 МВт: Отчет о НИР / Пр. и науч.-ис. ин-т Гипроникель, комбинат Печенганикель; Руководители В. А. Сударкина, Г. И. Таловиков, Ю. Я. Галкин. НИ-482. - Л. - 1961. - 84 с.

33. Серебряный Я.Л. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов. М.:Металлургия. - 1965. - 278 с. - Библиогр.: с.276.

34. Таловиков Г. И. Интенсификация процесса электроплавки сульфидных медно-никелевых руд на комбинате Печенганикель / Г. И. Таловиков, М. Д Сударев // Бюллетень цветной металлургии. — М.: ЦНИИ ЦМ. — 1958. -№13-14.-С. 85-88.

35. Выбор электрических параметров трансформатора для увеличения мощности печей от 28 до 33 МВА: Отчет о НИР / НГМК; Руководители Г. М. Шмелев, В. Д. Терешков. Норильск: Б. и. - 1964.

36. Испытание работы электропечи №2 на повышенном напряжении 583-622 вольта: Отчет о НИР (промежуточ.) / комбинат Печенганикель; Руководитель Г. И. Таловиков. п. Никель: Б. и. - 1964.

37. Испытание работы электропечей комбината Печенганикель на повышенном напряжении 583-656 вольт: Отчет о НИР / Комбинат Печенганикель; Руководители Г. И. Таловиков, Я. Л. Серебряный. п. Никель: Б. и. -1966.

38. Карапетян С. К. Электроплавка сульфидных никелевых руд на повышенных напряжениях / С. К. Карапетян, А. П. Скибин // Цветные металлы. -1956.-№7.-С. 53-55.

39. Рекомендации по выбору ступеней напряжения печного трансформатора для вновь проектируемой рудно-термической печи № 4 мощностью 48 МВ'А: Отчет о НИР / НГМК; Руководители Г. М. Шмелев, Г. Ф. Платонов Норильск: Б. и. - 1963.

40. Борисов Н.Ф. Работа электропечей рудной плавки // Сб.: Плавка медных и медно-никелевых концентратов в электрических печах (Материалы школы), г. Мончегорск, 20-24 ноября 1961 г. М.: ГОСИНТИ. - 1962. - С. 3235.

41. Грань Н. И. Короткая сеть и электрический баланс рудоплавильной электропечи мощностью 20 тыс. кВ'А / Н. И. Грань, Ю. С. Мыльников, В. Г. Супруненко // Промышленная энергетика. 1961. - № 6. - С. 34-36.

42. Шмелев Г. М. К вопросу интенсификации процесса электроплавки / Г. М. Шмелев, Ф. Е. Ломагин, Г. Ф. Платонов и др. // Сб.: Технический прогресс на Норильском горно-металлургическом комбинате им. А. П. Завеняги-на. М.: ЦНИИ ЦМ. - 1965. - С. 238-247.

43. Шмелев Г. М. Изучение основных закономерностей рудной электроплавки и ее совершенствование / Сб.: Электроплавка сульфидного медно-никелевого сырья на штейн (Материалы Всесоюзной школы): В 2 ч. М.: ЦНИИИТЭИ ЦМ.- 1968.-Ч. 1.-С. 77-91.

44. Работа электропечи №1 при загрузке шихты сниженными центральными откосами : Отчет о НИР / комбинат Печенганикель; Руководители Г. И. Таловиков, М. Д. Сударев. п. Никель: Б. и. - 1965.

45. Сравнение центральной системы загрузки и загрузки шихты на электрод: Отчет о НИР / комбинат Печенганикель; Руководители Г. И. Таловиков, Я. JI. Серебряный, М. Д. Сударев. п. Никель: Б. и. - 1961.

46. Шмелев Г. М. Об оптимальном способе загрузки медно-никелевой шихты в электропечь / Г. М. Шмелев, Н. А. Комнатный, В. А. Козловский, Э. Н. Солдатов. // Цветные металлы. 1968. - № 7. - С. 16-22.

47. Захаров М. И. Интенсификация электроплавки в цветной металлургии // Сб.: Плавка медных и медно-никелевых концентратов в электрических печах (Материалы школы), г. Мончегорск, 20-24 ноября 1961 г. М.: ГОСИНТИ. - 1962. - С. 23-32.

48. Служба футеровки, ремонт и пуск электропечи № 1 ОМЦ: Отчет о НИР / комбинат Североникель; Руководители И. К. Макаров, М. С. Четвертков. Мончегорск: Б. и. - 1967.

49. Максименко М.С. Распределение энергии внутри горна электропечи в случае большой глубины шлака // Металлург. — 1937. № 9-10. — С. 28-38.

50. Шмелев Г. М. Применение статистических методов для обработки данных рудной электроплавки / Г. М. Шмелев, А. В. Спесивцев, Ф. Е. Ломагин, С. М. Виниковский // Цветные металлы. 1967. - № 1. - С. 43-48.

51. Соболев Н. В. Оптимальный режим работы руднотермической печи при переработке агломерата / Н. В. Соболев, О. А. Ряузов, Л. К. Великжанина // Бюллетень цветной металлургии: ЦИИН ЦМ. 1961. - № 23. - С. 35-40.

52. Выявление причин повышенных потерь никеля с отвальными шлаками и разработка мероприятий по их снижению: Отчет о НИР / Комбинат Печенганикель; Руководитель Г. И. Таловиков. п. Никель. - 1954.

53. Соболев Н.В. Оптимальный режим работы руднотермической печи при плавке агломерата на металлизированный штейн / Н. В. Соболев, В. К. Пиотровский, О. А. Ряузов и др. // Бюллетень цветной металлургии: ЦИИН ЦМ. 1964. -№1.- С. 21-23.

54. Бровкин В.Г. Пути дальнейшего снижения потерь кобальта и никеля с отвальными шлаками медно-никелевого производства / В. Г. Бровкин, А. Д. Быченко // Бюллетень цветной металлургии: ЦИИН ЦМ. 1960. - № 23. -С. 41-45.

55. Бровкин В.Г. Электроплавка жидких конверторных шлаков / В. Г. Бровкин, М. И. Захаров // Труды института Гипроникель. JL: Б. и. - 1958. -Вып. 3. - С. 158-167.

56. Влияние добавки коксика в шихту электроплавки на потери металлов с отвальными шлаками: Отчет о НИР / Комбинат Печенганикель; Руководители Г. И. Таловиков, Я. JL Серебряный. п. Никель: Б. и. - 1963.

57. Осипов Я. X. Повышение извлечения кобальта на комбинате Печенганикель / Я. X. Осипов, Я. JI. Серебряный // Бюллетень цветной металлургии: ЦИИН ЦМ. 1961. - № 20. - С. 34-36.

58. Ломагин Ф. Е. Пути повышения извлечения кобальта на пироме-таллургических переделах Норильского комбината // Бюллетень цветной металлургии: ЦИИН ЦМ. 1961. - № 21. - С. 33-39.

59. Таловиков Г. И. Изменения в практике рудной электроплавки на комбинате Печенганикель / Сб.: Электроплавка сульфидного медно-никелевого сырья на штейн (Материалы Всесоюзной школы): В 2 ч. М.: ЦНИИИ ТЭИ ЦМ. - 1968. -Ч. 1. - С. 49-60.

60. Спесивцев А. В. Методы корреляционного и регрессионного анализов при изучении процесса рудной электроплавки / А. В. Спесивцев, Г. М. Шмелев // Цветная металлургия: ЦИИН ЦМ. 1971. - № 2. - С. 50-51.

61. Раздельная плавка руд и концентратов в одной электропечи: Отчет о НИР / Комбинат Печенганикель; Руководитель Г. И. Таловиков. п. Никель. - 1960.

62. Таловиков Г. И. Способ раздельной плавки руды и концентрата в одной руднотермической печи / Г. И. Таловиков, Я. Л. Серебряный, Я. X. Осипов, М. Д. Сударев // Бюллетень цветной металлургии: ЦИИН ЦМ. 1960. - № 19. - С. 28-29.

63. Осипов Я.Х. О некоторых вопросах электроплавки сульфидных руд / Я. X. Осипов, Г. И. Таловиков, Я. Л. Серебряный, М. Д. Сударев // Цветные металлы. 1960. - № 7. - С. 28-31.

64. Справка об определении высоты расположения шлаковых шпуров на электропечи № 3: Отчет о НИР / Комбината Печенганикель; Руководители Б. С. Карасев, Я. JI. Серебряный. п. Никель. - 1966.

65. Шмелев Г. М. Некоторые данные о распределении металлов по глубине шлаковой ванны руднотермической электропечи / Г. М. Шмелев,

66. B. С. Берман, Э. Н. Солдатов и др. // Цветные металлы. 1969. ■ № 3.1. C. 22-24.

67. Русаков М. Р. Основные направления совершенствования процесса электропечного обеднения шлаков при переработке никель-медь — кобальтсо-держащего сырья / М. Р. Русаков, Г. В. Востриков // Цветные металлы. 1998. -№ 2.-С 39-42.

68. Русаков М. Р. Основные направления совершенствования руднотермической электроплавки медно-никелевого сырья / М. Р. Русаков, К. И. Мосиондз, Ю. С. Жуковский // Цветные металлы,- 1998. № 2. - С. 36-39.

69. Русаков М. Р. Перспективы совершенствования технологии и аппаратурного оформления электротермических процессов при переработке сульфидного и окисленного никельсодержащего сырья // Электрометаллургия. 1998. -№ 2. - С. 16-22.

70. А. с. 1736013 Российская Федерация, МКИ3 Н 0587/ 06. Способ защиты электрода в шлаковом расплаве / М. Р. Русаков, А. И. Гнедин, Г. В. Востриков и др. (РФ). 3371010; Заявлено 28.12.81; Опубл. 23.05.92, Бюл. № 19.

71. А. с. 1094567 Российская Федерация, МКИ3 F 27 01/ 00. Способ защиты полого нерасходуемого электрода / М. Р. Русаков, А. И. Гнедин, Г. В. Востриков и др. (РФ). 3464808; Заявлено 18.05.82; Не опубл.

72. Рабинович В. А. Краткий химический справочник / В. А. Рабинович, 3. Я. Хавин. JL: Химия. Ленингр. отд-ние. - 1977. - 376 с.

73. Гинзбург И. И. Минералы древней коры выветривания Урала / И. И. Гинзбург, И. А. Рукавишникова. М.: АН СССР. - 1951. - 716 е.: ил. -Библиогр.: с.697-705.

74. Практическая растровая электронная микроскопия / Перевод с англ. под. ред. В. И. Петрова. М.: Мир. - 1978. - 657 с.

75. Гоулдстейн Дж. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ: В 2 ч. / Дж. Гоулдстейн, Д. Ньюбери, П. Эчлин // Пер. с англ. под ред. В. И.Петрова. М.: Мир. - 1984.1. Ч. 1.-296 с.1. Ч. 2.-348 е.: ил.

76. Ziebold Т.О. An Empirical Method for Electron Microprobe Analysis / Т.О. Ziebold, R. E. Ogilvie // Anal. Chem. 1964. - Vol. 36. - № 9, - P. 322-327.

77. Ziebold Т.О. Precision and Sensibility in Electron Microprobe Analysis // Anal. Chem. 1967. - Vol. 39. - № 8, - P. 858-861.

78. Сидоров А. Ф. Фрагмент программы "Челнок" для обработки результатов количественного РСМА "Гипотетика" / А. Ф. Сидоров, Н. С. Ру-дашевский // Сб.: Аппаратура и методы рентгеновского анализа. - Л. — 1980. -Вып. 23.-С. 189-203.

79. Мосиондз К. И. Влияние формы электродов и размеров ванны круглой руднотермической печи на ее электрическое сопротивление / К. И.

80. Мосиондз, И. И. Русакова, Н. И. Грань // Тр. ин-та Гипроникель. Л.: Б. и. -1966.-Вып. 26.-С. 44-52.

81. Платонов Г. Ф. Параметры и электрические режимы металлургических электродных печей. М., Л.: Энергия. - 1965. - 151 е.: ил. - Библиогр.: с. 142-149.

82. Мосиондз К. И. Режим работы электропечей для выплавки штейна / К. И. Мосиондз, Н. И. Грань // Сб.: Электроплавка сульфидного медно-никелевого сырья на штейн (М-лы Всесоюзной школы): В 2 ч. М.: ЦНИИИ ТЭИЦМ.- 1968.-Ч. 1.-С. 14-27.

83. Мироевский Г. П. Переработка вторичных и техногенных материалов на комбинате «Североникель» / Г. П. Мироевский, Е. Б. Коклянов, И. Г. Ермаков и др. // Цветные металлы. 2001. - № 2. - С. 51-55.

84. Ермаков И. Г. Исследование и освоение технологии электроплавки техногенного сырья на комбинате «Североникель» / И. Г. Ермаков, Л. Н. Ерцева, Л. Ш. Цемехман и др. // Электрометаллургия. 2003. - № 2.

85. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента :Справочное руководство. М.: Наука. - 1971. - 192 с.

86. Повысить эффективность работы руднотермических электропечей на НГМК: Отчет о НИР по теме 3-79-017т; Хоз. дог. № 2033 / ин-т Гипроникель; Руководитель Мосиондз К. И. СПб.: Б. и. - 1981. - 205 с.

87. Pauie R. С. Analysis interlaboratory measurements on the vapour pressure of cadmium and silver / R. C. Paule, J. Mandel // Pure and Applied Chemistry. 1972. - Vol. 31. - NO 3. - P. 397-431.

88. Paule R. С. Analysis interlaboratory measurements on the vapour pressure of gold. / R. C. Paule, J. Mandel // Pure and Applied Chemistry. 1972. - Vol. 31.-N0 3.-P. 371-394.

89. Голов A. H. Исследование процесса испарения расплавов Cu-Ni-S методом высокотемпературной масс-спектрометрии / А. Н. Голов, Г. П. Ми-роевский, JI. III. Цемехман и др. // ЖПХ. 2000. - Т. 73. - Вып. 12. -С. 1936-1940.

90. Лопатин С. И. Исследование активности компонентов в системе Fe-S / С. И Лопатин, И. А. Блатов, А. С. Харланов и др. //Металлы. 1999. -№ 5, - С. 33-35.

91. Лопатин С. И. Определение активности компонентов в системе Ni-S методом высокотемпературной масс-спектрометрии / С. И Лопатин, И. А. Блатов, Л. А. Павлинова, Л. Ш. Цемехман // Металлы. 1999. - № 6. - С. 38-41.

92. Куликов И. С. Термическая диссоциация соединений. М.: Металлургия. - 2-е изд. - 1969. — 576 с.

93. Вайсбурд С.Е. Результаты исследования термодинамической активности компонентов гомогенных расплавов системы железо-кобальт-никель-медь-сера / ин-т Гипроникель. Л., 1988. - 40 с. - Деп. в ВИНИТИ 28.11.88; № 1732 цм-88.

94. Ванюков А. В. Шлаки и штейны цветной металлургии / А. В. Ванников, В. Я. Зайцев. М. - 1969. - 406 с.

95. Старых В.Б. О возможности выделения из силикатного раствора сульфидных корольков в процессе затвердевания шлакового расплава / В. Б. Старых, Л. Ш. Цемехман, М. Р. Русаков // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. — 1979.-№2.- С. 27-31.

96. Старых В.Б. Определение доли механических потерь никеля и кобальта со шлаками металлургического производства / В. Б. Старых, Н. С.Рудашевский // Цветные металлы. 1978 - № 8. - С. 7-10.

97. Хейфец В. Л. К вопросу о потерях никеля с отвальными шлаками / В. Л. Хейфец, Н. П. Малык, Б. Ф. Вернер // Тр. проект, и науч.-иссл. ин-та -Гипроникель. Л.: Б. и. - 1958. - Вып. 1. - С. 57-61.

98. Jones Н. Splash cooling and metastable phases // Report on Progress in Physics. 1973. - Vol. 36. - № 11. - P. 1425-1497.

99. Brower W. E. Effect of Cooling Metals / W. E. Brower, R. Strachan, M. C. Fiemings // Res. J. 1970. - № 6. - P. 176-180.

100. Вайсбурд С. E. Термодинамические свойства жидких шлаков и штейнов и распределение компонентов между ними / С. Е. Вайсбурд, Т. Ф. Ремень, Н. Н. Новикова // Тр. проект, и науч.-иссл. ин-та Гипроникель. JL: Б. и. - Вып. 46. - С. 5-32.

101. Грань Н. И. Реакции между сплавом и шлаком в системах Fe-Co-О и Fe-Ni-0 / Н. И. Грань, А. А. Цейдлер // Цветные металлы. 1957. - № 4. -С. 41-42.

102. Бахвалов Н.С. Основы вычислительной математики (Курс лекций): В 4 ч. М.: Издательство МГУ. - 2-е изд. доп. - 1970. - Ч. 2. - 79 с.

103. Русаков М. Р. О возможности улучшения показателей работы электропечей при интенсификации плавки / М. Р. Русаков, К. И. Мосиондз, Ю. С. Жуковский // Цветные металлы. 1995. - № 12. - С. 9-11.

104. Живов М. 3. Возможности интенсификации процессов плавки в руднотермических электропечах / М. 3. Живов, К. И. Мосиондз // Цветные металлы. 1986. - № 2. - С. 15-18.

105. Изучить возможность повышения производительности электропечей рудной плавки до 40-60 т/м2 в сутки: Отчет о НИР / проект и науч. -иссл. ин-т Гипроникель; Руководители К. И. Мосиондз, В. П. Микшин. СПб.: Б. и.-1988.-128 с.

106. Русаков М. Р. Обеднение шлаковых расплавов продувкой восстановительными газами // Цветные металлы. 1985. - № 3. - С. 40-42.

107. Берман В. С. Электроплавка сульфидного медно-никелевого высокожелезистого агломерата на штейн с получением известковистых шлаков / В. С. Берман, Г. М. Шмелев, В. Г. Распопин и др. // Цветные металлы. 1981. -№ 10. - С. 49-52.

108. Чумаков Ю. А. Разработка и внедрение системы водяного охлаждения под разрежением узлов металлургических печей: Автореферат канд. дис. / ГГИ. СПб. - 2000. - 21 с.

109. Гнедин А. И. Об эффективности использования графитированных электродов на обеднительных электропечах / А. И. Гнедин, М. Р. Русаков, Е. А. Самсонов, Н. И. Грань // Цветная металлургия. 1984. - № 9. - С. 51-54.

110. Диомидовский Д. А. Печи цветной металлургии. M.: Металлургия. - 1956. - 459 е.: ил. - Библиогр.: с. 545-459.

111. Диомидовский Д. А. Металлургические печи цветной металлургии. М.: Металлургия. - 1970. - 702 е.: ил. - Библиогр.: с.701-702.

112. Сисоян Г. А. Электрическая дуга в электрической печи. М.: Ме-таллургиздат. - 1961. - 414 е.: ил. - Библиогр.: с. 410-411.

113. Максименко М. С. Основы электротермии. М.: ОНТИ. - 1937.135 с.

114. Платонов Г. Ф. О работе мощной электропечи медно-никелевой плавки / Г. Ф. Платонов, Г. М. Шмелев // Промышленная энергетика. 1964. -№ 12.-С 8-11.

115. Ну с Г.С. Исследование и расчет основных параметров руднотермических шлаковых электропечей цветной металлургии: Автореферат канд. дис. / МИСиС. 1965. - 25 с.

116. Живилюк И. Г. Технический отчет об испытаниях электрической печи рудной плавки комбината Североникель. Мончегорск: Центроэнерго-металлургпром; МЦМ СССР. - 1950.

117. Жердев И. Т. Распределение потенциалов на поверхности колошника действующей силикомарганцевой печи / И. Т. Жердев, Д. П. Московцев, Е. С. Яськов и др. // Электротермия. 1966. Вып. 53. - С. 15-16.

118. Жердев И. Т. Исследование силикомарганцевой печи с непроводящей футеровкой стен ванны / И. Т. Жердев, Д. П. Московцев, Е. С. Яськов и др. // Электротермия. 1966. - Вып. 54. - С. 14-16.

119. Королев П. С. Технический отчет по испытанию руднотермических печей №1 и 3, установленных на комбинате Североникель. Мончегорск: Центроэнергометаллургпром; МЦМ СССР. - 1956.

120. Шмелев Г. М. Распределение мощности по шлаку руднотермиче-ской печи при наличии в ванне откосов шихты, заглубленных в расплав //

121. Тр. проект, и науч.-иссл. ин-та Гипроникель. Л.: Б. и. - 1969. - Вып. 44. -С. 27-39.

122. Живилюк И. Г. Экспериментальное определение электрических параметров и электрического поля мощной руднотермической печи Н Электротермия. — 1962. № 6. - С. 8-9.

123. Жердев И. Т. Исследование рабочего пространства и условий работы печи мощностью 16,5 МВ'А при выплавке силикомарганца / И. Т. Жердев, 3. А. Чхеидзе, Г. Я. Сноридзе, Е. С. Яськов // Сталь. 1970. - № 2. -С. 137.

124. Микулинский А. С. Выбор основных параметров электрических руднотермических печей // Промышленная энергетика. М.: Госэнергоиздат. -1948.- №4. -С. 1-3.

125. Платонов Г. Ф. Параметры и электрические режимы металлургических электродных печей. М., Л.: Энергия. - 1965. - 151 е.: ил. - Библиогр.: с. 142-149.

126. Танхельсон Б. М. Исследование распределения мощности в проводящих ваннах применительно к электрическим печам для плавки электрокорундовых материалов: Автореферат канд. дис. / ЛТИ им. Ленсовета. 1970. -16 с.

127. Платонов Г. Ф. К определению основных параметров руднотермических электропечей свинцовой плавки: Автореф. канд. дис. / Алтайский горно-металлургический науч.-иссл. ин-т АН КазССР. Усть-Каменогорск. -1956.-15 с.

128. Розенберг В. Л. Исследование металлургических и электрических процессов в ванне закрытых ферросилициловых и силикомарганцевых электропечей: Автореф. канд. дис. / ЦНИИ ЧМ им. И. П. Бардина. 1967. - 20 с.

129. Лыков А. Г. Распределение мощности на электролитической модели ванны ферросплавной печи / А. Г. Лыков, В .Л. Розенберг // Труды ВНИИЭТО; Исследования в области промышленного электронагрева. -Вып. 3. М.: Энергия. - 1969. - С. 48-54.

130. Иванов В. К. Определение электрического поля электрических руднотермических печей / В. К. Иванов, А. С. Микулинский // Тр. Уральского науч.-иссл. химического ин-та. 1957. - Вып. 4. - С. 156-174.

131. Высоцкий Е. П. Картина электрического поля трехфазной ферросплавной печи, построенная по действующим значениям напряжения // Электричество. 1961. - № 3. - С. 89-90.

132. Микулинский А. С. Определение параметров руднотермических печей на основе теории подобия. М.; JL: Энергия. - 1964. - 87 е.: ил. + 1 л. черт. - Библиогр.: с. 83-86.

133. Соколов А. Н. Скоростные плавки стали в дуговых электропечах. М.; JI.: Машгиз. Ленингр. отд-ние. 1952. - 176 е.: черт. - Библиогр.: с. 175.

134. Сергеев П. В. Энергетические закономерности руднотермических электропечей, электролиза и электрической дуги. Алма-Ата: изд-во АН КазССР. - 1963.-251 е.: ил. - Библиогр.: с. 246-250.

135. Струнский Б. М. Руднотермические плавильные печи. М.: Металлургия. - 1972. - 367 е.: ил. - Библиогр.: с. 364-365.

136. Соколов А. Н. Рациональные режимы работы дуговых и сталеплавильных печей. М.: Металлургиздат. - 1960. - 484 е.: черт. - Библиогр.: с. 480-482.

137. Лыков А. Г. Определение сопротивления модели ванны ферросплавной печи методом объемного моделирования / А. Г. Лыков, В. Л. Розен-берг // Тр. ВНИИЭТО; Исследования в области промышленного электронагрева. Вып. 2. - М.: Энергия. - 1967. - С. 81-87.

138. Ефроймович Ю. Е. Электрические режимы дуговых сталеплавильных печей. М.: Металлургиздат. - 1956. - 99 е.: черт. - Библиогр.: с. 99.

139. Струнский Б. М. О типе руднотермической печи большой мощности // Электротермия. 1963. - № 1. - С. 17-21. - То же. - № 2. - С. 17-20.

140. Данцис Я. Б. Расчет основных параметров руднотермических электропечей // Сб.: V Всесоюзное совещание по электротермии и электротермическому оборудованию, г. Тбилиси, 14-18 окт. 1968 г. М.: ВНИИЭМ; Информстандартэлектро. - 1968. - Вып. 2. - С. 34-35.

141. Свенчанский А. Д. Электрические промышленные печи: В 2 ч. / А. Д. Свенчанский, М. Я. Смелянский. Ч. II: Дуговые печи. - М.:Энергия. -1970. - 264 е.: ил. - Библиогр.: с. 258-259.

142. Микулинский А. С. О параметрах рудовосстановительных электропечей // VI Всесоюзное научно-техническое совещание по электротермии и электротермическому оборудованию; Тез. докл. М.: Информэлектро. - 1973. -С. 45-47.