автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Пылегазовые потоки и рациональные направления их оптимизации при переработке сульфидных медно-никелевых руд

9 15-5/160

На правах рукописи

ВЕЛЮЖИНЕЦ Галина Анатольевна

ПЫЛЕГАЗОВЫЕ ПОТОКИ И РАЦИОНАЛЬНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИХ ОПТИМИЗАЦИИ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ

СУЛЬФИДНЫХ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД (НА ПРИМЕРЕ ЗФ ОАО «ГМК «НОРИЛЬСКИЙ НИКЕЛЬ»)

Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 2015

Работа выполнена в ООО «Институт Гипроникель» и ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Цемехман Лев Шлемович

Официальные оппоненты:

Брюквин Владимир Александрович доктор технических наук, профессор, ФГБУН «Институт металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова Российской Академии наук», заведующий лабораторией физико-химических основ металлургии цветных и редких металлов

Коновалов Георгий Владимирович кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», кафедра металлургии, доцент

Ведущая организация - ООО «Научно-исследовательский институт цветных металлов «Гинцветмет»

Защита диссертации состоится 25 июня 2015 г в 14 час 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21 линия, д. 2, ауд. №1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный» и на сайте www.spmi.ru.

Автореферат разослан 24 апреля 2015 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета

БРИЧКИН Вячеслав Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Медно-никелевые руды являются важнейшим сырьевым источником производства никеля, меди, кобальта и металлов платиновой группы. Характерной их чертой является наличие в них железа и серы.

Добываемые руды подвергаются обогащению с получением сульфидных концентратов, которые перерабатываются, в основном, пирометаллургическими методами. В процессе переработки практически вся имеющаяся в концентрате сера переходит в газы в виде 80г. Образуются значительные количества пыли. Как правило, на никелевых и медно-никелевых металлургических предприятиях основная часть серы утилизируется в виде серной кислоты. Проблема утилизации серы резко обостряется, когда в регионе нахождения предприятия отсутствует или крайне ограничена потребность в серной кислоте. К таким предприятиям относятся и заводы, расположенные в Норильске. Транспортировка этих продуктов в районы возможного их потребления из-за большого расстояния и климатической специфики расположения экономически нецелесообразна. Единственным продуктом, который в условиях Норильска может быть утилизирован, это элементная сера.

Актуальной проблемой для предприятий, перерабатывающих сульфидные медные и медно-никелевые концентраты, в том числе заводов Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» (ЗФ), остаётся и пылеобразование в пирометаллургических процессах. Известны различные методы пылеулавливания, их рациональный выбор возможен лишь при наличии сведений о количестве, химическом и вещественном составе газов и пылей.

В настоящее время количество диоксида серы и пыли в отходящих газах регулярно определяется экспериментально, что представляет собой весьма дорогостоящую задачу. С научной и практической точки зрения представляется полезной разработка математической модели и программы для расчета количества диоксида серы и пыли, содержащихся в газах металлургического производства.

В связи возрастающим в последние годы вниманием к решению экологических проблем, имеющих место в металлургическом

производстве, решение вопросов, связанных с образованием и утилизацией вредных газов и пыли, является актуальной задачей цветной металлургии.

Решению этих вопросов посвящена настоящая диссертация, в этом состоит ее актуальность.

Цель работы. Исследование пыле- и газообразования в металлургическом производстве при переработке сульфидного медно-никелевого сырья

Задачи исследования:

1. Исследование состава, запыленности газов, пылевыноса и вещественного состава пылей, образующихся в основных металлургических процессах переработки сульфидного медно-никелевого сырья.

2. Разработка математической модели и программы для расчета количества диоксида серы и пыли, образующегося в металлургическом производстве.

3. Разработка научно-обоснованных мероприятий, реализация которых позволит резко снизить выбросы вредных веществ в атмосферу при переработке сульфидного медно-никелевого сырья и достичь современных требований.

Научная новизна работы.

1. С использованием методов РЭМ и РСМА (растровая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ) впервые изучен вещественный состав, формы нахождения и распределение элементов, в том числе благородных металлов (Р1, Рё, 1г, ЯЪ, Яи, А§), селена, теллура, свинца и цинка в пылях основных технологических переделов Никелевого (НЗ) и Надеждинского заводов (НМЗ) ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».

Установлено, что основу всех пылей составляют компоненты продуктов соответствующих технологических процессов (концентратов, сульфидных расплавов, шлаков, огарков, продуктов восстановления и т.п.). Во всех пылях концентрируется свинец, в пылях РТП, ПВП и конвертерных НМЗ - цинк. В пылях КС концентрируются в значительной степени - селен и теллур, отмечено повышенное содержание рутения и серебра.

2. Разработана научно- и экспериментально обоснованная методика, основанная на системно-аналитическом подходе и широком использовании современных компьютерных информационных технологий, расчета состава и количества образующихся металлургических газов и пылей в важнейших пирометаллургических переделах.

Практическая ценность работы.

1. В промышленных условиях экспериментально определены составы и запыленность отходящих газов на важнейших пирометаллургических переделах, химический и вещественный состав образующихся пылей.

Полученные в настоящей работе данные о вещественном составе пылей металлургического производства могут быть использованы для совершенствования методов их улавливания и переработки в действующем производстве или разработки новых процессов их утилизации.

2. Предложена и разработана методика компьютерного расчета выбросов вредных веществ в атмосферу за любой интервал времени, которая позволяет оперативно определять с высокой точностью и регулировать показатели выбросов.

3. На основании результатов проведенных исследований разработаны мероприятия по совершенствованию методов утилизации серы и улавливания пылей.

Защищаемые положения:

1. Данные о количестве и составе вредных выбросов в атмосферу (газов, пыли) могут быть использованы для рациональной их утилизации.

2. Количество и состав пыли (№, Си, Со Ре) и газов (80г), выделяющиеся в атмосферу от различных металлургических агрегатов, могут быть рассчитаны с использованием разработанной математической модели и программы.

3. Реализация разработанных мероприятий по утилизации вредных выбросов в атмосферу газов (302) и пыли (№, Си, Со Ре) обеспечит достижение всех требований ПДВ и приведет к оздоровлению атмосферы в г. Норильске.

Степень достоверности и апробации работы. Выводы и рекомендации, полученные в данной работе, не противоречат физико-химическим основам металлургических процессов. Полученные результаты основаны на использовании производственных данных и их математической обработке. Для изучения вещественного состава пылей использованы современные методы рентгеноспектрального микроанализа и рентгенофазового анализа. Для разработки модели и программ оценки вредных выбросов в атмосферу использованы современные методы программирования.

Результаты работы докладывались на международных конференциях, проводимых в г. Норильске и г. Красноярске в 20062014 г.г., на НТС ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», на НТС ООО «Институт Гипроникель» в 2008-2014 г.г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 научных работы, в том числе 3 статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Реализация результатов. Результаты экспериментальных исследований и разработанные методики расчета выбросов вредных веществ в атмосферу из металлургических агрегатов использованы при разработке тома ПДВ в 2012 г. для ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», в расчетах текущих вредных выбросов в атмосферу из металлургических агрегатов действующего производства и разработки перспективных мероприятий совершенствования металлургического производства ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и библиографического списка. Содержит 230 страниц машинописного текста, 23 рисунка, 52 таблиц, список литературы из 109 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены вопросы технологии переработки сульфидного медно-никелевого и медного сырья на отечественных и зарубежных предприятиях, в том числе образование, утилизация и переработка серосодержащих газов и пыли. Особое внимание уделено рассмотрению металлургического производства, образова-

нию и утилизации вредных выбросов на предприятиях ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».

Во второй главе приведены результаты экспериментальных промышленных исследований запыленности, состава и количества отходящих газов на всех важнейших переделах пирометаллургиче-ского производства ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».

В третьей главе приведены результаты исследований вещественного состава пылей, образующихся на важнейших пирометал-лургических переделах ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» при переработке сульфидного медно-никелевого сырья.

В четвертой главе рассмотрены впервые разработанные методики компьютерного расчета поведения серы, количества образующихся газов и пылей в металлургическом производстве.

В пятой главе приведены результаты разработки мероприятий, внедрение которых позволит резко снизить выбросы диоксида серы и пыли в атмосферу и достичь требуемые нормативы ПДВ в металлургическом производстве ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».

1. Данные о количестве и составе вредных выбросов в атмосферу (газов, пыли) могут быть использованы для рациональной их утилизации.

Объектами исследования являлись основные источники выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферу: агломерационного, плавильного и обжигового цехов Никелевого завода, сушильного и плавильного цехов Медного завода, плавильного цеха Надеждинского металлургического завода.

На всех обследуемых объектах был выделен один источник организованных выбросов загрязняющих веществ (дымовая труба), на который заведены отходящие газы от нескольких источников выделения, которые относятся к различным технологическим переделам. Инструментальные замеры осуществлялись как в конечных частях внутрицеховых газоходных систем НЗ, МЗ и НМЗ, так и в точках на сборных газоходах. Ряд выполненных наблюдений подтверждает, что распределение скорости потока и концентрации пыли по

сечению сборного газохода (в месте проведения измерений) и в точках постоянного контроля достаточно равномерное.

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы.

Характеристики пылегазовых потоков практически адекватны, а незначительные отклонения обусловлены процессами, протекающими в газоходах (отложение пыли, подсос воздуха по тракту, химические реакции в газе и т.д.).

Экстраполяция данных точек постоянного контроля на выбросы из дымовых труб возможна и оправдана.

В рамках исследования для объективной оценки значимости основных источников выбросов выполнена оценка количественных показателей валовых выбросов твердых загрязняющих веществ (пыль, оксиды никеля, меди, кобальта и свинца) от конкретных источников загрязнения атмосферы по отношению к валовым выбросам производства (цеха) в целом.

Для НЗ и МЗ существенными источниками выбросов, помимо дымовых труб предприятия, являются организованные каналы без очистки (шахта, дефлектор, свеча). Валовые выбросы предприятия через низовые источники без очистки составляют порядка 48-63%. Данное обстоятельство требует разработки отдельных мероприятий, направленных на ликвидацию низких источников с переводом всех газов на трубу. Для НМЗ выбросы через организованный канал без очистки составляют не более 7%. При этом возврат в производство дополнительно уловленной, в результате реализации мероприятий, пыли, содержащей цветные и драгоценные металлы, не только экологически, но и экономически выгоден.

Эти объекты были выбраны исходя из того, что они характеризуются максимальным пылеобразованием. При исследовании были использованы химический и рентгенодифракционный анализ, методы растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа.

В плавильном цехе Никелевого завода никелевый концентрат подвергается агломерации. Агломерат перерабатывается в руд-но-термических печах с получением штейна и отвального шлака.

Штейн подвергается конвертированию с получением файнштейна. Конвертерные шлаки заливаются в рудно-термические печи.

Вещественный состав основных компонентов пылей плавильного цеха приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Состав основных компонентов пылей плавильного цеха

Проба Составляющая Состав, % масс.

МрО А^О, 8Ю2 СаО 5 Ре Со № Си

Газоход РТП-4, 5 Оксидные капли 1,1 4,3 6,2 0,8 - 58,2 - 7,7 1,3

Штейновые капли - - - - 28,1 46,3 0,44 12,6 13,5

Шлаковые капли: шлак РТП шлак конвертерный 9,9 6,3 34,9 4,9 0,57 28,7 - 0,24 0,21

1,0 3,9 18,6 1,9 2,4 55,4 0,3 3,2 1,4

Газоход конвертера 3, 4, 5 Сульфидные капли - - - - 25,6 19,6 1,1 29,2 25,1

- - - - 24,4 3,9 1,2 35,9 34,5

Шлаковые капли - 2,5 24,2 1,8 2,1 52,6 - 0,4 0,8

0,5 1,1 11,1 1,3 0,5 50,9 - 15,1 3,3

Газоход оэп Шлаковые капли 0,5 3,0 20,3 0,6 0,3 52,7 0,3 0,6 0,5

Сульфидно- металлическая составляющая - - - - 26,3 11,5 2,8 33,3 26,3

- - - - 20,4 28,7 0,3 12,7 37,9

- - - - 20,4 1,4 0,4 32,4 45,5

- - - - 24,8 7,1 0,6 29,6 37,9

Установлено, что пыль газоходов РТП содержит компоненты продуктов разных технологических процессов - это рекристаллизо-ванные компоненты штейна и шлака РТП, конвертерного шлака и файнштейна. Происходит концентрирование в пылях цинка и, частично, свинца.

Конвертерные газоходные пыли представляют собой рекри-сталлизованные продукты конвертирования - богатой сульфидной массы, файнштейна, конвертерного шлака и «сухого» свернутого шлака. В конвертерных пылях концентрируется значительная часть свинца и селена.

Никелевый концентрат с участка разделения файнштейна направляется на обжиг в печи кипящего слоя (КС). Полученный огарок (закись никеля) восстанавливается в трубчатых вращающихся печах и направляется на анодную плавку в печи НРБ и ОКБ с получением черновых анодов, передаваемых в цех электролиза никеля.

Перечень и вещественный состав пылей обжигового передела представлен в таблице 2.

Таблица 2 - Состав основных компонентов пылей обжигового цеха

Проба Составляющая Состав, % масс

S Fe Со Ni Си Pd Pt

Пыль аспирации УРФ Сульфид никеля 25,1 0,40 1,5 72,7 0,26 - -

Сульфид меди 20,5 4,9 - 0,90 73,6 - -

М55 31,9 26,2 11,1 30,5 0,34 - -

Металлическая фаза 0,74 10,2 2,4 78,9 7,8 - -

Фазы БМ - 10-13 2-3 75 5-6 2-4 0,5

Пылевые окатыши Сульфидно - металлические компоненты 1,8 2,6 1,1 89,0 5,5 - -

21,0 0,43 0,82 27,0 50,7 - -

24,4 - 0,24 72,6 2,7 - -

Фазы БМ - 1-2 - 18-го 18-го 8-10 5055

Пыль ГО печей КС N¡0 0,31 3,0 1,4 71,2 3,1 - -

Ферриты - 43,0 0,31 26,1 4,2 - -

Сульфид никеля 24,7 0,51 0,32 73,5 0,89 - -

Фазы БМ

Пыль аспирации ТВП Закись никеля - 2,8 1,7 70,6 3,6 - -

Металлическая фаза 0,32 9,0 1,8 81,6 7,3 - -

Ферриты никеля - 50,5 0,63 20,3 3,3 - -

Сульфиды никеля 23,0 0,14 - 75,2 1,7 - -

Фазы БМ - - - 3-12 1-15 20-35 3-50

Установлено, что, в пылях газоочистки печей КС концентрируются свинец и мышьяк, в значительной степени - селен и теллур. Из благородных металлов - концентрируются рутений и серебро, в значительной степени - платина, палладий, родий, иридий. Основная доля платины, палладия, родия, иридия, серебра присутствует в пылях в форме самостоятельных фаз субмикронных размеров, которые ассоциированы с закисью никеля.

На Надеждинском металлургическом заводе рудный никелевый концентрат обогатительной фабрики перерабатывается в печах взвешенной плавки (ПВП) с получением богатого штейна и оборотного шлака. Штейн конвертируется до файнштейна. Шлаки ПВП и конвертерные обедняется в электропечах.

Установлено, что пыль радиационной части котла-утилизатора в качестве основных составляющих содержит (рисунок 1) частицы правильной сферической формы (капли) диапазона размеров 2+3 - 50 мкм и крупные частицы неправильной формы, рыхлые, слоистые. Наличие составляющих сферической формы свидетельствует

о том, что в пылегазовом потоке материал находится в расплавленном состоянии, после чего происходит перекристаллизация в процессе охлаждения.

а б в

1 - оксидно - силикатные капли; 2 - силикатные капли 3 — сульфаты Рисунок 1 - Строение пробы пыли ПВП :а, б - радиационная часть КУ; в - конвективная часть КУ

Основу проб пылей ПВП (таблица 3) составляют рекристалли-зованные компоненты (застывшие капли и микрокапли), обогащенные никелем и кобальтом оксидные фазы, образование которых характерно для процесса взвешенной плавки, и силикатные составляющие, по составу близкие компонентам шлака ПВП.

Таблица 3 - Состав основных компонентов пыли ПВП

Проба Составляющая Состав, % масс.

А1 Б Са Ре Со N1 Си О

Котел-утилизатор, радиационная часть Оксидно-силикатные капли 0,59 1,4 0,37 0,65 46,1 0,94 20,8 2,7 27

Сульфаты - - 22,0 - 30,5 - 3,6 1,0 43

- - 18,9 - 8,6 - 31,8 1,1 40

- - 18,1 - 7,3 - 1,6 38,5 35

Котел-утилизатор, конвективная часть Оксидно-силикатные капли 0,69 2,4 0,21 0,82 47,5 0,21 18,8 1,2 28

Электрофильтр Оксидно-силикатные капли 1,1 4,1 0,19 1,7 50,7 - 8,8 5,0 29

Силикатные капли 5,0 20,4 - - 21,9 0,18 7,5 6,4 37

2,2 11,7 - - 37,7 0,32 12,5 5,2 30

9,2 18,0 - 3,4 19,4 0,53 4,5 7,2 38

Оксидные капли 0,37 - 0,12 - 59,6 0,11 7,7 5,8 26

Сера присутствует в пробах пыли в форме сульфатов. Содержание силикатных составляющих увеличивается в пыли электрофильтра, главным образом потому, что размер капель силикатов существенно ниже, чем прочих компонентов. Происходит также концентрирование в пылях цинка и свинца, последнего - в пылях электрофильтра.

Пыли печи Ванюкова содержат компоненты сульфидного расплава (белого мата) и продукты его окисления до черновой меди: сульфаты, оксиды, ферриты меди и металлическую медь.

2. Количество и состав пыли Си, Со Ее) и газов (вСЬ), выделяющиеся в атмосферу от различных металлургических агрегатов, могут быть рассчитаны с использованием разработанной математической модели и программы.

Для металлургического производства Заполярного филиала разработаны методология и компьютерная методика расчета максимальных разовых и валовых выбросов загрязняющих веществ от источников выбросов для Никелевого, Медного и Надеждинского металлургического завода, а также для металлургического производства в целом.

Для каждого технологического передела по данным о технологическом режиме, количествах и составах перерабатываемого сырья с использованием математических моделей осуществляется расчет количества и состава продуктов, объемы отходящих газов и содержание химических компонентов в них. Это позволяет определить количество серы, выбрасываемой в атмосферу с отходящими газами в виде БОг и количество оксидов углерода СО2 и СО. По результатам разового инструментального контроля над источниками выбросов газоходной пыли по каждому переделу или заводу производится расчет объемов выбросов металлосодержащей пыли и ее состава.

Идентификация применяемых моделей производится по данным оперативного контроля технологических параметров металлургических процессов. Программное обеспечение позволяет с достаточной достоверностью определять разовые и валовые выбросы загрязняющих веществ от различных источников Заполярного филиала.

Медный завод

Исходным сырьём для плавки в печах Ванюкова являются отфильтрованный медный концентрат Норильской обогатительной фабрики, богатая руда рудника «Октябрьский», бедные оборотные материалы и флюсовый песчаник (или речной песок), поступающие из сушильного цеха, а также конвертерный шлак.

В отходящих газах печей Ванюкова содержание БОг составляет 35-55 %, пылевынос - на уровне 1%. Газы подвергаются первичному охлаждению и очистке. Газ ПВ-2 может подаваться в сернокислотное отделение (УСКП) СЦ или производство элементной серы, или напрямую, в трубу ДТ1.

Выбросы через дымовую трубу №5 Медного завода формируются выбросами плавильного участка №2 плавильного цеха, где источниками загрязняющих веществ являются горизонтальные поворотные конвертеры (всего 5 штук, четыре из которых находятся в работе).

Математическая модель конвертирования штейнов ПВ позволяет рассчитывать выбросы ЗВ в атмосферу в виде конвертерных газов, включая 80г, и выносимой ими пыли, а также количество и состав отходящих газов.

Никелевый завод

В настоящее время основные источники выбросов сосредоточены в агломерационном, плавильном и обжиговом цехах.

Необходимо отметить, что на данном заводе диоксид серы в небольших количествах утилизируется только в агломерационном цехе с получением бисульфита натрия для внутреннего использования.

Производится улавливание пыли и возврат ее в производство.

Разработанная модель агломерации позволяет рассчитывать в зависимости от состава поступающей шихты состав и количество агломерата, количество и состав отходящих газов и пыли.

Основные металлосодержащие компоненты шихты, поступившей на передел РТП, — агломерат, жидкий конвертерный шлак и рудное сырье, обороты собственного производства, полупродукты родственных предприятий, различное металлосодержащее техногенное сырьё. Продуктами плавки являются штейн, отвальный шлак,

газы, содержащие 802, оксиды углерода и пыль. На основании введенных исходных данных производится расчет материального и теплового баланса, а также объемы и составы технологических газов и пыли.

При анализе процесса конвертирования медно-никелевых штейнов определяются выход шлака, файнштейна, газов, содержащих 802, 02, И2 и количество, и состав пыли.

Процесс обжига никелевого концентрата в печах КС характеризуется высоким пылевыносом (30-40 %). Разработанная модель процесса обжига концентрата позволяет рассчитывать выбросы ЗВ в атмосферу в виде отходящих газов, включая 802, и выносимой ими пыли, а также определять количество и состав огарка; количество и состав пыли; количество воздуха, необходимые для окисления цветных металлов и серы; десульфуризацию; удельный расход воздуха на обжиг в печах КС.

Надеждинский металлургический завод

По подходу и возможности математические модели, лежащие в основе методики расчета выбросов ЗВ в атмосферу от источников НМЗ с учетом особенностей переделов ПВП, ЭПО и ПВ-6,2, аналогичны моделям, рассмотренным для МЗ и НЗ.

Изменения касаются, в основном, составов выходных продуктов плавки.

Модели, помимо других параметров, позволяют рассчитывать количество, состав отходящих газов и пыли.

В табл. 4 приведены в качестве примеров результаты расчёта выбросов в атмосферу ЗВ по предприятиям ЗФ за 2010 г.

Верификация предложенной методики расчёта проводилась путём сравнительного анализа приведённых в таблицах расчётных данных по количеству серы, выделяемой в отходящие газы на указанных выше переделах медно-никелевого производства ЗФ с соответствующими данными по выбросам серы, приведёнными в технических отчётах (ТО) предприятий ЗФ за 2010г.

Из таблицы 4 видно, что относительные расхождения между расчётными значениями количества серы в отходящих газах, полученными по математической модели, и аналогичными данными технических отчётов по абсолютной величине, не превосходят 3%, что

позволяет сделать в вывод о достаточной высокой степени достоверности предложенной методики определения выбросов ЗВ в атмосферу.

Таблица 4 — Сравнительный анализ расчётных данных по количеству серы в отходящих газах с аналогичными данными ТО_

№ Завод—передел Количество серы в газах, т Относительные

п/п Расчёт по модели Данные ТО расхождения, %

I. МЗ — ПВ-2 154294 150374 2,54%

2. МЗ — ПВ-3 94 029 92810 1,30%

3. МЗ — конвертор 112 949 113274 -0,29%

4. НЗ — агломерация 19470 19560 -0,5%

5. НЗ — РТП 4628 4546 1,80%

6. НЗ — конвертор 24588 24 168 1,71%

7. НЗ —ПКС 45280 44612 -1,48%

8. НМЗ — ПВП 461719 457402 0,93%

9. НМЗ — ЭПО 2027 2010 0,85%

10. НМЗ — конвертор (N1) 56793 56180 1,09%

11. НМЗ — ПВ-6,2 324,9 325,9 -0,18%

12. НМЗ — конвертор (Си) 11717 11715 0,02%

3. Реализация разработанных мероприятий по утилизации вредных выбросов в атмосферу газов (802) и пыли (N1, Си, Со Ре) обеспечит достижение всех требований ПДВ и приведет к оздоровлению атмосферы в г. Норильске.

Объем выбросов в атмосферу диоксида серы на предприятиях ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» составляет ~1,9 млн. тонн, пыли - 11,0 тыс. тонн. Несмотря на имеющуюся положительную динамику снижения выбросов, достижение нормативных показателей требует значительных затрат и по этой причине планируется поэтапно. Сложность проблемы связана с уникальным географическим положением Заполярного филиала и, как следствие, неэффективностью применения технологий, которые широко используются другими компаниями в данной отрасли (получение серной кислоты).

В настоящее время на площадках производственных подразделений ЗФ эксплуатируется более трехсот установок по очистке

отходящих газов от пыли, что позволяет ежегодно улавливать и возвращать в производство -99 % образованной пыли.

В ближайшие годы поэтапное снижение выбросов диоксида серы будет обеспечиваться путем максимально возможного ее вывода на стадии обогащения, переходом к пирометаллургической переработке сульфидного сырья в автогенных агрегатах, использованием комплексных методов утилизации серы с эффективностью не менее 95% из отходящих газов.

Вместе с тем, в рамках реализации запланированных мероприятий потребуется дополнительное строительство склада долговременного хранения серы не менее чем на 2 млн. тонн, т.к. годовой объем производства товарной серы из отходящих газов в Заполярном филиале Компании составит не менее 900 тыс. тонн. Следует особо подчеркнуть экологическую безопасность долговременного хранения серы на территории.

Кроме строительства масштабных сероутилизационных мощностей, достижение поставленных задач невозможно без завершения работ по реконструкции и модернизации мощностей пирометаллур-гического передела НМЗ с концентрацией на нем переработки всего никелевого сырья, с последующим выводом из эксплуатации всех переделов плавильного цеха Никелевого завода.

С учетом проведенных нами исследований и последних достижений научно-технического прогресса разработаны конкретные предложения, решающие проблему оздоровления окружающей среды и обеспечивающие достижение нормативов ПДВ.

Согласно приказу Управления федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Красноярскому краю (Управление Росприроднадзора по Красноярскому краю) № 1718 от 17.12.2012 г. для стационарных источников выбросов каждого структурного подразделения (промплощадки) Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» утверждены нормативы выбросов вредных (загрязняющих» веществ в атмосферный воздух.

Никелевый завод

Вопрос снижения выбросов загрязняющих веществ на Никелевом заводе решается путем закрытия агломерационного и плавильного переделов. Запланирована передача всего перерабатывае-

мого на НЗ сырья на НМЗ с соответствующим расширением производства на НМЗ.

В настоящее время предполагается сохранить в эксплуатации все рафинировочные цеха.

В 2011 году в ООО «Институт Гипроникель» были проведены пилотные испытания плавки восстановленной закиси никеля в электропечи постоянного тока. Было установлено снижение образования угара металлов при плавке на 0,5 - 1%. Поэтому замена действующих печей на печи постоянного тока позволит значительно снизить загрязнение атмосферы и, соответственно, снизить потери цветных и благородных металлов.

В 2013 году запланирован ввод в эксплуатацию опытно-промышленной 1,5-тонной электропечи постоянного тока, проведение на ней исследований, результаты которых позволят уточнить имеющийся базис экспериментальных данных и приступить к промышленной реализации новой технологии.

В настоящее время руководством Компании рассматривается вопрос о закрытии всего Никелевого завода

Медный завод

На Медном заводе основными источниками образования диоксида серы являются печи Ванюкова и конвертера. В настоящее время из газов ПВ утилизируется около 80 тыс. тонн элементной серы в год.

С конвертерными газами в атмосферу выбрасывается около 220 тыс. тонн 302. Нами предлагается замена существующих конвертеров на технологию непрерывного конвертирования твердых штейнов ПВ с получением богатых газов, которые также могут быть утилизированы. ООО «Институт Гипроникель» совместно с нами разработана технология непрерывного конвертирования твердых штейнов в двухзонной печи Ванюкова. Разработан технологический регламент, выполнен ТЭР, показавший высокую эффективность этой технологии. Начаты проектные работы.

Предполагается к 2015 году построить комплекс по утилизации БОг из газов ПВ и непрерывного конвертирования с получением 350 тыс. т серы в год.

Нами предложено увеличение высоты свечи 1-ой группы га-

зоочистки МЦ, при одновременном повышении показателя КПД ГОУ МЦ.

Целесообразно осуществление выбросов всех газов плавильных агрегатов через одну дымовую трубу. ООО «Институт Гипро-никель» разработал технологический регламент для реализации этого мероприятия.

Надеждинский металлургический завод.

На НМЗ необходимо увеличение мощности пирометаллурги-ческого производства с одновременной реконструкцией систем очистки. Главным экологическим мероприятием является строительство нового комплекса производства элементной серы из газов ПВП и склада хранения серы. Объем производства элементной серы должен составить около 650 тыс. т в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ практики работы отечественных и зарубежных предприятий переработки сульфидного медно-никелевого и медного сырья, в том числе экологические аспекты работы этих предприятий, такие как образование, утилизация и переработка серосодержащих газов и пыли, свидетельствует о том, что на ряде передовых предприятиях степень утилизации БОг может достигать более 9599%. На металлургических предприятиях ЗФ степень утилизации 80г составляет около 20%.

2. Исследован состав, запыленность газов, и вещественный состав пылей, образующихся в основных металлургических процессах переработки сульфидного медно-никелевого сырья.

С использованием методов РЭМ и РСМА впервые изучен вещественный состав, формы нахождения и распределение Си, Со, благородных металлов (Р1, Рс1, 1г, ЛЪ, Яи, А§), а также селена, теллура, свинца и цинка в пылях основных технологических переделов Никелевого (НЗ) и Надеждинского заводов (НМЗ) ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».

Установлено, что основу всех пылей составляют компоненты продуктов соответствующих технологических процессов (концентратов, сульфидных расплавов, шлаков, огарков, продуктов восстановления и т.п.).

2.1. Показано, что в пылях РТП НЗ происходит концентрирование летучих компонентов - цинка и, частично, свинца. Основная доля БМ, содержащихся в пылях, связана с присутствием в них компонентов штейна и файнштейна.

В пылях конвертирования НЗ концентрируется значительная часть свинца и селена. Содержание благородных металлов примерно такое же, как в пылях РТП, при этом сохраняется ассоциация с компонентами сульфидных продуктов - сульфидной массы и файнштейна.

В пылях газоочистки печей КС акцентировано концентрируются свинец и мышьяк, в значительной степени - селен и теллур. Из благородных металлов - концентрируются рутений и серебро, в значительной степени - платина, палладий, родий, иридий. Основная доля платины, палладия, родия, иридия, серебра присутствует в пылях в форме самостоятельных фаз субмикронных размеров, которые ассоциированы с закисью никеля.

2.2. В пылях ПВП НМЗ благородные металлы также находятся в форме самостоятельных фаз, характерных для огарков, полученных при обжиге никелевого концентрата в печах КС, и ассоциированы с закисью никеля.

В пылях ПВП НМЗ происходит концентрирование цинка и

свинца.

В конвертерных пылях НМЗ концентрируются свинец и

цинк.

В пылях печи Ванюкова, перерабатывающей медный концентрат от разделения файнштейна, серебро концентрируется в пыли циклонов.

Полученные данные могут быть использованы для разработки новых и совершенствования существующих методов переработки пылей с целью повышения извлечения ценных компонентов.

3.Разработаны математические модели и программы для расчета состава и количества образующихся газов и пыли, на всех переделах пирометаллургического производства.

4.На основании результатов проведенных исследований разработаны мероприятия по совершенствованию технологии переработки сульфидных медно-никелевых руд и концентратов, которые

предусматривают снижение нагрузки по сере на головных пироме-таллургических агрегатах путем максимально возможного ее вывода на стадии обогащения и переходом к пирометаллургической переработке сульфидного сырья в автогенных агрегатах. При этом предполагается закрытие агломерационного и плавильного переделов никелевого завода с расширением на НМЗ. Рассматривается возможность закрытия всего никелевого завода. На площадках НМЗ и МЗ внедряются комплексные методы утилизации серы с эффективностью не менее 95% с получением элементной серы.

На МЗ предполагается внедрение технологии непрерывного конвертирования твердых штейнов ПВ с получением черновой меди, жидких шлаков и богатых по содержанию SO2 газов.

Основные результаты диссертации представлены в следующих печатных работах:

1. Блинов В.А. Методика расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от металлургических предприятий/ В.А Блинов, Л.Ш. Цемехман, Ю.А. Карасёв, Г.А. Велюжинец, A.B. Севери-лов // Цветные металлы, 2010. № 10. С. 34-38.

2. Велюжинец Г.А. Вещественный состав пылей Надеждин-ского металлургического завода / Г.А. Велюжинец, J1.H. Ерцева, Л.Ш. Цемехман, В.Б. Фомичев // Цветные металлы, 2010. № 9. С. 3136.

3. Велюжинец Г.А. Вещественный состав пылей плавильного цеха Никелевого завода/ Г.А. Велюжинец, Л.Н. Ерцева, Л.Ш. Цемехман, В.Б. Фомичев // Цветные металлы, 2011. № 10. С. 25-28.

4. Велюжинец Г.А. Исследование состава и запыленности газов основных источников металлургического производства ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» / Г.А. Велюжинец, Л.Ш. Цемехман. ООО «Институт Гипроникель». Санкт-Петербург, 2013. 46 с. Деп. в ВИНИТИ 28.10.2013 №300-В2-13.

РИЦ Горного университета. 17.04.2015. 3.316. Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

2015676810

2015676810