автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка технологии термомагнитного обогащения пирротиновых концентратов

003169730

На правах рукописи

ДЬЯЧЕНКО Владимир Тимофеевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМОМАГНИТНОГО ОБОГАЩЕНИЯ ПИРРОТИНОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ

Специальность 05 16 02- Металлургия черных, цветных

и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 май 2008

Санкт-Петербург - 2008

003169730

Работа выполнена в ООО «Институт Гипроникель»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Цемехман Лев Шлемович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, старший научный сотрудник

Ошпцин Борис Петрович

кандидат технических наук, доцент

Баймаков Александр Юрьевич

Ведущая организация ГНЦ РФ «Институт Гинцветмет»

Защита состоится « 19 » июня 2008 г в 18 час 00 мин

на заседании диссертационного совета Д 212 229 03 при ГОУВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу 195251, Санкт-Петербург, ул Политехническая, 29, хим корпус, ауд 51

Факс (для отзывов) (812) 335-314 %

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Санкт-Петербургского государственного политехнического университета

Автореферат разослан _ /3 2008 г

Ученый секретарь доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Практически все сульфидные медно-никелевые руды, вовлекаемые в производство никеля, содержат повышенные количества пирротина Возрастающие аребования зашигы окружающей среды от вредных выбросов в атмосферу потребовали резкого сокращеши количества серы в концентратах, поступающих в металлургическое производство Это может быть осуществлено на стадии обогащения руд достаточно полным выводом пирро-тиновых концентратов в самостоятельный продукт, не попадающий в плавильное производство Однако в выводимых пирротиновых концентратах содержатся цветные и благородные металлы В связи с этим возникает необходимость вовлечения этих концентратов в переработку, технология которой исключает выделение серы в атмосферу

В Заполярном Филиале ОАО «ГМК «Норильский никель» существует гидрометаллур!ическое производство переработки пирротиновою концентрата с получением элементарной серы, концентрата цветных металлов, не содержащего серу, и отвального железистого кека Однако действующая технология является весьма затратной, в связи с этим значительная часть образующегося пирротинового концентрата продолжает складироваться, что приводит к появлению существенных объемов так называемого «лежалого» пирротинового концентрата

Необходима разработка новой более эффективной технологии переработки пирротиновых концентратов, решающей в том числе, и экологические проблемы Одним из возможных вариантов является технология, использующая процесс термического обогащения Он основан на том, что при снижении отношения содержания серы к сумме цветных металлов ниже 1 происходит образование немагнитной модификации сульфида железа - троилига, не растворяющего цветные металлы, и образование магнитной металлической фазы на основе железа, коллектирующей цветные и благородные металлы концентрата Снижение содержания серы достигается понижением ее парциального давле-

ния, что может быть реализовано разными методами Последующее использование процесса магнитной сепарации позволяет получить обогащенный цветными металлами металлический полупродукт и отвальный сульфидный

Цель работы

Разработка технологии термообогащения пирротиновых концентратов с получением металлического полупродукта на основе железа, коллектируюшего цветные и благородные металлы, содержащиеся в исходном пирротиновом концентрате, и отвального сульфидного продукта

Методы исследования

Выполнен термодинамический анализ процессов взаимодействия халькопирита, пентландита и пирротина с газообразными восстановителями (СО и Н2) Реализованы эксперименты по термическому обогащению пирротиновых концентратов в контролируемой атмосфере с использованием лабораторных и пилотных установок В качестве исходных использованы концентраты ЗФ ГМК «Норильский никель» пирротиновый концентрат текущей добычи, лежалый пирротиновый концентрат хвостохранилища, малоникелистый пирротиновый концентрат Все материалы изучены с применением методов химического, рентгенофазового, дифференциального термического анализов, а также методов световой микроскопии, растровой электронной микроскопии и рентгенос-пектралыюго микроанализа

Научная новизна

1 Выполнен термодинамический анализ процесса взаимодействия восстановительных газов Нг и СО с основными минералами медно-никелевых руд - пирротином, пентландитом и халькопиритом в диапазоне температур 500-1500°С при различном отношении твердое/восстановитель Установлено, что водород в этих процессах является заметно более эффективным восстановителем, чем СО Расчетная степень восстановления меди халькопирита в исследованном диапазоне не превышала 32,1%, а никеля пентландита - 50,49%

2 Изучены физико-химические закономерности процесса и механизм образования металлической фазы, коллектирующей никель, кобальт, платину, палладий при восстановлении разных типов технологических гшрротиновых концентратов текущего, лежалого и малоникелистого

3 Изучены физико-химические закономерности процесса восстановления технологических пирротиновых концентратов в печи КС, в том числе, исследовано вещественное строение продуктов восстановления и состав отходящих газов по ходу процесса Установлено, что продуктами восстановительной термообработки являются металлический сплав, коллектирующий никель и кобальт исходного концентрата, и отвальный сульфид железа

4 Установлено существование равновесия процесса перехода никеля, содержащегося в пирротине исходного концентрата, в металлическую фазу, образовавшуюся в процессе восстановительной термообработки

Практическая значимость

Разработана технология переработки пирротиновых концентратов, включающая термическую обработку в неокисли гельной среде с последующей магнитной сепарацией полученною 01арка с получением магнитною полупродукта, содержащего цветные и благородные металлы, и выведением сульфида железа в отвальный продукт Ожидаемый экономический эффект составляет 1,8 млн долларов в год

На защиту выносятся:

1 Результаты термодинамического анализа процессов взаимодействия халькопирита, пентландита и пирротина с газообразными восстановителями (СО и Н2)

2 Результаты исследования процесса восстановшелыюй термообработки различных промышленных типов пирротиновых концентратов ГМК «Норильский никель» в трубчатой и конвейерной печах и печи КС при изменении технологических параметров процесса, а также исследования продуктов магнитной сепарации огарков восстановительной термообработки

3 Технология термического обогащения разных типов технологических пирротиновых концентратов с получением магнитной металлической составляющей, коллектирующей цветные и благородные металлы

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на заседаниях НТС ГМК «Норильский никель» 1992-2004 гг, на I и II Международных симпозиумах «Проблемы комплексного использования руд», С-Пб, 1994, 1996 гг, на Международном симпозиуме «Advanced processing of metals and materials», San Diego, USA, 2006 и др

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 14 печатных работах

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы из 95 наименований В работе содержится 180 страниц текста, в т ч 53 рисунка, 44 таблицы

Автор выражает глубокую признательность ведущему научному сотруднику ООО «Институт Гипроникель», д m н Л H Ерцевой за творческое сотрудничество и соруководство при выполнении работы

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Современное состояние технологии переработки пирротиновых концентратов

Одним из главных источников цветных (никеля, меди, кобальта) и драгоценных (элементов платиновой группы, золота и серебра) металлов в мире являются сульфидные руды, которые можно условно разделить на две группы к первой относятся объекты, ценность которых определяется в первую очередь цветными металлами, ко второй - объекты с преобладанием стоимости заключенных драгоценных металлов Основным минералом, поступающим на металлургический передел после обогащения всех типов сырья, является пирротин, меньшая доля относится на пентландит и халькопирит

В первом разделе проанализированы результаты работ, содержащих сведения о процессе получения, минералогических и технологических свойствах и способах переработки пирротиновых концентратов Дана полная химическая, минералогическая и технологическая характеристика концентратов Заполярного Филиала ГМК «Норильский никель», выполнен анализ литературных данных о современном состоянии технологии переработки пирротиновых концентратов в России и за рубежом, а также приведены данные о превращениях основных сульфидных минералов пиррогиновых концентратов (пирротин, пент-лацдиг, халькопирит) при нагреве в различных средах

Анализ сведений о существующих способах переработки пирротиновых концентратов показывает, что ни один из них не лишен в той или иной мере недостатков, как технологических и экологических, так и экономических Обзор результатов исследования процесса термического обогащения никельсодержа-щих пирротиновых концентратов свидетельствует о перспективности данного направления, в первую очередь, с точки зрения экологии

2. Исследование термодинамических закономерностей взаимодействия халькопирита, пирротина и пентландита с восстановительными газами

Для понимания процесса восстановления основных сульфидных минералов пирротиновых концентратов и выбора оптимальных режимов рассмотрена термодинамика взаимодействия водорода и СО с пирротином, халькопиритом и пентландитом

Приведенные в литературе термодинамические данные были использованы для расчета процессов взаимодействия пирротина и халькопирита с водородом и СО Расчет проводился с помощью программы «ИВТАНТЕРМО» Определялись параметры равновесного состояния в диапазоне температур 500-1500°С Для пирротина

Ре,^ + Н2 = 0,875Ре + Н.Б (1)

Ге1.х8 + С0 = 0,875ре + С08 (2)

Температурная зависимость степени восстановления железа при взаимодействии пирротина с водородом и СО показана на рисунке 1

25 00%

-0 5RMCO -1Р0-1СО - 1РО-0 5 СО -0 5ПЭ-1Н2 -1Ро 1Н2 -1(Ъ-0 5Н2

1300 1500

Рисунок 1 - Зависимость степени восстановления железа от температуры при взаимодействии пирротина с водородом и СО

Анализ отношения концентраций CO/COS и H^/HiS при изменении температуры для взаимодействий по уравнениям (1) и (2) свидетельствует о существенном влиянии на процесс восстановления реакций разложения

COS=CO+0,5S2 (3)

H2S=H2+0,5S2 (4)

то есть использование этих зависимостей для описания взаимодействий по уравнениям (1) и (2) не представляется в данном случае возможным Для халькопирита

0,5CuFeS2+H2=0,5Cu+0,5Fe+H2S (5)

0,5CuFeS2+CC>=0,5Cu+0,5Fe+COS (6)

Зависимость отношений исходных газов и газов - продуктов реакции от температуры для взаимодействия халькопирита с СО и Н2 также свидетельствует о протекании реакций (3) и (4) Для пентлапдита

Так как литературных данных о термодинамических свойствах пентлан-дига было недостаточно, расчет выполнен для температур не ниже 700°С, исхо-

дя из предположения, что в конденсированной фазе в таком случае присутствуют только индивидуальные сульфиды железа и никеля

Для всех минералов с ростом температуры и содержания газа-восстановителя в системе степень восстановления растет, однако остается сравнительно небольшой даже при 1500°С Степень восстановления металлов при использовании водорода заметно выше, чем при взаимодействии с СО Показано, что наиболее интенсивно с восстановигельными газами взаимодействует пентландит, несколько менее - пирротин, и наименьшая степень превращения при сходных условиях характерна для халькопирита Водород в этих процессах является заметно более эффективным восстановителем, чем СО Рост температуры приводит к росту степени восстановления металлов Расчетная степень восстановления меди халькопирита в исследованном диапазоне не превышала 32,1%, а никеля пентландита - 50,49%

3. Исследование закономерностей процесса восстановительной термообработки пирротиновых концентратов

Тер иообогащение текущего пирротинового концентрата с использованием твердого восстановителя (технология ШСО) Первая серия укрупненных исследований по термообогащению пирротиновых концентратов с использованием железосодержащей добавки и твердо! о восстановителя была проведена на лабораторной установке, моделирующей печь ШСО Исходными материалами служили текущий пирротиновый концентрат (%масс N1-2,1, Си-0,6, Со-0,05, Ре-50, 8-21) в качестве пирротинсо-держащего продукта и магнетитовый концентрат (%масс N1-0,6, Си-1,5, Со-0,03,8-1,5) в качестве продукта, содержащего железо

Основными составляющими продуктов восстановления являются металлическая фаза (а-и у-Ге, содержание никеля составляет от 2-4 до 15% масс), сульфид железа состава Ре,.^ (содержание никеля от исходного до 0,19%), магнетит, силикаты и не прореагировавший восстановитель (уголь) Различия в составе металлической фазы связаны с ее происхождением либо восстановле-

ние железа магнетита и диффузионное обогащение металлической фазы никелем, либо восстановление пирротина (и продуктов его взаимодействия с другими минералами концентрата)

Влияние на скорость восстановления оказывают следующие факторы - на прямое восстановление крупность материала, соотношение материалов в шихте и т п, а также буферирующее влияние заметных объемов силикатов,

- на непрямое восстановление изменение соотношения СОг СО, связанное с тем, что процесс протекает в относительно закрытом объеме, недостаточная скорость диффузии реагентов и т п

Расчеты показывают, что извлечение никеля в металлический продукт составляет от 54 до 94% В случае полного выделения металлической фазы из огарка может быть достигнута величина извлечения выше 90%

Изучение процесса термообогащения пирротипового концентрата

в газовых смесях

Для исследования процесса термообработки пирротиновых концентратов в трубчатой печи использованы следующие материалы

- текущий пирротиновый концентрат Талнахской обогатительной фабрики, состав, % масс N1 -2,02, Си - 0,49, Fe - 48,6, Со - 0,093, S -27,7%,

- пирротиновый концентрат лежалый, состав, % масс N1 - 1,22, Си -0,53, Со - 0,058, Fe - 42,0, S - 12,5,

Пробы концентратов обработаны в восстановительной среде водорода и смесей Н2+СО (20-22% Н2+75-80% СО) Температурный интервал - 850-950°С, время обжига - 30-120 мин

При исследовании продуктов установлено, что при термообработке пир-ротинового текущего концентрата образуется материал, содержащий до 15% об металлической фазы размером 10-15 мкм с содержанием никеля -11-13%, кобальта ~ 0,7-0,8%, при этом извлечение никеля и кобальта в металлическую фазу составляют >70 и >95% соответственно При термообработке лежалого

концентрата достигается извлечение никеля и кобальта не хуже 95% с образованием 15-20% об металлической фазы крупностью 50-80 мкм с содержанием никеля 12-14% и кобальта ~ 0,9-1,0% масс При восстановительной обработке концентрата распределение никеля в образовавшейся металлической фазе имеет явно выраженный диффузионный характер Для текущего концентрата характерно обогащение тонкой периферийной зоны металла никелем с последующим постепенным усреднением состава, при восстановлении лежалого концентрата никель восстанавливается одновременно с железом

На следующей стадии объектом исследования являлись продукты термомагнитного обогащения текущего и малоникелистого пирротиновых концентратов в конвейерной печи ЗФ ГМК «Норильский никель»

Текущий пирротиновый концентрат, % масс Ni-2,20, Cu-0,88, Со-0,13, Fe-44,9, S-27,5 Малопикелистый пирротиновыи концентрат, % масс Ni-0,83, Cu-0,20, Со-0,03, Fe-50,1, S-23,8 В качестве железосодержащей добавки использован магнетитовый концентрат, % масс Ni-0,42, Cu-0,16, Со-0,03, Fe-53,9, S-4,5

Пробы концентратов обработаны в восстановительной среде Состав газовой фазы, % Нг - 24, СО - 25, N2 - остальное Температурный интервал - 800890 С, время обжига — 20-30 мин

При исследовании продуктов процесса установлено, что при термообогащении текущего пирротинового концентрата формируется металлическая фаза в объеме до 15%, с содержанием никеля и кобальта до 36% и 1,2% масс соответственно Показано, что потери никеля с немагнитной фракцией сепарации связаны как с недостаточным вскрытием и выделением металлической составляющей, так и с образованием обогащенной никелем металлической составляющей, не имеющей надлежащих магнитных свойств

Установлено, что при восстановительном обжиге малоникелистого концентрата формируется металлическая фаза в объеме, не превышающем 3-5%, с содержанием никеля и кобальта до 42 и 1,2% масс соответственно При повышении крупности исходных концентратов плохо реализуется процесс восста-

давления магнетита, образование металлической фазы затруднено и связано с восстановлением сульфидных составляющих концентрата, что приводит к обогащению металлической составляющей никелем и увеличению потерь при магнитной сепарации

Наиболее полно исследован процесс восстановительной термообработки пирротиновых концентратов в условиях печи КС, как наиболее производительный и перспективный В исследовании использован текущий пирротиновый концентрат, % масс • Ni - 1,8-3,33, Со - 0,08-0,18, Си - 0,44-1,35, Fe - 49-50, S - 29-33, ie-жалый пирротиновый концентраг, % масс Ni - 1,69, Си - 0,81, Со - 0,054, Fe -34,7, S - 15,6, малоникелистый пирротиновый концентрат, % масс Ni - 0,79, Си - 0,25, Со - 0,04, S - 23,6, Fe - 51,1

Процесс восстановления проведен в присутствии железосодержащей добавки и без нее; в газовых смесях с содержанием водорода от 8,2 до 32,8%, окиси углерода от 8,3 до 14,6%, двуокиси углерода от 6,0 до 14,0%, в температурном интервале 800-950°С, времени взаимодействия - от 5 до 30 минут

Установлено, что при восстановлении в диапазоне температур 850-900°С за время 20-30 минут в присутствии железосодержащей добавки образуется материал, содержащий 5-15% об металлической фазы крупностью от 5-10 до 3050 мкм, коллектирующей никель и кобальт (5-20% масс и 0,3-1,9% масс , соответственно), и сульфид железа состава троилига, содержащий 0,2-0,3% масс никеля и менее 0,05% масс кобальта (рисунок 2)

На рисунке 3 показано типичное изменение содержания водорода в газовой фазе при восстановлении текущего пирротинового концентрата (1 - без железосодержащей добавки, 2-е железосодержащей добавкой) Активное потребление водорода происходит в течении первой минуты, затем состав газовой фазы не изменяется, повышение температуры оказывает заметное влияние на усвоение водорода, особенно в отсутствии железосодержащей добавки На рисунке 4 приведены характерные зависимости выделения COS и S02 Следует отметить, что выделение диоксида серы, как и COS, наблюдается лишь в случаях восстановления пирротинового концентрата совместно с железосодержащей

добавкой. Интенсивное выделение газообразных продуктов реакции происходит в первую минуту взаимодействия, при этом содержание COS не превышает 0,1 %, a S02 - 0,25 %.

а б в

1 - сульфид железа (троилит); 2 - металлическая фаза; 3 - оксидные фазы; 4 - силикаты

Рисунок 2 - Строение продуктов восстановления текущего (а), лежалого (б), малоникелистого (в) пирротиновых концентратов в печи КС, 900°С, 20-30 мин

31 1 30

О 20 40 60 80 100

время, сек

Рисунок 3 - Изменение содержания водорода в газовой фазе при восстановлении текущего пирротинового концентрата без железосодержащей добавки (1) и с добавкой (2)

-cos

-S02

Рисунок 4 - Характерные зависимости выделения газообразных продуктов восстановления текущего пирротинового концентрата с железосодержащей добавкой при 1=900°

При реализованных условиях термообработки установлено существование некоторого предельного соотношения №сульф.: №мет, т.е. образовавшаяся металлическая фаза находится в условном равновесии с нирротиновым твердым раствором но содержанию никеля. На рисунке 5 приведена зависимость распределения никеля между сульфидом и металлической фазой. Коэффициент распределения никеля между металлом и сульфидом железа равен ~23 при 11=92%, что свидетельствует об установлении равновесия.

Nil

% масс.

30

25

20

1 5

1 о

05

00

О 10 20 30 40 50 60

N|2 %WBCC

Nil = 0,047Nt2 ♦ 0,053 R = 0,92

Nil - содержание никеля в сульфиде железа, Ni2 - содержание никеля в металлической фазе

Рисунок 5 - Распределение никеля между сульфидом железа и металлической фазой

4. Термомагнитное обогащение пирротннового концентрата, включающее восстановительный обжиг в печах КС н магнитную сепарацию огарка. Исходные данные для ТЭР

Для получения исходного материала для экспериментов по магнитной сепарации использован большой лабораторный реактор Состав газовой смеси, % Н2 - 15,1, СО - 8,3, С02 - 6,0, N2 - оси Температура - 900°С, время - 40 минут Установлено, что объем образовавшейся металлической фазы составляет около 10-15 % об, ее размеры - от 5-10 до 30-50 мкм, состав, % масс Ni -1,2-9,8, Fe -87,6-96,5, Со - 0,91, Си - 0,46 Содержание никеля в сульфиде железа - 0,27 % масс , кобальта - менее 0,05 % масс Состав магнитного продукта, % масс Ni -10,7, Си - 2,0, Со - 0,52, Fe - 80,3, S - 5,0

Таким образом, показана реальная возможность получения продуктов восстановления текущего пирротинового концентрата, пригодных для выделения цветных металлов (никеля и кобальта) магнитными методами Схема сепарации и состав продуктов сепарации приняты за основу при выборе исходных данных для ТЭР.

V".

•

Т--1--1--1--1--г

Предлагаемая технология может быть реализована для переработки пир-ротиновых концентратов ЗФ ГМК «Норильский никель»

Концентрат должен быть смешан с железосодержащей добавкой в соотношении около 3/1 по массе Так как при переработке всего объема текущего пирротинового концентрата (830500 т/год) необходимо более 250000 т железосодержащей добавки, то возможно использовать рудный магнетитовый концентрат, который в настоящее время из рудного сырья не выделяется, но ранее извлекался и складировался Смешивание концентратов может проводиться в шнекосмесителях (валковый смеситель) длиной не менее 5 метров Основными задачами смесителей являются -а) обеспечение тщательного перемешивания двух концентратов, б) поддержание влажности подаваемой на окатывание шихты в пределах 9-12% После смешивания шихта окатывается до крупности 0,1-1,0 мм без добавления связующего Окатывание подготовленной шихты предполагается проводить на тарельчатых грануляторах диаметром ~5 метров с изменяющимся углом наклона чаши к горизонту от 40 до 60 Скорость вращения 6-9 об/мин Оптимальная загрузка гранулятора 35-55 т/час Необходимое количество грануляторов в работе 3 штуки

Пршотовленные окатыши направляются в печь КС для восстановления мат петита до металлического железа Рекомендуемая температура процесса -900°С, время обжига- не менее 30 минут В качестве восстановителя предлагается использовать продукты сжигания природного газа (рекомендован стандартный конверсор), содержание водорода не должно быть ниже 10-12% Отходящие газы дожигаются и очищаются до санитарных норм Пылевынос составляет 25-35%, гранулометрический состав пылей -0,1+0,05 мм, химический состав - соответствует химическому составу огарка, так никаких дополнительных химических взаимодействий в пылегазовом потоке не происходит

Образовавшаяся при восстановлении магнетита металлическая фаза за счет диффузионных процессов коллектирует в себе никель, кобальт и медь, содержащиеся в пирротине в качестве изоморфных примесей Огарок печи КС охлаждается в азотной камере и направляется на магнитную сепарацию для вы-

деления металлической составляющей, содержащей основную долю цветных и благородных металлов

По результатам расчета получен следующий состав восстановительного газа, % об 12,98 Н2, 6,98 СО, 3,65 Н20, 1,33 СО,, 75,06 Ы2 Температура восстановительного газа равна 950°С, а его энтальпия - 42,66 ккал/моль

Определение вещественного состава пирротинового и магнетитового концентратов

Было принято, что сульфидная часть пирротинового концентрата представлена пирротином (Ре75я), в котором часть железа изоморфно замещена никелем и кобальтом, и халькопиритом (СиРеБз) В силикатной составляющей превалирует серпентин, тальк, плагиоклаз и амфибол тремолитового ряда Оксидная часть состоит из магнетита (Рез04)

Сульфидная составляющая магнетитового концентрата представлена пирротином, а силикатная и оксидная составляющие аналогичны таковым в пирротиновом концентрате Никель, кобальт и медь изоморфно замещают железо в магнетите магнетитового концентрата

Составлены балансовые уравнения для всех вещественных компонентов концентратов по каждому химическому элементу, и путем матричного решения был рассчитан вещественный состав концентратов, % масс 3,24 - халькопирит, 71,44 - пирротин, 0,12 - серпентин, 0,11 - тальк, 6,28 - плагиоклаз, 5,69 - амфибол, 10,57 - магнетит (пирротиновый концентрат), 11,36 - пирротин, 2,00 - серпентин, 0,15 - тальк, 8,19 - плагиоклаз, 2,54 - амфибол, 65,69 - магнетит (магне-титовый концентрат)

Вещественный состав огарка, % масс 0,75 борнит, 62,26 сульфид железа состава троилита, 23,01 металлическая фаза, 0,51 форстерит, 0,07 кристобалит (ЗЮ,), 0,14 тальк, 7,68 плагиоклаз, 5,57 амфибол Химический состав огарка, % масс 1,86 №, 0,69 Си, 0,09 Со, 44,15 Ее, 22,92 Б, 5,41 БЮз, 1,79 СаО, 1,33 К^О, 2,18 А120з Рассчитанный состав металлической фазы, % масс 10,38 N1, 1,98 Си, 0,52 Со, 87,12 Ре Уменьшение массы огарка по сравнению с массой концентратов составляет 12,10%

Расчет состава и котчества восстановительного и отходящего газов Для восстановления используются 3 печи КС (две работают, одна в резерве) площадью пода 30 м2 каждая При годовой переработке пирротинового концентрата 830500 т с учетом отношения пирротинового концентрата к магне-титовому, применяемому при восстановительном обжиге, удельная производительность печи КС составит 50,56 т/м2 сутки, или 63,20 т/час

Рассчитанный состав отходящего 1аза, % об 12,50 Н2, 6,71 СО, 0,09 H2S, 0,05 COS, 4,04 Н20,1,55 С02, 75,06 N2

Тепловой расчет печи

Определив из термодинамических таблиц тепловые эффекты реакций, протекающих при восстановлении смеси концентратов, с учетом содержания компонентов в концентратах и концентратов в восстанавливаемой смеси, рассчитано количество тепла, необходимое на протекание реакций восстановления в печи КС 1899,31 Мкал/час

Расчетная температура огарка и отходящего газа составляет 882°С Распределение тепловых потерь следующее, %• 54,06 - с огарком, 20,01 - с отходящими газами, 10,93 - на процессы восстановления, 15,00 - через стенки печи КС

Определение времени нахождения материала в печи КС Примем высоту слоя материала в печи в спокойном состоянии равной ~1,0 м Тогда с учетом насыпной плотности материала 2,2 г/смЗ, среднее время пребывания материала в печи составит 1,04 час

Результаты технологических расчетов приведены в таблице 1

Таблица 1 - Основные технологические показатели процесса термическою обогащения пирротинового концентрата

№ п/п Наименование показателя Единицы измерения Показатель

1 2 3 4

1 Переработка пирротинового концентра та в печи КС т/год 830500

2 Химический состав пирротинового концентра ra Ni Cu Со Fe S

% масс 2,70

% масс 1,00

% масс 0,13

% масс 49,0

% масс 29,5

3 Вещественный состав пирротинового концентрата пирротин халькопирит магнетит

% масс 71,44

% масс 3,24

% масс 10,57

4 Химический состав магнетитового концентрата Ni Cu Со Fe S

%масс 0,30

% масс 0,16

% масс 0,03

% масс 53,9

% масс 4,50

5 Вещественный состав магнетитового концентрата магнетит пирротин

% масс 65,69

% масс 11,36

6 Площадь пода печи КС м^ 30

7 Количество печей КС шт 3

8 Удельная производительность печи КС т/м2 сутки 50,56

т/м2 час 63,20

9 Расход восстановительного ¡ аза нм^час 43900

1 2 3 4

10 Состав восстановительного газа Hi СО со2 Н20 Nj % 12,98

% 6,98

% 1,33

% 3,65

% 75,06

11 Температура восстановительного raja "с 950

12 Температура отходящих гаюв "с 882

13 Состав отходящих газов Н> СО со2 H2S COS Н20 N, % 12,50

% 6,71

% 1,55

% 0,09

% 0,05

% 4,04

% 75,06

14 Химический состав 01 арка Л) Си Со Ре Б % масс 1,86

% масс 0,69

% масс 0,09

% масс 44,15

% масс 22,92

15 Вещественный состав огарка троюпгг борнит металлическая фаза % масс 62,26

% масс 0,75

% масс 23,01

17 Оборудование для магнитной сепарации сепаратор шаровая мельница

шт 6

шт 1

18 Выход магнитного продукта % 20

19 Химическим состав магнитного продукта N1 Си Со Ре Б

% масс 10,0

% масс 2,0

% масс 0,52

% масс 80,0

% масс 5,0

20 Выход немагнитного пролукта % 80

21 Химический состав немагнитного продукта N1 Си Со Ре Б

% масс 0,12

% масс 0,49

% масс <0,01

% масс 42,8

% масс 27,8

22 Извлечение в магнитный продукт N1 Си Со Ре Б % 95,2

% 50,6

% 99,0

% 32,9

% 4,3

ВЫВОДЫ

1 Исследованы закономерности процесса восстановительной термообработки текущего, лежалого и малоникелистого пирротиновых концентратов с использованием железосодержащих добавок и без них, твердым и газообразным восстановителями

2 Проведен термодинамический анализ процессов взаимодействия халькопирита, пентландита и пирротина с СО и Н2 в диапазоне температур 500-1500°С при различном отношении твердое/восстановитель Показано, что наиболее полно с восстановительными газами взаимодействует пентландит, несколько менее - пирротин, и наименьшая степень превращения характерна для халькопирита Водород

в этих процессах является заметно более эффективным восстановителем, чем СО Расчетная степень восстановления меди халькопирита в исследованном диапазоне не превышала 32,1%, а никеля пентландита - 50,49%

3 Предложен способ термического обогащения пирротиновых концентратов, включающий термообработку в восстановительной среде в трех вариантах оборудования трубчатая печь, конвейерная печь, печь КС, с последующим разделением огарка методом магнитной сепарации на металлический полупродукт, коллектирующий цветные и благородные металлы, и отвальный сульфид железа

4 Установлено, что при реализации процесса термообогащения пирротиновых концентратов в трубчатой печи вследствие затрудненного газообмена целесообразно использование железосодержащих добавок, первичное восстановление которых приводит к образованию металлической фазы в объеме 15-20%, коллектируюшей никель и кобальт пирротина При термообработке текущего ко/ща трата образуется металлическая фаза с содержанием никеля ~11-13%, кобальта ~ 0,7-0,8% При термообработке лежачого концентрата - с содержанием никеля 12-14% и кобальта ~ 0,9-1,0% масс

5 При реализации процесса в конвейерной печи в условиях стационарного процесса, медленного перемешивания и затрудненного газообмена при восстановлении текущего концентрата с железосодержащей добавкой формируется металлическая фаза в объеме до 15%, с содержанием никеля и кобальта до 36% и 1,2% масс соответственно При восстановительном обжиге малоникелистого концентрата формируется металлическая фаза (3-5% об) с содержанием никеля и кобальта до 42 и 1,2% масс соответственно

6 При реализации процесса в печи КС (высокие скорости перемешивания и газообмена) при восстановлении текущего, лежалого пмаюттелистого пирротиновых концентратов без железосодержащей добавки металлическая составляющая (5-10% об ) образуется за счет восстановления непосредственно сульфидных минералов и содержит 6,5-16,5% N1 и 0,2-1,5% Со При восстановлении концентратов с железосодержащей добавкой объем металлической составляющей возрастает до

10-15% с соответствующим уменьшением среднего содержания никеля и кобальта Остаточное содержание никеля и кобальта в сульфиде железа составляет 0,2-0,6 и 0,05-0,11 % масс соответственно

9 Установлено, что для полного извлечения образовавшейся металлической фазы в магнитный продукт необходимо, чтобы ее крупность в ассоциациях с сульфидом железа составляла не менее 30-40 мкм, что достигается при температуре термообработки 900-950°С и времени восстановления более 30 минут В результате машитной сепарации получен магнитный продукт следующею состава, % масс Ni -10,7, Си - 2,0, Со - 0,52, Fe - 80,3, S - 5,0 Схема сепарации и состав продуктов сепарации приняты за основу при выборе исходных данных для ТЭР

10 На основании полученных результатов разработаны исходные данные для ТЭР процесса термомагшггного обогащения текущего пирротинового концентрата, включающего восстановительный обжиг в печах КС и магнитную сепарацию огарка с перспективой реализации на ЗФ ГМК «Норильский никель» Ожидаемый экономический эффект составляет 1,8 млн долларов в год

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1 Ерцева Л Н, Волков В И, Дьяченко В Т и др Изучение физико-химических основ процесса термического обогащения пирротинсодержащего сульфидного медно-никелевого сырья // Тез докл I Междун симп "Проблемы комплексного использования руд" СПб, 1994 - С 171

2. Коваленко JI.R, Дьяченко В.Т., Бакунева Т.Д. и др. Исследование процесса фазовых преобразований при термическом обогащении пирротина // Цветные металлы. -1994. - № 11. - С. 25-28.

3 Ерцева Л Н, Волков В И, Дьяченко В Т и др Изучение физико-химических основ процесса термического обогащения шрротшювой и халькогшритовой руд и пирротиновых конце!пратов// Тез докл II Междун симп "Проблемы комплексного использования руд" СПб, 1996 - С 184

4 Ерцева Л H, Дьяченко В Т, Данилов M П, и др Разработка технологии тер-момагштного обогащения пирротинсодержащих конца пратов// Тез докл II Мевдун симп "Проблемы комплексного использования руд" СПб, 1996 -С 63

5. Ерцева Л.Н., Дьяченко В.Т., Сухарев C.B. Исследование продуктов термического обогащения пирротинового концентрата// Цветные металлы. -1996. - № 8. -С. 10-12.

6. Ерцева Л.Н., Дьяченко В.Т., Сухарев C.B. Восстановительная термообработка пирропша из пирротинсодержащего медно-никелевого сульфидного сырья// Цветные металлы. - № 5.-1997. - С. 18-21.

7. Ерцева Л.Н., Дьяченко В.Т., Сухарев C.B. Восстановительная термообработка пентландита из пирротинсодержащего медно-никелевого сульфидного сырья// Цветные металлы. - № 6. -1997. - С. 23-26.

8. Ерцева Л.Н., Дьяченко В.ТЧ Сухарев CJB. Восстановительная термообработка халькопирита из пирротинсодержащего медно-никелевого сульфидного сырья// Цветные металлы. - № 9. -1997. - С. 11 -13.

9. Ерцева Л.Н., Сухарев C.B., Дьяченко В.Т., Цемехман Л.Ш. Изучение закономерностей термического обогащения пирротиновых и халькопиритовых руд// Цветные металлы. - № 5. -1999. - С. 53-54.

10. Ерцева Л .IL, Сухарев CR, Дьяченко В.Т., Цемехман Л.Ш. Восстановительная термообработка пирротинового концешрата// Цветные металлы - № 1. -1998.-С 20-22.

11. Ерцева Л.Н., Сухарев C.B., Дьяченко В.Т., Цемехман Л.Ш. Изучение физико-химических основ процесса термического обогащения пирротановой руды// Цветные металлы. - № 10-11. -1998. - С. 44-46.

12. Ерцева Л.Н., Сухарев C.B., Дьяченко В Т., Цемехман Л.Ш. Изучение физико-химических закономерностей процесса термического обогащения халь-копиритовой руды// Цветные металлы. - № 3. - 2001. - С.31-33.

13 Ерцева ЛН, Цемехман ЛШ, Дьяченко ВТ Thermoconcentration of Pyr-rhotite Concentrate (Invited)//Proc of the Sohn Intern Symp "Advanced processing of metals and materials", August, 27-31,2006, San Diego, USA -V 4 -P 385-388

14 EpaeBa Jl H, UeMexMan J1III, Jlfjnewso B T Pyirhoùte concentrate Sulfidizing // Proc of îhe Sohn Intern. Symp "Advanced processing of metals and matenals", August, 27-31,2006, San Diego, USA -Y 4 -P419421

Лицензия ЛР № 020593 от 07 08 97 Налоговая льгота - Общероссийский классификатор продукции ОК 005-93, т 2, 95 3004 - научная и производственная литература

Подписано в печать 28 04 2008 Формат 60x84/16 Печать цифровая Уел печ л 1,5 Уч-иддл 1,5 Тираж 100 Заказ 2938Ь

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного составителями Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул, 29 Тел (812)550-40-14 Тел/факс (812)297-57-76

Введение

1. Современное состояние технологии переработки пирротиновых концентратов (литературный обзор)

1.1. Методы переработки пирротиновых концентратов

1.1.1. Переработка пирротинового концентрата на предприятиях

Канады

1.1.2. Переработка пирротинового концентрата в России

1.1.3. Прочие методы переработки

1.2. Пирротиновые концентраты ГМК «Норильский никель»

1.2.1. Характеристика пирротиновых концентратов

1.2.2. Превращения основных минералов концентратов при нагреве в различных средах

1.3. Выводы по разделу

2. Исследование термодинамических закономерностей взаимодействия халькопирита, пирротина и пентландита с восстановительными газами

2.1. Халькопирит

2.2. Пирротин

2.3. Пентландит

2.4. Выводы по разделу

3. Исследование закономерностей процесса восстановительной термообработки пирротиновых концентратов

3.1. Термообогащение текущего пирротинового концентрата с использованием твердого восстановителя (технология INCO)

3.2. Изучение процесса термообогащения пирротинового концентрата в газовых смесях

3.2.1. Изучение продуктов восстановительной термообработки пирротиновых концентратов в трубчатой печи

3.2.2. Сопоставление показателей процессов термовосстановления пирротинового концентрата (модели печи для обжига INCO и трубчатой печи)

3.2.3. Изучение продуктов восстановительной термообработки пирротиновых концентратов в конвейерной печи

3.2.4. Изучение продуктов восстановительной термообработки пирротиновых концентратов в печи КС

3.2.4.1. Исследование продуктов восстановительной термообработки текущего пирротинового концентрата

3.2.4.2. Исследование продуктов восстановительной термообработки лежалого пирротинового концентрата

3.2.4.3. Исследование продуктов восстановительной термообработки малоникелистого пирротинового концентрата

3.2.5. Исследование продуктов магнитной сепарации огарков, полученных при восстановлении текущего пирротинового концентрата (КС)

3.3. Выводы по разделу

4. Термомагнитное обогащение текущего пирротинового концентрата, включающее восстановительный обжиг в печах КС и магнитную сепарацию огарка. Исходные данные для ТЭР

Сульфидные медно-никелевые руды, как правило, содержат повышенные количества пирротина. Возрастающие требования защиты окружающей среды от вредных выбросов в атмосферу потребовали резкого сокращения количества серы в концентратах, поступающих в металлургическое производство. Это может быть осуществлено при обогащении руд при достаточно полном выводе пирротиновых концентратов в самостоятельный продукт, не попадающий в плавильное производство. На предприятиях Канады пирроти-новый концентрат в настоящее время полностью складируется. Однако в выводимых пирротиновых концентратах содержатся цветные и благородные металлы. В связи с этим актуальна задача вовлечения пирротиновых концен- > тратов в переработку, исключающую выделение серы в атмосферу.

В Заполярном Филиале ОАО «ГМК «Норильский никель» в 1979 году в составе Надеждинского металлургического завода было сдано в эксплуатацию гидрометаллургическое производство переработки пирротинового концентрата с получением элементной серы, концентрата цветных металлов, не содержащего серу, и отвального железистого кека. Концентрат цветных металлов поступает на взвешенную плавку совместно с никелевым концентратом.

Однако технология переработки пирротинового концентрата на НМЗ является весьма затратной. Ее применение может быть оправдано лишь при высоких ценах на цветные металлы. В связи с этим значительная часть образующегося пирротинового концентрата продолжает складироваться.

Автор выраэюает глубокую признательность д. т. н. Л.Н. Ерцевой за творческое сотрудничество и соруководство при выполнении работы.

Необходима разработка новой более эффективной технологии переработки пирротинового концентрата. Одним из вариантов является технология, основанная на его термическом обогащении. Данная технология позволяет получать обогащенный цветными металлами металлический полупродукт и отвальный сульфидный концентрат.

Целью диссертационный работы является разработка технологии термообогащения пирротиновых концентратов с получением металлического полупродукта на основе железа, коллектирующего цветные и благородные металлы, содержащиеся в исходном пирротиновом концентрате, и отвального сульфидного продукта - сульфида железа.

Реализованы эксперименты по термическому обогащению пирротиновых концентратов в контролируемой атмосфере с использованием лабораторных и пилотных установок. В качестве исходных использованы концентраты ЗФ ГМК «Норильский никель»: пирротиновый концентрат текущей добычи, лежалый пирротиновый концентрат хвостохранилища, малоникелистый пирротиновый концентрат. Все материалы изучены с применением методов химического, рентгенофазового, дифференциального термического анализов, а также методов световой микроскопии, растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа.

Работа содержит литературный обзор современного состояния технологии переработки пирротиновых концентратов, характеристику пирротиновых концентратов ГМК «Норильский никель» и сведения о превращениях основных минералов концентратов при нагреве в различных средах. Одна из глав посвящена исследованию термодинамических закономерностей взаимодействия халькопирита, пирротина и пентландита с восстановительными газами - водородом и закисью углерода. Основная часть работы содержит результаты исследования процесса восстановительной термообработки различных промышленных типов пирротиновых концентратов ЗФ ГМК «Норильский никель» в трубчатой и в конвейерной печах и печи КС при изменении технологических параметров процесса. Кроме того, изучены продукты магнитной сепарации огарков восстановительной термообработки. На основании полученных данных выполнен расчет исходных данных для ТЭР.

Научная новизна работы

1. Выполнен термодинамический анализ процесса взаимодействия восстановительных газов Н2 и СО с основными минералами медно-никелевых руд - пирротином, пентландитом и халькопиритом в диапазоне температур 500-1500°С при различном отношении твердое/восстановитель. Установлено, что водород в этих процессах является заметно более эффективным восстановителем, чем СО. Расчетная степень восстановления меди халькопирита в исследованном диапазоне не превышала 32,1%, а никеля пентландита -50,49%.

2. Изучены физико-химические закономерности процесса и механизм образования металлической фазы, коллектирующей никель, кобальт, платину, палладий при восстановлении разных типов технологических пирротино-вых концентратов: текущего, лежалого и малоникелистого.

3. Изучены физико-химические закономерности процесса восстановления технологических пирротиновых концентратов в печи КС, в том числе, исследовано вещественное строение продуктов восстановления и состав отходящих газов по ходу процесса. Установлено, что продуктами восстановительной термообработки являются металлический сплав, коллектирующий никель и кобальт исходного концентрата, и отвальный сульфид железа.

4. Установлено существование равновесия процесса перехода никеля, содержащегося в пирротине исходного концентрата, в металлическую фазу, образовавшуюся в процессе восстановительной термообработки.

Методы исследования

Выполнен термодинамический анализ процессов взаимодействия халькопирита, пентландита и пирротина с газообразными восстановителями (СО и Н2). Реализованы эксперименты по термическому обогащению пирротино-вых концентратов в контролируемой атмосфере с использованием лабораторных и пилотных установок. В качестве исходных использованы концентраты ЗФ ГМК «Норильский никель»: пирротиновый концентрат текущей добычи, лежалый пирротиновый концентрат хвостохранилища, малоникелистый пирротиновый концентрат. Все материалы изучены с применением методов химического, рентгенофазового, дифференциального термического анализов, а также методов световой микроскопии, растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа.

Практическая значимость

Разработана технология переработки пирротиновых концентратов, включающая термическую обработку в неокислительной среде с последующей магнитной сепарацией полученного огарка с получением магнитного полупродукта, содержащего цветные и благородные металлы, и выведением сульфида железа в отвальный продукт.

На защиту выносятся:

1. Результаты термодинамического анализа процессов взаимодействия халькопирита, пентландита и пирротина с газообразными восстановителями (СО и Н2).

2. Результаты исследования процесса восстановительной термообработки различных промышленных типов пирротиновых концентратов ГМК «Норильский никель» в трубчатой и конвейерной печах и печи КС при изменении технологических параметров процесса, а также исследования продуктов магнитной сепарации огарков восстановительной термообработки

3. Технология термического обогащения разных типов технологических пирротиновых концентратов с получением магнитной металлической составляющей, коллектирующей цветные и благородные металлы.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на заседаниях НТС ГМК «Норильский никель» 1992-2004 гг., на I и II Международных симпозиумах «Проблемы комплексного использования руд», С-Пб, 1994, 1996 гг., на Международном симпозиуме «Advanced processing of metals and materials», San Diego, USA, 2006 и др.

X. Современное состояние технологии переработки пирротиновых концентратов (литературный обзор)

Одним из главных источников цветных (никеля, меди, кобальта) и драгоценных (элементов платиновой группы, золота и серебра) металлов в мире являются сульфидные руды, образование которых связано с ультраосновным и основным магматизмом.

В работе геолога А.Дж. Налдретта [1], крупнейшего исследователя и знатока магматических сульфидных медно-никелевых и платинометальных месторождений, с использованием новейших данных изложена их классификация, особенности геологии и состава.

Им выделяются две группы месторождений: к первой относятся объекты, ценность руд которых определяется в первую очередь цветными металлами, ко второй - объекты с преобладанием стоимости заключенных драгоценных металлов.

Соответственно при добыче и обогащении руд первой группы на металлургию поступают концентраты с очень высокой долей основных носителей цветных металлов - сульфидов железа, никеля и меди: пирротина, пент-ландита, халькопирита и кубанита. А во второй — концентраты с пониженным количеством этих сульфидов и повышенной долей минералов драгоценных металлов (самородных металлов, арсенидов, станнидов, висмутидов, теллуридов, сульфидов и т.п.).

Главные эксплуатируемые в России сульфидные месторождения Норильского, Талнахского и Печенгского рудных полей могут быть отнесены к первой, богатой сульфидами группе. При этом руды Норильского промышленного района аномально обогащены драгоценными металлами и некоторые их разности по соотношению заключенной ценности цветных и драгоценных металлов занимают промежуточное положение.

Как печенгское, так и норильско-талнахское сырье подвергается предварительному обогащению, основная суть которого сводится к отделению сульфидных минералов (в виде коллективных или селективных концентратов) от нерудных фаз (хвостов обогащения).

В печенгском рудном поле на обогатительную фабрику поступают руды с рядовым содержанием никеля - 0.45-0.65% [2]. Богатые по содержанию никеля руды (более 2%) направляются непосредственно в пирометаллургиче-ский передел. Содержание сульфидов в рядовых рудах изменяется в пределах 5-7%. Среднее отношение пентландита к халькопириту и пирротину составляет 2:1:3.

Наиболее поздняя сводка особенностей химического состава, минералогии цветных и драгоценных металлов норильско-талнахских рудг.изложена в работе Козырева С.М., Комаровой М.З. и др. [3].

Добыче, обогащению и металлургической переработке в Норильском промрайоне подлежат три промышленных типа сульфидных руд: сплошные (богатые), вкрапленные в интрузивных породах (вкрапленные) и прожилко-во-вкрапленные во вмещающих породах («медистые»).

Основная доля богатых руд подвергается обогащения, часть руд обогащенных медью (>15-16%) поступает непосредственно в плавку.

Поступающие на обогащение богатые руды в зависимости от сорта содержат 45-70 % пирротина (его преобладающих моноклинной и гексагональной структурных разновидностей, а также менее распространенного троили-та), 6-20% халькопирита, 0-10% кубанита и 8-17% пентландита, 1-10% приходится на магнетит и 1-30% - на нерудные минералы.

Основные разности вкрапленных руд содержат 3-10 сульфидов, которые в свою очередь распределены (% отн.) на пирротин 50-70, халькопирит 20-35, пентландит 12-15, кубанит до 7.

Наиболее распространенные «медистые» руды включают 15-50% сульфидов, представленных на 25-60% пирротином., 7-10% пентландитом, 25-65% халькопиритом.

Таким образом, основным минералом, поступающим на металлургический передел после обогащения всех типов норильско-талнахского сырья является пирротин, меньшая доля относится на пентландит и халькопирит. Особенности строения и состава пирротинов, а также распределения в них никеля и кобальта изложены достаточно подробно, например, в работах [4-8].

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Исследованы закономерности процесса восстановительной термообработки текущего, лежалого и малоникелистого пирротиновых концентратов с использованием железосодержащих добавок и без них, твердым и газообразным восстановителями.

2. Проведен термодинамический анализ процессов взаимодействия халькопирита, пентландита и пирротина с СО и Н2 в диапазоне температур 500-1500°С при различном отношении твердое/восстановитель. Показано, что наиболее полно с восстановительными газами взаимодействует пентландит, несколько менее - пирротин, и наименьшая степень превращения характерна для халькопирита. Водород в этих процессах является заметно более эффективным восстановителем, чем СО. Расчетная степень восстановления меди халькопирита в исследованном диапазоне не превышала 32,1%, а никеля пентландита — 50,49%.

3. Предложен способ термического обогащения пирротиновых концентратов, включающий термообработку в восстановительной среде в. трех вариантах оборудования: трубчатая печь, конвейерная печь, печь КС, с последующим разделением огарка методом магнитной сепарации на металлический полупродукт, коллектирующий цветные и благородные металлы, и отвальный сульфид железа.

4. Установлено, что при реализации процесса термообогащения пирротиновых концентратов в трубчатой печи вследствие затрудненного газообмена целесообразно использование железосодержащих добавок, первичное восстановление которых приводит к образованию металлической фазы в объеме 15-20%, коллектирующей никель и кобальт пирротина. При термообработке текущего концентрата образуется металлическая фаза с содержанием никеля ~11-13%, кобальта ~ 0,7-0,8%. При термообработке лежалого концентрата - с содержанием никеля 12-14% и кобальта ~ 0,9-1,0% масс.

5. При реализации процесса в конвейерной печи в условиях стационарного процесса, медленного перемешивания и затрудненного газообмена при восстановлении текущего концентрата с железосодержащей добавкой формируется металлическая фаза в объеме до 15%, с содержанием никеля и кобальта до 36% и 1,2% масс, соответственно. При восстановительном обжиге малоникелистого концентрата формируется металлическая фаза (3-5% об.) с содержанием никеля и кобальта до 42 и 1,2% масс, соответственно.

6. При реализации процесса в печи КС (высокие скорости перемешивания и газообмена) при восстановлении текущего, лежалого и малоникелистого пирротиновых концентратов без железосодержащей добавки металлическая составляющая (5-10% об.) образуется за счет восстановления непосредственно сульфидных минералов и содержит 6,5- 16,5% № и 0,2-1,5% Со. При восстановлении концентратов с железосодержащей добавкой объем металлической составляющей возрастает до 10-15% с соответствующим уменьшением среднего содержания никеля и кобальта. Остаточное содержание никеля и кобальта в сульфиде железа составляет 0,2-0,6 и 0,05-0,11 % масс, соответственно.

9. Установлено, что для полного извлечения образовавшейся металлической фазы в магнитный продукт необходимо, чтобы ее крупность в ассоциациях с сульфидом железа составляла не менее 30-40 мкм, что достигается при температуре термообработки 900-950°С и времени восстановления более 30 минут. В результате магнитной сепарации получен магнитный продукт следующего состава, % масс.: № - 10,7; Си - 2,0; Со - 0,52; Бе - 80,3; 8 - 5,0. Схема сепарации и состав продуктов сепарации приняты за основу при выборе исходных данных для ТЭР.

10. На основании полученных результатов разработаны исходные данные для ТЭР процесса термомагнитного обогащения текущего пирротинового концентрата, включающего восстановительный обжиг в печах КС и магнитную сепарацию огарка с перспективой реализации на ЗФ ГМК «Норильский никель». Ожидаемый экономический эффект составляет 1,8 млн. долларов в год.

1. Налдретт Ф. Дж. Магматические месторождения медно-никелевых и платинометальных руд. — Санкт-Петербург: СПбГУ, 2003, 487 с.

2. Блатов И.А., Соколов C.B. Минерально-сырьевая база АО «ГМК Пе-ченганикель» //Цветные металлы, 1996, № 5, с. 43-47.

3. Генкин А.Д., Дистлер B.B., Гладышев Г.Д. и др. Сульфидные медно-никелевые руды норильских месторождений. -М.: Наука, 1981. 234с.

4. Шишкин Н.Н., Митенков Г.А., Михайлова В.А. и др. Пирротины сплошных руд Талнахского и Октябрьского месторождений (Норильский рудный район)//Геология рудных м-ний. 1972. — т. 14. — №2. - С.87-100

5. Рудашевский Н.С., Шишкин Н.Н., Митенков Г.А., Карпенков A.M. Распределение кобальта в пирротинах различных модификаций сплошных медно-никелевых руд месторождений Талнахского рудного узла//Геохимия. 1979. —№1. - С.71-75.

6. Новиков Г.В., Егоров В.К., Соколов Ю.А. Пирротины: (Кристаллическая и магнитная структура, фазовые превращения). -М.: Наука, 1988. — 184с.

7. Рудашевский Н.С., Шишкин Н.Н. О распределении никеля в пирротинах медно-никелевых руд Норильских месторождений//Геология и геофизика. 1980. - №10 - С. 133-139

8. J. R. Boldt, P. Queneau. Treatment of Pyrrhotite concentrate // The Winning of Nickel. 1967. -№ 7. - P. 315-336.

9. Сб.: Цветная металлургия. Краткие сообщения. M.: Цветметин-формация, 1977.

10. М. Scales. Striving for efficiency // Canadian Mining Journal. 1988. -V. 109,-№6.-P. 45.

11. World Mining. 1977. V. 30. - № 13. - P. 45-49.

12. Mining Magazine. 1985. - V. 152. -№ 5. - P. 348.

13. Белоглазов K.K., Майорова E.B., Доброхотов Г.Н. и др. А.с.СССР №197953. Опубл. в Б.И., 1976, №9, с.213.

14. К.К. Белоглазов. Разработка автоклавной технологии переработки медно-никелевых руд и концентратов Норильской группы месторождений. Отчет по НИР. Институт «Гипроникель» JI. 1967.

15. Белоглазов К.К. "Проверка автоклавной технологии переработки колчедановых руд и пиритных концентратов в укрупненно-лабораторном масштабе" Отчет института Гипроникель. Ленинград, 1967, НИ-749.

16. Белоглазов К.К. Отчет по теме НИ- 593 Разработка автоклавной технологии переработки медно-никелевых руд и концентратов Норильской группы месторождения. ГН., JI. 1965.

17. Thornhill P.G. Cañad. Metallurg.Quart. 1969, v.8 N2, P.219-225.

18. Ono Nagaki // J. Mining and Met. Inst. Jap. 1979. - 95. - №1098. -P.441-445.

19. Шнеерсон Я.М., Лещ И.Ю., Фрумина Л.М. Роль пирротина в процессе окислительного автоклавного выщелачивания сульфидов. // Науч. тр. Ин-та Гипроникель. 1966. - Вып. 29. - С. 24-38.

20. Шнеерсон Я.М. Научные основы процесса окислительного автоклавного выщелачивания сульфидных медно-никелевых материалов и создания технологии переработки пирротиновых концентратов на Норильском ГМК: Дис. д-ра техн. наук / ЛГИ. Л., 1988. - 521 с.

21. Шнеерсон Я.М., Лещ И.Ю., Фрумина JI.M. Роль пирротина в процессе окислительного автоклавного выщелачивания природных сульфидных медно-никелевых материалов. // Науч. тр. Ин-та Гипроникель. 1968. -Вып.38. - С.26-139.

22. Борбат В.Ф., Лещ И.Ю. Новые процессы в металлургии никеля и кобальта. -М.: Металлургия, 1976. 360с.

23. Горячкин В.И., Нелень И.М., Щербаков В.А., Манцевич М.И., Ла-дыго А.С., Шнеерсон Я.М. // Цветные металлы. 1974. №9. - С. 1-6.

24. Горячкин В.И., Нелень И.М., Шнеерсон Я.М. // Гидрометаллургия. Автоклавное выщелачивание. Сорбция. Экстракция. М.: Наука, 1976. - с.48-59.

25. Кайтмазов Н.Г., Пыхтин Б.С., Фомичев В.Б. и др. // Цветные металлы. 2001.-№ 6. - С. 41-42.

26. Цветная металлургия Канады. М.: МЦМ СССР, 1968. - 74 с.

27. Состояние производства никеля и кобальта на ведущих металлургических предприятиях Канады. М.: Цниицветмет, 1989. - 143 с.

28. Kojo I.V., Makinen Т., Hanniala P. Direct Outokumpu nickel flash smelting process (DON) high metal recoveries with minimum emissions // Proc. Nickel-Cobalt Int. Symp., Sudbury, Aug. 17-20, 1997. - Montreal, 1997. - V. 3. -P. 25-34.

29. Nickel smelting // Corporate Profile. WMC. 1992. - P. 12-13.

30. Nickel refining // Corporate Profile. WMC. 1992. - P. 14-15.

31. T.A. Apelt, A.G. Hunt, B.J. Elliot. The 1993 rebuild and upgrade of Kalgoorlie smelter// CIM Bull. 1995. - V. 88, № 992. - P. 97-104.

32. Волков В.И., Дьяченко В.Т., Сухарев C.B. и др.Разработка технологии термомагнитного обогащения пирротинсодержащих концентратов. Тез. докл. II Междун. симп. "Проблемы комплексного использования руд" СПб, 1996, с. 84

33. Шнеерсон Я.М., Горбунова И.Е., Кондратьев A.B. Технологическая минералогия продуктов гидрометаллургического обогащения пирротиновых концентратов. М.: Цветметинформация, 1985. - 54 с.

34. Шнеерсон Я.М. Научные основы процесса окислительного автоклавного выщелачивания сульфидных медно-никелевых материалов и создания технологии переработки пирротиновых концентратов на Норильском ГМК: Дис. д-ра техн. наук / ЛГИ. Л., 1988. - 521 с.

35. Додин Д.А., Батуев Б.К., Митенков Г.А. Изоитко В.М. и др. Атлас пород и руд норильских медно-никелевых месторождений. Л.: Недра, 1971.

36. Шишкин Н.Н, Карпенков A.M., Кулагов Э.А., Митенков. Г.А. О классификации минералов группы пентландита // ДАН СССР. 1974. - Т. 217, № 1.-С. 194-199.

37. Яковлев Ю. Н., Яковлева А.К., Нерадовский Ю.Н. и др. Минералогия медно-никелевых месторождений Кольского полуострова. Д.: Наука, 1981.-352 с.

38. Куликов И.С. Термическая диссоциация соединений. М.: Металлургия, 1969. - 573 с.

39. Исакова P.A. Давление пара и диссоциация сульфидов металлов. -Алма-Ата, Наука, 1968. 229 с.

40. Есин O.A., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов. Ч. I, II. -Свердловск, Гонтичерцветмет, 1962.

41. Горбунова И.Е. Поведение главных минералов сульфидных медно-никелевых руд при нагревании в различных средах: Дис. канд. геолого -минералогическ. наук / ЛГИ. Д., 1974.

42. Григорьева В.М., Горбунова И.Е., Соколова Н.Г. Рентгенометрическое изучение сульфидных медно-никелевых руд и минералов при их нагревании в различных средах// Тез. докл. УМежвед. совещание по рентгенографии минерального сырья. Киев, 1972. - С. 48.

43. Григорьева В.М., Горбунова И.Е. Минералогическая характеристика продуктов окислительного обжига сульфидных медно-никелевых руд на примере окатышей Ждановского ГОКа // Сб. науч. тр. Ин-та Гипроникель. -1970. Вып. 47-48. - С. 345-362.

44. Горбунова И.Е., Григорьева В.М., Иванченко Л.П. и др. Поведение пирротина, пентландита и халькопирита при нагревании в водороде // Цветные металлы. 1975. - № 1. - С. 17-19.

45. Григорьева В.М., Горбунова И.Е. Минералогическая характеристика продуктов восстановительного обжига богатых сульфидных медноникелевых руд Талнахского и Октябрьского месторождений // Науч. тр. Инта Гипроникель. 1973. - Вып. 57. - С. 128-147.

46. Куллеруд Г. Система Fe-Ni-S. Экспериментальная петрология и минералогия // Тр. Геофизической лаборатории института Карнеги, Вып. 62 (1962-63 гг.). М.: Недра, 1969. - С. 138-150.

47. Белоусова В.Т., Будько И.А., Карапетян Е.Г. Изучение продуктов обжига сульфидных медно-никелевых руд Норильского комбината // Фонды института "Механобр". Л., 1970.

48. Иоффе П.А. Исследование строения малосернистого медно-никелевого файнштейна применительно к его гидрометаллургической переработке: Дис. канд. техн. наук / ЛПИ. Л., 1975.

49. Войцеховский В.Н., Пискунов И.Н. О некоторых фазовых преобразованиях в пирротиновом концентрате при его термообработке // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. 1977. - № 1. - С. 32-36.

50. Ewers W.E. Nickel-iron exchange in pirrotite // Proc. of the Australian Inst, of Min. and Met. 1972. - № 241. - P. 19-25.

51. Habashi F. Chalcopyrite, its chemistry and metallurgy. Quebec, Canada, 1978.57. 18. Копылов Н.И., Новоселов C.C. Система Cu2S-FeS-Na2S // Ж.Н.Х 1964. - Т. 9, № 8. - С. 1919-1929.

52. Сахарова М.С., Калиткина H.A., Колонии Г.Р. и др. Диффузионные явления и новообразование минералов при взаимодействии халькопирита с сульфидами железа в области температур 250-600°С // ГРМ. 1972. - № 2. -С. 101-109.

53. Лихачев А.П., Кукоев В.А. О плавлении и фазовых соотношениях в сульфидных, силикатных и сульфидно-силикатных системах // ГРМ. 1973. -№ 5. - С. 32-45.

54. Cech R.E., Tiemann T.D. The hydrogen reduction of cupper, nickel, cobalt and iron sulfides and the formation of filamentary metal // Trans. Met. Soc. AIME. 1969. - V. 245, № 8. - P. 1727-1733.

55. Авакян Г.Ф., Чижиков Д.М., Румянцев Ю.В. и др. Кинетика восстановления FeS и Cu2S // Промышленность Армении. 1971. - № 9. - С. 23-25.

56. Чижиков Д.М., Румянцев Ю.В., Голынтейн Т.Б. и др. Исследование процессов восстановления сульфидов цветных и редких металлов // Цветная металлургия. Научные поиски, перспективы: Сб. М., 1976. - С. 164-179.

57. Баимбетов Б.С., Онаев И.А., Спитченко B.C. Термодинамический анализ реакций восстановления сульфидов тяжелых цветных металлов природным газом // Металлургия и обогащение: Сб. Алма-Ата, 1979. - Вып. 9. -С. 58-63.

58. Баимбетов Б.С., Спитченко B.C., Онаев И.А. Исследования по восстановлению сульфидов тяжелых цветных металлов природным газом // Металлургия и металловедение: Сб. Алма-Ата, 1974. - Вып. 3. - С. 190-192.

59. Баимбетов Б.С., Спитченко B.C., Онаев И.А. Кинетические закономерности восстановления сульфидов свинца и железа метаном // Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. 1977. - № 1. - С. 47-51.

60. Спитченко B.C., Щенев С.Н. Кинетика восстановления сульфидных сплавов водородом // Металлургия и обогащение сульфидных руд Казахстана. Алма-Ата, 1986. - С. 8-14.

61. Новые высокотемпературные процессы в цветной металлургии. -М.: Наука, 1981.-209 с.

62. Sridhar R., Dalvi A., Bakker H.F., Illis A. Recovery of nickel from nick-eliferous pyrrhotite by a thermal upgrading process// Can. Met. Quart. 1976. -V. 15, №3.-P. 255-262.

63. Пат. 981910 Канада. Thermal concentration of non-ferrous metals values in sulfide minerals / A. Illis, L. Rezoni; INCO Ltd, 1976.

64. Иванова Н.П., Крестан A.JL, Доброхотов Г.Н. Термическое обогащение пирротинового концентрата// Изв. ВУЗов. Цветная металлургия. -1986.-№2.-С. 35-38.

65. Вайсбурд С.Е. Физико-химические свойства и особенности строения сульфидных расплавов. М.: Металлургия, 1996. 304 с.

66. Robie R.A., Hemingway B.S. Thermodynamic properties of minerals and related substances at 298.15 К and 1 Bar (105 Pascals) pressure and at higher temperatures. U.S. geological survey bulletin 2131, 1995.

67. Голомзик А.И. Расчет термодинамических величин халькопирита // Изв. вузов. Цветная металлургия. 1964. №2. С.47-48.

68. Conard B.R., Sridhar R., Warner J.S. High-temperature thermodynamic properties of chalcopyrite // J. Chem. Thermodyn. 1980. vol. 12. P. 817-833.

69. Pemsler J.P., Wagner C. Thermodynamic investigations on chalcopyrite // Met. Trans. B. 1975. vol. 6B. June. P. 311-320.

70. Jonson G.K., Stell W.V. The standard enthalpy of formation of chalcopyrite by fluorine bomb calorimetry // J. Chem. Thermodyn. 1981. vol. 13. P. 991997.

71. А.Г. Морачевский, А.Г. Рябко, Л.Ш. Цемехман. Термодинамика системы железо-сера. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2005.154 с.

72. Медведев В.А. Энтальпии образования соединений железа с серой: пирротина, троилита, пирита и марказита //Обзоры по теплофизическим свойствам веществ (ТФЦ). М.: ИВТАН, 1985.№6 (56). С. 3-36.

73. Практическая растровая электронная микроскопия / Пер. с англ. под. ред. В .И. Петрова. М.: Мир, 1978. - 657 С.

74. Физические основы рентгеноспектрального анализа / Пер. с англ. под. ред. И.Б. Боровского. М.: Наука, 1973. - 310 с.

75. Электроннозондовый микроанализ/ Пер. с англ. под ред. И.Б. Боровского. М.: Мир, 1974. - 260 с.

76. Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д., Эчлин П. и др. Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ / Пер. с англ. под ред. В.И. Петрова, М.: Мир, 1984. Ч. 1. - 296 е.; Ч. 2.- 348 с.

77. Микроанализ и растровая электронная микроскопия / Пер. с англ. под ред. И.Б. Боровского. М.: Металлургия, 1985.

78. Ерцева JI.H. Диффузионное взаимодействие пирротина и халькопирита с металлическим железом // Цветные металлы. 1996. - № 1. - С. 20-21.

79. Есин О.А., Гельд П.В. Физическая химия пирометаллургических процессов. Ч. I, II. -Свердловск, Гонтичерцветмет, 1962.

80. Бозорт Р. Ферромагнетизм / Пер. с англ. под ред. Е.И. Кондорского и Б.Г. Лившица. М.: Иностранная литература, 1956. - 784 с.

81. Ерцева Л.Н., Дьяченко В.Т., Сухарев C.B., Цемехман Л.Ш. Изучение физико-химических закономерностей процесса термического обогащения пирротиновой руды // Цветные металлы, 1998. № 10-11. - С. 44-46.

82. Ерцева Л.Н., Дьяченко В.Т., Сухарев C.B. Исследование продуктов термического обогащения пирротинового концентрата // Цветные металлы, 1996.-№8.-С. 10-12.

83. Ерцева Л.Н., Дьяченко В.Т., Сухарев C.B. Восстановительная термообработка пирротина из пирротинсодержащего медно-никелевого сульфидного сырья //Цветные металлы. 1997. - № 5. - С. 18-21.

84. Ерцева JI.H., Дьяченко В.Т., Сухарев C.B., Цемехман Л.Ш. Восстановительная термообработка пирротинового концентрата// Цветные металлы.-1998.-№ 1. С. 20-22.

85. Астафьев A.B., Алексеев Ю.В. Переработка в кипящем слое полупродуктов никелевого производства. М.: Металлургия, 1991.-255с.

86. Справочник по проектированию рудных обогатительных фабрик. -М.: Недра, 1988. 374 с.

87. Разумов К.А. Проектирование обогатительных фабрик. М.: Недра, 1970. 591 с.