автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Совершенствование технологии брикетирования окисленных никелевых руд Серовского месторождения

На правах рукописи

И

МАЩЕНКО Валентин Николаевич

□03055745

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ БРИКЕТИРОВАНИЯ ОКИСЛЕННЫХ НИКЕЛЕВЫХ РУД СЕРОВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Специальность 05.16.02 — Металлургия черных, цветных и редких металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2007

003055745

Работа выполнена в ОАО «Уральский институт металлов»

Научный руководитель:

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Кобелев Владимир Андреевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Селиванов Евгений Николаевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Харитиди Георгий Пантелеевич

Ведущая организация:

ОАО «Южуралникель»

Защита состоится 15 февраля 2007 г. в _часов на заседании диссертационного совета Д 212.285.05 при ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ» по адресу: 620002, Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19, в ауд. I главного учебного корпуса (зал Ученого Совета).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 620002, Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19, ученому секретарю. Факс: (343) 374-38-84

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ». Автореферат разослан «___»__2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Карелов С.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Обеспечение качественной подготовки рудной шихты к плавке - одно из важнейших условий повышения эффективности производства никеля из окисленных никелевых руд. В шахтной восстановительно-сульфидирующей плавке в настоящее время используется два вида окускован-ных материалов из окисленных никелевых руд: брикеты и неофлюсованный агломерат. Существующая технология подготовки окисленной никелевой руды не предусматривает повышения содержания никеля, снижения содержания тугоплавких оксидов. Брикеты характеризуются низкой прочностью, разрушаются в печи при воздействии высоких температур, а агломерат имеет низкую прочность и разрушается при транспортировке с выделением большого количества мелочи. Неудовлетворительные металлургические свойства окускованных продуктов, а также низкое содержание никеля, повышенное содержания оксида магния наряду с ростом транспортных и энергетических тарифов и удорожанием кокса существенно снижают технико-экономические показатели производства никелевого штейна.

В связи с изложенным, выполненные исследования комплекса металлургических свойств окускованных материалов (обогатимость, прочность в исходном состоянии, количество мелочи, разрушаемость при нагреве, температуры размягчения, плавления, температурный интервал пластично-вязкого состояния и др.), полученных из окисленных никелевых руд, являются актуальной технической задачей.

Цель работы - совершенствование технологии подготовки окисленных никелевых руд, обеспечивающее снижение затрат при производстве никелевого штейна в шахтных печах восстановительно-сульфидирующей плавки.

Задачи исследования:

1. Определение возможности обогащения окисленной никелевой руды с использованием методов селективной дезинтеграции и современного оборудования.

2. Исследование влияния технологических параметров ударной селективной дезинтеграции в центробежных и ударно-инерционных дробилках на распределение никеля по классам крупности продуктов дробления, изучение распределения основных шлакообразующих оксидов в процессе дробления.

3. Исследование влияние состава и технологических параметров производства брикетов на комплекс их металлургических свойств.

4. Проведение полупромышленных и промышленных испытаний по отработке элементов технологии подготовки никелевых руд Серовского месторождения к плавке.

5. Разработка технологии подготовки окисленных никелевых руд с повышением комплекса металлургических свойств окускованных продуктов.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовали стандартные методы химического, минералогического, ситового анализов (в том числе оборудование: гидравлический пресс ЕБ2-40, валковый брикетиро-вочный пресс ПБВ 700/300-200). Оценку металлургических свойств окускован-

ных материалов производили по стандартным методам: прочность на ежа

СЖЕ \

ИСО 4700, прочность на сбрасывание, температура шока, температуры размягчения, плавления и температурный интервал размягчения-плавления по ГОСТ 26517-85.

Научная новизна:

- впервые проведены исследования на обогатимость окисленных никелевых руд, которые показали принципиальную возможность обогащения этих руд механическими способами, используя метод селективной дезинтеграции с одновременной оптимизацией минерального и химического состава руды;

- впервые изучены и исследованы физико-химические свойства рудных брикетов из окисленных никелевых руд под нагрузкой при нагревании до температуры плавления. Определены требования к металлургическим свойствам рудных брикетов при их подготовке к плавке.

- изучено влияние состава и технологических факторов, в том числе температуры, влажности и давления прессования на ударную, статистическую прочность и высокотемпературные свойства рудных брикетов из шихты, состоящей из обогащенной руды, колчедана, металлургической пыли и флюсующих добавок.

- разработана математическая модель прочности рудных брикетов, учитывающая все виды взаимодействия и свойства частиц обрабатываемого материала с параметрами процесса прессования.

Практическая значимость работы. Определены технологические параметры и оборудование для обогащения окисленной никелевой руды в процессе ее подготовки к плавке.

Разработаны основные мероприятия по повышению металлургических свойств рудных брикетов из окисленных никелевых руд, оптимизации гранулометрического состава шихты шахтной плавки.

Разработана усовершенствованная технология подготовки окисленных никелевых руд к плавке, включающая дробление, сушку, селективную дезинтеграцию, отсев мелкой фракции руды с повышенным содержанием никеля и ее брикетирование при повышении удельного давления прессования.

На основании результатов проведённых работ в ОАО «Уфалейникель» принято решение о проектирование 2-очереди Серовского рудника, где предусматривается подготовка никелевой руды к плавке с использованием методов селективной дезинтеграции в соответствии с разработанной технологической схемой.

В плавильном цехе ОАО «Уфалейникель» внедрено дробление окисленной никелевой руды в валковых дробилках до крупности -5 мм, что позволило улучшить прочностные и металлургические свойства рудных брикетов. Разработана и внедрена технология подготовки кусковой руды к шахтной плавке, заключающаяся в уменьшении их размера с 50-100 до 16-50 мм дроблением в роторных дробилках. Улучшение гранулометрического состава кусковой части никелевой руды, улучшение металлургических свойств рудных брикетов способствовало улучшению процессов тепло- и массообмена и повышению производительности шахтной плавки.

В результате внедрения указанных мероприятий значительно улучшилась тепловая работа шахтных печей, производительность увеличилась на 3,5 %, годовой экономический эффект от внедрения составил 41 млн. рублей.

На защиту выносится:

1. Обоснование метода селективного разрушения пород и минералов окисленных никелевых руд как способа подготовки руды к обогащению посредством сепарации по крупности с выделением богатых никелем минералов в мелкие и тонкие классы.

2. Результаты исследования обогатимости окисленных никелевых руд Серовского месторождения с использованием ударной селективной дезинтеграции.

3. Результаты исследования металлургических свойств рудных брикетов и их зависимость от технологических параметров производства.

4. Разработка новой технологии подготовки окисленных никелевых руд к плавке с применением способа селективной дезинтеграции руды и повышение давления прессования при брикетировании для получения брикетов с высокими металлургическими свойствами.

Апробация работы. Основные материалы и положения диссертации доложены на международной конференции: «Применение химико-металлургических методов в схемах обогащения природного и техногенного сырья» (Актобе, 2003 г.) и технических совещаниях в ОАО «Уфалейникель».

Публикации. Результаты выполненных исследований опубликованы в 7 статьях, монографии «Подготовка окисленных никелевых руд к плавке», и защищены патентом Российской Федерации.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованных источников из 100 наименований, приложения. Диссертация изложена на 126 страницах текста, содержит 40 рисунков и 36 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована необходимость совершенствования технологии подготовки окисленных никелевых руд к плавке, изложены цель и основные задачи исследования.

1 Современное состояние технологии подготовки к плавке окисленных никелевых руд

Проведена оценка способов подготовки окисленных никелевых руд к плавке ряда предприятий никелевой отрасли России и зарубежных стран. Производство штейна и ферроникеля в основном осуществляется в шахтных и руд-но-термических печах. Известно, что металлургические свойства рудных конгломератов (брикеты, агломерат, окатыши) в большой мере определяют технико-экономические показатели плавильных агрегатов.

Большое количество работ по изучению окисленных никелевых руд на обогатимость было проведено в институтах и на предприятиях никелевой от-

расли. Однако все эти попытки не давали удовлетворительного результата по качеству концентрата и извлечению никеля. В результате сложилось мнение, что эти руды не способны к обогащению механическими способами.

Много внимания уделялось изучению обогатимости окисленных никелевых руд в институте «Механобр» (г. Ленинград). В 60-е годы предложена комбинированная схема обогащения для труднообогатимых руд никеля, которая заключалась в предварительном восстановительном обжиге руды с целью последующего извлечения никеля флотацией или магнитной сепарацией.

Обжигмагнитным обогащением и флотацией окисленных никелевых руд занимались в «Уралмеханобре», «Уралгеологоуправлении» (г. Свердловск), но удовлетворительных результатов здесь не было получено.

Вопросам обогащения окисленных никелевых руд большое внимание уделяется в «Гинцветмете» и «Гипроникеле», где изучали обогащение с использованием сегрегационного обжига. В лабораторных исследованиях получены концентраты с содержанием никеля 3,5-5,0 %, но полупромышленные испытания из-за несовершенства аппаратурной схемы пока не дали удовлетворительных результатов.

Для окускования окисленных никелевых руд применяется брикетирование и агломерация. Применительно к никелевым рудам эти способы на протяжении последних 30-40 лет не претерпели серьезных изменений, особенно в области металлургических свойств конечных продуктов. Практически не изучено поведение окускованного сырья в условиях плавки: изменение прочностных характеристик при нагревании до температур плавления, влияние крупности шихтовых конгломератов на процесс плавки.

В связи с этим наибольший интерес представляет изучение изменения прочности брикетов при их нагревании и движении в слое шихты плавильного агрегата: разупрочнение при нагревании, температуры размягчения, плавления и температурный интервал размягчения-плавления. Практически не изучено влияние флюсующих добавок на высокотемпературные и прочностные свойства рудных конгломератов при плавлении и нагревании.

2 Обогащение окисленной никелевой руды с использованием методов селективной дезинтеграции

Анализ вещественного и минералогического состава никелевой руды Се-ровского месторождения показал, что в этой руде имеется более 48 различных минералов и пород, обладающих самыми разными физико-механическими свойствами.

Вмещающие породы на 50-70 % представлены серпентином и плотными, не выветрелыми его разностями (серпофит, керолит, хризотил и другие), содержание никеля в которых 0,39-0,73 %, на 18-40 % - основными породами, в составе которых кварциты, диориты, гранодиориты, кварц и его разности, габ-роиды и другие минералы, в которых содержание никеля 0,01-0,08 %.

Рудные породы - это минералы никелевых разностей серпентинитов (никелевые керолиты, монтмориллониты, бейделлиты, лептохлориты и др.) или никелевых силикатов (рианит, еловскит, ревдинскит и др.), в которых никель

присутствует в качестве их составной части, в виде сорбции или замещения. Содержание никеля в никелевых разностях серпентинитов от 0,9 до 5,7 %, в никелевых силикатах содержание никеля от 1,0 до 47,0 %. Вмещающих пород в руде Серовского месторождения 75-80 % от всего объёма руды, рудные породы составляют около 20-25 %.

Анализ физико-механических свойств минералов вмещающих и рудных пород показал, что во вмещающих породах сосредоточены наиболее прочные и твёрдые породы и минералы.

Результаты рассева серовской руды представлены на рис. 1, где показано распределение никеля, оксидов железа, кремния, магния по классам крупности. Содержание никеля в крупных фракциях колеблется от 0,86 (+140 мм) до 1,23% (-10+5 мм). Отмечается общая закономерность роста содержания никеля при уменьшении крупности до максимального содержания 1,74 % в классе -0,4 мм.

Класс крупности, мм

Рис. 1 - Зависимость содержания и выхода никеля (А), Ре20з (Б), 8Ю2 и М§0 (В) от крупности после фракционирования серовской руды

Содержание оксидов железа при уменьшении крупности частиц руды растет с 9-12 до 16 %. Существует определенная зависимость снижения содержания оксида магния со снижением крупности руды. В крупных классах (от +140 до +5 мм) содержание оксида магния находится в пределах от 24,4 до 22,5%, а в мелких классах (от -5 и до -0,4 мм) - снижается с 20,5 до 15,6 %. Количество никеля в классе -0,4 мм при концентрации 1,74 % составляет 25,8 % от всего никеля в руде. Среднее содержание никеля на добычном участке Серовского месторождения 1,21 %.

Данные анализа распределения никеля по минералам и породам руды показывают, что 80-90 % металла сосредоточено в мягких и непрочных минералах силикатов никеля или никелевых разностях серпентинитов (никелевых кероли-те, серпофите, монтмориллоните, бейделлите, силикатах: еловските, рианите, ревдинските и других). При этом преобладающая часть никеля (до 90 %) находится в тонкодисперсном состоянии, в виде самостоятельных обособлений или в виде тонких включений в породообразующих минералах, по которым они раз-

виваются. Рудоносные минералы находятся в виде таких тонкодисперсных форм и прожилков, что без применения специальных технологий невозможно применение механических способов обогащения при их технологической переработке.

При добыче руды, её усреднении, транспортировке, перевалках образуется большое количество узких фракций крупности, прочностные свойства которых и измельчаемость существенно различные. Исследования совместного измельчения смесей разноплотных и разнопрочных минералов и пород, имеющих различную крупность показывают, что фракционный состав каждого минерала в измельчённом продукте будет различным из-за различия в скорости их измельчения: более мягкий и слабый минерал измельчается быстрее и будет представлен в продукте измельчения более мелкими и тонкими фракциями по сравнению твёрдыми и более прочными минералами или породами. Установлено, что при совместном измельчении поликомпонентном систем по крупности и составу смесей:

1. Каждая фракция крупности дробится и измельчается независимо от наличия в измельчающем агрегате других фракций минералов и пород;

2. Каждый минерал смеси измельчается независимо от наличия других минералов.

Это создаёт предпосылки для применения методов селективной дезинтеграции с целью подготовки окисленных никелевых руд к обогащению посредством сепарации по крупности и выделения в мелкие и тонкие классы богатых никелем минералов и минимального переизмельчения основных и ультрабази-товых минералов вмещающих пород с выводом их в крупные классы, которые можно отправить в отвал или положить на ответственное хранение.

Динамичный характер нагружения при высокоскоростном ударе, возможность свободного разрушения, а также немедленный вывод продуктов измельчения из рабочей зоны создают предпосылки для рациональной организации ударной селективной дезинтеграции.

В качестве агрегатов для селективного разрушения горных пород, отвечающих указанным выше требованиям, можно использовать ударно-инерционные роторные дробилки, центробежные дробилки и конусно-инерционные дробилки.

В результате расчета определены оптимальные для серовской руды параметры селективного дробления в роторной дробилке: окружная скорость ротора 55,8 м/с; величина разгрузочной щели менее 10 мм.

Исследования по селективному измельчению никелевой руды проводили в центробежной дробилке ударного действия при частоте вращения от 40 до 80 м/с. После измельчения руды обогащение достигается путем рассева и отделения фракции -5+0,0 мм или -3+0,0 мм. Распределение оксидов по классам крупности после селективного измельчения руды приведено на рис. 2. Выход концентрата, содержание никеля и его извлечение зависит от скорости удара, направления удара, производительности и размеров загрузки. В опытах регулировали только скорость удара, и за счет этого удалось повысить содержание никеля в руде до 1,33-1,47 % при извлечении от 29,57 до 83,57 %.

Минералы никеля при измельчении руды в роторной дробилке ведут себя точно так, как при измельчении в центробежной дробилке (рис. 3). Содержание и выход никеля в класс -1 мм в опытах составило 53,7-73,1 %. Извлечение никеля в класс -2+0,0 мм составило уже 81,4-92,1 % при содержании никеля в обогащенной руде 1,58 %. Содержание никеля в отвальных хвостах получили 0,5 - 0,9 %.

Фракции, мм

Рис. 2 - Зависимость содержания № (А) М§0 (Б) и Ре203 (В) в продуктах измельчения от частоты вращения ускорителя центробежной дробилки (цифры у кривых - скорость вращения ускорителя)

0,8 о,б 2 0,4 0,2 0

-у = -0,0013x2 + ОД 137х- 1,6333 Я - 0,904

0,8 0,6

г?

г 0,4 0,2

20 40

V, м/с

60

у = -0,00б6х + 0,8818 Я = 0,897

20 40

Б, мм

60

Рис. 3 - Зависимость содержания никеля в хвостах обогащения от частоты вращения ротора и от величины разгрузочной щели роторной дробилки

При селективном измельчении в мелких классах наблюдается явное снижение содержания оксида магния от 22,8 до 18,0 %.

Аналогично минералам никеля ведут себя и минералы железа, содержание которого увеличивается с 11,14 в исходной руде до 12,62-14,49 % в обогащенной руде.

В процессе исследований установлено, что изменением производительности, размера разгрузочной щели и частоты вращения ротора дробилки можно эффективно регулировать содержание и извлечение никеля в обогащенный продукт (рис. 3).

С целью повышения извлечение никеля в обогащенную руду исследован процесс селективного дробления в две стадии. Основные показатели и состав продуктов дробления приведены в табл. 1-2.

Таблица 1 — Содержание, количество и извлечение никеля при двухстадийном из-мельчеиин окисленной никелевой руды, %_____

Опыт Классы крупности Обогащенная руда

0,4+0,0 мм 1+0,4 мм -2+1 мм

Содержание, % Извлечение, % Содержание, % Извлечение, % Содержание, % Извлечение, % Содержание, % Извлечение, %

1 2,0 46,8 1,78 16,0 1,64 13,0 1,88 75,7

1,81 51,0 1,53 17,3 1,43 20,3 1,73 67,3

Итого 1,85 90,8

2 1,87 29,6 1,57 10,0 1,50 8,3 1,73 47,9

1,64 36,3 1,47 12,4 1,32 13,1 1,53 61,8

Итого 1,64 80,1

Таблица 2 — Химический состав продуктов селективного дробления серовской руды (на сухую массу)__

№ оп. Крупность, мм Содержание, %

№ Со Ре БЮг 1^0 СаО

1 -0,4+0,0 2,1 0,024 15,1 45,1 17,3 1,3

-1+0,4 1,81 0,023 15,6 43,5 19,0 1,8

-2+1,0 1,65 0,025 14,8 43,0 18,7 1,8

Итого 1,96 0,024 15,1 44,2 18,0 1,6

+2 0,44 0,021 6,8 44,2 23,3 0,7

2 -0,4+0,0 1,91 0,021 13,5 45,2 17,8 1,9

-1+0,4 1,62 0,021 13,5 44,3 18,0 1,7

-2+1,0 1,45 0,020 13,3 44,1 19,5 2,1

Итого 1,75 0,021 13,4 44,6 18,3 1,9

+2 0,66 0,014 10,1 43,9 23,0 1,9

Результаты этих опытов подтвердили возможность обогащения окисленных никелевых руд с высокими техническими показателями. Содержание никеля в обогащенном продукте в 1,3-1,5 раза выше, чем в исходной руде, концентрация оксида магния снижена на 15-25 % (с 22,8 до 18-18,3 %), а оксидов железа повышена на 25-30 % (с 15,4 до 21,5 %).

3 Опытно-промышленные испытания процесса селективного дробления окисленной никелевой руды

Опытно-промышленные испытания ударной селективной дезинтеграции были проведены в заводских условиях в роторной дробилке ударно-инерционного действия. Измельчению подвергалась крупная фракция сырой, неподготовленной руды (откати) крупностью -200+50 мм, отделяемая на грохоте в сушильном отделении плавильного цеха ОАО «Уфалейникель» от общей массы руды, поступающей в плавку. Количество этой фракции, составляло 300350 тонн в сутки, при производительности 15-25 т/ч.

Целью испытаний была проверка лабораторных данных в промышленных условиях, а также определение возможности обогащения крупной фракции сырой, неподготовленной никелевой руды и проверки влияния снижения крупности кусковой части руды с -100+0,0 мм до -50+0,0 мм, на ход и показатели работы шахтной восстановительно-сульфидирующей плавки.. Для проведения исследований в технологической цепочке сушильного отделения был смонтирован дробильно-сортировочный комплекс, состоящий из роторной дробилки ДР 6x6, грохота ГВЛ-700 и системы транспортёров. Селективное измельчение проводилось при различных скоростях вращения ротора дробилки: 20, 30, 40 м/сек и регулировании разгрузочной щели дробилки: 10/5,20/10, 20/20.

Как показали результаты испытаний роторная дробилка ДР 6x6 эффективно измельчает крупную фракцию руды (кратность сокращения по крупности составила 6-7), при этом выход фракции -5+0,0 мм составил 28-30 %. Проведённые промышленные исследования подтвердили возможность обогащения окисленной никелевой руды методами селективной дезинтеграции. Обрабатывая сырую, неподготовленную руду (Ni 1,05-1,18, MgO 22-23, SiOj 35-38 %), получили обогащённую руду, содержащую Ni 1,25-1,4, MgO 17,3-19,5, Si02 40,5-44,5 %.

Снижение крупности кусковой руды, поступающей в плавку, значительно улучшило тепловую работу печи, производительность увеличилась на 3,5-5,0%, а запасы крупной фракции руды, накопленные в количестве 18 тыс. т за предыдущие периоды работы, были переработаны в течение пяти месяцев, при этом объёмы переработки никелевой руды текущего производства снижены не были.

Выводы:

В результате проведённых лабораторных исследований, полупромышленных и промышленных испытаний обогатимости окисленных никелевых руд Серовского месторождения подтверждена возможность обогащения этих руд с удовлетворительными техническими показателями:

- содержание никеля в обогащенном продукте в 1,3-1,5 раза выше, чем в исходной руде;

- улучшен минералогическим и химический состав руды - содержание оксидов железа увеличилось на 25-30 %, оксидов магния снизилось на 15-25 %;

- получена руда с оптимальными физическими характеристиками для брикетирования (крупность -5 мм, влажность 4-5 %).

4. Исследование технологии производства брикетов с высокими металлургическими свойствами из обогащенной руды

В связи с существенным изменением химического, минералогического и гранулометрического состава обогащенной руды возникла необходимость сравнительной оценки металлургических свойств рудной шихты текущего производства и брикетов, полученных из обогащённой руды.

При исследовании влияния технологических параметров производства брикетов на их свойства установлено, что с повышением влажности шихты прочность брикетов на сжатие возрастает для всех размеров пуансонов, особенно при высоких усилиях прессования (рис. 4).

е-* 1000^

Л

800

*

* V 600

К

Л в 400

с

о а. 200

С

0

О 2 4 6 8 10 Усилие прессования. к№см

2 4 6 8 10 12 Усилие прессования, кН/см2

3 6 9 12

Усилие прессования, кДОсм2

б 8 10 12 Влажность, %

Рис. 4 - Влияние усилия прессования и влажности на прочность брикетов диаметром: 35 (А); 45 (Б) И 55 мм (В) (цифры у кривых - содержание влаги); Г - влияние влажности и размера брикета на прочность при усилии прессования 2,5 кН/см2 (цифры у кривых - диаметр брикета)

Брикеты с удовлетворительной прочностью на сжатие (не менее 600 Н/брикет) могут быть получены при влажности шихты 7,5 % и давлении прессования не менее 7 кН/см2.

Исследование влияния геометрических размеров на показатели прочности показали, что при прочих равных условиях брикеты диаметром 55 мм и высотой 33 мм обладают большей прочностью, чем брикеты диаметром 45 и 35 мм с такой же высотой (рис. 5-6).

Рис. 5 - Влияние влажности и размера брикета на прочность при усилии прессования 6 (А) и 10 кН/см2 (Б) (цифры у кривых - диаметр брикета)

Усилие прессования, кН/см Усилие прессования, кН/см1

Рис. 6 - Влияние усилия прессования и размера брикета на прочность при влажности 5,5 (А) и 7,5 % (Б) (цифры у кривых - диаметр брикета)

Таким образом, в результате исследований определены основные технические параметры производства брикетов требуемой для шахтной плавки прочности: влажность шихты 7,5-10 %, усилие прессования 7-12 кН/см2, размер ячейки должен соответствовать отношению Ь/Н =1,67. Условия брикетирования обогащённой руды с добавками металлургической пыли и колчедана отвечают тем же требованиям, что и для брикетов для обогащённой руды без добавок.

Результаты опытов по определению прочности брикетов с добавками пыли и колчедана на сжатие и на сбрасывание приведены в табл. 3. Исследования качества полученных брикетов показали, что использование шихты брикетирования, состоящей из обогащённой руды, металлургической пыли, колчедана в заданных соотношениях, является приемлемым для получения прочных брикетов.

Таблица 3 — Показатели прочности сырых брикетов диаметром 55 мм при различной влажности и усилии прессования ____

№ и/п Шихта брикетирования Влажность, % Усилие прессования, кН/см2 Прочность на сжатие, Н/брикет Прочность на сбрасывание, выход кл. -5 мм, %

6 647 19,4

Обогащенная руда - 100 % 7 743 18,2

1 пыль - 5 % 7,5-8,0 8 856 н. опр.

колчедан - 5 % 10 1063 16,2

13 1394 н. опр.

2 Обогащенная руда - 100 % пыль - 5 % колчедан - 5 % 9,5-10,5 6 7 8 10 13 730 810 1019 1268 1279 н. опр. н. опр. н. опр. н. опр. н. опр.

На основе экспериментальных данных по брикетированию окисленной никелевой руды разработана математическая модель, учитывающие все виды взаимодействия частиц и параметры брикетирования:

°бр__"прес_

d6" A(w6p-WMr;p -(Wjp-W^Wgp-W^

rl+c]+D

_ eb,d34-b2d2,+bjd,+b4 (Wgp +

,(1)

где, А, В, С, Д -постоянные эмпирические коэффициенты пропорциональности; \УбР - влажность брикетов, %; ^'мг - максимальная гигроскопичность, %; (\УбР-\УМГ) - подвижная капиллярная влажность (вода),%; а, в, с - коэффициенты, зависящие от расстояния между поверхностями частиц формируемых брикетов, мм; с1ч - переменная крупность частиц материала (диапазон от 0,063 до -3 мм); Рпрес - давление прессования, НУсм2; с1бр - диаметр брикета, мм.

Для нахождения коэффициентов пропорциональности при фиксированных значениях влажности и проверки полученной модели был использован массив данных (с1Яр =45 и 55 мм). Результаты проверки показаны на рис. 7, на котором показана сходимость в пределах 95 %.

Рис.7 - Проверка модели в соответствии с уравнением

к1чЦ=ft(eJ„

'факт

40 80 120 160

Прочность расчетная, Н/брикет

Выражение (1) для прогноза прочности брикетов является наиболее общим, поскольку включает в себя все основные параметры, управляющие процессом упрочнения брикетов. Численный анализ полученной модели показал, что результаты расчёта по ней очень чувствительны к предельным параметрам модели. Поэтому данную модель следует рассматривать как определённое приближение к полному описанию закономерностей упрочнения искусственных структур.

Разработанная математическая модель, связывающая основные свойства обрабатываемого материала с параметрами процесса брикетирования (уплотнения), в значительной мере способствует решению вопросов управления производством брикетов с заданными металлургическими свойствами.

Прочностные свойства (механическая прочность) рудных брикетов текущего производства оценивали при испытании на раздавливание и на сбрасывание с высоты 2 м. Эти испытания показали, что прочность на сжатие очень низкая и не превышает 80-140 Н/брикет.

Изучение поведения брикетов при их нагревании проводилось в печи Таммана, при температурах 105 - 800 °С. Результаты опытов показали, что при сушке брикетов и их нагревании до 300 °С прочность резко увеличивается: при 105 °С до 675, а при 300 °С до 1269 Н/брикет. При увеличении температуры до 400 - 500 °С прочностные свойства почти не изменяются, но на теле брикета начинают появляться трещинки и при дальнейшем нагревании процессы разрушения резко усиливаются, а к 550 °С брикет начинает разваливаться на крупные куски и при 600 °С брикет разрушается.

В результате исследований определена температура шока брикетов, то есть температура, при которой резко уменьшается их механическая прочность. Для брикетов текущего производства ОАО «Уфалейникель» температура шока находится в пределах 500-550 °С, при которой прочность на сжатие снижается со 1071 до 92 Н/брикет, и при 600 °С брикет полностью разрушается на составные части: руду, колчедан, металлургическую пыль в той крупности, в которой они были заложены в шихту брикетирования.

Определение высокотемпературных характеристик брикетов текущего производства проводилось по стандартной методике — ГОСТ 26517-85. Нагрев производился до температуры плавления материала, которую фиксировали в момент упора штока в дно тигля. Показателями высокотемпературных свойств исследуемого материала являются температуры размягчения (Тр), плавления (Тпл) и температурный интервал размягчения-плавления (ТИРП), определяемый как разность температур плавления и размягчения. Первый показатель может характеризовать уровень температуры в печи, при которой происходит резкое снижение газопроницаемости столба шихты. Второй позволяет судить о высоте зоны в печи, оказывающей наибольшее сопротивление прохождению восстановительных газов, образующихся в фурменной зоне.

В результате проведённых исследований были определены металлургические свойству сырьевых материалов текущего производства ОАО «Уфалейникель»: руда крупной фракции, брикеты текущего производства и шихта шахтных печей, состоящая из смеси брикетов и руды крупной фракции (1:1).

Таблица 4 — Металлургические свойства компонентов шихты шахтной плавки

Материал Содержание элементов, % Прочность исходная, Н/бр. Температура шока, °С Тр Тпл ТИРП

Руда крупной фракции № 0,76-1,16 Ре 9,03-11,6 Л^О 22,5-24,4 Б Юг 39,9-40,3 10006000 1000 11501170 14501455 320-325

Брикеты из руды текущего произ-ва № 1,2-1,7 Ре 12,1-14,5 М§0 15,5-20,5 8 ¡02 39,0-42,4 80-140 450-550 10801110 14051425 315-325

Шихта шахтных печей № 1,2-1,4 Ре 11,5-12,5 М§0 20,5-21,5 БЮ2 40,0-43,0 - 500-600 10201100 13701430 340-350

Брикеты из обогащенной руды № 1,7-1,75 ¥е 17,2 MgO 17,0 БЮ2 43,9 610-650 750-800 11101120 13201340 210-220

Результаты испытаний шихтовых материалов шахтной плавки текущего производства ОАО «Уфалейникель» показали, что они обладают низкими прочностными свойствами в исходном состоянии и при нагревании.

На первом этапе исследований было определены условия брикетирования, при которых рудные брикеты из обогащенной руды приобретают высокие металлургические свойства: влажность шихты брикетирования 7,5-10 %, усилие прессования 7-12 кН/см2, брикеты диаметром 55 мм, высотой 33 мм, отношение L/H =1,67.

При нагревании сырых брикетов из обогащенной руды их прочность растёт до 400 °С, с повышением температуры до 750 °С прочность снижается, а при дальнейшем нагреве выше 800 °С прочность несколько возрастает (рис. 8). Брикеты из обогащенной руды при нагревании до 850 °С существенно теряют прочность, но не разрушаются, а при температуре 750 °С и более - приобретают пластические свойства, что позволяет сделать вывод об отсутствии у них температуры разрушения. Результаты испытаний прочности брикетов на сбрасывание показали, что выход фракции -5 мм по сравнению с брикетами текущего производства уменьшился с 29-30 % до 15-16 %, то есть повышение транспортной прочности составило 28-35 %.

Рис, 8 - Влияние температуры нагрева на прочность брикетов («температура шока»)

1 - брикеты текущего производства;

2 - брикеты из обогащенной руды влажностью 9,5 %;

3 - брикеты из обогащенной руды высушенные при 105 °С

О 200 400 600 800 1000 Температура, "С

Для повышения прочности брикетов проверено влияние добавки жидкого стекла в количестве 2,5 %. Введение в шихту силиката натрия кроме повышения прочности способствует снижению температуры плавления и температуры размягчения шихты. Результаты опытов приведены на рис. 9. Видно, что прочность брикетов на сжатие увеличилась на 26 % и достигла 780-820 НУбрикет. При исследовании высокотемпературных свойств установлено, что температура плавления снизилась до 1280-1295 °С, а температурный интервал размягчения и плавления (ТИРП) сократился с 220 до 195-200 °С.

Добавка в шихту шахтной плавки известняка обусловлена задачей снижения температуры плавления и получения жидкотекучих шлаков. В связи с этим было решено проверить влияние небольших добавок известняка крупностью -3+0,0 мм на прочностные и высокотемпературные свойства брикетов.

3500

□

3000

Рис. 9 - Влияние температуры нагрева брикетов из обогащенной руды на их прочность с добавками:

I 2500

Я

| 2000 | 1500

!Г

I 1000

1 - 2,5 % жидкого стекла;

2 - 2,5 % известняка;

3 - 5 % известняка;

4 - без добавок

3

500

0

♦

0 200 400 600 800 1000

Темпер атура,°С

Результаты опытов подтвердили предположение об улучшении высокотемпературных металлургических свойств брикетов при добавках известняка крупностью менее 3 мм. Температура размягчения брикетов с известняком (2,5%) снизилась до 1090-1095 "С, а температура плавления до 1250 - 1260 °С и температурный интервал размягчения-плавления уменьшился до 160-170 °С. Прочность сырых брикетов при добавке 2,5-5,0 % известняка в шихту брикетирования увеличивается до 900-1010 Н/брикет или на 42,4 % по сравнению с брикетами без добавок (рис. 9).

Таким образом, брикеты из обогащённой руды, изготовленные при высоких давлениях прессования отличаются от брикетов текущего производства более высокой прочностью, стабильным химическим и минералогическим составом, более высокими металлургическими свойствами, что должно существенно улучшить тепловую работу и ход шахтных печей.

5 Технологическая схема подготовки к плавке окисленной никелевой

Принципиальная технологическая схема подготовки к плавке окисленных никелевых руд приведена на рис. 10. Добытая руда из забоев рудника доставляется на усреднительный склад, где предварительно шихтуется и усредняется по содержанию никеля и шлакообразующих и подаётся в сушильно-дробильное отделение.

После обработки в галтовочных барабанах руда поступает на маятниковые колосниковые грохоты с шириной щели 100 мм, откуда фракция -100 мм направляется в сушильные барабаны, а фракция +100 мм дробится в роторной дробилке до крупности - 50 мм и объединяется с высушенной рудой, влажность которой 5-7 %. Руда после сушки и дробления по транспортеру подается на грохочение и отсев фракции +2 мм на узле сортировки, оборудованном системой специальных грохотов. Фракция -2 мм с узла сортировки ленточными транспортерами (пневмотранспортом) подается в бункера отделения отгрузки руды.

руды

Руда (-400+0 мм1 Галтовоч^щ

+1(70 мм

-100 мм

Газ, мазут

Дробление до 10(7 мм

-100 мм

Сушильные барабаны (Тг=120-150 °С)

Грохочение

Руда (W=5-7 %1 Пылеулавливание и | очистка отходящих газов

л^ь

Пыль

Очише?

+2-1 СТО мм 1

Селективное дробление и измельчение

-2 мм Пневмотранспорт Атм.

Пневмотранспорт

Дробленая руда

I

Пыль

1

Грохочение

1 А ЛЛ Л—

невмотранспорт

Склад руды -►

Рис. 10 - Принципиальная технологическая схема обогащения окисленной никелевой руды

Фракция +2 мм с узла сортировки руды поступает в бункера участка селективного дробления на центробежные дробилки, производительностью до 100 т/ч. После дробления полученная масса руды разделяется на многочастотном грохоте на классы -1 (-2 мм) и +1 (+2 мм), в зависимости от содержания никеля. Класс -2 мм анализируется на химический состав: №, Со, Бе, 8Ю2, МвО и в определённой пропорции шихтуется с классом -2 мм, полученным после грохочения руды из сушильного барабана, с целью получения оптимальной по химическому и минералогическому составу руды, которая отгружается в плавильный цех.

В плавильном цехе ОАО «Уфалейникель» разработаны и внедрен ряд новых элементов технологии подготовки никелевой руды к шахтной плавке. Это, во-первых, измельчение крупной фракции руды (-250+50 мм) до размера кусков <50 мм. Дробление руды крупностью >50 мм производится на роторных дробилках. Основной целью этой операции является уменьшение размера кусков руды, поступающей в плавку с 50-100 мм до 16-50 мм. Использование кусков руды меньшего размера в шахтной плавке способствует улучшению процессов тепло- и массообмена, повышению производительности и снижению аварийности из-за образования тугоплавких масс в печи. Вторым новым элементом технологии подготовки кусковой руды является измельчение фракции -36 +16 до фракции -5 мм с направлением ее в шихту брикетирования. Измельчение руды крупностью -36+16 мм производится в валковых дробилках и преследует цель улучшения гранулометрического состава шихты брикетирования и за счёт этого повышения прочности брикетов. Оптимизация соотношения классов крупности в шихте брикетирования и снижение количества кусков руды крупностью +5 мм с 60 до 15-18 %, позволило увеличить прочность брикетов с 10-15 до 25-35 кг/брикет. Кроме того дробление части кусковой руды до -5 мм изменило соотношение количества брикетов и кусковой руды в шихте плавки с 1:1 до 1,5:1, что способствовало снижению температуры плавления рудной шихты с 1420 до 1390 °С.

В результате внедрения новых элементов технологии подготовки никелевой руды к плавке стабилизировалась тепловой режим работа шахтных печей, улучшился их ход и газодинамические параметры шахтной плавки, прекращено накопление на складе крупнокусковых и тугоплавких руд (содержание MgO 2430 %? Fe203 9-11 %, Si02 35-37 %). В результате этого повышена производительность шахтных печей на 3,5 %, существенно снижена аварийность, получен годовой экономический эффект в сумме 41 млн. руб.

Основные результаты и выводы

1. На основе лабораторных и промышленных исследований с использованием методов селективной дезинтеграции и разделения по крупности показана техническая возможность обогащения окисленной никелевой руды с высоким извлечением никеля и улучшением минерального и химического состава обогащенной руды, что практически решает вопросы переработки окисленных никелевых руд Серовского месторождения на штейн в шахтных печах восстано-вительно-сульфидирующей плавки.

2. Экспериментально установлены оптимальные параметры технологии брикетирования обогащенной руды: усилие прессования 7-12 кН/см2, влажность шихты 7,5-10 %, обеспечивающие получение брикетов с высокими металлургическими свойствами. Установлена зависимость прочностных и высокотемпературных свойств брикетов от их состава и параметров производства.

3. Проведены исследования термических свойств брикетов, как текущего производства, так и брикетов, изготовленных из обогащенной руды. Установлены высокотемпературные свойства брикетов: температура разупрочнения -температура шока, температуры размягчения, плавления, температурный ин-

тервал размягчения-плавления. Использование в шихте брикетирования обогащенной руды позволяет снизить температуру плавления рудной шихты на 170180 °С, температурный интервал размягчения-плавления на 180-190 °С, при этом у брикетов отсутствует температура разрушения, брикеты приобретают свойства пластичности при температурах выше 750 "С.

4. На основе экспериментальных данных разработана математическая модель для расчета прочности рудных брикетов, учитывающая все виды взаимодействия частиц и параметры прессования: усилие прессования, размеры брикета и влажность шихты брикетирования.

5. На основании проведенных исследований разработана новая технологическая схема подготовки к плавке окисленных никелевых руд, включающая обогащение никелевой руды с использованием метода селективной дезинтеграции и брикетирование в валковых брикет-прессах при высоких усилиях прессования (более 7,5 кН/см2).

6. Внедрение части результатов исследований в практику подготовки руды в плавильном цехе ОАО «Уфалейникель» позволило стабилизировать тепловую работу шахтных печей, ликвидировать склад хранения крупнокусковой руды, существенно снизить аварийность и увеличить производительность шахтных печей на 3,5 %, что дало годовой экономический эффект в сумме 41 млн. руб.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Подготовка окисленных никелевых руд к плавке /Мащенко В.Н., Кобе-лев В. А., Книсс В .А., Авдеев A.C., Полянский Л.И. - УрО РАН 2005г., 321с.

2. Мащенко В.Н., Кобелев В.А., Пузанов В.П., Павлов В.В., Головлёв Ю.И. Результаты исследований офлюсования никелевого агломерата и его использования при производстве штейна. /Новые технологии и материалы в металлургии. [Сб. науч. трудов], УрО РАН, 2001г./, стр.299-304.

3. Мащенко В.Н., Книсс В.А., Кобелев В.А., Авдеев A.C. Элементы подготовки окисленных никелевых руд к плавке /Новые технологии и материалы в металлургии. [Сб. науч. трудов]. УрО РАН 2005г./, стр.361-366.

4. Мащенко В.Н., Кобелев В.А. Разработка технологии обогащения руд с использованием методов селективного вскрытия и разделения рудных и нерудных минералов //Проблемы и перспективы развития ферросплавного производства. Актобе, 2003. С. 264-269.

5. Мащенко В.Н., Кобелев В.А., Книсс В.А., Авдеев A.C. Повышение металлургических свойств агломерата из окисленной никелевой руды.//Цветные металлы, №7, 2006.

6. Мащенко В.Н., Набойченко С.С., Книсс В.А., Жуков В.П., Полянский Л.И. Производство брикетов с высокими металлургическими свойствами из окисленной никелевой руды.//Цветные металлы, №8, 2006.

7. Патент РФ №2234546 Способ подготовки шихты к плавке для производства штейна из окисленных никелевых руд /Мащенко В.Н., Кобелев В.А., Книсс В.А., Смирнов Л.А., Бирюков С.Н. заявка №2003101284 от 17.01.2003г. Опубл. в БИМП 20.08.2004, бюлл. №23, МПК С22В 23/02.

Подписано в печать 10 января 2007 г. Формат 60x84/16 Бумага писчая. Плоская печать. Тираж 110 экз. Заказ № 2

Ризография НИЧ ГОУ ВПО УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

Введение.

1. Современное состояние технологии подготовки к плавке окисленных никелевых руд.

1.1 Существующие технологические схемы подготовки руд к плавке.

1.2 Вещественный, минеральный, гранулометрический составы окисленных никелевых руд и их физические свойства.

1.3 Исследования по обогащению окисленных никелевых руд.

1.3.1. Селективное измельчение в технологии обогащения руд.

1.3.2 Принципы селективного измельчения (дезинтеграции) руд.

1.3.3 Условия селективной дезинтеграции.

1.3.4 Оборудование для селективного измельчения.

1.4 Брикетирование окисленных никелевых руд.

1.5 Влияние металлургических свойств шихты на технико-экономические показатели шахтной плавки.

1.6 Выводы.

2. Лабораторные исследования по обогащению окисленной никелевой руды с использованием методов селективного измельчения.

2.1 Исследования по селективному измельчению руды в стержневой мельнице.

2.2 Определение технологических параметров селективного дробления окисленной никелевой руды.

2.3 Селективное измельчение руды в дробилке ДЦ-0,36.

2.4 Селективное измельчение руды в дробилке ДР 4x4.

2.5 Выводы.

3. Опытно-промышленные испытания селективного дробления окисленной никелевой руды.

Выводы.

4. Исследования технологии производства брикетов с высокими металлургическими свойствами из обогащенной руды.

4.1 Исследования по получению брикетов с различными добавками.

4.2 Влияние давления прессования при переменных линейных размерах частиц и влажности.

4.3 Оценка металлургических свойств брикетов.

4.3.1 Металлургические свойства брикетов текущего производства ОАО «Уфалейникель».

4.3.2 Металлургических свойства брикетов из обогащенной руды.

4.4 Технология производства брикетов с высокими металлургическими свойствами.

4.4.1 Влияние воды на прочность брикетов.

4.4.2 Влияние добавок в состав шихты брикетирования на прочность при транспортировке и хранении.

4.5 Выводы.

5. Технологическая схема подготовки к плавке окисленной никелевой руды.

6.1 Технологическая схема обогащения.

6.2 Технология производства брикетов.

6.3 Влияние подготовки шихты на показатели шахтной плавки.

6.4 Выводы.

Среди многих способов воздействия на прочностные и механические свойства стали, однородность и чистоту её по неметаллическим включениям, наиболее распространённым традиционно остаётся обработка металлов ферросплавами. Одним из наиболее эффективных элементов по воздействию на свойства стали считается никель, который наряду с хромом, является главным легирующим элементом в коррозионно- и жаростойких сплавах на основе железа. Более 70 % производимого в мире никеля используется именно для этих целей [1].

Годовое потребление никеля в мире за последние 20 лет увеличилось более чем в 2,5 раза, что связано с превалирующим ростом производства никельсодержащих сталей и сплавов. В России для выплавки высококачественных никельсодержащих сталей в основном используется никель, содержащий 99,5 % и более никеля, высокая цена которого не способствует развитию производства конструкционных и особенно нержавеющих жаропрочных, кислотоупорных сталей. В тоже время в нашей стране очень мало производится относительно дешёвых никелевых ферросплавов, содержащих 10-50 % никеля. При этом Россия располагает достаточными запасами окисленных никелевых руд, пригодных для производства такого вида сплавов. В окисленных никелевых рудах Урала и Сибири сосредоточено около 25 % всех разведанных запасов никеля в стране, в то же время из этих руд производится всего 8-9 % от всего производимого никеля, при этом в ферроникеле получают чуть более 5 % никеля.

Причиной упадка производства никеля на Урале на 40-50% по сравнению с 85-90 годами является то, что существующие технологии переработки окисленных никелевых руд технологически устаревшие, экологически опасные для окружающей среды, относятся к весьма материалоёмким и энергоёмким производствам. Из-за высоких цен на дефицитный кокс, постоянного роста цен на энергоресурсы, транспортные тарифы, а также нестабильного положения никеля на рынке металлов, низкого содержания никеля в руде и соответственно высоких затрат на получение одной тонны никеля этот бизнес стал рискованным, поэтому в развитие никелевой отрасли в настоящее время вкладывается мало средств.

Тем не менее, никелевая отрасль Урала, имея ряд крупных недостатков в технологии переработки руды: плавка сырой руды, неудовлетворительное качество окускования мелких фракций, использование известняка крупностью -100 мм, отсутствие подогрева дутья и других недостатков в технологии, может производить никелевые ферросплавы и огневой никель из окисленных никелевых руд рентабельно.

Эти потенциальные возможности обусловлены: во-первых, наличием больших запасов руды, простотой и дешевизной добычи руды открытым способом в карьерах, во-вторых, расположением рудников и заводов по переработке никелевых руд в обжитых районах Урала с высокоразвитой инфраструктурой, мощной энергетической и транспортной системами. На Урале также сосредоточены потребители ферроникеля - предприятия чёрной металлургии и машиностроения.

Развитие и повышение эффективности производства никеля и его сплавов на предприятиях Урала возможно при условии решения следующих задач:

1. Обогащение окисленной никелевой руды с кратностью не ниже 1,3-1,5 с одновременным выводом из переработки тугоплавких и бедных никелем пород.

2. Качественная подготовка руды к плавке: оптимизация минералогического, химического и гранулометрического состава рудной никельсодержащей шихты, получение прочных и обладающих высокими металлургическими свойствами брикетов за счёт более совершенной технологии и оборудования, на котором они производятся.

Необходимость настоящей работы диктуется отсутствием эффективных технологий обогащения окисленных никелевых руд, недостаточной изученностью процессов подготовки никелевых руд к плавке, решающих не только вопросы увеличения содержания никеля в сырье, но и вывод из состава руды части её компонентов, оказывающих неблагоприятное влияние на процесс плавки, определение таких важных показателей качества окускованной шихты как температура разупрочнения при нагревании (температура шока) и её зависимость от технологических параметров (давления прессования, влажности и крупности шихты брикетирования и других), температура размягчения, плавления и температурный интервал размягчения и плавления и зависимость этих показателей от введения в шихту брикетирования флюсующих и технологических добавок (известняка, извести, гипса, колчедана, металлургической пыли).

Отсутствие знаний по металлургическим свойствам брикетов не позволяют совершенствовать технологию их производства и повышать эффективность производства никелевого штейна при их шахтной плавке.

5.4 Выводы

1. На основании проведенных исследований разработана новая технологическая схема подготовки к плавке окисленных никелевых руд, включающая обогащение никелевой руды с использованием метода селективной дезинтеграции и современных способов и оборудования для окускования обогащенной руды.

2. Для условий ОАО «Уфалейникель» предложена упрощенная схема подготовки серовской руды к плавке с максимально возможным использованием существующего оборудования и минимальными капитальными затратами.

3. Частичное внедрение результатов исследований в практику подготовки руды в плавильном цехе ОАО «Уфалейникель» позволило стабилизировать тепловую работу шахтных печей, ликвидировать склад хранения крупнокусковой руды, существенно снизить аварийность на шахтных печах и увеличить производительность по проплаву руды на 3,5 %, что дало годовой экономический эффект в сумме 41 млн. руб. При внедрении новой технологии подготовки руды к плавке в полном объеме на Серовском руднике экономический эффект будет значительно больше за счет снижения транспортных затрат более, чем в два раза и дополнительного выпуска никеля из обогащенной руды не менее чем на 20 %.

119

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Впервые проведены исследования на обогатимость окисленных никелевых руд методами селективной дезинтеграции и получены результаты, которые показали, что силикатные никелевые руды Серовского месторождения могут эффективно перерабатываться механическими способами обогащения с получением обогащенного продукта, содержащего 1,7-2,1 никеля, что позволяет даже на действующих технологиях работать с высокой эффективностью.

В связи с тем, что обогащенная никелевая руда состоит из мелких частиц крупностью -3 мм и поэтому не может использоваться в шахтной плавке, были проведены исследования по окускованию обогащенного продукта способом брикетирования, применяющимся на заводах перерабатывающих никелевую руду Серовского месторождения, ОАО «Уфалейникель», ЗАО ПО «Режникель». На основании экспериментов установлены параметры технологии брикетирования обогащенной руды: усилие прессования, влажность шихты, количество технологических добавок: металлургической пыли, колчедана и других, обеспечивающих получение брикетов с высокими металлургическими свойствами.

Впервые были проведены исследования термических свойств брикетов как текущего производства, так и брикетов, изготовленных из обогащенной руды. Определены свойства брикетов: температура шока, температура начала размягчения, температура размягчения, температура плавления, температурный интервал размягчения и плавления, изменение прочностных свойств брикетов при нагревании, которые характеризуют поведение рудных брикетов в шахте печи и соответственно влияют на газодинамику в шахте и формирование расплавов. Отсутствие этих показателей металлургических свойств брикетов не позволяет прогнозировать их поведение при плавке в шахтной или руднотермической печи и эффективно управлять процессом производства штейна или ферроникеля.

На основании результатов исследований предложена технология брикетирования обогащенной никелевой руды и схема цепи аппаратов и основного оборудования брикетного отделения, обеспечивающая получение брикетов с высокими металлургическими свойствами.

120

1. Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. Т. 1. М.: Наука и технологии, 2004. 384 с.

2. Бастан П.П., Волошин H.H. Усреднение руд на горнообогатительных предприятиях. М.: Недра, 1981. С. 45-67.

3. Цейдлер A.A. Металлургия меди и никеля. М.: Металлургиздат, 1958.

4. Резник И.Д. Совершенствование шахтной плавки окисленных никелевых руд. М.: Металлургия, 1983.

5. Daenuwy A. Nickel processing AT Р.Т. INKO Indonesia update to 1994.//Paper presented at the Workshop on Mineral Technology for the ASEAN Reqion, Bandunq, 1994.

6. Онищин Б.П. и др. Электроплавка окисленных никелевых руд. М.: Металлургия, 1972.

7. Красильников JI.K., Григорьева В.М. Распределение никеля, кобальта, шлако-образующих компонентов по минералам и промышленным типам окисленных никелевых руд/Труды ин-та «Гипроникель», Вып. 39-40, 1969.

8. Бородина К.Г., Самкова JI.A. Особенности минерального состава коры выветривания Кольского массива ультраосновных пород/В сб. «Коры выветривания Урала», Изд. Саратовского ун-та, Саратов, 1969.

9. Кононова Л.И. Никеленосные коры выветривания Северного Урала В сб. «Коры выветривания Урала», Изд. Саратовского ун-та, Саратов, 1969.

10. Хионина Е.В., Вохмянина Н.Д., Котельников В.И. Вещественный состав силикатных никелевых руд Серовского месторождения. Отчет «Уралгеологоуправления», Свердловск, 1962.

11. Яницкий AJI. Никель в переотложенных продуктах коры выветривания серпентинитов и бобово-конгломератовых железных рудах Серовского месторождения, его распределение, условия накопления. Отчет ИГЕМ АН СССР, М.:

12. Усевич М.И., Руденко М.А., Сколозубов B.C. Технический отчет по инженерным изысканиям, выполненным в 1979 г. по промплощадке опытного карьера Серовского рудника. Отчет «Гипроникель», JL: 1979.

13. Гинзбург И.И., Рукавишникова М.А. Минералы древней коры выветривания Урала. М.: Изд. АН СССР, №2, 1940.

14. Гинзбург И.И., Пономарев A.M. Обменная адсорбция никеля различными минералами. М.: Изд. АН СССР, №2,1940.

15. Гинзбург И.И. Геохимия и геология древней коры выветривания на Урале /Институт геологических наук, М.: Наука, 1947.

16. Кононова Л.И., Бородина К.Г., Мамаев Б.П. Серовское месторождение гипергенного никеля/В кн. «Рудоносные коры выветривания», М.: Наука, 1974.

17. Кононова Л.И. Никеленосные коры выветривания Северного Урала/Тезисы доклада на межведомственном совещании по корам выветривания Урала, Свердловск, 1966.

18. Бородина К.Г. Закономерности никелевого оруднения в преобразованной коре выветривания Серовского месторождения гипергенного никеля. В сб. «Кора выветривания», Вып. 9, М.: Наука, 1965.

19. Куземкина E.H. и др. Никеленосные коры выветривания на ультрабазитах Кольского массива (Северный Урал)/В сб. «Коры выветривания на серпентинитовых массивах», М.: Наука, 1965.

20. Доливо-Добровольский В.В. Бедные никелевые руды как объекты обогащения. /В сб. «Бедные никелевые руды как объекты обогащения», JL: Механобр, 1933.

21. Красильников И.И. Исследование состава и распределение никеля по минеральным составляющим в железоникелевой руде ВерхнеУфалейского района Урала. / В сб. «Бедные никелевые руды как объекты обогащения», Д.: Механобр, 1933.

22. Доливо-Добровольский В.В. Исследование состава и распределение никеля в железоникелевой руде Малкского месторождения Кабардино-Балкарской области. / В сб. «Бедные никелевые руды как объекты обогащения», JL: Механобр, 1933.

23. Кругликов М.М., Французов Д.И. Исследование на обогатимость двух проб бурожелезняковой руды Аккермановского месторождения и трех проб руды НовоПетропавловского месторождения. /Отчет Механобр, 1958.

24. Глазковский, В.А., Доливо-Добровольский В.В. Оценка текстурных и структурных особенностей руд при изучении их обогатимости. М.: Металлургия, 1935.

25. Аронскинд С.Ш. Исследование обогатимости никельсодержащих пород Урала. Отчет «Уралгеологоуправления», Свердловск, 1960.

26. Аронскинд С.Ш. Первичная оценка обогатимости никелевых руд Черемшан-ского и Липовского месторождений. Отчет «Уралгеологоуправления», Свердловск, 1960.

27. Аронскинд С.Ш., Курляндская JI.H. Изучение вещественного состава и опыта обжигмагнитного обогащения никелевых руд коры выветривания Липовского и НовоИвановского месторождений. Отчет «Уралгеологоуправления», Свердловск, 1964.

28. Перлов П.М., Ескин А.И. Лабораторные исследования по разработке комбинированных схем обогащения окисленных никелевых руд. /Отчет Механобр, 1961.

29. Перлов П.М., Асончик K.M. Комбинированные схемы обогащения сегрегационный обжиг. /Обогащение руд цветных металлов. Труды Механобр, Вып. 141, 1974.

30. Резник И.Д. и др. Сегрегационный обжиг окисленных никелевых руд. /Цветные металлы. 1988. №3.

31. Комлев A.M., Щербаков O.K. Лабораторные исследования по технологии обогащения бурохромистых руд Серовского месторождения как источника сырья для развития качественной металлургии Урала. Отчет «Уралмеханобр», Свердловск, 1959.

32. Блехман И.И., Финкелыитейн Г.А. Селективное раскрытие полезных минералов при минимальном переизмельчении /Тр. Ин-та «Механобр», 1975. № 10. С. 149-152.

33. Гапонов Г.В., Ревнивцев В.И. К вопросу об оптимизации процесса измельчения// Обогащение руд, 1985. № 2. С. 2-5.

34. Шемякин Е.И., Ревнивцев В.И., Фаддеенков H.H., Петров A.C. об одном подходе к оценке энергозатрат на дезинтеграцию руды// Обогащение руд, 1981. № 6. С. 1012.

35. Панков П.И., Костенко М.А., Югова Е.Д. Применение избирательного дробления для предварительного обогащения крупновкрапленной руды// Обогащение руд, 1986. №4. с. 4-6.

36. Хопунов Э.А. Исследование механизма селективного разрушения руд/ В кн. Интенсификация технологических процессов рудоподготовки. Л.: Механобр, 1987. С. 116-135.

37. Селективное разрушение минералов /Под ред. В.И. Ревнивцева, М.: Недра, 1988.286 с.39. http://www.new-technologies.spb.ru

38. Елишевич А.Т. Брикетирование полезных ископаемых. М.: Недра, 1989.

39. Равич Б.М. Брикетирование в цветной и черной металлургии. М.: Металлургия, 1975.

40. Лурье JI.A. Брикетирование в металлургии. М.: Металлургия, 1963.

41. Смирнов В.И., Худяков И.Ф., Набойченко С.С. Выбор способа подготовки окисленных никелевых руд к шахтной плавке. //Цветные металлы, 1967. № 3. С. 52-56.

42. Худяков И.Ф., Набойченко С.С. Брикетирование окисленных никелевых руд. //Цветные металлы, 1967. №7. С. 52-56.

43. Буркин С.П. Логинов Ю.Н., Бабайлов H.A. Моделирование валкового брикетирования сыпучих материалов. //Вторичные ресурсы, 1997. №6. С. 65-67.

44. Логинов Ю.Н., Буркин С.П., Бабайлов H.A. Влияние формы инструмента на граничные условия и уплотнение при валковом брикетировании. //Сталь, 2000. №9. С. 87-91.

45. Логинов Ю.Н. Влияние газовой фазы на процесс брикетирования. //Сталь, 2000. №8. С. 80.

46. Полянский Л.И., Кобелев В.А., Пузанов В.П. Технология и оборудование для брикетирования тонкодисперсных материалов без введения связующих веществ //Проблемы и перспективы развития ферросплавного производства. Актобе, 2003.

47. Вегман Е.Ф. Окускование руд и концентратов. М.: Металлургия, 1976.

48. Ушаков К.И., Фельман Р.И., Садыков В.И. Брикетирование в цветной металлургии. М.: ЦИИИН ЭИ ЦМ, 1979.

49. Резник И.Д. Основы металлургии. Т. 1., ч. 2. Подготовка сырья к металлургическому переделу. М.: Металлургиздат, 1961.

50. Пименов Л.И., Михайлов В.И. Переработка окисленных никелевых руд. М.: Металлургия, 1972.

51. Кошпаров В.Я., Вдовиченко Н.С., Окунев А.И. Цветная металлургия //Бюл. ЦНИИ ЭИ ЦМ, 1969. № 7. С. 33-35.

52. Глинков М.А. Основы общей теории тепловой работы печей. М.: Металлургиздат, 1957.

53. Китаев Б.Н., Ярошенко Ю.Г., Сучков В.Д. Теплообмен в шахтных печах. Свердловск, Металлургиздат, 1959.

54. Товаровский И.Г., Лялюк В.П. Эволюция доменной плавки. Днепропетровск, «Пороги», 2001.

55. Маханек Н.Г. Закономерности давления шихты. /Сталь, 1948. № 10.

56. Грузинов В.К., Греков П.Н. К вопросу о рациональном профиле печи. /Сталь, 1952. № 1.

57. Диомидовский Д.А. Печи цветной металлургии. М.: Металлургиздат, 1956.

58. Баллон И.Д., Буклан И.З., Муравьев В.Н., Никулин Ю.Ф. Фазовые превращения материалов при доменной плавке. М.: Металлургия, 1984.

59. Sasaki M., Опо К., Susuki A. Formation and Melt-down of Softeninq-Meltinq Zone in Blast Furnace//Trans of the Iron and Steel Inst.Jap. 1977. Vol. 17. №7. P. 391-400.

60. Blast furnace Phenomena and modeling/Ed.By Yasuo Omori.Elsevier applied sci-ence//London and New York: 1987.631 p.

61. Захаров И.Н., Косинский В.Ф., Шаврин C.B. Некоторые закономерности про-тивоточной фильтрации в доменных печах. /Тр. Ин-та УФАН СССР, Свердловск, 1972. с. 98-110.

62. Онорин О.П., Загайнов С.А., Гилева Л.Ю. Технология доменной плавки. Екатеринбург, УПИ, 1998.

63. Никитин Г.М., Беляков В.Н., Данаев Н.Т. Определение параметров вязко-пластичной зоны в доменной печи. //Сталь, 1992. № 4.

64. Ильницкая Е.И., Тедер Р.И., Ватолин Е.С. и др. Свойства горных пород и методы их измерений. М.: Недра, 1969. С. 134-137.

65. Бауман В.А. Роторные дробилки. М.: Недра, 1973.

66. Справочник по обогащению руд. Т 1, Подготовительные процессы, М.: Недра,1973.

67. Kumarswamy R. E.S. Modern blast furnace operation. "Metals and Miner. Rev.". 1970. 9. №4. p. 3-9.

68. Патент ФРГ №1132165 «Способ определения размера куска руды в доменной шихте, обеспечивающей наименьший удельный расход кокса», заявл. 15.12.59 опубл.04.07.68, Кл.18 а 5/00 (С21 В).

69. Hoitano Michihary «Развитие взглядов на гранулометрический состав шихты загружаемой в доменную печь». Tetsu to hagane, J. Jron and Steel Inst. Jap. 1981. 67. №2. p. 406-408.

70. Ярхо E.H. Экономическая эффективность подготовки железных руд к плавке. М.: Металлургия, 1974.

71. Мащенко В.Н., Кобелев В.А., Смирнов Б.Н., Дерябин A.A. Брикетирование обогащенной никелевой руды. /Отчет ГНЦ РФ ОАО «Уральский институт металлов», 2003.

72. Эйдельман Л.П. Исследование и разработка технологии брикетирования дисперсных шихт без специальных связующих материалов. Автореф. дисс. канд. техн. наук. Донецк, 1979.

73. Цытович H.A. Механика грунтов (краткий курс). М.: Высш. шк. ,1983. 288 с.

74. Пузанов В.П., Кобелев В.А. Структурообразование из мелких материалов с участием жидких фаз. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 634 с.

75. Математическая энциклопедия /Ред. коллегия: И.М. Виноградов (гл. ред.) и др. Т. 1.М.: Советская энциклопедия, 1977. 1151 с.

76. Оноприенко В.П., Лебедев А.Е., Фурман Д.М. Получение офлюсованных брикетов для металлургического производства. Сталь, 1961. №6. С. 97-103.

77. Пузанов В.П., Кобелев В.А. Введение в технологии металлургического струк-турообразования. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. 500 с.

78. Мирко В.А., Никитин Г.М., Беляков В.Н. Новые высокотемпературные методы контроля качества железорудного сырья. Караганда, 1986.48 с.

79. Бережной A.C. Многокомпонентные системы окислов. Киев: Наук, думка, 1970. 133 с.

80. Дмитриев А.П., Гончаров С.А. Термическое и комбинированное разрушение горных пород. М.: Недра, 1978. С.

81. Худяков И.Ф., Тихонов А.И., Деев В.И., Набойченко С.С. Металлургия меди, никеля и кобальта. Ч. II, М.: Металлургия, 1971. С. 265.

82. Диомидовский Д.А., Онищин Б.П., Линев В.Д. Металлургия ферроникеля. М.: Металлургия, 1983. 178 с.

83. Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. Т. 2. М.: Наука и технологии, 2004. 384 с.

84. Процессы и аппараты цветной металлургии /С.С. Набойченко, Н.Г. Агеев, А.П. Дорошкевич, В.П. Жуков, Е.И. Елисеев, C.B. Карелов, А.Б. Лебедь, Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 1997.648 с.

85. Равич Б.М. Брикетирование руд и руднотопливных шихт. М.: Недра, 1968. 122с.

86. Кожевников И.Ю., Равич Б.М. Окускование и основы металлургии. М.: Металлургия, 1991. 296 с.

87. Шумаков Н.С., Леонтьев Л.И., Гараева О.Г. Процессы и аппараты подготовки руд к плавке. Екатеринбург, УрО РАН, 2000. 150 с.

88. Леонтьев Л.И., Ватолин H.A., Шаврин C.B., Шумаков Н.С. Пирометаллурги-ческая переработка комплексных руд. М.: Металлургия, 1997. 426 с.

89. Притыкин Д.П. Механическое оборудование для подготовки шихтовых материалов. Ч. 2. Механическое оборудование заводов цветной металлургии. М.: Металлургия, 1953. с. 147-156.

90. Завьялов В.А. Современное прессовое оборудование и пути его совершенствования. // Брикетирование торфа/под ред. Ф.А. Опейко, Ю.В. Варанкина и В.И. Воло-хановича М.: Металлургия, 1953 С. 147-158.

91. Термомеханические методы разрушения горных пород /Труды 1 Всесоюзн. Научно-техн. конференции. Киев, Наукова Думка, 1969.

92. Зашихин Н.В., Перлов П.М. Труды института Механобр, Вып 125, Л.: 1960.

93. Перлов П.М., Ескин А.И., Мягкова Т.М. Труды института Механобр, Вып 131, Л.: 1962.

94. Денисов Г.А., Зарогатский Л.П., Туркин В.Я. Оборудование и технология для вибрационного измельчения материалов с различными физическими свойствами. Механобр, С-Петербург, 1992.

95. Лотош В.Е., Окунев А.И. Безобжиговое окускование руд и концентратов. М.: Наука, 1980 216 с.

96. Федорова H.H. Брикетирование окисленных руд./Цветные металлы, 1961. №10.

97. Смирнов В.И., Цейдлер A.A., Худяков И.Ф., Тихонов А.И. Металлургия меди, никеля, кобальта. М.: Металлургия, 1966.