автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Совершенствование технологии переработки высокомагнезиального медно-никелевого сырья с пониженным содержанием серы



Президиум ВАК Россжн

(решение о г " Г#*г^авохрукописи

присудил ученую степень ДО КТО"

_^^ЛАТО]^ Иго^Алсксанд рович

—-еер^анвнетаевАНИЕ

ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ВЫСОКОМАГНЕЗИАЛЬНОГО МЕДНО-НИКЕЛЕВОГО СЫРЬЯ С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ

^ / СЕРЫ

' (){) /г- <--? 9 г

V V' Ч-/ / ^ ¥ ^ ^^

Специальности: 05.16.03 - Металлургия цветных

и редких металлов

05.15.08-Обогащение полезных ископаемых

Диссертация в виде научного доклада на соискание учёной степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1998

ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

?

Работа выполнена в ОАО «ГМК Печенганикель».

Научный консультант: заслуженный деятель науки РФ, действительный член АЕН РФ, доктор технических наук,профессор Л.Ш.Цемехман

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В.А.Брюквин,

член-корреспондент АЕН РФ, доктор технических наук,профессор Т.Н.Грейвер,

почетный член Академи горных наук,

доктор технических наук,профессор Ю.И.Еропкин

Ведущая организация: институт «ГИНЦВЕТМЕТ».

Защита состоится // - 1998 г. в -/4 ч ЗО мин на зг зонного Совета Д.063.15.09 в Саню -арственном горном институте им. } <су: 199026 Санкт-Петербург, 21-я л&-

С диссертацией геке

Санкт-Петербургского /та.

Автореферат разослан ________>8 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного Совета доцент

А.К. ОРЛОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.*

Актуальность работы

ОАО 'ТМК Печенганикель" осуществляет добычу сульфидной медно-никелевой руды, ее обогащение и металлургическую переработку с получением файнштейна, который направляется на переработку на ОАО "Комбинат Североникель".

Минерально-сырьевая база ОАО "Комбинат Печенганикель" представлена восемью месторождениями, на четырех из которых (Котсель-ваара, Семилетка, Ждановское и Заполярное) осуществляются горные работы, другие являются резервными. Месторождения характеризуются высокой степенью разведанности и промышленного освоения.

В настоящее время в эксплуатации находятся два подземных рудника "Каула-Котсельваара" и "Северный", рудник открытых горных работ "Центральный", обогатительная фабрика, цех обжига, плавильный и сернокислотный цеха.

В результате обогащения получаются медно-никелевые концентраты, содержащие, %: 6,78 М, 3,45 Си, 0,238 Со, 18,79 8 и 10 М£0. Хвосты содержат 0,177% М и 0,07% Си. Извлечение №, Си и Со в концентраты составляет соответственно, %: 71,62, 76,57 и 64,07. Концентраты подвергаются окатыванию и упрочнительному обжигу на конвейерных машинах. Окатыши плавятся в рудно-термических печах. Штейны конвертируются с получением файнштейна. Извлечение в файнштейн в металлургическом производстве составляет, %: N1 - 96,01, Со - 52,0, Си - 95,51. Конвертерные газы частично используются в сернокислотном производстве.

лзтор выражает сердечную благодарность засл. деятелю науки и техники РФ, |¡ецу-корреспонденту АЕН РФ, д.т.н., проф. О.Н. Тихонову, д.т.н., проф. В.А. Ко-«а^ к.т.н. В.В. Клементьеву и к.т.н. Я.Л. Серебряному за творческое участие и

^действие в выполнении работы.

|

§

Технологическая схема переработки руды была разработана в 30-х - 40-х годах.

В настоящее время несмотря на то, что объем выпуска товарной продукции удалось практически сохранить, производство при переходе на рыночную экономику находится на грани рентабельности. Это объясняется, главным образом, низким содержанием цветных металлов в добываемом сырье, что требует добычи весьма больших количеств руды на тонну получаемого файнштейна со всеми вытекающими отсюда последствиями. Помимо этого, факторами, оказывающими негативное влияние на технико-экономические показатели производства, являются:

• низкое содержание цветных металлов в получаемых при обогащении концентратах;

• большой расход электроэнергии при плавке окатышей;

• большие потери цветных металлов со шлаками;

• выбросы в атмосферу больших количеств газов, содержащих 802 и пыль, и, как следствие, выплата значительных штрафов.

Для обеспечения рентабельной работы комбината необходимо в блйжайшие годы добиться существенного снижения затрат на всех переделах производства, в том числе в обогащении и металлургии.

На переделе обогащения следует стремиться к получению более богатых концентратов при одновременном повышении или сохранении извлечения в них цветных металлов. Это позволит существенно снизить количество перерабатываемого сырья и, тем самым, расход электроэнергии и потери цветных металлов на тонну получаемого файнштейна, а также снизить поступление серы в металлургическое производство.

Необходимо отметить, что из-за специфики перерабатываемого сырья получаемые концентраты характеризуются повышенным количеством оксида магния и пониженным содержанием серы. Такой полупродукт не может эффективно перерабатываться современными автогенными методами плавки.

В связи с этим в настоящей работе в области металлургии проблема решается в двух направлениях: путем совершенствования действующего производства и разработки новых процессов (брике-

тирования концентрата с последующей плавкой брикетов и обжига концентрата в печах КС с плавкой горячего огарка в электропечах). Эти два новых направления являются, по существу, последовательными этапами единого перспективного плана развития металлургического производства комбината.

Брикетирование концентрата и упрочняющая сушка брикетов (без выжига серы) позволяют ликвидировать выбросы БОз на площадке г. Заполярный. Плавка брикетов в электропечах снижает потери цветных металлов, а наличие повышенного количества серы в брикетах по сравнению с обожженными окатышами позволит перерабатывать все необходимое количество собственных и привозных оборотов и отказаться от применения норильской руды, доставка и переработка которой на Кольском полуострове является убыточной. Обжиг концентрата в печах КС и последующая плавка горячего огарка как разновидность автогенного способа переработки сырья, помимо указанных выше преимуществ, позволяет практически полностью утилизировать выделяющийся при рбжиге диоксид серы и снизить расход электроэнергии на 200 кВтчас на тонну шихты.

Внедрение предложенных решений является актуальнейшей задачей, т.к. только с их решением может быть обеспечено необходимое повышение эффективности работы комбината и решение экологических проблем в зоне действия предприятия.

Цель работы

Совершенствование существующих и разработка новых технологических решений, касающихся переработки высокомагнезиальных медно-никелевых руд с пониженным содержанием серы, включающих обогащение с получением богатых по содержанию цветных металлов концентратов и их переработку традиционными и перспективными методами, направленными на коренное повышение эффективности производства и снижение вредных выбросов в атмосферу.

Научная новизна

1. Установлены оптимальные режимы и технологии рудоподготов-ки и флотации руды с учетом ее минерального состава с целью повышения извлечения никеля и содержания его в концентрате.

2. Впервые предложена новая технология обогащения высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых руд с пониженным содержанием серы, установлены основные факторы, влияющие на снижение затрат в металлургическом производстве, влияющие на снижение затрат в металлургическом производстве.

3. Усовершенствованы методы количественной оценки показателей технологической схемы, включающей переделы обогатительного и металлургического производства, учитывающие вариации состава исходного сырья.

4. Выявлены зависимости, определяющие технологию брикетирования медно-никелевых сульфидных концентратов, позволяющую решить первоочередные актуальные задачи охраны воздушного бассейна от выбросов серы.

5. Впервые установлены механизм и основные закономерности процесса обжига медно-никелевых сульфидных концентратов в печах кипящего слоя, лежащего в основе предложенной в работе новой перспективной экологически чистой технологии металлургического производства на комбинате.

Практическая ценность и реализация результатов работы

1. Уточнен минералогический состав руд Печенгского ме-сотрождения. Полученные данные заложены в создаваемую математическую модель процесса обогащения.

2. Усовершенствован режим обогащения руд за счет применения при флотации нового эффективного депрессора (карбосуль-фи-та), позволивший получать более богатые концентраты (5,75% никеля против 5,2% ) при одновременном повышении извлечения № в концентрат на 0,45% абс. Экономический эффект от внедрения этих работ составил 3,1 млн. руб. год (в ценах до 1991 года).

3. Разработана и частично внедрена в производство технология обогащения высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых руд с пониженным содержанием серы с получением концентратов, содержащих более 8% никеля, без повышения потерь цветных металлов с хвостами. В результате при существующем объеме производства снижение затрат в металлургическом производстве составит около 25 млн. рублей (в ценах 1998 года).

4. Разработана теоретико-математическая модель процесса обогащения медно-никелевых руд, которая позволяет оптимизировать технико-экономические показатели технологии в зависимости от изменения состава и количества сырья.

5. На основании результатов статистической обработки показателей работы плавильного цеха за 1986-97 г.г. установлено влияние различных факторов на содержание цветных металлов в отвальных шлаках, извлечение N1, Со и Си в файнштейн и расход электроэнергии на 1 тонну проплавляемой шихты. Установлено, что решающим фактором, определяющим извлечение цветных металлов в файнштейн, является содержание 8Ю2 в конвертерном шлаке. Рекомендовано повысить его не менее чем на 1% (абс.), что позволит повысить извлечение N1 и Си на 0,6%, Со - на 0,5%.

6. Проведены промышленные испытания, на основе которых отработан режим бесфлюсовой плавки шихты в рудно-термических печах с получением шлаков, содержащих 36-37% 8Юо. Внедрение данной технологии позволило добиться экономии электроэнергии более 10% с сохранением извлечения цветных металлов в файн-

штейн на достигнутом ранее уровне. За счет внедрения данного мероприятия прибыль составила более 20 млн. руб. в ценах 1998 года.

7. Разработана модель и программа инженерных расчетов рудных электропечей, которая позволяет при переработке заданного набора сырья выбрать оптимальное количество печей и оптимальные параметры их работы.

8. Разработана математическая модель и программа для расчета технологических показателей процессов обжига концентратов, рудной плавки, конвертирования, обеднения шлаков и плавильного цеха в целом, которая позволяет определять составы получаемых штейнов, шлаков, файнштейна, расход электроэнергии в зависимости от состава шихты и режима технологии. С помощью этой модели определены, в частности, возможные объемы переработки высокомедистых продуктов в плавильном цехе.

9. Разработана технология брикетирования концентратов взамен окатывания и обжига. Процесс принят к внедрению. ОАО "Институт Гипроникель" разработан рабочий проект перехода на новую технологию, внедрение которой позволит полностью ликвидировать выбросы сернистого ангидрида и пыли в атмосферу г. Заполярный, снизить безвозвратные потери цветных металлов и перерабатывать внутренние и привозные обороты без использования норильской руды.

10. Разработана перспективная технология обжига никелевого концентрата в печах КС с последующей плавкой горячего огарка в электропечах. Внедрение этой технологии может позволить снизить выбросы БО? до 12-15 тыс. тонн в год, т.е. более чем на 90%, увеличить выпуск серной кислоты и достичь экономии электроэнергии 200 кВт-час на тонну проплавляемой шихты.

Публикации. По материалам работы опубликовано 76 статей, получено 8 авторских свидетельств и два положительных решения на изобретения.

Апробация работы

Основные положения и отдельные результаты доложены и обсуждены:

• на секции "Геология, добыча и переработка руд " Инженерной Академии РФ 18 мая 1994;

• на 1 Международном симпозиуме "Проблемы комплексного использования руд", Россия, г.С.-Петербург, С.-Петербургский горный институт, 10-14 мая 1994, (5сообщений);

• на 2 Международном симпозиуме "Проблемы комплексного использования руд", Россия, г.С.-Петербург, С.-Петербургский горный институт, 19-24 мая 1996, (16 сообщений);

• на 3 Международном симпозиуме " Clean Technology For the Mining Industry", Santiago, Chile, May 15-17, 1996, (3 сообщения);

• на Международном симпозиуме "Энергосберегающие технологии добычи, транспортировки и переработки твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых", С.-Петербург, СПГТУ, 27-31 мая 1996, (2 сообщения);

• на Международной конференции "Никель-кобальт", Канада, 1997, (3 сообщения);

• на научно-техническом совещании "Компьютерные методы в управлении электротехнологическими режимами рудно-термических печей", "Электротермия-98", С.-Петербург, С.-Пб. Государственный Технологический институт, 1998, (4 сообщения);

• на второй Международной конференции "Благородные и редкие металлы", Донецк, 1997.

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННА? БИБЛИОТЕКА

Исходные материалы и личный вклад автора в решение проблемы

Диссертационная работа в форме научного доклада базируется на результатах многолетних теоретических и экспериментальных исследований и промышленных испытаний, проводившихся на комбинате "Печенганикель" в течение 1979-1998 г.г. под научным руководством и при непосредственном участии диссертанта в области изучения особенностей рудной базы, совершенствования технологии обогащения рудного сырья, переработки медно-никелевых концентратов, разработки новых перспективных технологий.

Автор является научным руководителем и непосредственным участником всех работ, материалы которых использованы в докладе. При выполнении работ с участием других организаций диссертант являлся научным руководителем творческих коллективов.

Под личным руководством автора:

• проведено изучение минералогического состава рудного сырья комбината;

• проведены исследования и осуществлено внедрение технологии получения богатых концентратов при обогащении руд;

• разработана теоретико-математическая модель технологии обогащения медно-никелевых руд;

• проведены исследования и осуществлено внедрение бесфлюсовой плавки сырья;

• разработаны технологии брикетирования и обжига концентратов в печах КС;

. проведена статистическая обработка результатов работы плавильного цеха за 1986-1997 г.г.;

• разработаны математические модели инженерных расчетов рудно-термических печей и технологии плавильного цеха;

• разработаны технология, механизм и кинетика обжига медно-никелевых концентратов в печах КС;

• определены парциальные давления и рассчитаны активности компонентов в системах Ре-Б. №-8, Ре-М-Б, Бе-М-Си-Б;

• исследованы формы нахождения цветных металлов в малокремнистых шлаках и шлаках равновесных плавок обожженной шихты на штейны и шлаки различного состава.

Все научные положения работы получены и сформулированы лично автором.

Все статьи по теме диссертационного доклада подготовлены при непосредственном участии автора.

Выполненный автором комплекс исследований позволил получить новые научные данные в области теории металлургических процессов и решить крупную научно-техническую проблему - коренного совершенствования существующей технологии переработки высокомагнезиальной медно-никелевой руды с целью повышения эффективности производства и решения экологических задач.

Автор защищает:

1. Повышение извлечения никеля из руды с установленными особенностями ее минералогического состава и увеличение производительности обогатительного передела может быть обеспечено за счет использования богатого концентрата, получаемого путем усовершенствования взаимосвязанных между собой режимов и технологий рудоподготовки и флотации.

2. Снижение затрат в металлургическом производстве может быть достигнуто за счет внедрения усовершенствованной технологии обогащения высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых руд с пониженным содержанием серы, позволяющей получать концентраты с содержанием никеля более восьми процентов, и проведением бесфлюсовой электроплавки этих концентратов; при этом не повышаются потери цветных металлов с отвальным шла-

ком, и на извлечение N1, Со и Си в файнштейн наибольшее влияние оказывает содержание БЮг в конвертерном шлаке: повышение его на один процент (абс.) позволит повысить извлечение № и Си на 0,6 процента, Со - на 0,5 процента.

3,. Разработанная математическая модель и программа для расчета технологических показателей процессов обжига концентратов, рудной плавки, конвертирования, обеднения шлаков и плавильного цеха в целом, позволяет определять составы получаемых штейнов, шлаков, файнштейна и расхода электроэнергии в зависимости от состава шихты и режима технологии.

4. Выполнение м