способ подготовки шихты к плавке для производства никелевого штейна из окисленных никелевых руд

Формула изобретения

1. Способ подготовки шихты к плавке для производства штейна из окисленных никелевых руд, включающий сушку сырой руды, разделение руды на фракции +2 мм и -2 мм, смешивание мелкой фракции руды -2 мм с сульфидизатором, флюсом и коксовой мелочью и брикетирование, отличающийся тем, что в качестве флюса вводят сланец при содержании его в шихте 8,0-10,5 мас.%, а в качестве сульфидизатора - никелевый сульфидизатор, содержащий 10-25 мас.% серы, не менее 5 мас.% никеля и железо.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сульфидизатор вводят в количестве 20 мас.% от шихты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к производству никелевого штейна в шахтных печах.

Известен способ переработки окисленных никельсодержащих руд [1], включающий распульповывание руды в пульпу, промывку пульпы руды в течение, по крайней мере, 1 мин, сортировку промытой руды во влажной среде для отделения, по крайней мере, тонкой фракции с использованием грохота с размером ячеек между 80 мкм и 3 мм для отделения тонких частиц от зернистых частиц таким образом, чтобы в зернистой фракции оставалось не более 10 вес.% тонкой фракции, тяжелосредную сепарацию зернистой фракции при плотности разделения 1,7-2,5 с получением легкой фракции и тяжелой фракции и извлечение легкой фракции, отделенной в виде обогащенной руды.

Недостатком способа является сложная схема обогащения с применением большого количества воды и специального оборудования для промывки руды и трудность разделения на грохоте влажных глинистых материалов.

Известен способ подготовки окисленных никелевых руд к плавке [2], включающий смешивание разных сортов руды (усреднение их состава), сортировку руды по крупности (грохочение), дробление крупных кусков руды и гипса, сушку руды в сушильных барабанах, смешивание подсушенной руды с сульфидизатором (пиритом, гипсом), изготовление брикетов. При шахтной плавке брикетов из окисленных никелевых руд расход кокса составляет 32-35%. Выход штейна составляет 7-10% от массы сухих брикетов, при этом содержание никеля в штейне 13-15%.

Недостатком способа является высокий расход кокса на тонну произведенного никеля в штейне, особенно при использовании руды с высоким содержанием оксида магния.

Наиболее близким аналогом является способ подготовки шихты к плавке для производства штейна из окисленных никелевых руд, включающий сушку сырой руды до остаточной влажности менее 7%, отсев крупной фракции, разделение руды на фракции +2 мм и -2 мм, смешивание мелкой фракции руды с сульфидизатором и флюсом и брикетирование [3].

Недостатком является высокий расход восстановителя - кокса.

Задачей изобретения является уменьшение удельного расхода кокса при плавке брикетов из окисленной никелевой руды в шахтных печах, повышение извлечения никеля в штейн.

Поставленная задача достигается тем, что в способе, включающем сушку сырой руды, разделение руды на фракции +2 мм и -2 мм, смешивание мелкой фракции руды с сульфидизатором, флюсом и коксовой мелочью и брикетирование, согласно изобретению в качестве флюса вводят сланец при содержании его в шихте 8,0-10,5 мас.%, а в качестве сульфидизатора - никелевый сульфидизатор, содержащий 10-25 мас.% серы, не менее 5 мас.% никеля и железо.

Сушка окисленной никелевой руды до остаточной влажности менее 7% способствует эффективному последующему разделению частиц руды по крупности, а это позволяет увеличить в руде содержание никеля и уменьшить содержание оксида магния. Повышение содержания никеля в руде способствует снижению удельного расхода кокса при шахтной плавке.

Разделение руды на крупную (+2 мм) и мелкую (-2 мм) фракции после сушки позволяет эффективно отделять на обычном оборудовании частицы размером менее 2 мм от крупных кусков руды. В связи с тем, что никель концентрируется в мелкой фракции, ее выделение из руды позволяет увеличить общее содержание никеля в шихте для брикетирования.

Избирательное измельчение крупной фракции руды позволяет выделить минералы никеля в отдельную фазу, обособленную от нерудных минералов и пустой породы.

Повышение содержания никеля в руде способствует снижению удельного расхода кокса при шахтной плавке.

Использование сульфидизатора указанного состава позволяет снизить расход крупнокускового кокса.

Для получения используемого сульфидизатора могут быть использованы любые известные способы, в том числе способ шахтной плавки окисленных никелевых руд, плавка ОНР в пламенной печи (мартеновская или отражательная печи), плавка в жидкой ванне и др.

Нижний предел в сульфидизаторе по никелю (5%) установлен с учетом того, что при более низком содержании никеля, например 4%, имеет место чрезвычайно высокий выход сульфидизатора, а при его использовании для последующей переработки окисленных никелевых руд на штейн расход кокса заметно повышается, а извлечение никеля равно 90,7% (против 91,6% извлечения никеля для варианта получения сульфидизатора, содержащего 5% никеля).

Нижний предел по сере (10%) установлен исходя из того, что сплавы с более низким содержанием серы имеют высокую температуру плавления (до 1400°С), вследствие чего заметно повышается расход кокса. Верхний предел содержания серы в сульфидизаторе (25%) установлен экспериментально и диктуется необходимостью металлизации сульфидизатора с целью снижения расхода кокса и выбросов серы в атмосферу при последующей переработке окисленных никелевых руд с предлагаемым никелевым сульфидизатором.

Введение сланца в качестве флюса в шихту позволяет придать ей новые свойства, в результате чего повышается легкоплавкость шихты, уменьшается доля эндотермических реакций, уменьшается стоимость шихты вследствие снижения расхода дорогостоящего кокса. Новые свойства шихты обусловлены структурой сланца, представляющей собой чередование известняка, гипса, окиси кальция с мелкими вкраплениями органических составляющих - углерода и водорода, выполняющие в шихте роль восстановителя и топлива. Составляющая сланца - гипс выполняет роль сульфидизатора. При этом количество сульфидизатора в шихте уменьшается пропорционально количеству серы, содержащейся в сланце.

Вводимые со сланцем углерод и водород позволяют уменьшить количество вводимого в шихту кокса с учетом кокса, расходуемого на эндотермическую реакцию разложения известняка. Нижний предел содержания сланца в шихте 8,0 мас.% определен из условия образования настыли на стенке реактора и ухудшения работы фурмы. При снижении содержания сланца в шихте менее 8,0% на фурме отсутствует огонь и на стенке образуется настыль, постепенно происходит замораживание фурмы.

Верхний предел содержания сланца в шихте 10,5 мас.% обусловлен повышением расхода сланца.

Свойства сланца позволяют осуществить комплексность его использования (минеральную и органическую составляющие) и повысить технологичность шихты вследствие ее легкоплавкости, что приводит к повышению производительности процесса.

Пример конкретного выполнения.

Окисленную никелевую руду, содержащую, мас.%: Fe₂O₃ =15,4; Ni=1,42; CaO=1,3; MgO=19,6; SiO₂=44,2; влага=27,5, сушили в сушильном барабане до остаточной влажности не более 7%, подвергали грохочению с разделением на фракции +2 мм и -2 мм, крупную фракцию избирательно измельчали и разделяли на пневмоклассификаторе на две фракции: легкую (плотностью менее 2,7 г/см³ ) и тяжелую (плотностью более 2,7 г/см³), которую выводили из состава шихты, а легкую фракцию и фракцию -2 мм смешивали, в шихту дополнительно вводили коксовую мелочь, сланец в количестве 9,5% и сульфидизатор в количестве 20%. Шихту брикетировали. Сланец при этом является флюсующе-восстановительной добавкой, топливом и сульфидизатором. В ходе испытаний в процессе наблюдений за плавкой из шихты постепенно выводили кокс. Расход кокса на калошу снизили на величину до 12,5 абс.% от массы всего кокса, поступающего на плавку. В ходе исследований отбирались пробы всех продуктов плавки, а по фурмам оценивалось состояние фурменного пояса. Испытания показали, что за период испытаний технологические показатели не ухудшались, несмотря на увеличение содержания SiO₂ в шлаке на 2%. В целом введение сланцев в плавку улучшает показатели процесса, например металлизация штейна за период испытаний возросла на величину до 6-12%, а увеличение металлизации привело к снижению потерь цветных металлов с отвальным шлаком. Анализ шлаков подтверждает снижение потерь никеля с отвальным шлаком с 0,164 до 0,15% при одновременном увеличении производительности печи.

В ходе испытаний состояние фурменного пояса улучшилось. Снижение расхода кокса обусловлено двумя причинами. Замена известковистого флюса (мрамора, известняка) на известковистый сланец не требует кокса на эндотермическую реакцию, разложения карбоната кальция, так как сам сланец обладает теплотворной способностью. Таким образом, введение в шихту сланца позволяет добиться двойного эффекта по снижению доли кокса в шихте. Использование тепла кокса на восстановление и плавку и исключение тепла кокса на разложение с тепловым эффектом сгорания горючего углерода сланца обеспечивают снижение эксплуатационных затрат на шихту вследствие экономии дорогостоящего кокса и позволяет повысить технологичность шихты.

В результате такой подготовки содержание никеля в руде возросло на величину до 1,96%, содержание оксида магния снизилось на величину до 18%. В процессе проведения испытаний фиксировали параметры работы печи и расход кокса. Штейн и шлак выпускали из печи.

Анализ приведенных результатов показывает, что использование способа подготовки шихты к плавке для производства штейна из окисленных никелевых руд позволяет снизить удельный расход кокса в шахтной печи.

Источники информации

1. Заявка на патент РФ № 98115383/03 от 05.08.1998, опубл. в БИПМ 2000, № 13.

2. Цейдлер А. А. Металлургия меди и никеля. М.: ГНТИ по черной и цветной металлургии, 1958, с.245-279.

3. Патент РФ 2234546, опубл. 20.08.2004.