Разработка технологии брикетирования сул ь фидного высокомагнезиального медно-никелевого сырья
На правах рукописи
МАШЬЯНОВ Алексей Константинович
Разработка технологии брикетирования
сульфидного высокомагнезиального
медно-никелевого сырья
Специальность 05.16.02 – Металлургия черных,
цветных и редких металлов
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург
2012
Работа выполнена в ООО «Институт Гипроникель» и ОАО «Кольская ГМК»
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Цемехман Лев Шлёмович
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, профессор кафедры теоретических основ металлургии цветных металлов
Попов Игорь Олегович
кандидат технических наук, доцент, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», доцент кафедры металлургии
Коновалов Георгий Владимирович
Ведущая организация: Государственный научный центр Российской Федерации «Институт Гинцветмет»
Защита состоится «15» июня 2012г в 16 час 30 мин.
на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при
Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» по адресу: 196106, Санкт-Петербург, 21я линия, д. 2, ауд. 1303.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный»
Автореферат разослан 14 мая 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
д-р техн. наук В.Н. Бричкин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В настоящее время в плавильном цехе комбината «Печенганикель» Кольской ГМК перерабатывается сульфидный медно-никелевый высокомагнезиальный концентрат состава, % (масс.): Ni – 8-10, Cu – 3-4, Fe - 25-28, S - 18, MgO - 10-12, по технологии, включающей его окатывание и обжиг окатышей, плавку холодных окатышей в электропечах с получением штейна и отвального шлака. Штейны подвергаются конвертированию с получением файнштейна, конвертерного шлака, заливаемого в рудные электропечи для обеднения, и газов, частично направляемых в сернокислотное производство.
Данная технология характеризуется низкой степенью утилизации серы, большим расходом электроэнергии и низкой производительностью.
Для плавильного производства КГМК в течение длительного времени для совершенства технологии, в основном для решения экологических проблем, рассматривались следующие варианты переработки концентрата:
- переработка в печи взвешенной плавки,
- плавка в печи Ванюкова,
- обжиг концентрата в печах КС и плавка горячего огарка в электропечах,
- плавка концентрата в герметичных электропечах;
- плавка в двухзонной печи Ванюкова.
Предпочтение было отдано плавке в двухзонной печи Ванюкова. Проект прошел Госэкспертизу и утвержден руководством ОАО «ГМК «Норильский никель».
В этом проекте предполагалось металлургическое производство разместить на площадке «Североникель», а комплекс брикетирования - на площадке «Печенганикель» (с последующей транспортировкой брикетов).
Цель работы
Разработка технологии брикетирования высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых концентратов.
Научная новизна
1. Установлено влияние минералогического состава концентрата на прочностные характеристики брикетов, полученных из сульфидного высокомагнезиального медно-никелевого концентрата. Показано, что повышение в его составе сульфидной составляющей, как и содержания талька негативно сказывается на прочности брикетов.
2. С применением рентгеноспектрального микроанализа проведено исследование образцов лежалого концентрата. Установлено, что образцы содержат крупные конгломераты частиц двух типов: отдельные частицы практически неизмененных рудных сульфидных минералов – пентландита, халькопирита, пирротина, пирита и более крупные частицы серпентина. Все это находится в связующей массе, представляющей собой сульфат никеля (% масс.: 23,2 Ni; 0,41Co; 3,3 Fe; 1,6 Mg; 17,7 S; 54 O) с реликтами пентландита. Имеются также конгломераты отдельных частиц рудных сульфидных минералов – пентландита, халькопирита, пирротина, пирита, более крупные частицы серпентина и частицы магнетита. Все это связано в конгломерат не сульфатами, а тонкой фракцией концентрата, в основном – силикатной.
3. Исследован механизм влияния лигносульфоната, влажности шихты и возврата на прочностные характеристики брикетов. Установлено, что:
- наиболее эффективно повышение содержания лигносульфоната в шихте сказывается на прочности брикетов в области его содержаний 0-3,5 % (по сухому весу). Оптимум влажности шихты для получения наиболее прочных “зеленых” брикетов лежит в диапазоне 2,2-3,5 %;
- эффективным средством повышения прочностных характеристик брикетов является подача на брикетирование шихты с повышенной температурой (60-900С). В этом случае вследствие ускорения процессов полимеризации связующего и удаления капиллярной влаги из тела брикетов наблюдается увеличение прочностных характеристик сырых брикетов;
- зависимость содержания возврата в продуктах брикетирования от влажности шихты и содержания в ней лигносульфоната носят экстремальный характер: точка минимума выхода возврата отвечает влажности шихты 2,6-4,5 % и 1,5-7,2 %-му содержанию лигносульфоната в шихте.
4. Установлена зависимость, определяющая прочность брикетов от технологических параметров процесса брикетирования.
Практическая значимость
На основании проведенных исследований на пилотной и промышленных установках разработана технология брикетирования высокомагнезиального сульфидного медно-никелевого концентрата, определены оптимальные расходы связующего (лигносульфоната), влажности и температуры шихты, давления прессования, возврата, различных отходов. На основании полученных данных разработан технологический регламент, на основе которого проектной частью ООО «Институт Гипроникель» выполнен проект промышленного комплекса брикетирования для Кольской ГМК производительностью 530 тыс. т концентрата в год общей стоимостью 2 млр. 200 млн. руб. Срок окупаемости определяется, в основном, стоимостью связующего. В настоящее время ведется освоение промышленного комплекса.
Показано, что плавка брикетов в двухзонной печи Ванюкова протекает без каких-либо осложнений. При плавке брикетов в РТП при содержании влаги в брикетах более 3-3,5% происходят хлопки и выбросы расплава.
Основные защищаемые положения
1. С целью обеспечения требуемого качества брикетов высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых концентратов, в процессе брикетирования следует учитывать химический и минералогический состав концентрата, тип и расход связующего, влажность, давление прессования, состав и температуру шихты.
2. Для обеспечения высоких показателей плавки высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых концентратов в двухзонной печи Ванюкова шихту следует вводить после брикетирования в установленном режиме, что обеспечивает получение богатых штейнов, шлаков с низким содержанием цветных металлов и высокосернистых газов, пригодных для последующей утилизации.
3. Для обеспечения безаварийного и безопасного режима плавки брикетированных высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых концентратов в рудно-термических электропечах следует использовать брикеты с содержанием влаги не более 3-3,5%.
Методика исследований
Для исследований использовались растровый электронный микроскоп Tescan 5130MM с системой микроанализа SPIRIT (ED-спектрометр) и YAG-кристаллом в качестве детектора отраженных электронов, рентгенофазовый анализ. Исследования брикетирования концентрата проводились на пилотной установке института Гипроникель - валковом прессе В050 производства фирмы “K.R. Komarek, Inc.” (США) производительностью до 25 кг/ч. Полупромышленные и промышленные испытания процесса брикетирования проведились на установках фирмы “Maschinenfabrik Kppern GmbH & Co.KG” (Германия), валковом прессе ЗАО “НПО Спайдермаш” и на промышленном брикет-прессе производства фирмы “Koppern” на ООО “Медногорский медно-серный комбинат”.
Достоверность результатов обоснована применением промышленного сырья, использованием современных методов исследования, хорошим согласованием результатов пилотных исследований и полупромышленных и промышленных испытаний.
Апробация работы
Результаты работы доложены на семинаре «Неделя металлов в Москве. 13-17 ноября 2006 г.», Москва, 2007, на НТС ОАО «ГМК «Норильский никель» 2004-2008 гг., на НТС ОАО «КГМК» 2004-2010 гг., на НТС ООО «Институт Гипроникель» 2006-2010.
Личный вклад автора
Автор самостоятельно выполнил:
- постановку задач и разработку общей методики исследований;
- принимал непосредственное участие в пилотных исследованиях;
- непосредственно руководил проведением полупромышленных и промышленных испытаний;
- непосредственно участвовал в обработке экспериментального материала;
- участвовал в разработке технологического регламента;
- осуществлял руководство строительством и освоением промышленного комплекса.
Автор выражает сердечную благодарность за внимание, содействие, и поддержку на различных этапах выполнения диссертационной работы д.т.н. Цымбулову Л.Б., д.т.н. Ерцевой Л.Н., к.т.н. Чумакову Ю.А., к.т.н. Блинову В.А., ст.н.с. Портову А.Б.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, из них 4 – в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения и библиографического списка. Содержит 159 страниц машинописного текста, 42 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 100 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении рассматривается актуальность работы, ее научная и практическая ценность, постановка задач.
В главе 1 выполнен критический анализ опубликованных данных по брикетированию медных и медно-никелевых руд и концентратов и окисленных никелевых руд.
В главе 2 рассмотрены теоретические аспекты брикетирования материалов цветной металлургии.
В главе 3 приведены результаты изучения минералогического состава высокомагнезиального сульфидного медно-никелевого концентрата Кольской ГМК.
В главе 4 исследованы закономерности брикетирования сульфидного медно-никелевого высокомагнезиального концентрата на укрупнено-лабораторном валковом прессе ООО «Институт Гипроникель».
В главе 5 рассмотрены результаты испытаний по брикетированию рудного медно-никелевого концентрата на промышленных и полупромышленных валковых прессах.
В главе 6 рассмотрены возможные технологические схемы брикетирования рудного медно-никелевого концентрата, обоснован выбор оптимальной схемы.
В главе 7 приведены результаты опытно-промышленных испытаний технологии плавки брикетированного медно-никелевого концентрата в двухзонной печи Ванюкова.
В главе 8 приведены результаты плавки брикетов в рудно-термических электропечах.
1. С целью обеспечения требуемого качества брикетов высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых концентратов, в процессе брикетирования следует учитывать химический и минералогический состав концентрата, тип и расход связующего, влажность, давление прессования, состав и температуру шихты.
Проанализированы литературные данные и теоретические аспекты брикетирования сырья различного химического и минералогического состава: сульфидные медные и медно-никелевые руды и концентраты, окисленные никелевые руды. Показано, что помимо химического и минералогического состава на прочностные свойства брикетов оказывают влияние влажность исходного материала, количество и качество связующего вещества и способы упрочнения сырых брикетов.
Исследование химического, минералогического и
гранулометрического состава концентратов
В экспериментах по брикетированию использовались свежие и лежалые с различным сроком хранения концентраты. Влажность свежих концентратов составляла 10,2-13,1 %.
Рентгеноспектральный микроанализ образцов лежалого концентрата с применением растрового электронного микроскопа Tescan 5130MM с системой микроанализа SPIRIT (ED-спектрометр) и YAG-кристаллом в качестве детектора отраженных электронов показал, что проба концентрата содержит крупные конгломераты частиц двух типов (рисунок 1):
1. Конгломераты содержат отдельные частицы практически неизмененных рудных сульфидных минералов – пентландита, халькопирита, пирротина, пирита и более крупные частицы серпентина. Все это находится в связующей массе, представляющей собой сульфат никеля с реликтами пентландита (рисунок 3.1, а, б). Состав сульфата, % масс.: 23,2 Ni; 0,41Co; 3,3 Fe; 1,6 Mg; 17,7 S; 54 O, что соответствует примерно пяти–шестиводному сульфату никеля с примесью других сульфатов, в первую очередь, железа и магния.
а б
в г
1 – сульфидные рудные минералы; 2 – серпентин;
3 – сульфат никеля;4 – магнетит (рудный и вторичный)
Рисунок 1 – Общий вид (а, в) и строение (б, г) двух типов
конгломератов частиц в пробах лежалого рудного
медно-никелевого концентрата
2. Конгломераты содержат отдельные частицы рудных сульфидных минералов – пентландита, халькопирита, пирротина, пирита, более крупные частицы серпентина и частицы магнетита. Все это связано в конгломерат не сульфатами, а тонкой фракцией концентрата, в основном – силикатной (рисунок 1, в, г).
Исследование закономерностей брикетирования
сульфидного медно-никелевого концентрата на укрупнено-лабораторном валковом прессе ООО «Институт Гипроникель»
Исследования проводились на валковом прессе В050 производства фирмы “K.R. Komarek, Inc.” (США), основные технические характеристики которого представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Основные технические характеристики валкового
пресса В050 производства фирмы “K.R. Komarek, Inc.”
| № п/п | Техническая характеристика | Размерность | Величина |
| 1 | Диаметр валков | мм | 100 |
| 2 | Ширина валков | мм | 38 |
| 3 | Скорость вращения валков | об/мин | 0 - 7,5 |
| 4 | Максимальный крутящий момент валков | Н*м | 380 |
| 5 | Максимальное давление прессования | кН/см | 50 |
| 7 | Размер брикетов | мм | 34х18х12 |
| 8 | Скорость вращения шнекового питателя | об/мин | 0 - 137 |
| 9 | Максимальный крутящий момент шнека | Н*м | 42 |
| 11 | Общая производительность пресса | кг/час | 1 - 25 |
Экспериментально установлено, что: существенное влияние на прочностные характеристики брикетов оказывает минералогический состав концентрата. Повышение в его составе сульфидной составляющей, как и содержания талька негативно сказывается на прочности как сырых, так и сухих брикетов. Причем на прочности сырых брикетов это влияние наиболее заметно при повышенном содержании цветных металлов и (или) талька в составе концентрата, а при невысоком содержании для сушеных брикетов.
Возрастание содержания лигносульфоната в брикетируемой шихте способствует повышению прочностных характеристик как сырых, так и сушеных брикетов, причем темп возрастания для первых выше, чем для вторых. Наиболее эффективно повышение содержания лигносульфоната в шихте сказывается на прочности брикетов в области его содержаний 0-3,5 % (по сухому весу). Для получения сырых (“зеленых”) брикетов с приемлемой прочностью (140 кГ/брикет и более при испытаниях на сжатие, выход мелкой фракции менее 15 % при испытаниях на сброс) необходимо поддерживать содержание сухого лигносульфоната в шихте не менее 6,5 % или не менее 12,5 % жидкого. Оптимум влажности шихты для получения наиболее прочных “зеленых” брикетов лежит в диапазоне 2,2-3,5 %.
Зависимость прочности брикетов на сброс или сжатие от влажности шихты экстремальная, с точкой максимума, отвечающей 1,5-3,2 % влажности шихты при испытаниях брикетов на сжатие и 3,5-4,8 % при испытаниях на сброс. Просматривается явное влияние содержания лигносульфоната в шихте на ее положение на кривой: повышение содержания лигносульфоната помимо увеличения максимума по величине прочности и сужению пика по диапазону изменения влажности способствует смещению точки максимума в сторону больших значений по влажности шихты.
При проведении операции упрочнительной сушки брикетов их прочностные характеристики увеличиваются в 2-2,5 раза, и необходимая прочность на сжатие может быть достигнута при ~1,7 или 3,5 % содержании в шихте лигносульфоната порошкообразной или жидкой консистенции, соответственно. Выход мелкой фракции менее 15 % при испытаниях сушеных брикетов на сброс достигается на шихте, содержащей более 1,5 % жидкого лигносульфоната (по сухому весу). Диапазон исходной влажности брикетируемой шихты в этом случае значительно шире и составляет 1,5-6,5 %.
Эффективным средством повышения прочностных характеристик брикетов является подача на брикетирование шихты с повышенной температурой (60-900С). В этом случае вследствие ускорения процессов полимеризации связующего и удаления капиллярной влаги из тела брикетов наблюдается увеличение прочностных характеристик сырых брикетов, а результаты их испытаний на сброс и сжатие становятся сопоставимыми с аналогичными результатами для сушеных брикетов.
Зависимость содержания возврата в продуктах брикетирования от влажности шихты и содержания в ней лигносульфоната носят экстремальный характер: точка минимума выхода возврата отвечает влажности шихты 2,6-4,5 % и 1,5-7,2 %-му содержанию лигносульфоната в шихте. Повышение содержания связующего в шихте приводит к снижению точки минимума возврата и смещению в сторону большей влажности. С ростом влажности шихты также происходит уменьшение минимального выхода возврата и смещение его в сторону больших содержаний связующего в брикетируемой шихте. В целом выход возврата при оптимальном ведении процесса находится в пределах 10-35 % от массы продуктов брикетирования.
Результаты испытаний по брикетированию концентрата на промышленных и полупромышленных валковых прессах
Были проведены промышленные и полупромышленные испытания на валковых прессах “Maschinenfabrik Kppern GmbH & Co.KG” (Германия), компании со столетним опытом разработки технологий брикетирования различных рудных концентратов, брикет-прессов и сопутствующего оборудования, и ЗАО “НПО Спайдермаш” (Россия).
Сделаны некоторые обобщающие выводы:
– для получения максимально возможного количества целых брикетов в продуктах брикетирования необходимо повышенное содержание связующего в шихте в пределах 3,5-5,3 %; выход целых брикетов, полученных при брикетировании засульфаченного концентрата, заметно выше, чем при брикетировании свежего концентрата;
– требуемый выход возврата (не более 15 %) достигается при содержании жидкого лигносульфоната в шихте не менее 8 % при брикетировании свежего концентрата или 5,5 % при брикетировании лежалого; при применении в качестве связующего сухого лигносульфоната, достаточное количество возврата образуется при его содержании в шихте в количестве более 6,2 %; содержание влаги в шихте во всех случаях не должно превышать 3,7 %;
– сырые брикеты из свежего концентрата удовлетворительной прочности на сброс (выход фракции +10 мм более 85 %) можно получить при брикетировании шихты, содержащей не менее 8,3 % жидкого лигносульфоната или 5,6 % сухого, а влажность шихты должна находиться в пределах 3,2-4,7 %; получение необходимой прочности на сжатие (140 кг/брикет и более) на сырых брикетах проблематично, в то время как при брикетировании лежалого концентрата в широкой области содержаний лигносульфоната в шихте величина прочности сырых брикетов на сжатие заведомо выше указанного значения;
– проведение упрочнительной сушки брикетов приводит к значительному повышению их прочности; при использовании в качестве связующего жидкого лигносульфоната достижение необходимой прочности на сжатие сушеными брикетами, изготовленными из свежего концентрата, наблюдается при содержании лигносульфоната в шихте более 7,8-8,2 %, а прочности на сброс - более 4,3 % при влажности шихты 3,2-5,8 %; прочность на сжатие сушеных брикетов из лежалого концентрата значительно выше прочности брикетов из свежего концентрата, и даже в отсутствие связующего превышают требуемые значения по прочности в широком диапазоне содержаний влаги в концентрате;
– не менее эффективным средством повышения прочностных характеристик брикетов является подача на брикетирование шихты с повышенной температурой (60-900С); это в сочетании с низкой влажностью шихты, переходом при брикетировании части механической энергии пресса в тепло дает эффект упрочнительной сушки брикетов, что и фиксируется у брикетов, изготовленных по технологии Медногорского МСК и прошедших непродолжительное вылеживание (3 часа);
– предельным значением влажности шихты, при котором сохраняется работоспособность брикет-пресса, является 3,5 %; выше этого значения при брикетировании рудного медно-никелевого концентрата начинается залипание рабочих ячеек брикет-пресса; при своевременном контроле за состоянием валков пресса последующей аварийной ситуации на прессе можно избежать путем подачи на валки пресса материала пониженной влажности, что приводит к самоочистке ячеек от залипшего материала;
– сравнительный анализ качества продуктов брикетирования, полученных на различных промышленных и полупромышленных валковых прессах, показал хорошую согласованность результатов и построенных на их основе зависимостей показателей брикетирования от состава шихты; это говорит о несущественном влиянии различий в конструкции и работе прессов на показатели брикетирования.
Рекомендовано иметь прочность готовых брикетов на сброс: выход фракции +10 мм при троекратном сбрасывании брикетов на стальную плиту с 2-х метровой высоты не менее 85 %, а прочность на сжатие – 140-150 кГ/брикет и более.
С учетом возможных поставщиков оборудования для брикетирования концентрата на ОАО “Кольская ГМК” предпочтение отдано варианту технологии с использованием в качестве основного оборудования брикет-пресса 92/10-8D 1225 DG2E производства фирмы “Maschinenfabrik Kppern GmbH & Co.KG” (Германия).
2. Для обеспечения высоких показателей плавки высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых концентратов в двухзонной печи Ванюкова шихту следует вводить после брикетирования в установленном режиме, что обеспечивает получение богатых штейнов, шлаков с низким содержанием цветных металлов и высокосернистых газов, пригодных для последующей утилизации.
Для получения всех необходимых технологических показателей плавки брикетов на комбинате «Североникель» была построена опытно-промышленная двухзонная печь Ванюкова. Проект разработан ООО «Институт Гипроникель» совместно с институтом «Норильскпроект» и проектно-исследовательским центром ОАО «Кольская ГМК».
Окислительная и восстановительная зоны печи имеют площадь пода 4,7 м2 каждая, площадь пода сифона – 2,0 м2 (общая площадь пода печи – 11,4 м2). Окислительная зона печи снабжена 6 фурмами (4 основных, 2 дополнительных в торце печи), восстановительная зона – 4 фурмами. Конструкция фурм, их расположение, а также количество подаваемого через них воздушно-кислородного дутья и топлива идентичны промышленным, что позволяет с высокой степенью достоверности прогнозировать процессы плавки и восстановления по результатам испытаний на опытно-промышленной печи. Рабочие пространства зон печи разделены водоохлаждаемыми перегородками, системы газоудаления - раздельные. Газы зоны окисления, содержащие SO2, направляются на сернокислотное производство, газы зоны восстановления, содержащие CO и Н2, дожигаются воздухом через специально установленные в верхнем ряду кессонов фурмы и систему организованных подсосов, очищаются от пыли и выбрасываются в атмосферу. Сифон печи предусматривает возможность непрерывного выпуска шлака и штейна. Выдачу штейна можно осуществлять также периодически, через шпур, установленный в торце сифона. В связи с малым потоком образующегося штейна, его выпуск на этом этапе испытаний осуществляли по второму варианту, т.е. периодически через шпур, расположенный на уровне 600 мм от пода печи.
Для испытаний была использована наработанная партия брикетов медно-никелевого концентрата массой 1900 т на брикет-прессе ОАО «Медногорский медно-серный комбинат».
В окислительную зону печи подавались совместно сульфидное сырье (брикеты), кварцевый флюс, твердый конвертерный шлак и твердый углеродистый восстановитель. Через фурмы подавались кислородно-воздушная и пропан-бутановая смеси.
Образующийся в процессе плавки шлак поступал в восстановительную зону печи, где осуществлялось его восстановление газовой смесью, образующейся в результате сжигания пропан-бутановой смеси в условиях дефицита кислорода, и твердым углеродистым восстановителем. Для поддержания требуемой концентрации диоксида кремния в шлаке в зону восстановления велась загрузка флюса. Шлак восстановительной зоны поступал в сифон, откуда происходил его непрерывный слив через порог, расположенный на уровне 2200 мм от пода печи.
Производительность окислительной зоны по перерабатываемым брикетам составляла 5,5 т/час, расход кварцевого флюса – 512% от массы перерабатываемых брикетов, конвертерного шлака - 22–24%, антрацита – 8–12%. Обогащение дутья по кислороду варьировали в пределах 80-93%. Расход кислородно-воздушной смеси составлял 3000 - 3600 нм3/час.
Заметного влияния лингосульфоната, содержащегося в брикетах, на процесс плавки не установлено.
Производительность восстановительной зоны по обедняемому шлаку составляла 5,6 т/час, расход кислородно-воздушной смеси – 1800–2000 нм3/час (обогащение по кислороду 80-93%), расход антрацита – 12-18% от массы перерабатываемого шлака.
Получение шлаков с низкой концентрацией цветных металлов одинаково достигается при плавке на штейны разного качества. Даже при получении 70-73%-ных штейнов качество обеднения сохраняется. Однако при этом закономерно снижается содержание серы в штейне.
В результате испытаний показана возможность эффективной транспортировки брикетов с места их производства до металлургического агрегата. Визуально установлено, что количество целых брикетов составляет более 90%;
Ожидаемые показатели технологии:
- содержание цветных металлов в отвальном шлаке двухзонной печи Ванюкова: Ni – 0,2; Cu – 0,36; Co – 0,09;
- состав штейна двухзонной печи Ванюкова, %: Ni – 29,4; Cu 15,1; Co – 0,92; Fe – 30,7; S – 20,5.
3. Для обеспечения безаварийного и безопасного режима плавки брикетированных высокомагнезиальных сульфидных медно-никелевых концентратов в рудно-термических электропечах следует использовать брикеты с содержанием влаги не более 3-3,5%.
До строительства двухзонной печи Ванюкова полученные брикеты планируется плавить в имеющихся рудно-термических электропечах. Проведены исследования для установления принципиальной возможности безопасной работы РТП при плавке брикетов.
Брикетирование концентрата и опытные плавки проводились на установках ООО «Институт Гипроникель». Плавки велись в опытный дуговой печи, оборудованной однофазным трансформатором ОСУ-100/05-А, номинальная мощность 100 кВА, используемые ступени вторичного напряжения 49,0 В и 36,8 В.
Были также проведены опытные плавки в гарнисажной электропечи мощностью 225 кВА, площадь пода – 0,4 м2. Углеграфитовые электроды диаметром 100 мм погружаются в шлаковый (штейновый) расплав.
Комплекс исследований, проведенных в настоящей работе на укрупненных установках, показал, что при плавке брикетов в электропечах, для безопасной работы содержание влаги в брикетах не должно превышать 33,5%. При более высоком содержании влаги при переворачивании откосов и соприкосновении их со штейном неизбежно приведет к выбросам расплава из печи со всеми вытекающими последствиями.
Заключение
1. С использованием методов РЭМ, РСМА и РФА исследован вещественный состав исходного высокомагнезиального сульфидного медно-никелевого концентрата. Установлено, что проба концентрата содержит крупные конгломераты частиц двух типов
- конгломераты содержат отдельные частицы практически неизмененных рудных сульфидных минералов – пентландита, халькопирита, пирротина, пирита и более крупные частицы серпентина. Все это находится в связующей массе, представляющей собой сульфат никеля с реликтами пентландита. Состав сульфата, % масс.: 23,2 Ni; 0,41Co; 3,3 Fe; 1,6 Mg; 17,7 S; 54 O, что соответствует примерно пяти–шестиводному сульфату никеля с примесью других сульфатов, в первую очередь, железа и магния.
- конгломераты содержат отдельные частицы рудных сульфидных минералов – пентландита, халькопирита, пирротина, пирита, более крупные частицы серпентина и частицы магнетита. Все это связано в конгломерат не сульфатами, а тонкой фракцией концентрата, в основном – силикатной.
2. На пилотной установке института Гипроникель - валковом прессе В050 производства фирмы “K.R. Komarek, Inc.” (США) проведен широкий комплекс исследований брикетирования сульфидного высокомагнезиального медно-никелевого концентрата. Проведены полупромышленные и промышленные испытания процесса брикетирования на установках фирмы “Maschinenfabrik Kppern GmbH & Co.KG” (Германия), валковом прессе ЗАО “НПО Спайдермаш” и на промышленном брикет-прессе производства фирмы “Koppern” на ООО “Медногорский медно-серный комбинат”. Результаты пилотных и промышленных испытаний хорошо согласуются между собой. Установлено, что:
– для получения максимально возможного количества целых брикетов в продуктах брикетирования необходимо повышенное содержание связующего в шихте и поддержание влажности шихты в пределах 3,5-5,3 %; выход целых брикетов, полученных при брикетировании засульфаченного концентрата, заметно выше, чем при брикетировании свежего концентрата;
– требуемый выход возврата (не более 15 %) достигается при содержании жидкого лигносульфоната в шихте не менее 8 % при брикетировании свежего концентрата или 5,5 % при брикетировании лежалого; при применении в качестве связующего сухого лигносульфоната, достаточное количество возврата образуется при его содержании в шихте в количестве более 6,2 %; содержание влаги в шихте во всех случаях не должно превышать 3,7 %;
– сырые брикеты из свежего концентрата удовлетворительной прочности на сброс (выход фракции +10 мм более 85 %) можно получить при брикетировании шихты, содержащей не менее 8,3 % жидкого лигносульфоната или 5,6 % сухого, а влажность шихты должна находиться в пределах 3,2-4,7 %; получение необходимой прочности на сжатие (140 кГ/брикет и более) на сырых брикетах проблематично;
–эффективным средством повышения прочностных характеристик брикетов является подача на брикетирование шихты с повышенной температурой (60-900С);
– предельным значением влажности шихты, при котором сохраняется работоспособность брикет-пресса, является 3,5 %; выше этого значения начинается залипание рабочих ячеек брикет-пресса;
– совпадение в последовательности изменения свойств брикетов, изготовленных из фактически лежалого концентрата на пилотной установке фирмы “Koppern” и промышленном прессе Медногорского МСК (с повышением содержания жидкого лигносульфоната в шихте) свидетельствует о существенных различиях в брикетировании свежего и лежалого концентратов; получение брикетов из свежего концентрата удовлетворительной прочности возможно или при введении повышенного количества связующего в брикетируемую шихту, или при проведении упрочнительной сушки брикетов, или операции подачи горячей шихты на валки пресса с последующим вылеживанием брикетов, аналогичной проводимой на Медногорском МСК.
По совокупным результатам исследований, проведенных на укрупнено-лабораторном валковом прессе В050 производства фирмы “K.R. Komarek, Inc.” и промышленных брикет-прессах предприятий, возможных поставщиков оборудования для брикетирования рудного медно-никелевого концентрата на ОАО “Кольская ГМК”, предпочтение отдано третьему варианту технологии с использованием в качестве основного оборудования брикет-пресса 92/10-8D 1225 DG2E производства фирмы “Maschinenfabrik Kppern GmbH & Co.KG” (Германия). Разработан технологический регламент для проектирования промышленного комплекса брикетирования производительностью 530 тыс. т концентрата в год. Начато освоение промышленного комплекса.
3. На комбинате «Североникель» Кольской ГМК в опытно-промышленной двухзонной печи Ванюкова проведены плавки брикетов. Выполнен проект, который прошел Госэкспертизу и утвержден руководством ОАО «ГМК «Норильский никель».
4. В связи с тем, что решение о строительстве двухзонной печи не принято, брикеты перерабатываются в существующих электропечах.
Проведены исследования на укрупненных установках плавки брикетов в электропечах. Установлено, что при плавке брикетов для безопасной работы содержание влаги в брикетах не должно превышать 33,5%. При более высоком содержании влаги при переворачивании откосов и соприкосновении их со штейном неизбежно произойдут выбросы расплава из печи со всеми вытекающими последствиями.
Основные результаты диссертации представлены в следующих печатных работах:
1. Машьянов А.К. Влияние влажности шихты и содержания в ней связующего на прочностные характеристики брикетов / А.К Машьянов., А.В.Голов, В.Ф. Козырев, А.Б. Портов, Л.Ш. Цемехман // Цветные металлы, 2007. № 8. С.34-38.
2. Машьянов А.К. Влияние химического и гранулометрического состава медно-никелевого концентрата на его брикетируемость / А.К. Машьянов, А.Н. Голов, В.Ф. Козырев, А.Б. Портов, Л.Ш. Цемехман // Цветные металлы, 2007. № 10. С.41-46.
3. Машьянов А.К. Отработка технологии брикетирования рудного медно-никелевого концентрата на промышленных брикет-прессах / А.К. Машьянов, А.Н. Голов, В.Ф. Козырев, А.Б. Портов, Л.Ш. Цемехман // Цветные металлы, 2007. № 12. С.37-42.
4. Машьянов А.К. Изучение влияния влажности шихты и содержания в ней связующего на прочностные характеристики и выход возврата при брикетировании рудного медно-никелевого концентрата комбината “Печенганикель” / А.К. Машьянов, Ю.А. Чумаков, А.Н. Голов, В.Ф. Козырев, А.Б. Портов, Л.Ш. Цемехман // Неделя металлов в Москве. 13-17 ноября 2006 г. Сборник трудов конференций и семинаров. Москва, 2007. С.425-432.
5. Машьянов А.К. Брикетирование рудного медно-никелевого концентрата с использованием в качестве связующего водных растворов меляссы / А.К. Машьянов, А.Н. Игумнов, А.Б. Портов, Л.Ш. Цемехман // Цветные металлы, 2011. №8-9. С. 145-150.
