Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к способу переработки латеритных никелевых руд с прямым получением ферроникеля в виде металлических гранул.

Предшествующий уровень техники

Ферроникель является ценным и основным сырьем для производства различных марок нержавеющей стали.

В латеритных никелевых рудах сосредоточено около 70% мировых запасов никеля. По химическому и минеральному составу латеритные руды, в основном, подразделяются на железистые (лимонитные) и магнезиальные силикатные - сапролитные.

Наиболее распространенным промышленным способом прямого получения ферроникеля из сапролитных руд является электроплавка магнезиальных силикатных руд после предварительного восстановительного обжига их во вращающихся трубчатых печах в области температур 750-950°С (Elkem процесс). Процесс позволяет достичь высокой степени извлечения никеля (около 96%), однако энергоемкий, и может быть перспективным в местах, где есть дешевая электроэнергия (Резник И.Д., Ермаков Г. П., Шнеерсон Я.М. Никель. - М.: Наука и технология, 2001, т.2, 468 с).

Известен способ (ЕР 1867736 А1 2007), в котором предлагается перед плавкой осуществить восстановление латеритных руд в печи с вращающимся подом. Но это не устраняет недостатки, присущие электроплавке руд в руднотермических печах.

В регионах, где существует дефицит электроэнергии, одним из перспективных направлений является переработка магнезиальных силикатных никелевых руд во вращающихся печах с прямым получением ферроникеля в виде крицы. Все энергетические затраты в этом процессе обеспечиваются за счет использования угля или угля совместно с природным газом.

В классическом варианте переработки латеритных руд кричным способом (Цейдлер А.А. Металлургия никеля. - М.: Металлургиздат, 1947. 314 с.) руду подвергают дроблению (предпочтительно до крупности 5-10 мм), дозируют необходимое количество мелкого угля (-0,8 мм) или коксика, известняка и других добавок (например, глины, доменного шлака, алюмосиликатов и т.д.), тщательно смешивают, и смесь обжигают во вращающейся печи с постепенным нагревом до температуры 1300°С и выше в течение 6-8 час.

В кричном процессе используют вращающиеся печи длиной 70-100 м и диаметра 3,6-4,2 м. При этом на укрупнение восстановленных частиц никеля и железа с формированием крицы ферроникеля приходится только 20-30% (иногда, при более высоких температурах, до 40%) длины печи, до 80% используется для осуществления процессов нагрева шихты и восстановления свободных оксидов железа. То есть, если продолжительность процесса в целом составляет 7 часов, то около 1,5 часов приходится на укрупнение частиц ферроникеля в зоне крицеобразования, а 5,5 часов на нагрев шихты (до бООоС) и восстановление оксидов железа (от 600 до 1000°С). Процесс укрупнения частиц ферроникеля происходит медленно и требует длительного времени. Это обеспечивается путем очень медленного вращения печи (0,5-1 об/мин) при ее небольшом наклоне (около 1°). Шихта по мере продвижения в печи непрерывно нагревается отопительными газами и в ней в зависимости от температуры нагрева протекают различные физико-химические процессы: до температуры 600°С происходит испарение влаги, затем в области 600-1100°С - восстановление оксидов железа, при более высоких температурах - 1300-1350°С и выше нагретая шихта превращаются в полурасплавленное жидко-твердое вязкое состояние. В указанной температурной области интенсифицируется восстановление никеля из силикатных фаз, в результате чего восстановленные металлические частицы железа и никеля при вращении печи свариваются в круглые частицы— крицы, распределенные по всей массе шлака. Для достижения положительных результатов рекомендуется поддержание основности— соотношения (CaO+MgO)/Si0 ₂ в пределах 0,15-0,30, плавкости - соотношения Al ₂ 0 ₃ /Si0 ₂ в пределах 0,22-0,40. При этом содержание MgO в шлаке не должно превышать 12%. Горячую полурасплавленную массу (клинкер) выгружают из печи, охлаждают и после дробления и измельчения разделяют на магнитных сепараторах с выделением ферроникеля в виде крицы. Отмечено, что содержание никеля в крице зависит от состава руды и может изменяться в пределах от 4 до 8-10%, а при использовании высокомагнезиальных богатых латеритных руд оно может достичь 20- 25%. При этом состав получаемых криц главным образом зависит от соотношения Fe/Ni, в руде, т.е. чем меньше это соотношение, тем больше содержание никеля в крице. Основными недостатками кричного процесса являются большие расходы топлива, низкая производительность печей, невысокая стойкость футеровки в кричной зоне из-за высокой температуры процесса (1300-1350°С и выше) и образование в печи в области температур 1000-1200°С настылей, которые часто нарастают и превращаются в сплошное кольцо из шлака. На образование настылей влияют различные факторы: изменение состава никелевой руды; использование неагломированной шихты; низкая степень восстановления оксидов железа в зоне восстановления; нестабильный тепловой режим печи и другие.

При использовании неагломированной шихты по мере продвижения материала в печи происходит его расслоение, тонкая фракция опускается вниз и в восстановительной атмосфере при достижении температуры на внутренней стенке печи 1000-1 150°С оплавляется и прилипает к стенке с образованием настыли. Этому в значительной степени способствует повышенное содержание в шихте оксидов железа из-за образования легкоплавких железистых силикатов. Постепенно этот слой нарастает и образует сплошное шлаковое кольцо, которое приводит к нарушению и остановке работы печи. Это условно можно назвать преждевременное кольцеобразование. Образование настылей происходит также на границе зон, где твердый материал с повышением температуры в области от 1 150 до 1200-1250°С постепенно переходит в полурасплавленное состояние, что является характерной особенностью кричного процесса. При нарушении теплового режима печи и изменении состава шихты эти настыли нарастают с образованием шлакового кольца. Таким образом, во вращающейся печи ширина зоны, в которой образуются настыли, может растягиваться с 1000°С до 1200-1250°С и составлять несколько метров. Тогда образующееся на большом участке печи кольцо становится препятствием для проведения кричного процесса, приходится останавливать работу печи и проводить работы по удалению настыля, что приводит к снижению времени полезной работы печи, дополнительным расходам и резко снижает эффективность кричного процесса. Помимо этого, использование при обжиге во вращающейся печи неагломированной шихты создает серьезные трудности, связанные с большим пылевыносом из печи (увеличение пылевыноса из печи требует создания больших пылеулавливающих и газоочистительных сооружений), нарушением теплового режима и работы печи в целом.

При переработке латеритных руд кричным способом весь процесс обжига во вращающейся печи лимитируется скоростью укрупнения частиц ферроникеля в зоне крицеобразования. Из-за большой продолжительности процесса обжига (7-8 час и больше) большая часть угля, присутствующего в шихте, выгорает при контакте топочными газами, что отрицательно влияет на условия восстановления железа в области температур 700-1000°С. Присутствие избытка оксидов железа, как указано выше, способствует преждевременному образованию настылей из легкоплавких железистых силикатов в печи, что приводит к нарушению ее работы. Кроме этого, при обжиге во вращающейся печи распределение температуры по длине печи не способствует быстрому прогреву шихтовых материалов, а значит, и восстановлению оксидов железа.

Совокупность указанных факторов существенно снижает технико- экономические показатели процесса получения ферроникеля из латеритных руд кричным способом. Усовершенствованный вариант кричного процесса (усовершенствованный Крупп-Ренн процесс) для переработки высокомагнезиальньгх латеритных (гарниеритных) руд с прямым получением ферроникеля осуществляется в Японии на заводе Oheyama компании Nippon Yakin Kogyo Co., (Watanabe Т., Ono, S., Arai H., Matsumori T. Direct Reduction of Garnierite Ore for Production of Ferro-Nickel with a Rotary Kiln at Nippon Yakin Kogyo Co., Ltd., Oheyama Works. Int. J. Miner. Process., 19, 1987, p, 173-187). Способ заключается в следующем: разные высокомагнезиальные латеритные никелевые руды грубо измельчают и смешивают, к смеси руд с 17% влажности добавляют битуминозный уголь, антрацит, коксовую мелочь, около 8% известняка, затем их измельчают до -150 мкм (-100 меш) и усредняют в стержневой мельнице, полученную смесь брикетируют. Брикеты в непрерывном режиме подаются в решетчатое сушильное устройство, где осуществляется сушка брикетов при температуре 300°С за счет тепла отходящих газов. Затем упрочненные горячие брикеты подаются во вращающуюся обжиговую печь, где происходят последовательно процессы дегидратации (до 600°С), восстановления (600-1 100°С) и крицеобразования (1200-1400°С). Для улучшения агломерации частиц восстановленного металла в зоне крицеобразования в качестве твердого восстановителя используют высокосернистый уголь (1 ,5% S). Продолжительность обжига шихты во вращающейся печи составляет 7- 8 час и больше. При выходе из печи полурасплавленную массу (клинкер) с температурой около 1250°С закаливают (гранулируют) в воде, измельчают до - 2 мм, отделяют крицы ферроникеля от шлака отсадкой и магнитной сепарацией. Концентрат, выделенный в результате магнитной сепарации— мелкодисперсные частицы металла со шлаком (в виде включений), возвращается в обжиговую печь для дальнейшего укрупнения в результате слияния с другими металлическими частицами. Ферроникель представлен в виде частиц крупностью от 0,5 до 20 мм и содержит 1-2% шлака. Благодаря использованию для обжига богатых по никелю (2,3-2,6% Ni) и с низким содержанием железа (1 1-15% Fe) сапролитных руд (гарниерита) получается ферроникель с высоким содержанием никеля. Он имеет следующий химический состав: С < 0, 10%, Ni 18-22%, S 0,45%, Р 0,015%. Общая степень извлечения никеля из руды достаточно высокая и достигает 90-95%.

Шлаковые хвосты пропускают через классификатор для отделения от тонкой фракции (шлама), сыпучий материал в виде песка реализуют в качестве строительного материала для производства бетона, асфальта и др.

В описанном способе содержание серы в ферроникеле относительно высокое и составляет 0,45%. Однако отмечается, что оно не создает трудности, поскольку сера полностью удаляется при последующей аргонокислородной вакуумной обработке ферроникеля для удаления углерода в сталелитейном производстве компании Nippon Yakin Kogyo Со. Наоборот, присутствие серы играет важную роль в агломерации частиц восстановленного металла в условиях обжига шихты во вращающейся печи. Оно способствует снижению температуры плавления металла, благодаря небольшому содержанию в нем сульфидов никеля и железа. В связи с этим, в данном способе при обжиге шихты в качестве серосодержащего компонента используют высокосернистый уголь (1 ,5% S).

Использование при обжиге брикетированной шихты существенно уменьшает пылевынос из печи, а также практически устраняет преждевременное кольцеобразование в области низких температур (1000-1 150°С) благодаря отсутствию прилипания тонкодисперсного легкоплавкого материала. При этом, из-за высокой температуры процесса (1400°С), граничная зона, в которой образуются шлаковые настыли несколько сдвигается в сторону высоких температур и может находиться в области 1200-1300°С и выше. Дальнейшее повышение температуры способствует переходу материала в полурасплавленное относительно текучее состояние. Нарастание этого типа настылей предотвращается при стабильном тепловом режиме вращающейся печи, оснащённой специальной горелкой, работающей в импульсивном режиме. В известном способе высокая температура процесса (1400°С) объясняется тем, что при обжиге высокомагнезиальной руды в качестве флюса применяется только известняк, который из-за ограниченного количества не способствует образованию в условиях обжига в достаточном количестве легкоплавких силикатов или алюмосиликатов.

Основными недостатками известного способа являются очень высокая температура процесса укрупнения частиц ферроникеля (1400°С), большая продолжительность обжига (7-8 час и больше) и низкая производительность процесса. Как отмечено выше, высокая температура и большая продолжительность обжига значительно увеличивают энергетические затраты при обжиге, существенно уменьшают срок службы футеровки печи из-за агрессивного действия железистого силикатного расплава при высокой температуре. Требуется использование дорогих огнеупорных материалов. Совокупность этих факторов отрицательно влияет на себестоимость конечного продукта - ферроникеля.

Известен кричный способ переработки латеритных никелевых руд в двухступенчатой установке, состоящей из двух вращающихся печей, связанных между собой передаточной камерой (Тавастшерна С. С, Доброхотова Е.В. Исследование кричного способа переработки окисленных никелевых руд. /Труды института «Гипроникель». - Ленинград, 1962, вып. 13 (Окисленные никелевые руды), стр. 38-61). В одной печи происходит нагрев шихты и восстановление металлов из их оксидов, а в другой— переход материала в полужидкое состояние и укрупнение металлических частиц с формированием крицы ферроникеля. В восстановительной печи все процессы протекают в твердой фазе при температуре до 1000°С, а в кричной - в полужидком состоянии шлака при 1300-1350°С. В связи с тем, что каждая печь двухступенчатой установки имеет самостоятельный привод, они могут вращаться с различной скоростью. Это позволит ускорить процесс восстановления железа в области низких температур (до 1000°С), вследствие чего уменьшится продолжительность восстановления и увеличится производительность первой печи - печи восстановления. Отмечается, что в двухступенчатой установке продолжительность процесса можно значительно сократить, например, с 8-10 час до 6-6,5 час.

Таким образом, проведение восстановительного обжига раздельно на двухступенчатой установке позволяет улучшить некоторые показатели кричного процесса переработки магнезиальных латеритных руд, но оно не устраняет одного из основных недостатков кричного процесса - необходимости высокой температуры (с 1300-1350°C до 1400°C при содержаниях MgO более 20%) для укрупнения частиц ферроникеля с образованием крицы.

При высоких температурах процесса также не снимается вопрос шлакового кольцеобразования. В первой печи восстановленная шихта с температурой около 1000°С поступает во вторую печь, где при температуре 1300°С и выше происходит укрупнение восстановленных металлических частиц с образованием крицы ферроникеля. Поступающий из первой печи материал, пролетая короткое расстояние за небольшое время, не может нагреться на 300°С для перехода в относительно текучее полурасплавленное состояние. Поэтому вероятность образование настылей во второй печи в зоне поступления материала, когда температура его постепенно повышается от 1000 до 1250°С и выше, сохраняется. Для предотвращения образования настылей и их нарастания при обжиге латеритных руд в двухступенчатой печи требуется новое рациональное техническое решение.

Наиболее близким по технической сущности является способ переработки высокомагнезиальных латеритных руд с прямым получением ферроникеля (WO 2014/133421 А1, 2014). Способ включает смешивание руды с твердым восстановителем и флюсующими добавками, брикетирование полученной смеси, восстановительный обжиг брикетированной шихты в трубчатых вращающихся печах с формированием крицы ферроникеля и выделение ферроникеля из измельченного клинкера. В зависимости от состава магнезиальной латеритной руды флюсующие добавки вводят в смесь в количестве 6-12% СаС0 ₃ , 6-12% А1 ₂ 0 ₃ , 0-10% Si0 ₂ от массы руды, максимальную температуру в зоне крицеобразования поддерживают в пределах 1300- 1350°С, и содержание остаточного углерода в клинкерном шлаке поддерживают в пределах 0,05-0,55%), предпочтительно, в пределах 0,1-0,4%. В качестве твердого восстановителя используют смесь битуминозного угля и антрацита или кокса. Продолжительность обжига составляет 5-7 час, степень извлечения никеля из руды до 95%.

Путем использования комплексных флюсующих добавок в разных количествах данный способ позволяет несколько снизить температуру обжига (с 1400 до 1300- 1350°С) высокомагнезиальных (до 25% MgO) латеритных никелевых руд и повысить эффективность прямого получения ферроникеля. Однако он не свободен от основных недостатков, присущих кричному процессу: высокая температура восстановительного обжига (1300-1350°С), следовательно, большие расходы топлива, низкая производительность всего процесса, небольшой срок службы огнеупорной футеровки печи, а также высокая чувствительность процесса к образованию настылей в области температур 1150-1200°С на границе между зонами восстановления и крицеобразования в случае изменений состава руды (или шихты) и теплового режима в печи.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является разработка низкотемпературного способа переработки высокомагнезиальных силикатных латеритных руд с прямым получением ферроникеля, позволяющего максимально ограничить или полностью устранить образование шлаковых настылей и улучшить технико-экономические показатели процесса в целом.

Решение поставленной задачи заключается в том, что в способе переработки высокомагнезиальных латеритных руд с прямым получением ферроникеля, включающем смешивание руды с твердым восстановителем и флюсующими добавками СаСОз, А1 ₂ 0 ₃ и Si0 ₂ , брикетирование полученной шихты, восстановительный обжиг брикетированной шихты с формированием крицы ферроникеля и выделение ферроникеля из клинкера, при смешивании руды с восстановителем и флюсующими добавками в смесь вводят добавки фторсодержащих материалов в количестве 0,5-2%, предпочтительно 1,0-1 ,5%, в пересчете на фтор и серосодержащих материалов в количестве 0,2-1 ,2%, предпочтительно 0,4-1,0%, в пересчете на серу от массы руды, и восстановительный обжиг шихты осуществляют при максимальной температуре 1150- 1225°С.

В качестве фторсодержащих добавок используют плавиковый шпат (CaF ₂ ), криолит Na3(AlF ₆ ), предпочтительно отработанный электролит производства алюминия, гексафторсиликат натрия Na ₂ SiF ₆ , предпочтительно побочный продукт производства фосфорной кислоты и суперфосфата, а в качестве серосодержащих добавок используют пирит (FeS ₂ ), пирротин (Fe _n S _n+ i), серу, гипс (CaS0 ₄ -2H ₂ 0), фосфогипс и другие отходы металлургического производства.

Восстановительный обжиг шихты можно осуществлять последовательно в двух печах, при этом в первой печи максимальную температуру поддерживают в пределах 900-1100°С, предпочтительно 950-1050°С, а во второй печи поддерживают температуру в области 1150-1225°С, предпочтительно 1175-1200°С.

Первая печь может быть вращающейся трубчатой печью или печью с вращающимся подом.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. показывает влияние различных фтор- и серосодержащих добавок на формирование частиц ферроникеля (светлые) в полурасплавленном шлаке (серый) при обжиге магнезиальной силикатной руды с флюсующими добавками СаСОз, А1 ₂ 0 ₃ и

Si0 ₂ при 1200°С в течение 30 мин:

а - 1 ,5% CaF ₂ ; б - 2,0% CaF ₂ ; в - 3,0% CaF ₂ ; г - 3,0% CaF ₂ + 0,4% S; д - 3,0% CaF ₂ + 0,8% S; е - 3,0% CaF ₂ + 1,2% S.

Описание осуществлений изобретения

При обжиге магнезиальных силикатных руд для прямого получения ферроникелевых гранул применение одновременно, наряду с флюсующими добавками СаС0 ₃ , А1 ₂ 0 ₃ и Si0 ₂ , фтор- и серосодержащих добавок в вышеуказанных количествах позволяет снизить температуру в печи в зоне крицеобразования с 1300-1350°С до 1 175- 1200°С, вследствие чего значительно уменьшается расход топлива и увеличивается срок службы огнеупорной футеровки печи. Помимо этого, максимально сужается ширина температурной зоны образования настылей во вращающейся печи (с 1 150- 1250°С до 1 100-1 150°С). Выше 1 150°С материал переходит в полурасплавленное состояние. Это обстоятельство позволяет максимально уменьшить вероятность нарастания настылей с образованием шлакового кольца в печи при использовании брикетированной шихты и стабильном тепловом режиме процесса обжига.

Снижению температуры крицеобразования в указанных пределах (с 1300-1350°С до 1175-1200°С) вводимые фтор- и серосодержащие добавки способствуют в комплексе. При исключении одного из них укрупнение и слияние металлических частиц сильно затрудняется и формирование крицы ферроникеля не происходит. Фторсодержащие добавки, разрушая сеточную аморфную структуру силикатного стекла, способствуют уменьшению температуры размягчения шлака, однако это не способствует укрупнению металлических частиц и слиянию их в крупные гранулы (фиг.1 а-в). Введение серосодержащих добавок повышает подвижность металлических частиц железа и никеля при более низких температурах. Это обусловлено тем, что в присутствии серы в условиях обжига наряду с частицами ферроникеля образуются легкоплавкие сульфиды железа (т. пл. 1 193°С) и никеля (т. пл. 797°С). Из-за ограниченной растворимости в ферроникеле эти сульфиды образуют индивидуальные фазы, которые локализуются на поверхности твердых зерен ферроникеля в виде жидкой подвижной пленки, что приводит к существенному увеличению поверхностного натяжения между частицами ферроникеля (покрытой сульфидной пленкой) и шлака. Это обстоятельство способствует уменьшению кинетических затруднений, вследствие чего частицы ферроникеля при относительно низких температурах обжига (1 175-1200°С) достаточно легко мигрируют в полурасплавленном шлаке и, сливаясь, образуют крупные зерна ферроникеля (фиг.1 г-е).

В связи с таким изменением этих добавок при определенных соотношениях одновременно можно улучшить технологические свойства шлаков и облегчить в вязком шлаковом расплаве миграцию и слияние металлических частиц при более низких температурах с образованием крицы ферроникеля. В предлагаемом способе из- за низкой температуры восстановительного обжига руды (1 175-1200°С) восстановление железа до металлического состояния несколько ограничивается, что приводит к увеличению содержания никеля в конечном продукте - в крице ферроникеля. Так, если в аналоге в оптимальных условиях восстановительного обжига латеритной руды состава 2,36% Ni и 13,2% Fe содержание никеля в ферроникеле находится в пределах 20-22%, то в предлагаемом способе оно увеличивается до 23% и выше.

Уменьшение расхода фторсодержащих добавок в пересчете на фтор ниже 0,5% не позволяет снизить температуру размягчения материала с 1300°С до 1225°С и ниже, а в случае увеличения расхода его более 2% существенно не влияет на технологические свойства шлакового расплава. С другой стороны, увеличение добавок при обжиге нецелесообразно, это приводит к увеличению материальных потоков при обжиге, в результате чего увеличиваются энергетические затраты и снижается производительность процесса. Предпочтительный расход фторсодержащих добавок при обжиге магнезиальных силикатных никелевых руд в пересчете на фтор составляет 1- 1 ,5%.

При таких добавках фтора для осуществления процесса при температурах 1150-1225°С расход серосодержащих добавок в пересчете на серу составляет 0,2-1,2%, причем с увеличением расхода серы температура процесса снижается. При этом укрупнение и слияние металлических частиц с образованием крицы ферроникеля происходит в области 1175-1200°С. Уменьшение расхода серы менее 0,2% не дает положительных результатов, а увеличение ее расхода от 1 ,2%, во-первых, заметно не влияет на температуру процесса, а, во-вторых, приводит к увеличению содержания серы в ферроникеле, что считается нежелательным из-за увеличения выхода шлака при рафинировании ферроникеля. Предпочтительное количество серы находится в пределах 0,4-1 ,0% от массы руды. При введении в смесь 0,4-1,0% серы содержание ее в ферроникеле изменяется в пределах 1-2,5%, соответственно. Но это не создает серьезной трудности, так как из уровня техники известны способы удаления серы из металла при последующем рафинировании ферроникеля (WO 2014/129939 А2, 2014).

При оптимальном расходе флюсующих и фтор- и серосодержащих добавок повышение температуры в зоне крицеобразования от установленного верхнего предела (1225°С) не считается целесообразным, так как оно приводит к увеличению текучести шлака, и шлак не удерживает крупные металлические частицы ферроникеля, они быстро оседают на дно, в результате чего не обеспечивается полное слияние содержащихся в шлаке мелких частиц металлического никеля с более крупными частицами, что приводит к уменьшению выхода ферроникеля. Кроме этого, при увеличении текучести шлака в промышленных условиях существенно возрастает вероятность образования в горячей зоне вращающейся печи металлических настылей, нарастание которых приводит к нарушению работы печи и уменьшению срока службы футеровки.

При осуществлении способа восстановительного обжига по изобретению в одной вращающейся печи температуру в зоне восстановления можно снизить до 1175- 1200°С. При этом удается улучшить технико-экономические показатели процесса (снизить расход топлива, увеличить срок службы огнеупорной футеровки печи и т.д.), однако это не позволяет полностью устранить образование шлаковых настылей на границе перехода материала из твердого в полурасплавленное состояние.

При снижении температуры с 1300-1350°С до 1200°С и ниже осуществление восстановительного обжига магнезиальных никелевых руд в двухступенчатой установке из двух вращающихся печей позволяет практически полностью устранить образование настылей из шлака. Это достигается тем, что горячий материал из печи восстановления с температурой около 1000°С постепенно поступает во вторую печь непосредственно в ванну расплава с температурой около 1200°С при постоянном перемешивании, в результате чего температура материала достаточно быстро поднимается с 1000°С до 1175-1200°С и без образования настылей он переходит в полурасплавленное состояние.

Для осуществления первой стадии процесса (восстановления) может быть использована печь с вращающимся подом. В этом случае интенсивность процесса восстановления существенно повышается. Если во вращающейся трубной печи продолжительность процесса восстановления обычно составляет 4-5 час (при общей продолжительности обжига 6-7 час), то в печи с вращающимся подом она уменьшается до 60 мин из-за небольшой толщины слоя (около 10 см) загружаемых брикетов. После восстановления материал в горячем состоянии поступает во вторую печь, но во вращающуюся, как было описано выше. В случае восстановительного обжига в печи с вращающимся подом из-за отсутствия перемешивания материала практически исключается разрушение брикетов с образованием пыли, максимально уменьшается пылевынос и устраняется налипание материала на футеровку печи, что создает благоприятные условия для процесса.

Осуществление предлагаемого низкотемпературного процесса в двухстадийной установке практически полностью снимает все трудности кричного процесса и существенно повышает его технико-экономические показатели.

Примеры

Для осуществления способа были использованы высокомагнезиальные латеритные руды, химические составы которых приведены в таблице.1. В качестве углеродсодержащего твердого восстановителя служили битуминозный уголь зольностью 7,5% и коксовый порошок зольностью 10,6%. Содержание летучих веществ и общей серы в битуминозном угле 51% и 0,29%, а в коксовом порошке 2% и 0,2%, соответственно. В качестве флюсующих добавок СаСОз был использован природный известняк, содержащий 96% СаСОз, добавок А1 ₂ 0 ₃ и Si0 ₂ - природный боксит, содержащий 47,7% А1 ₂ 0 ₃ , 21 ,6% Si0 ₂ , 18% п.п.п. В опытах количество восстановителя и флюсовых добавок составило в пределах, принятых, как оптимальное в условиях уровня техники. Для руды N° 1 расход битуминозного угля составил 8%, а кокса 2% от массы руды, а для руды N° 2 (отличающейся относительно низким содержанием железа) - 6 и 2%, соответственно. Количество флюсующих добавок известняка и боксита изменилось в пределах 8-12%. В качестве фторсодержащей добавки был использован наиболее удобный и доступный CaF ₂ (на 1% F ₂ приходится около 2% CaF ₂ ), а в качестве серосодержащей добавки - элементарная сера, пиритный концентрат (35,3% Fe, 41 , 1 % S, 1 1 ,3% Si0 ₂ ) в количестве 2,5% взамен 1% серы, и CaS0 ₄ (обожженный гипс) в количестве 4,25% взамен 1% серы. Добавку CaS0 ₄ вводили с учетом содержания в нем СаО, и для поддержания общего вводимого количества извести уменьшили расход флюсующей добавки известняка до определенного количества. Испытания проб проводили в лабораторной трубчатой печи. Пробы руд, твердые восстановители и флюсующие и специальные добавки измельчали до крупности -150 мкм, смешивали в определенных пропорциях, из смеси изготавливали таблетки (брикеты). Таблетки обжигали в атмосфере инертного газа - аргона в условиях, аналогичных условиям аналога. Общая продолжительность обжига составила 6 часов, при этом продолжительность нагрева в зоне крицеобразования, где происходит постепенное повышение температуры шихты от 1 100°С до максимальной температуры процесса 1 175-1200°С, и последующего охлаждения до 1150°С составила 50 мин. После завершения процесса продукты обжига быстро охлаждали в воде. Для оценки влияния температуры обжига на полноту слияния мелких металлических частиц железа и никеля в более крупные зерна шлаки исследовали с применением оптической микроскопии. Охлажденный продукт обжига измельчали, частицы ферроникеля отделяли от шлака мокрой магнитной сепарацией. По остаточному содержанию в шлаке никеля рассчитывали степень извлечения никеля в ферроникель.

Таблица 1

Химический состав проб латеритных никелевых руд

Пример 1

Брикеты из смеси руды N°l с добавками 8% битуминозного угля, 2% кокса, 10% известняка, 12% боксита, 3% CaF ₂ и 0,4% серы обжигали в области температур от 300 до 1200°С в течение 6 час. При этом продолжительность нагрева в зоне крицеобразования, где происходит постепенное повышение температуры шихты от 1 100°С до максимальной температуры процесса 1200°С, и последующего охлаждения до 1150°С составила 50 мин. После охлаждения и измельчения продукта обжига металлические частицы отделяли от шлака мокрой магнитной сепарацией. Содержание никеля и железа в гранулах ферроникеля составило 13,9 и 80,4%, соответственно. Степень извлечения никеля из руды составила 89,8%, а железа - 66,5%.

Пример 2

Брикеты из смеси руды N°l с твердыми восстановителями, флюсующими и специальными добавками обжигали в условиях примера 1. Однако в этом случае количество добавок серы 1,0% от массы руды. Полученные после сепарации гранулы ферроникеля содержали 14,7% Ni и 80,2% Fe. Степень извлечения никеля из руды составила 94, 1%, а железа - 65,8%.

Пример 3

Брикеты из смеси руды N°l с твердыми восстановителями, флюсующими и специальными добавками обжигали в условиях примера 1. В данном случае количество добавки CaF ₂ составило 2,0%, а серы 0,8% от массы руды. Содержание никеля и железа в металлических гранулах составило 14,2 и 80,9%, соответственно. Степень извлечения никеля из руды составила 91,3%, а железа - 66,7%.

Пример 4

Состав брикетов из смеси руды N°l по количеству добавок твердых восстановителей, известняка, боксита, CaF ₂ и условия обжига брикетов аналогичны составу и условиям примера 3. Однако в этом случае количество добавок серы уменьшили с 0,8 до 0,4% от массы руды. Содержание никеля и железа в металлических гранулах составило 13,4 и 77,9%. При этом степень извлечения никеля из руды уменьшилась до 60,1%, а железа до 44,8%.

Пример 5

Состав брикетов из смеси руды N°l с твердыми восстановителями, флюсующими и специальными добавками аналогичен составу в примере 4. Однако в этом случае максимальная температура обжига составила 1225°С. Гранулы ферроникеля содержали 13,8% Ni и 81,8% Fe. Степень извлечения никеля и железа 90,3 и 68,6%, соответственно.

Пример 6

Состав брикетов из смеси руды N°l с твердыми восстановителями, флюсующими и специальными добавками аналогичен составу в примере 2. Однако в этом случае максимальная температура обжига брикетов составила 1175°С. В металлических гранулах, полученных после сепарации охлажденного и измельченного клинкера, содержание никеля и железа составило 14,2 и 80,1%, соответственно. Степень извлечения никеля из руды составила 91 ,2%, а железа - 65,9%.

Пример 7

Брикеты из смеси руды N°l с твердыми восстановителями, флюсующими и специальными фтор- и серосодержащими добавками обжигали в условиях примера 2. Однако в этом случае количество флюсующей добавки известняка уменьшили с 12 до 10% от массы руды. При этом содержание никеля в ферроникеле составило 14,8%, а содержание железа 80,9%, при степени извлечения никеля из руды - 93,6%, а железа - 65,5%.

Пример 8

Брикеты из смеси руды N°l с твердыми восстановителями, флюсующими и специальными фтор- и серосодержащими добавками обжигали в условиях примера 2. В этом случае количество флюсующей добавки известняка составило 8% от массы руды. После охлаждения клинкера, измельчения и магнитной сепарации полученные гранулы содержали 15,1% Ni и 80,2% Fe. Степень извлечения никеля и железа 92,8 и 63,2%, соответственно .

Пример 9

Брикеты из смеси руды N°2 с добавками 6% битуминозного угля, 2% кокса, 8% известняка, 12% боксита, 3% CaF ₂ и 1% серы обжигали в условиях примера 1. Содержание никеля и железа в полученном ферроникеле составило 22,4 и 72,6%, соответственно. Степень извлечения никеля 95, 1%, а железа 55, 1 %.

Пример 10

Состав брикетов из смеси руды N°2 и условия восстановительного обжига аналогичны составу и условиям примера 9. Однако в данном случае в качестве серосодержащей добавки был использован пиритный концентрат (FeS ₂ ) в количестве 2,5% взамен 1% элементарной серы. Металлические гранулы ферроникеля после магнитной сепарации содержали 21 ,9 Ni и 73,3% Fe, при степени извлечения никеля 94,8%, а железа 56,7%.

Пример 11

Состав брикетов из смеси руды N°2 по количеству добавок твердых восстановителей, боксита, CaF ₂ и серы, а также условия обжига брикетов аналогичны параметрам примера 9. В этом случае в качестве добавок 1% серы был использован CaS0 ₄ в количестве 4,25% от массы руды. При этом количество добавки известняка уменьшили на 3% (с 8 до 5%), что соответствует вносимому количеству СаО с добавкой CaS0 ₄ . В ферроникеле содержание никеля и железа составило 23,3 и 72,1%, соответственно. Степень извлечения никеля из руды 95,7%, а железа 52,9%.

Пример 12

Состав брикетов из смеси руды N°2 с твердыми восстановителями, флюсующими и специальными добавками аналогичен составу в примере 2. Однако в этом случае максимальная температура восстановительного обжига брикетов составила 1175°С. Содержание никеля и железа в металлических гранулах составило 20,4 и 72,9%, соответственно, при степени извлечения никеля из руды 88,2%, а железа - 56,3%.

Основные показатели, достигаемые при переработке высокомагнезиальных латеритных руд с прямым получением ферроникеля по предлагаемому способу, приведены в таблице 2.

Приводимые ниже примеры на двух пробах латеритных руд иллюстрируют возможности предлагаемого способа (эти примеры в таблице 2 выделены жирным шрифтом; индекс 1-14 у номера опыта означает, соответственно номер примера).

Таблица 2.

Результаты опытов по восстановительному обжигу высокомагнезиальных никелевых руд с флюсующими добавками известняка, боксита и фтор- и серосодержащими добавками

Добавки, % от массы руды Тобж, Содержание Ni в Ст. извл. из опы °С в FeNi, % шлаке, руды, % тов СаСОз Боксит CaF ₂ S , Ni Fe % Ni Fe

Опыты на руде N° 1

1 1 10 12 - - 1300 13,4 81 ,3 0,14 93,2 72,4

2 10 12 - - 1250 Разделения металла и шлака не

происходит

3 10 12 1 - 1250 12,3 70,7 0,49 76,4 56,2

4 10 12 1 - 1200 Разделения металла и шлака не

происходит

5 10 12 2,0 - 1200 --«--

6 10 12 3,0 - 1200 --«--

7 10 12 3,0 0,2 1200 12,8 79,1 0,37 81,4 64,4

8 ¹ 10 12 3,0 0,4 1200 13,9 80,4 0,21 89,8 66,5

9 10 12 3,0 0,8 1200 14,5 79,8 0,16 92,1 64,9

10 ² 10 12 3,0 1,0 1200 14,7 80,2 0,12 94,1 65,8

1 1 10 12 3,0 1 ,2 1200 14,8 79,7 0,11 94,7 65,3

12 10 12 2,0 1,2 1200 14,4 81,1 0,14 92,9 67,1

13 10 12 2,0 0,8 1200 14,2 80,9 0,17 91,3 66,7

14 ⁴ 10 12 2.0 0,4 1200 13,4 77,9 0,81 60,1 44,8

15 ⁵ 10 12 2,0 0,4 1225 13,8 81,8 0,20 90,3 68,6

16 10 12 1.0 1 ,0 1200 Разделения металла и шлака не

происходит

17 ⁶ 10 12 3 1,0 1175 14,2 80,1 0,18 91,2 65,9

18 10 12 3.0 1 ,0 1 150 12,3 70,3 0,61 69,7 51 ,1

19 10 10 3.0 0,8 1200 14,4 80,7 0,17 91,7 65,9

20 ⁷ 10 10 3.0 1,0 1200 14,8 80,9 0,13 93,6 65,5

21 8 10 3.0 0,8 1200 13,1 76,7 0,51 74,9 56,2

22 8 10 3.0 1,0 1200 14,1 81 , 1 0,20 90,3 66,5 23 10 8 3 0,8 1200 14,6 80,4 0,21 89,1 62,9

24 ^s 10 8 3 1,0 1200 15,1 80,2 0,14 92,8 63,2

25 12 8 3 0,8 1200 14,5 80,9 0,19 90,5 64,7

26 12 8 3 1,0 1200 15,3 79,8 0,12 93,1 63,1

Опыты на руде Ν°2

27" 8 12 3 1,0 1200 22,4 72,6 0,13 95,1 55,1

28 ¹⁰ 8 12 3 1,0* 1200 21,9 73,3 0,14 94,8 56,7

29 ^u 5 12 3 1,0** 1200 23,3 72,1 0,13 95,7 52,9

30 ¹² 8 12 3 1,0 1175 20,4 72,9 0,31 88,2 56,3

31 10 10 3 1 ,2 1 175 21,1 74,0 0,23 91,3 57,2

32 10 10 3 0,4 1225 19,7 75,4 0,24 90,8 62,1

33 10 10 2 1 ,0 1225 20,6 74,8 0,19 92,9 60,3

* в качестве добавок серы использован пиритный концентрат (2,5% на 1% серы)

** в качестве добавок серы использован CaS0 ₄ (4,25% на 1% серы)

Как видно из приведенных примеров в предлагаемом способе переработки высокомагнезиальных латеритных руд с прямым получением ферроникелевых гранул применение, наряду с флюсующими добавками, фтор- и серосодержащих добавок в установленных количествах позволяет существенно уменьшить температуру восстановительного обжига шихты (с 1300-1350 до 1 175-1200°С) при достижении высокой степени сквозного извлечения никеля из руды. Для осуществления предлагаемого низкотемпературного восстановительного обжига применение двухстадийных установок (с целью разделения процессов восстановления шихты и укрупнения металлических частиц с формированием гранул ферроникеля) позволит полностью устранить основной недостаток кричного процесса - образование шлаковых настылей и колец из шлака, и сделать процесс более эффективным и производительным с устойчивыми технологическими показателями.