RU2125108C1

RU2125108C1 - Method of processing oxidized nickel ores

Info

Publication number: RU2125108C1
Application number: RU98103882/02A
Authority: RU
Inventors: П.А. Ковган; А.В. Тарасов; В.А. Волков; В.В. Козырев
Original assignee: Дочернее открытое акционерное общество Институт "Гинцветмет"
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 1999-01-20

Abstract

FIELD: processing of oxidized nickel raw materials. SUBSTANCE: method includes ore supply in counterflow with high-temperature effluent gas, smelting in bubbling zone of two-zone furnace on hot bath preliminary poured to underlance region of furnace bubbling zone, with supply of carbon-contacting fuel and oxygen-containing blast. It is effected through lances located from furnace hearth at a distance equalling 11.0-12.0 diameter of lance. Smelting is carried out up to attaining the nickel content in bottom phase of not more than 35%, and produced slag is subjected to plasma treatment at temperature of not less than 1450 C with supply of carbon-containing reducer in the amount of 0.07-0.08 weight of initial ore. EFFECT: integrated high-economical efficient processing of oxidized nickel ores; high results of recovery of valuable components; producing during the process naturally alloyed iron and slag directed for manufacture of building materials. 2 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для переработки окисленного никелевого сырья. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy and can be used for the processing of oxidized nickel raw materials.

Известен способ переработки окисленного никелевого сырья, согласно которому окисленная никелевая руда, предварительно брикетированная, подвергается восстановлению в шахтной печи восстановительным газом, полученным при сжигании природного газа в специальной камере сгорания. Восстановленная руда при температуре - 900^oC поступает в электропечь, где плавится с получением ферроникеля и шлака, которые направляются на дальнейшую переработку. (Серия: "Производство тяжелых цветных металлов. Производство никеля за рубежом", ч. II, выпуск 2, 1979, с. 26-27, М" ЦИИНцветмет).A known method of processing oxidized Nickel raw materials, according to which the oxidized Nickel ore, pre-briquetted, is subjected to reduction in a shaft furnace with reducing gas obtained by burning natural gas in a special combustion chamber. The recovered ore at a temperature of - 900 ^o C enters the electric furnace, where it melts to produce ferronickel and slag, which are sent for further processing. (Series: "Production of heavy non-ferrous metals. Nickel production abroad", part II, issue 2, 1979, pp. 26-27, M "TsIINtsvetmet").

Основными недостатками известного способа являются его низкая экономичность, обусловленная высокими расходами условного топлива и дорогостоящей электроэнергии, невысокое извлечение никеля и кобальта из перерабатываемого сырья, а также значительные выбросы и потери диоксида серы. The main disadvantages of this method are its low efficiency, due to the high consumption of equivalent fuel and expensive electricity, the low extraction of Nickel and cobalt from processed raw materials, as well as significant emissions and losses of sulfur dioxide.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ переработки окисленных никелевых руд, включающий подачу руды в противотоке с высокотемпературными отходящими газами, плавку в барботажной зоне двухзонной печи с подачей углеродсодержащего топлива и кислородсодержащего газа, подаваемого через фурмы с последующей плазменной обработкой полученного расплава. (Ковган П.А. и др. "Экологически чистая технология бескоксовой плавки окисленных никелевых руд", "Цветная металлургия", 1994, N 11-12, с. 16- 17). Closest to the claimed method is a method for processing oxidized nickel ores, including supplying ore in countercurrent with high-temperature exhaust gases, smelting in a bubble zone of a dual-zone furnace with a supply of carbon-containing fuel and oxygen-containing gas supplied through tuyeres, followed by plasma processing of the obtained melt. (Kovgan P.A. et al. "Ecologically clean technology of coke-free smelting of oxidized nickel ores", "Non-ferrous metallurgy", 1994, N 11-12, S. 16-17).

Известный способ предусматривает сульфидирование расплава, полученного в процессе плавки окисленной никелевой руды. Причем в качестве сульфидизатора используется троилитовый концентрат, получаемый частичным обжигом пиритного концентрата в печи кипящего слоя. The known method involves the sulfidation of a melt obtained during the smelting of oxidized nickel ore. Moreover, a troilite concentrate obtained by partial calcining of a pyrite concentrate in a fluidized bed furnace is used as a sulfidizing agent.

Недостатками известного способа являются его невысокая экономичность, связанная со значительными затратами на проведение процесса сульфидирования, а также с отсутствием возможности комплексного использования перерабатываемой руды. The disadvantages of this method are its low cost, associated with significant costs for the sulfidation process, as well as the lack of the possibility of integrated use of the processed ore.

Получаемый в результате шлак содержит до 20-25% железа, но переработка его с целью получения железа является нерентабельной из-за высокого содержания серы в расплаве. The resulting slag contains up to 20-25% of iron, but processing it to produce iron is unprofitable due to the high sulfur content in the melt.

К числу недостатков известного способа следует также отнести неизбежные в результате проведения процесса сульфидирования выбросы диоксида серы в атмосферу. Among the disadvantages of this method should also include the inevitable as a result of the sulfidation process, emissions of sulfur dioxide into the atmosphere.

Изобретение направлено на решение задачи комплексной переработки окисленных никелевых руд, позволяющее достигнуть высоких показателей извлечения ценных компонентов, получить в результате товарную продукцию - чугун и шлак, годный для производства цемента или бетонов в качестве наполнителя, а также обеспечить экологические требования, предъявляемые к процессу, исключив возможность выбросов диоксида серы, так как заявляемый способ позволяет отказаться от процесса сульфидирования. The invention is aimed at solving the problem of complex processing of oxidized nickel ores, which allows to achieve high rates of extraction of valuable components, to result in commercial products - cast iron and slag, suitable for the production of cement or concrete as a filler, and to ensure environmental requirements for the process, eliminating the possibility of sulfur dioxide emissions, since the inventive method allows you to abandon the sulfidation process.

Описанный выше технический результат достигается тем, что в известном способе переработки окисленных никелевых руд, включающем подачу руды в противотоке с высокотемпературными отходящими газами, плавку в барботажной зоне двухзонной печи с подачей углеродсодержащего топлива и кислородсодержащего газа, подаваемого через фурмы, с последующей плазменной обработкой полученного шлака, согласно заявляемому изобретению, предварительно в подфурменную область барботажной зоны печи заливают чугун, кислородсодержащий газ подают через фурмы, расположенные от подины печи на расстоянии, составляющем 11,0-12,0 диаметра фурмы, от подины печи плавку ведут до достижения содержания никеля в донной фазе не более 35%, а плазменную обработку шлака проводят при температуре не менее 1450^oC с подачей углеродсодержащего восстановителя в количестве (0,07-0,08) от веса исходной руды.The technical result described above is achieved by the fact that in the known method of processing oxidized nickel ores, including supplying ore in countercurrent with high-temperature exhaust gases, smelting in a bubble zone of a dual-zone furnace with a supply of carbon-containing fuel and oxygen-containing gas supplied through tuyeres, followed by plasma processing of the resulting slag , according to the claimed invention, pre-cast iron is added into the sub-tuyere region of the bubble zone of the furnace, oxygen-containing gas is fed through the tuyeres, aspolozhennye hearth of the furnace at a distance of 11.0-12.0 diameter tuyeres of hearth melting furnace is operated until the nickel concentration in the bottom phase is not more than 35%, and the slag plasma treatment is carried out at a temperature of at least 1450 ^o C with a carbon-containing feed reducing agent in an amount (0.07-0.08) of the weight of the original ore.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

В ходе экспериментов было установлено, что проведение плавки окисленной никелевой руды в барботажной зоне двухзонной печи на ванне чугуна на ферроникель с содержанием никеля не более 35% с последующей плазменной обработкой полученного шлака в экспериментально установленном режиме позволяет решить проблему комплексного использования перерабатываемого сырья - максимально извлечь ценные компоненты из окисленной никелевой руды, получив при этом товарную продукцию-природно-легированный предельный чугун с содержанием легирующих элементов до 4%, а также шлак, годный по составу для производства цемента или в качестве наполнителя для бетонов. During the experiments, it was found that carrying out the smelting of oxidized nickel ore in the bubble zone of a two-zone furnace on a cast iron bath on a ferronickel with a nickel content of not more than 35% with subsequent plasma processing of the slag obtained in the experimentally established mode allows solving the problem of the complex use of the processed raw materials - to extract the most valuable components from oxidized nickel ore, while obtaining marketable products — naturally-alloyed cast iron with an alloying element content to 4%, and the slag composition suitable for the production of cement or as a filler for concrete.

Было установлено, что при стандартной для данного типа печей напряженности дутья в результате интенсивного перемешивания в барботажной зоне расплава руды с чугуном происходит восстановление никеля и кобальта железом и углеродом чугуна. При этом, как оказалось, существенное значение имеет подача кислородсодержащего дутья через фурмы, расположенные от подины печи на расстоянии, составляющем (11,0-12,0) диаметра фурмы. It was found that at a standard blast intensity for this type of furnace, as a result of intensive mixing in the bubble zone of the molten ore with cast iron, nickel and cobalt are reduced by iron and carbon of cast iron. In this case, as it turned out, the supply of oxygen-containing blast through the tuyeres located from the hearth of the furnace at a distance of (11.0-12.0) of the tuyere diameter is of great importance.

Экспериментально доказано, что если указанное выше расстояние превысит наибольшее заявляемое значение (т.е. больше 12,0 диаметра фурмы), то потоком дутья захватывается недостаточное количество восстановителя-чугуна, что существенно снижает извлечение никеля и кобальта. It has been experimentally proved that if the above distance exceeds the maximum declared value (i.e., more than 12.0 lance diameters), then an insufficient amount of reducing agent-cast iron is captured by the blast stream, which significantly reduces the extraction of nickel and cobalt.

В случае, когда указанное расстояние будет меньше наименьшего заявляемого значения (т.е. меньше 11,0 диаметра фурмы), то потоком дутья захватывается избыточное количество чугуна, наблюдается повышенная эрозия кладки ванны печи. In the case when the specified distance is less than the smallest declared value (i.e., less than 11.0 of the diameter of the lance), an excess amount of cast iron is captured by the blast flow, and increased erosion of the masonry of the furnace bath is observed.

Исследования показали, что оптимальным с точки зрения достижения наилучших показателей процесса является проведение плавки до достижения содержания никеля в донной фазе не более 35%, т.к. при превышении этого значения содержание никеля в шлаке возрастает. Studies have shown that it is optimal from the point of view of achieving the best performance of the process to conduct melting until the nickel content in the bottom phase reaches no more than 35%, when this value is exceeded, the nickel content in the slag increases.

Опытным путем было определено, что плазменная обработка полученного шлака в заявляемых условиях позволяет добиться наилучших показателей извлечения содержащихся в этом шлаке железа, никеля, кобальта и других ценных компонентов с получением в результате процесса природно- легированного чугуна с содержанием легирующих элементов до 4% и шлака, годного для использования в строительной промышленности. It was experimentally determined that the plasma treatment of the obtained slag under the claimed conditions allows achieving the best recovery rates of iron, nickel, cobalt and other valuable components contained in this slag, resulting in the process of naturally-alloyed cast iron with alloying elements up to 4% and slag, suitable for use in the construction industry.

Было установлено, что обработка шлака плазмой нейтрального газа при температуре менее 1450^oC приводит к повышению вязкости шлака, что затрудняет его выпуск из печи и повышает эксплуатационные расходы.It was found that the processing of slag by a neutral gas plasma at a temperature of less than 1450 ^o C leads to an increase in the viscosity of the slag, which complicates its release from the furnace and increases operating costs.

При повышении температуры более 1450^oC никаких существенных изменений в процессе не происходит, конечные продукты плавки соответствуют предъявляемым к ним требованиям.When the temperature rises above 1450 ^o C, no significant changes in the process occur, the final melting products meet the requirements for them.

Недостижение заявляемого соотношения количеств углеродсодержащего восстановителя и исходной руды приводит к снижению извлечения железа и ценных компонентов. Failure to achieve the claimed ratio of the quantities of carbon-containing reducing agent and the original ore leads to a decrease in the extraction of iron and valuable components.

При превышении указанного соотношения существенного роста извлечения металлов не наблюдается. Дальнейшее увеличение расхода восстановителя экономически не целесообразно. When exceeding the specified ratio, a significant increase in metal recovery is not observed. A further increase in the consumption of the reducing agent is not economically feasible.

Пример конкретной реализации заявляемого способа. Окисленная никелевая руда, содержащая мас.%: никель 1,0; кобальт 0,08; железо 23-24; оксид кремния 45- 48, в пылевидном состоянии загружается в циклонный теплообменник. В теплообменник противоточно подаются отходящие газы. Расход отходящих газов составляет ≈ 3000 м³/ч.An example of a specific implementation of the proposed method. Oxidized nickel ore containing wt.%: Nickel 1,0; cobalt 0.08; iron 23-24; silicon oxide 45-48, in a pulverized state is loaded into a cyclone heat exchanger. Exhaust gases are supplied countercurrently to the heat exchanger. The exhaust gas flow rate is ≈ 3000 m ³ / h.

Известковый флюс подают отдельно от руды в область отходящих газов с температурой 900^oC.Calcium flux is supplied separately from the ore to the exhaust gas region with a temperature of 900 ^o C.

В подфурменную область барботажной зоны заливают чугун. Подачу руды, нагретой в циклонном теплообменнике, осуществляют на ванну чугуна с одновременной загрузкой топлива-угля Кузбасского месторождения с теплотворной способностью 5300 ккал/кг. Cast iron is poured into the tuyere area of the bubble zone. The ore heated in a cyclone heat exchanger is supplied to a cast-iron bath while loading fuel-coal from the Kuzbass deposit with a calorific value of 5300 kcal / kg.

Уголь сжигается α = 0,85.
Барботаж расплава осуществляют подачей кислородсодержащего дутья воздуха, обогащенного до 40% O₂, через фурмы ⌀ 50 мм, расположенные по периметру барботажной зоны печи на расстоянии 600 мм от подины печи.Coal is burned at α = 0.85.
The melt is bubbled by supplying oxygen-containing blast of air enriched up to 40% O ₂ through lances of ⌀ 50 mm located along the perimeter of the bubble zone of the furnace at a distance of 600 mm from the bottom of the furnace.

При достижении содержания никеля в донной фазе, равной 34%. производят выпуск расплава, в подфурменную зону заливают предельный чугун в том же количестве. Upon reaching the nickel content in the bottom phase equal to 34%. they release the melt, in the sub-tuyere zone pour the limit cast iron in the same amount.

Полученный расплав содержал 34% никеля, 2,9% кобальта, 2% углерода, 1,3% хрома и 1,6% кремния. The resulting melt contained 34% nickel, 2.9% cobalt, 2% carbon, 1.3% chromium and 1.6% silicon.

Расплавленный шлак с содержанием 22% железа, 0,08% никеля и 0,008% кобальта из барботажной зоны печи поступает в зону плазменной доводки. The molten slag containing 22% iron, 0.08% nickel and 0.008% cobalt from the bubble zone of the furnace enters the zone of plasma lapping.

На ванну расплава подают углеродистый восстановитель-коксик в количестве 0,07 от веса шлака. Температуру расплава поддерживают на уровне 1550^oC.To the melt bath serves carbonaceous reducing agent-coke in the amount of 0.07 by weight of slag. The melt temperature is maintained at a level of 1550 ^o C.

В результате процесса восстановления в донную фазу из расплава переходят,%: углерод 1,4; кремний 1,8; кобальт 0,05; никель 0,35; хром 0,8; железо остальное, образуя природно-легированный передельный высокопрочный чугун с содержанием легирующих элементов ≈ 4%. As a result of the recovery process, the bottom phase passes from the melt,%: carbon 1,4; silicon 1.8; cobalt 0.05; nickel 0.35; chrome 0.8; iron the rest, forming a naturally-alloyed steel of high-strength cast iron with a content of alloying elements ≈ 4%.

Чугун из плазменной зоны выпускают периодически. Часть его заливают в барботажную зону печи, остальной чугун направляют на розлив в сушки. Cast iron from the plasma zone is released periodically. Part of it is poured into the bubbling zone of the furnace, the rest of the cast iron is sent for bottling in the dryer.

Шлак из плазменной зоны печи выпускают непрерывно, направляя его на грануляцию. Slag from the plasma zone of the furnace is discharged continuously, directing it to granulation.

Состав шлака, %: оксид кремния 55; оксид кальция 25; оксид магния 12; железо 2,3; никель 0,01; кобальт следы. The composition of the slag,%: silicon oxide 55; calcium oxide 25; magnesium oxide 12; iron 2,3; nickel 0.01; cobalt traces.

Гранулированный шлак по мере необходимости направляли на приготовление цемента или на производство бетона в качестве наполнителя. Granulated slag, as necessary, was sent to the preparation of cement or to the production of concrete as a filler.

Результаты экспериментальных исследований по выявлению оптимальных условий проведения заявляемого способа приведены в табл. 1 и 2. The results of experimental studies to identify optimal conditions for the proposed method are given in table. 1 and 2.

Таким образом, заявляемый способ успешно позволяет решить проблему комплексной экономичной переработки окисленных никелевых руд с точки зрения достижения высоких показателей извлечения ценных компонентов, получения в результате переработки природно-легированного чугуна и шлака, направляемого на производство стройматериалов, тем самым осуществив практически безотходное производство. Thus, the inventive method successfully solves the problem of complex economical processing of oxidized nickel ores from the point of view of achieving high rates of extraction of valuable components, obtaining as a result of processing naturally alloyed cast iron and slag, directed to the production of building materials, thereby making almost waste-free production.

Кроме того, реализация заявляемого способа обеспечивает высокие экологические требования, предъявляемые процессу в современных условиях. In addition, the implementation of the proposed method provides high environmental requirements for the process in modern conditions.

Claims

A method of processing oxidized nickel ores, including the supply of ore in countercurrent with high-temperature exhaust gases, smelting in a bubble zone of a dual-zone furnace with a supply of carbon-containing fuel and oxygen-containing gas supplied through tuyeres, followed by plasma processing of the resulting slag, characterized in that it is preliminarily in the sub-tuyere bar cast iron is poured into the zone of the furnace, oxygen-containing gas is fed through lances located from the furnace bottom at a distance of 11.0 - 12.0 of the diameter of the lance, melting u lead to a nickel content in the bottom zone of not more than 35.0%, and the plasma treatment of the slag is carried out at a temperature of at least 1450 ^o C with the supply of a carbon-containing reducing agent in the amount of 0.07 - 0.08 by weight of ore.