Восстановительный обжиг окисленных никелевых руд

Большой объем лабораторных исследований восстановимости окисленных никелевых руд выполнен институтом «Гипроникель» в 1961—1964 гг. Исходными материалами в лабораторных исследо­ваниях служили окисленные никелевые руды отечественных место­рождений.

Результаты показывают, что с ростом тем­пературы от 1050 до 1250°С степень восстановления до металла для железисто-магне- зиальной руды увеличивается с12,8—14,5 до 45,5—75%. >

Для железисто-кремнистой руды (34% Fe) эта же величина возрастает с 3,4 до 52,5% за вдвое меньшее время.

Температура обжига — важнейший фактор, определяющий скорость и степень восстановления окисленных никелевых руд.

Температура начала восстановления железа из руд различных месторождений углеродом (степень восстановления — 2—6% за 2 ч) лежит в пределах 600—900° С. Для более железистых руд ско­рость восстановления сильно возрастает уже при повышении тем­пературы до 1000, а для более магнезиальных — до 1100— 1250° С. При этом степень восстановления железа до металла за 2 ч достигает 75%, что иллюстрируется данными таблицы 24.

Таблица 24-Зависимость степени восстановления окислов железа окисленных никелевых руд до металла от температуры (восстановитель — коксик, время обжига — 2 ч)

В таблице 25 приведены результаты этих опытов, свидетель­ствующие о том, что заметное влияние продолжительности вос­становления (при 1000° С) окислов железа и никеля наблюдается только в пределах 0,5—2 ч. Дальнейшее увеличение продолжи­тельности обжига до 3—4 ч дает сравнительно слабый эффект.

Таблица 25- Влияние продолжительности обжига на степень восстановления окислов никеля и железа

Влияние крупности окис­ленной никелевой руды и восстановителя на степень восстановле­ния окислов Ni и Fe при 1000° С в течение 1 ч представлено в таблице 26. Результаты этих опытов показывают, что снижение крупности руды и особенно восстановителя благоприятно сказы­вается на степени восстановления окислов металлов.

Таблица 26- Влияние крупности руды и восстановителя на степень восстановления

Опытно-промышленные испытания восстановительного обжига отечественных и импортных окисленных никелевых руд были выполнены Вычеровым В. Г. и Онищиным Б. П. на трубчатой вращающейся печи опытной установки Орско-Халиловского ме­таллургического комбината.

Трубчатая вращающаяся печь футерована шамотным кирпи­чом. Длина 12 м и диаметр в свету 1,15 м и угол наклона печи к горизонту 1°17' (рисунок 36). Число оборотов печи меняли в пре­делах 0,25—4,5 об/мин. Топочные газы и шихта двигались навстречу друг другу. Отопление осуществляли коксовым газом (70—120 м³/ч) и частично отходящими электропечными газами.

В опытах исполь­зовались руды Кимперсайского, Побужского и Буруктальского месторождений. Были также изучены параметры восстановления импортной руды, содержащей: 1,2% Ni, 0,05% Со, 17,59% Fe, 32% SiО₂, 15,6% MgO, 5,2% А1₂О₃.

Опытно-промышленные испытания подтвердили, что увели­чение температуры обжига является весьма эффективным сред­ством повышения степени восстановления окисленных никеле­вых руд. Так, например, для побужских руд повышение темпе­ратуры с 800 до 1000° С при расходе восстановителя 8—9% от веса сухой руды и времени обжига 3,5 ч увеличивает степень восстановления окиси железа до закиси с 5—25 до 68%. Степень восстановления буруктальских руд при расходе восстановителя 6% возрастает с 1,5 до 58% при увеличении температуры с 700 до 1000 ⁰С.

Рисунок 36. Трубчатая вращающаяся печь опытно-промышленной установки Орско-Халиловского металлургического комбината:

1 — загрузочная труба; 2 — пылевая камера; 3 — привод; 4 — корпус; 5 — раз­грузочная труба; 6— «головка» печи; 7 — форсунка

Таблица 27- Результаты обжига побужской руды (железа — 23—29%) в опытно-промышленной трубчатой печи

Таблица 28- Результаты обжига побужской руды (железа — 33—38% ) в опытно-промышленной трубчатой печи

Таблица 29-Результаты обжига импортной руды в опытно-промышленной трубчатой печи

Таблица 30-Результаты обжига буруктальских руд в опытно-промышленной трубчатой печи

Этот процесс осуществляют перед аммиачным выщелачиванием Ni и Со на заводах "Команданте Рене Латоур" (Куба) и "Серед" (Словакия).

На кубинском заводе перерабатывают латеритовые и серпентинитовые руды, которые обжигают в соотношении 2:1с последующим охлаждением огарка в нейтральной атмосфере (для исключения окисления металли­ческой фазы).

Восстанавливают руду в 17 - подовых печах, обогреваемых генератор­ным газом. Дополнительное тепло поступает от сжигания мазута при ко­эффициенте расхода воздуха 0,5, что обеспечивает сильновосстановительную атмосферу. Нагрев руды не. должен превышать 1050 К, чтобы огра­ничить количество образующегося при обжиге растворимого МgО. В пе­чах происходят реакции: Ni + Н₂ = Ni + Н₂O; 3Fe₂O₃ + Н₂ = 2Fe₃O₄ + Н₂O; NiO + СО = Ni + СO₂.

Поскольку в руде Ni находится, главным образом, в виде твердого раствора в окислах Fe конечный продукт восстановления представляет собой железоникелевый сплав, который затем извлекают и разделяют гидрометаллургическим переделом.

Перед обжигом руду состава, (%): 1,2 - 1,4 Ni; 0,08 - 0,1 Со; 35 - 40 Fe; 7 - 10 МgО; 1,6 - 2,0 Сr₂O₃; 12 - 15 SiO₂ подсушивают до содержания 2 - 3 % влаги в бара­банных сушилах длиной 41 м и диаметром 3,5 м. При сушке удаляют до 95 % влаги. В связи с большим содержанием мелкой фракции пылевынос достигает 16 - 20 %. Пыль улавливают в циклонах, а затем в электрофильтрах и объединяют с подсушенной рудой.

На вибрационных грохотах отделяют крупные куски, представленные в основном серпентиновой рудой. Эту часть руды дробят в молотковых дробилках, вновь грохо­тят, крупную часть измельчают в шаровых мельницах, работающих в замкнутом цикле с пневмосепаратором. Конечная крупность помола руды составляет 85 - 90 % фракции - 0,074 мм. Измельченную руду подают в обжиговый цех, оборудованный 21 семнадцатиподовой печью; диаметр печей 5,7 м, высота 18 м. Руда находится в печи около 4 ч при температурах от 650 до 1010 К, при этом восстанавливается до 80 - 85 % Ni и 3 - 4 % Fe; остальное Fe восстанавливается до магнетита. Огарок, имеющий температуру 870 К, охлаждают в холодильнике до 350 - 360 К.

Огарок после охлаждения в нейтральной атмосфере сразу направляют в ванну с раствором, содержащим 6,5 % NH₃ и 3,5 % СO₂. При выщелачивании в три стадии растворяется до 90 - 95 % восстановленного Ni, что составляет около 80 % от его содержания в руде. Промытый остаток после выщелачивания содержит, (%): 0,2 - 0,3 Ni; 0,05 - 0,08 Со; 40 - 45 Fe; 15 - 16 SiO₂; 4 - 6 Al₂O₃; 7 - 8 MgO, около 2Сr₂O₃. По исследованиям и проектным проработкам эти хвосты успешно обогащаются по Fe до 58 - 60 %. Полученный концентрат проектируется агломерировать для произ­водства черных металлов. Ni и Со осаждают в виде карбонатов; после сгущения и фильтрации пульпы получают осадок, содержащий, (%): 49 - 50 Ni; 0,4 Со; 0,1 Fe; 2,4 S; 0,4 MgO с влажностью около 60 - 435 %. Осадок прокаливают во вращающейся печи длиной 56 м и диаметром 4,0 м, работающей по принципу противотока. Печь отапливают мазутом, температура в горячей зоне составляет 1370 К, на выходе из печи 645 К. При содержании 02 в отходящих газах выше 2 % получают огарок с со­держанием S не более 0,03 %. Пылевынос при обжиге достигает 11 %, поэтому от­ходящие газы очищают сначала в циклонах, а затем в электрофильтрах. Уловленную пыль возвращают на обжиг. После прокалки закись Ni содержит, (%): 77 - 78 Ni; 0,6 - 0,8 Со; 0,1 - 0,3 Fe; 0,01 - 0,02 S; 0,012 Zn. Для повышения содержания Ni, а так­же для получения более удобного для использования в сталеплавильном производ­стве закись Ni спекают с просасыванием воздуха на аглоленте длиной 12,6 м и ши­риной 2,0 м. В состав шихты, поступающей в смеситель входит 35 % закиси Ni , 45 % оборотного агломерата, 12 % пыли, 8 % угля. Зажигательный горн работает на дизельном топливе, расход которого составляет 2 % от массы шихты.

Товарный агломерат содержит , (%): 88r - 90 Ni; 0,7 Со; 0,04 Сu; 0,3 Fe; 0,05 S; 0,0005 Pb; 0,04 - 0,14 С;. 1,7 SiO₂; 7,5 O₂. Общее извлечение Ni из руды состав­ляет 76 %.