Введение к работе
Актуальность темы. В состав Норильского ГМК входит Медный завод, где перерабатываются медные концентраты и богатая руда. Плавка ведется печах Ванюкова н отражательной печи. Получающиеся штейны содержат 30-55% суммы меди и никеля. В настоящее время медный концентрат от разделения медно-никелевого файнштейна на НГМК подвергается плавке в печи Ванюкова (на Надеждинском металлургическом заводе) с получением белого матта. Все штейны перерабатываются в горизонтальных конвертерах.
Если газы печей Ванюкова принципиально могут быть утилизированы с получением элементарной серы, то конвертерные газы в условиях Норильского ГМК не подлежат утилизации из-за низкого содержания в них диоксида серы.
В 1995 году институтом Гипроникель совместно с НГМК был выполнен ТЭР развития рафинировочных мощностей Медного завода, направленный, в основном, на решение экологических проблем. Было установлено, что без утилизации практически всех конвертерных газов невозможно выполнить экологические требования, стоящие перед предприятием. Выброс больших количеств вредных газов приводит помимо экологического ущерба к необходимости ежегодных выплат штрафов, измеряемых сотнями миллиардов рублей. Показано, что требования по коренному оздоровлению воздушного бассейна в районе Норильского ГМК могут быть выполнены только путем перехода в плавильном цехе Медного завода на непрерывное конвертирование. В ТЭО предпочтение было отдано непрерывному конвертированию твердых штейнов в печи Ванюкова, так как подобные агрегаты уже находятся в эксплуатации в цехе. При конвертировании твердого штейна принципиальных проблем не имеется, однако требуется изучение многих технологических н физико-химических проблем.
Автор выражает глубокую благодарность к.т.н. Н.П.Абрамову за научное соруководство, кт.н. ОАРыжову, к.т.н. О.И.Желдыбину, кх.н. Л.А.Павлиновой и Н.Л.Войханской за помощь в выполнении работы.
Задачи исследования. Разработать технологию непрерывного конвертирования богатых твердых никельсодержащих медных штейнов и концентратов на "сырую" черновую медь с одновременным глубоким обеднением шлаков в печи Ванюкова.
Методика исследования. Лабораторные исследования проводились на установке, включающей высокотемпературную печь Там-мана. Укрупненные испытания проводились на опытном двухзон-ном агрегате. Для исследований использовались: рентгеноспектральний микроанализ, атомно-эмиссионная спектрометрия, масс-спектрометрия, математические методы обработки результатов экспериментов, электронно-вычислительная техника.
Научная новизна работы.
-
Установлено, что основные параметры окисления твердого никельсодержащего медного штейна шлаковым расплавом не зависят от крупности штейна при размерах частиц менее 3 мм.
-
Выявлены закономерности поведения никеля при окислении сернистой меди в зависимости от его исходного содержания и содержания серы в расплаве для различных температур.
-
Определены коэффициенты распределения металлов между фазами расплава при непрерывном конвертировании в двух- и трехслойном режимах, установлена их зависимость от содержания в шлаке кремнезема и окислительного потенциала системы.
Практическая значимость работы.
Разработана научно обоснованная технология непрерывного конвертирования твердых никельсодержащих медных штейнов и медного концентрата от разделения файнштейна в модернизированной двухзонной печи Ванюкова с получением "сырой" черновой меди. Разработана математическая модель данного процесса. На основе полученных данных разработан технологический регламент на проектирование. Ожидаемый экономический эффект от внедрения технология непрерывного конвертирования на Медном заводе НГМК составит 40 млн. $ в год, а срок окупаемости капитальных вложений с учетом получения дополнительной товарной продукции - около 2 лет.
Положения, выносимые на зашиту.
1. Влияние крупности частиц медного никельсодержащего штейна на скорость окисления его шлаковым расплавом примени-
тельно к условиям непрерывного конвертирования твердого штейна в печи Ванюкова.
2. Поведение серы, никеля и меди в процессе непрерывного
конвертирования штейнов с получением "сырой" черновой меди
различного состава, в двух- и трехслойном режимах и их распре
деление между жидкими фазами.
3. Оптимальные режимы процессов непрерывного конвер
тирования богатых никельсодержащих медных штейнов и медного
концентрата от разделения файнштейна (МКРФ) и обеднения
шлаков в двухзонной печи Ванюкова (ПВ).
Апробация и публикации.
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ. Материалы доложены на 3-х конференциях и симпозиумах.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключительных выводов, списка литературы из 114 наименований, четырех приложений, содержит 45 таблиц, 58 рисунков и изложена на 147 страницах машинописного текста.