Файл: Серебряный Я.Л. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов.pdf

Рассмотрим эти рекомендации более подробно.

11.

Напомним, что решающее значение на потери металлов ока­ зывает содержание в шлаке кремнезема и закиси железа. Влияние кремнезема на содержание в шлаке никеля и кобальта для условий электроплавки на комбинатах «Печенганикель» и Норильском иллю­

с увеличением содержания в шлаке кремнезема потери металлов

кремнистые флюсы. Понятно, чтозатраты на переработку флюса не должны превышать стоимости дополнительно извлеченных из шлаков металлов.

Частичное замещение кремнезема в шлаке окисью кальция умень­ шает потери металлов. Промышленные опыты, проведенные в Нориль­ ске, показали, что если в шихту электроплавки вместо кварцевого флюса добавлять известняк из расчета получения в отвальном шлаке 18—20% СаО, то происходит значительное повышение извле­ чения кобальта; потери никеля снижаются в меньшей степени. Так, при содержании в шлаке 8% СаО содержание кобальта состав­ ляет 0,038% и никеля 0,11%; при 20% СаО в шлаке содержится 0,014% кобальта и 0,09% никеля.

В зависимости от технологической схемы завода и состава сырья содержание FeO в отвальных шлаках колеблется от 20 до 34%. Увеличение содержания FeO в шлаке приводит к возрастанию потерь ценных металлов. Например, при электроплавке агломерата

175

без добавки восстановителя отвальные шлаки при содержании 24% FeO и 40—42% Si02 содержат 0,11% Ni, 0,10% Cu и 0,03% Со. При том же содержании в шлаках кремнезема с повышением содер­ жания FeO до 32% увеличивается содержание никеля в шлаках до 0,16%, меди до 0,13%, кобальта до 0,047%. Причина этого — в повышенной растворимости сульфидов металлов в железистых шлаках, кроме того, с увеличением содержания в шлаке FeO умень­ шается межфазное натяжение на границе штейн—шлак, что создает плохие условия для выделения корольков штейна. При работе на сульфидных рудах и концентратах с высоким содержанием железа оптимальное содержание FeO в отвальном шлаке составляет примерно 25—27%.

Т щ а т е л ь н о е с о б л ю д е н и е т е х н о л о г и и з а г ­ р у з к и ш и х т ы в э л е к т р о п е ч ь — одно из условий полу­ чения бедных отвальных шлаков. Нельзя перегружать откосы ших­ той, грузить шихту в отстойную зону между крайним электродом и торцовой стенкой, в которой расположены шлаковые шпуры. Несоблю­ дение этих требований приводит к охлаждению шлаковой ванны, при этом вязкость расплава повышается и ухудшаются условия выделения частиц штейна из шлака. В результате этого содержание металлов в шлаке возрастает. Для снижения потерь металлов следует временно прекратить выпуск из печи шлака и разогреть участок отстойной зоны шлаковой ванны. Для разогрева шлаковой ванны прекращают загрузку шихты в течки, расположенные в хвостовой части печи, и уменьшают заглубление крайнего (от шлакового шпура) электрода. При этом доля мощности, выделяемая в контакте электрод—шлак, возрастает, что обеспечивает разогрев верхних слоев шлаковой ванны. Этот способ эффективен при высоком расположении шлаковых шпу­ ров над уровнем пода печи (1700—1800 мм). Если же отметка шпуров соответствует 1450—1500 мм над уровнем пода, то для разогрева нижних слоев шлака электрод заглубляют в ванну, тем самым увели­ чивая долю мощности, выделяемой непосредственно в шлаке.

Режим выпуска продуктов плавки оказывает большое влияние на величину потерь металлов с отвальными шлаками. Наиболее бедные шлаки получаются при поддержании в печи постоянного уровня шлаковой ванны и уровня штейнового слоя в пределах 700 мм. Постоянство уровня шлаковой ванны обеспечивают непрерывным выпуском шлака из печи, что легко достигается при наличии грану­ ляции. Испытания, проведенные на комбинате «Печенганикель», показали, что при непрерывномрежиме выпуска шлака содержание никеля снижается примерно на 0,01% по сравнению с периодическим режимом (соответственно 0,08% и 0,071% никеля). Это объясняется тем, что тепловой режим ванны печи при непрерывном выпуске шлака более стабилен и обеспечивает лучшее разделение штейна и шлака. При периодическом выпуске шлака (при транспортировке его на отвал в чашах-шлаковозах) снижение уровня шлаковой ванны должно быть плавным, без резких колебаний, иначе могут обрушиться откосы шихты, ванна охладится, увеличится вязкость шлака и, следовательно, повысятся потери металлов.

т

На потери металлов с отвальными шлаками значительное влия­ ние оказывает глубина штейновой ванны. Из практики электроплавкн известно, что с увеличением глубины штейновой ванны до 900— 1000мм содержание металлов в отвальных шлаках резко возрастает [до 0,3% (Ni-j- Cu)]. Повышенные потерн металлов при высоком уровне штей­ новой ванны объясняются в основном газовой флотацией штейна, которая возникает при соприкосновении его с глубоко погруженными

врасплав откосами шихты. В ряде случаев'газовая флотация штейна

вшлаковую ванну приобретает настолько интенсивный характер, что штейн фонтанирует на поверхность ванны. При этом электрический режим печи надолго расстраивается. Особенно сильное нарушение технологии вызывает фонтанирование штейна у крайнего (со стороны шпуров) электрода. Фонтанирующие потоки штейна охлаждают шлаковую ванну, шлак становится вязким, условия разделения штейна и шлака резко. ухудшаются, содержание никеля в шлаке повышается до 0,2—0,3%. В этом случае выпуск шлака прекращают и принимают меры к нормализации работы печи: снижают мощность до 5—20 МВт, интенсивно выпускают из печи избыточное количество штейна и загружают в нее тугоплавкую малосернистую шихту, чтобы при плавке уменьшить выход штейна.

С т р е м л е н и е в ы в е с т и к о н в е р т е р н ы е ш л а к и и з ш и х т ы р у д н о й э л е к т р о п л а в к и объясняется тем, что добавка конвертерного шлака в шихту электроплавки резко увеличивает потери металлов с отвальными шлаками, особенно

Рост потерь металлов при переработке в печи конвертерных шлаков обусловливается тем, что извлечение никеля и меди в штейн из конвертерного шлака составляет примерно 90%, кобальта 60%. Вследствие ограниченной возможности обеднения конвертерных шла­ ков в электропечах рудной плавки их целесообразно дорабатывать

обеднить и лишь после этого направлять в рудные электропечи. Частичное (желательно полное) выведение конвертерных шлаков из шихты электроплавки позволяет значительно сократить потери металлов с отвальными шлаками.

Так, на комбинате «Североникель» внедрение технологии обедне­ ния конвертерных шлаков в специальных электропечах позволило на 75% сократить их поступление в руднотермические электропечи Это снизило потери с отвальными шлаками никеля, меди и кобальта более чем в два раза. В настоящее время на всех отечественных медно­ никелевых заводах конвертерные шлаки обедняют в специальных электропечах. Количество конвертерного шлака, поступающего на доработку в руднотермические электропечи, не превышает в Но­ рильске 10%, на комбинате «Печенганикель» 10—30% от массы

В процессе плавки происходит восстановление окисленных соедине­ ний меди, никеля, кобальта, железа н переход полученных металлов

вштейн. При этом преимущественно будут восстанавливаться окислы железа, так как в печи их'значительно больше, чем других окислов. В результате образуется металлический сплав, состоящий

восновном из железа, который растворяется в штейне, образуя металлизированный штейн. Металлическое железо служит восстано­ вителем для меди, никеля, кобальта. Поэтому его содержание в штей­ не является важнейшим условием получения бедных отвальных

шлаков. При прочих равных условиях (содержание Ni, Си, Со

вштейне; S i0 2 в шлаке и т. д.), чем выше содержание металлического железа в штейне, тем беднее отвальные шлаки. Введение в шихту восстановителя вызывает одновременно с металлизацией штейна обеднение шлака железом и обогащение его кремнеземом. Это при­ водит к улучшению состава шлака по содержанию FeO и S i02 и спо­ собствует уменьшению потерь металлов с отвальными шлаками.

Обратимся к примерам из заводской практики: на комбинате «Североникель» при плавке необожженной рудной шихты и жидкого конвертерного шлака с добавкой восстановителя в количестве 2% от массы твердой шихты содержание металлического Fe в штейне увеличилось с 1—4 до 8— 10%. При этом содержание никеля в отваль­ ных шлаках снизилось на 10% и кобальта на 15%. Аналогичные результаты были получены и при введении восстановителя в шихту электроплавки на комбинате «Печенганикель». Особенно эффективно протекает процесс обеднения шлаков при введении восстановителя

вшихту, составленную из обожженных материалов (агломерат, обожженные окатыши). В такой шихте содержится значительное количество легко восстанавливаемых окислов железа, которые в процессе восстановления обогащают штейн металлическим железом.

На электропечах Норильского комбината при плавке агломерата

состаточным содержанием углерода (1— 1,5%) содержание металли­ ческого железа в выплавляемых штейнах составляет 8—10%. При

178

введении в шихту дополнительно 1,5—2% восстановителя от массы агломерата содержание металлического железа в штейне повыша­ ется до 15—20%, что способствует значительному сокращению потерь металлов с отвальными шлаками. Из рис. 81 следует, что при увеличении содержания металлического железа в штейне с 8 до 15% содержание никеля в отвальном шлаке уменьшается на 38% (с 0,163 до 0,1%), меди — на 12% (с 0,12 до 0,109%), кобальта — на 38% (с 0,46 до 0,028%). Однако увеличивать содержание металли­ ческого железа в штейне свыше 18% нецелесообразно, так как при

Б о л ь ш и е р е з е р в ы с н и ж е н и я п о т е р ь м е т а л ­ л о в с о ш л а к а м и таятся в правильной организации плавки богатого (обожженного) и бедного (необожженного) сырья. Известно, что состав штейновой фазы во многом определяет потери металлов со шлаком. При прочих равных условиях (состав шлака и штейна, температура продуктов электроплавки) между штейном и шлаком устанавливается определенное равновесие и постоянное отношение концентраций металлов в продуктах плавки. При этом, чем беднее будет полученный штейн, тем меньше металлов содержится в шлаке.

О распределении металлов между штейном и шлаком можно судить по величине коэффициента распределения L, определяемого как отношение концентраций металла в штейне [Ме \ и шлаке (Me): L = [Ме]!(Ме). Так, при содержании никеля в штейне 10% ив шлаке 0,091% L = 10:0,091 = ПО.. По известному составу штейна и коэф­ фициенту распределения можно легко подсчитать содержание металла в шлаке.

Используя закон распределения металла между штейном и шла­ ком, металлурги «Гипроникеля» и комбината «Печенганикель» разработали технологию плавки, обеспечивающую резкое снижение потерь металлов со шлаком. .Новая технология предусматривает плавку обожженного сырья (окатыши) и малосернистой богатой руды в печи № 1. В результате плавки получают богатые штейн и шлак. Затем богатый шлак по желобу самотеком направляют в печь № 2, в которой перерабатывается необожженное сырье (руда) и ведут плавку на бедные штейн и шлак. Для осуществления перетока шлака из печи № 1 в печь № 2 уровень шлаковой ванны печи № 1