RU2065504C1

RU2065504C1 - Charge for blast smelting of oxidized nickel-containing materials

Info

Publication number: RU2065504C1
Application number: RU93038593A
Authority: RU
Inventors: Е.Н. Селиванов; О.И. Хохлов; Л.И. Пименов; Л.Г. Новиков; Г.П. Харитиди; Ю.А. Сасовских; В.М. Чумарев
Original assignee: Институт металлургии Уральского отделения РАН; Уфалейский никелевый комбинат
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1993-07-27
Publication date: 1996-08-20

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy, particular, processing of nickel-containing materials by reduction-sulfidizing matte blast smelting applicable in processing of oxidized nickel ores and concentrates. SUBSTANCE: charge for blast smelting of oxidized nickel-containing materials contains, mas.%: coke 13-26; limestone 9-15; pyrite 1-5; nickel-containing metal wastes 0.2-3; clinker of zinc production 4-20; the balance, oxidized nickel ore or converter slag. EFFECT: higher efficiency. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к переработке окисленных никельсодержащих материалов восстановительно-сульфидирующей плавкой на штейн в шахтных печах, может быть использовано для переработки окисленных никелевых руд и конвертерных шлаков. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the processing of oxidized nickel-containing materials by reduction-sulphiding smelting on matte in shaft furnaces, can be used for the processing of oxidized nickel ores and converter slags.

Известна [1] шихта для плавки окисленных никелевых руд, включающая руду (52-53% ), кокс (25-27% ), пиритсодержащий сульфидизатор (6-7%), известняк (12-14%), наждачную пыль (1,6-2,0%) и металлоотходы (0,2%). Плавка шихты позволяет получать штейн с 10,8-12,0% Ni, 0,4-0,5 Co, 0,17 Cu, 19,9-20,7 S и Fe ост. Шлаки плавки содержат 0,13-0,14% никеля, 0,021-0,022 кобальта и 0,009-0,012% меди. Извлечение в штейн 88,1-88,4% никеля, 63,8-64,4% кобальта, со шлаком теряется 8,5-26% никеля и 31,2-31,4% кобальта. В штейн переходит 36-42% серы, большая ее часть 54-61% теряется с газами. Использование шихты не позволяет получать бедные по цветным металлам шлаки и снизить десульфуризацию при плавке. Known [1] is a mixture for melting oxidized nickel ores, including ore (52-53%), coke (25-27%), pyrite-containing sulfidizer (6-7%), limestone (12-14%), emery dust (1, 6-2.0%) and metal waste (0.2%). Melting the mixture allows you to get matte with 10.8-12.0% Ni, 0.4-0.5 Co, 0.17 Cu, 19.9-20.7 S and Fe ost. Smelting slags contain 0.13-0.14% nickel, 0.021-0.022 cobalt and 0.009-0.012% copper. Matte recovery of 88.1-88.4% nickel, 63.8-64.4% cobalt, with slag 8.5-26% nickel and 31.2-31.4% cobalt are lost. 36-42% of sulfur passes into matte, most of it 54-61% is lost with gases. The use of the charge does not allow to obtain slags that are poor in non-ferrous metals and reduce desulfurization during melting.

Известна [2] шихта для переработки окисленных никелевых руд плавкой в присутствии известкового флюса и сульфидизатора с использованием природного газа. Данный способ не позволяет уменьшить содержание никеля в шлаке 0,08% и не обеспечивает регулирования степени металлизации шлака. Known [2] charge for the processing of oxidized nickel ores by smelting in the presence of calcareous flux and sulfidizer using natural gas. This method does not allow to reduce the nickel content in the slag of 0.08% and does not provide regulation of the degree of metallization of the slag.

В качестве прототипа взята шихты ([3] с.94-97 и 209) для переработки окисленных никелевых материалов, составленная из окисленной никелевой руды или конвертерного шлака (56-65%), кокса (18-22%), известняка (8-18%), сульфидизатора пирита или колчедана (3-8%), наждачной пыли (0-1%) и металлоотходов (0-2% ). Если в качестве окисленного никельсодержащего материала взята руда, то плавка такой шихты в шахтных печах позволяет получать штейн с 15,9-16,5% Ni и 0,44-0,55% Co и отвальный шлак, содержащий 0,15-0,18% Ni и 0,017-0,027% Co. Извлечение никеля в штейн составляет 72,9-83,5% кобальта - 46,3-60,0% Плавка шихты, в которой в качестве основного компонента взят конвертерный шлак, обеспечивает выделение штейна с 4,7-20,0% Ni и 0,9-3,0% Co и шлака с 0,08-0,27% Ni и 0,07-0,27% Со. Извлечение в штейн: кобальта - 40-78% никеля 71-94% Потери серы с газами составляют не менее 50% в обоих случаях. Способ предусматривает введение в состав шихты никельсодержащих металлических добавок металлоотходы и наждачная пыль в количестве до 3%
Способ не обеспечивает регулирования степени металлизации штейна и восстановления оксидов железа, никеля и кобальта в необходимой степени, в связи с чем потери последних со шлаком остаются высокими, а извлечение в штейн низким. Более половины серы, вводимой с сульфидизатором, теряется с газами.As a prototype taken charge ([3] p. 94-97 and 209) for the processing of oxidized nickel materials, composed of oxidized nickel ore or converter slag (56-65%), coke (18-22%), limestone (8- 18%), pyrite or pyrites sulfidizer (3-8%), emery dust (0-1%) and metal waste (0-2%). If ore is taken as the oxidized nickel-containing material, then smelting such a charge in shaft furnaces allows producing matte with 15.9-16.5% Ni and 0.44-0.55% Co and dump slag containing 0.15-0, 18% Ni and 0.017-0.027% Co. The extraction of nickel into matte is 72.9-83.5% of cobalt - 46.3-60.0%. Smelting of the charge, in which converter slag is taken as the main component, provides the matte with 4.7-20.0% Ni and 0.9-3.0% Co and slag with 0.08-0.27% Ni and 0.07-0.27% Co. Extraction in matte: cobalt - 40-78% nickel 71-94% Loss of sulfur with gases is at least 50% in both cases. The method involves the introduction of the mixture of Nickel-containing metal additives metal waste and emery dust in an amount of up to 3%
The method does not provide regulation of the degree of metallization of matte and the reduction of iron, nickel and cobalt oxides to the necessary degree, and therefore the losses of the latter with slag remain high, and the extraction into matte is low. More than half of the sulfur introduced with the sulfidizer is lost with the gases.

Задачей настоящего изобретения является разработка нового состава шихты с целью снижения потерь никеля и кобальта с отвальным шлаком и серы с газами. The present invention is to develop a new composition of the mixture in order to reduce losses of Nickel and cobalt with waste slag and sulfur with gases.

Поставленная задача достигается тем, что известная шихта для шахтной плавки окисленных никелевых материалов, включающая окисленную никелевую руду или конвертерный шлак, кокс, известняк, пирит и никельсодержащие металлоотходы, дополнительно содержит клинкер цинкового производства при следующем соотношении ингредиентов, по массе:
кокс 13-26
известняк 9-15
пирит 1-5
клинкер цинкового производства 4-20
никельсодержащие металлоотходы 0,2-3
окисленная никелевая руда или конвертерный шлак остальное
Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый состав шихты, включающий клинкер цинкового производства (17-25% Fe_мет, 15-25% С) позволяет создать в печи условия, обеспечивающие контакт металлического железа, оксидного расплава и кокса в восстановительной атмосфере. В этом случае достигается интенсивное восстановление оксидов цветных металлов и железа (III), содержащихся в руде, регулируется степень металлизации штейна, сокращаются потери никеля и кобальта со шлаком. В месте контакта железа (сульфидно-металлического сплава) и кокса происходит образование карбидов, с высокой скоростью реагирующих с оксидным расплавом и восстанавливающих оксиды никеля и кобальта до металла. Шихта, содержащая клинкер требует меньшей продолжительности прямого восстановления руды коксом и газами, что увеличивает производительность процесса. Одновременно обеспечиваются сокращение потерь серы с газами за счет взаимодействия сернистых газов с металлическим железом с образованием термических устойчивого сульфида железа. При малых (менее 4%) добавках клинкера указанные положительные эффекты не проявляются в связи с частичным окислением железа клинкера в шахтной печи выше области фурм. Добавка клинкера сверх указанного предела (20%) ведет к избыточной металлизации штейна, выделению ферроникелевых настылей на поду печи и увеличению потерь ценных компонентов.This object is achieved in that the known charge for mine smelting of oxidized nickel materials, including oxidized nickel ore or converter slag, coke, limestone, pyrite and nickel-containing metal waste, additionally contains zinc clinker in the following ratio of ingredients by weight:
coke 13-26
limestone 9-15
pyrite 1-5
4-20 zinc clinker
Nickel-containing metal waste 0.2-3
oxidized nickel ore or slag converter
The essence of the invention lies in the fact that the proposed composition of the mixture, including zinc clinker production (17-25% Fe _met , 15-25% C) allows you to create conditions in the furnace that ensure contact of metallic iron, oxide melt and coke in a reducing atmosphere. In this case, intensive reduction of non-ferrous metals and iron (III) oxides contained in the ore is achieved, the degree of matte metallization is regulated, and losses of nickel and cobalt with slag are reduced. In the place of contact of iron (sulfide-metal alloy) and coke, carbides form, which react with the oxide melt at a high speed and reduce nickel and cobalt oxides to metal. The mixture containing clinker requires a shorter duration of direct reduction of ore with coke and gases, which increases the productivity of the process. At the same time, the loss of sulfur with gases is reduced due to the interaction of sulfur dioxide with metallic iron with the formation of thermal stable iron sulfide. With small (less than 4%) clinker additives, these positive effects do not appear due to the partial oxidation of clinker iron in a shaft furnace above the tuyere region. The addition of clinker beyond the specified limit (20%) leads to excessive matte metallization, the release of ferronickel deposits on the hearth of the furnace and an increase in the loss of valuable components.

Указанное количество кокса в составе шихты обеспечивает необходимую температуру шахтной печи, при его массе менее 13% не удается выделить жидкие продукты плавки, а более 26% ведет к перегреву расплавов, причем потери металлов и серы не снижаются, а кокс расходуется не эффективно. Известняк позволяет получить легкоплавкий оксидный расплав шлак. При его количестве менее 9% повышается температура плавления шлака и растут потери цветных металлов. Введение в состав шихты более 26% известняка требует больших тепловых затрат на его диссоциацию, увеличивает расход кокса и не дает дополнительного эффекта по снижению потерь металлов со шлаком. Сульфидизатор, в качестве которого применяется пирит (колчедан или флотационный концентрат), обеспечивает сульфидирование цветных металлов и легкоплавкость донной фазы - штейна. При его количестве менее 1% происходит выделение ферроникелевой настыли, а более 5% растут потери серы с газами. Включение в состав шихты никельсодержащих металлоотходов позволяет утилизировать вторсырье, но ведет к увеличению потерь металлов со шлаком, а при их количестве более 3% - образованию настылей. The specified amount of coke in the composition of the charge provides the necessary temperature of the shaft furnace, with its mass of less than 13%, it is not possible to isolate liquid smelting products, and more than 26% leads to overheating of the melts, while the loss of metals and sulfur is not reduced, and coke is not used up efficiently. Limestone allows you to get a fusible oxide melt slag. When its amount is less than 9%, the melting point of the slag rises and non-ferrous metal losses increase. The introduction of more than 26% of limestone into the composition of the charge requires large thermal costs for its dissociation, increases the consumption of coke and does not give an additional effect to reduce the loss of metals with slag. The sulfidizing agent, which is used as pyrite (pyrite or flotation concentrate), provides sulfidation of non-ferrous metals and the fusibility of the bottom phase - matte. When its amount is less than 1%, a ferronickel coating is released, and more than 5%, sulfur losses with gases increase. The inclusion of nickel-containing metal wastes in the charge allows recycling, but leads to an increase in metal loss with slag, and when their amount is more than 3%, the formation of accretions.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом и аналогами показал, что шихта отличается от известных шихт для переработки окисленных никелевых материалов восстановительно-сульфидирующей плавкой в шахтных печах использованием клинкера цинкового производства и соотношением ингредиентов. Оптимальный состав шихты обеспечивает достижение низких потерь никеля и кобальта со шлаком и серы с газами. Известна шихта [4] для переработки клинкеров цинкового производства в шахтных печах совместно с сульфидной медной рудой, состоящая из клинкера (28-50%), сульфидной и сульфидно-кремнистой медных руд (12-49%), отходов вторцветмета (3-5%), конвертерных шлаков (18-30% ), известняка (5-11% ) и кокса (6-10%). Шихта подвергается окислительной плавке с окислением железа и его сульфидом и переводом их в шлаки, а также окислением медных соединений. Шихта не предусматривает переработку окисленной никелевой руды или никельсодержащего конвертерного шлака, переработка которых требует создания восстановительных условий для перевода Ni,Co и Fe в сульфидно-металлический сплав (штейн), В отличие от заявляемой, шихта исключает использование восстановительных и металлизирующих свойств клинкера. Таким образом, сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями в данной области техники позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень". A comparative analysis of the proposed solution with the prototype and analogues showed that the charge differs from the known charges for the processing of oxidized nickel materials by reduction-sulphiding smelting in shaft furnaces using zinc clinker and the ratio of ingredients. The optimal composition of the charge ensures the achievement of low losses of nickel and cobalt with slag and sulfur with gases. Known charge [4] for the processing of zinc clinkers in mine furnaces together with sulfide copper ore, consisting of clinker (28-50%), sulfide and sulfide-silicon copper ores (12-49%), second-color waste (3-5% ), converter slag (18-30%), limestone (5-11%) and coke (6-10%). The mixture is subjected to oxidative melting with the oxidation of iron and its sulfide and their conversion into slags, as well as the oxidation of copper compounds. The mixture does not provide for the processing of oxidized nickel ore or nickel-containing converter slag, the processing of which requires the creation of reducing conditions for the conversion of Ni, Co and Fe into a sulfide-metal alloy (matte). In contrast to the claimed, the mixture excludes the use of the reducing and metallizing properties of clinker. Thus, a comparison of the proposed solutions with other technical solutions in the art allows us to conclude that the criterion of "inventive step".

Примеры использования шихты по данным испытаний. Examples of the use of the mixture according to the test data.

Испытания способа проведены в лабораторных условиях. Tests of the method were carried out in laboratory conditions.

Эксперименты выполнены в лабораторной электропечи сопротивления при температуре 1300^oС. Навеску шихты, состоящей из окисленной никелевой руды (1,2% Ni, 0,06% Co), кокса, известняка, пирита (40% S), клинкера цинкового производства (2,1% Cu, 0,05% Ni, 4% S, 15% C, 38% Fe) и металлоотходов (5% Ni, 0,1% Co) помещали в алундовый тигель, который устанавливали в разогретую до заданной температуры печь. Расплав выдерживали в течение 30 мин, затем тигель извлекали из печи и охлаждали. Продукты плавки разделяли, в штейне и шлаке химическим анализом определяли концентрации цветных металлов и серы. При плавке шихт заявляемого состава были получены шлаки с содержанием никеля 0,06-0,07% и кобальта 0,015-0,019% и штейны, содержащие 8,5-10,7% никеля, 0,27-0,5% кобальта. Потери серы с газами не превышали 15% (табл.). Аналогичные показатели достигнуты при переработке конвертерного шлака.The experiments were performed in a resistance laboratory furnace at a temperature of 1300 ^o С. A charge of a mixture consisting of oxidized nickel ore (1.2% Ni, 0.06% Co), coke, limestone, pyrite (40% S), zinc clinker (2 , 1% Cu, 0.05% Ni, 4% S, 15% C, 38% Fe) and metal waste (5% Ni, 0.1% Co) were placed in an alundum crucible, which was installed in a furnace heated to a given temperature. The melt was held for 30 minutes, then the crucible was removed from the furnace and cooled. Smelting products were separated, in matte and slag chemical concentrations of non-ferrous metals and sulfur were determined by chemical analysis. When melting the blends of the claimed composition, slags with a nickel content of 0.06-0.07% and cobalt 0.015-0.019% and matte containing 8.5-10.7% nickel, 0.27-0.5% cobalt were obtained. Loss of sulfur with gases did not exceed 15% (table). Similar indicators were achieved during the processing of converter slag.

При плавке шихты за пределами предлагаемого состава, не достигается низкое содержание никеля и кобальта в отвальном шлаке, а также возрастают потери серы в газовую фазу (прототип). When melting the charge outside the proposed composition, the low nickel and cobalt content in the dump slag is not achieved, and the sulfur losses in the gas phase also increase (prototype).

Следует отметить, что в клинкере цинкового производства содержится значительное количество меди и благородных металлов. В процессе плавки эти металлы будут сколлектированы в никелево-кобальтовом штейне. Последующая эффективная переработка такого штейна может быть осуществлена по известной схеме переработки медно-никелевых штейнов реализованной на предприятиях концерна "Никель". В этом случае достигается селекция металлов в целевые продукты никеля и кобальта в никелевый концентрат, меди в медный концентрат, драгоценные металлы будут извлечены в шлам при электролизе металлов. It should be noted that the zinc production clinker contains a significant amount of copper and precious metals. During the smelting process, these metals will be collected in nickel-cobalt matte. Subsequent effective processing of such matte can be carried out according to the well-known scheme for processing copper-nickel mattes sold at the enterprises of the Nickel concern. In this case, metal selection is achieved in the target products of nickel and cobalt in nickel concentrate, copper in copper concentrate, precious metals will be extracted into the sludge during metal electrolysis.

Таким образом заявляемая шихта для переработки окисленных никелевых материалов обеспечивает, в сравнении с прототипом:
снижение потерь никеля и кобальта с отвальными шлаками,
снижение потерь серы с газами,
повышение производительности процесса,
вовлечение в переработку клинкера цинкового производства,
позволяет регулировать степень металлизации штейна,
получение никелево-медного штейна аккумулирующего цветные и благородные металлы,
открывает возможность эффективной переработки медно-никелевого вторичного сырья,
открывает возможность использования в качестве сульфидизатора сульфидных матеpиаллов, содержащих благородные металлы, с последующим их извлечением по технологии переработки сульфидных медно-никелевых концентратов. ТТТ1Thus, the inventive charge for processing oxidized Nickel materials provides, in comparison with the prototype:
reduction of nickel and cobalt losses with waste slag,
reduction of sulfur losses with gases,
process performance improvement,
involvement in the processing of clinker zinc production,
allows you to adjust the degree of metallization of matte,
production of nickel-copper matte accumulating non-ferrous and precious metals,
opens up the possibility of efficient processing of copper-nickel secondary raw materials,
opens up the possibility of using sulfide materials containing noble metals as a sulfidizer, followed by their extraction by the technology of processing sulfide copper-nickel concentrates. TTT1

Claims

A mixture for mine smelting of oxidized nickel-containing materials containing oxidized nickel ore or converter slag, coke, limestone, pyrite and nickel-containing metal waste, characterized in that it additionally contains zinc clinker in the following ratio of ingredients by weight:
Coke 13 26
Limestone 9 15
Pyrite 1 5
Nickel-containing metal waste 0.2 -3.0
Zinc Clinker 4 20
Oxidized Nickel Ore or Converter Slag