Способ переработки огарка обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к пирометаллургии никеля, и может быть использовано для получения чернового никелевого порошка восстановлением закиси никеля, содержащейся в огарке обжига никелевого концентрата, полученного при флотационном разделении медно-никелевого файнштейна. Способ переработки огарка обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна включает восстановительный обжиг огарка никеля при температуре 860-1000°С в трубчатой печи с подачей в надслойное пространство печи раздельными потоками смеси мазута и воздуха при их соотношении в смеси на 1 кг мазута 8-10 нм³ воздуха, и смеси мазута и водяного пара, при их соотношении в смеси на 1 т мазута 1,3-1,5 т водяного пара, с получением неоплавленного порошка никеля. В зависимости от состава исходного огарка по содержанию трудновосстановимых оксидных соединений железа с никелем в состав шихты вводят дополнительно твердый восстановитель (кокс или коксик) в количестве, обеспечивающем массовое соотношение его к огарку (0,02-0,004):1, обеспечивается повышение прямого выхода в анодный никель, полноты восстановления исходной закиси никеля и входящих в состав огарка сложных оксидных форм и упрощение аппаратурного оформления процесса. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к пирометаллургии никеля, и может быть использовано для получения чернового никелевого порошка восстановлением закиси никеля, содержащейся в огарке обжига никелевого концентрата, полученного при флотационном разделении медно-никелевого файнштейна.

Известен способ получения никеля, включающий восстановление гранул окиси никеля с размером 0,1 мм в псевдоожиженном слое с использованием газа-восстановителя, полученного при неполном сгорания топлива. В качестве топлива используют нефть, природный или искусственный газ, водород, окись углерода, их смеси или твердое топливо. Температура слоя менее 1038^oC. В качестве псевдоожижающего газа используют воздух, кислород или воздух, обогащенный кислородом. (См. патент Великобритании N 1058569, C 22 B 23/02, опубл. 1967 г.) Данный способ может быть использован только на малых площадях пода и в малых объемах получаемого порошка. Получаемый порошок используют только в цементационных процессах извлечения меди.

Известен способ получения никеля восстановлением кислородсодержащих соединений никеля в расплаве металла с содержанием 0,01% кислорода с использованием углеродсодержащего восстановителя, например угля, кокса, древесного угля, жидкого углеводорода. Температура ванны расплава выше температуры плавления никеля не менее чем на 50^oC. Для поддержания тепла над ванной расплава сжигают топливо. Образующийся при восстановлении газ удаляют вакуумированием. Процесс ведут с перемешиванием расплава механическим или магнитным способом или с помощью дутья. Окончательное раскисление проводят с помощью углерода, кремния, магния или при вдувании метана или другого углеводорода. (См. патент Великобритании N 1316200, C 22 B 23/02, опубл. 1973 г.) Недостатком способа является высокая температура процесса и связанные с этим большие энергетические затраты. Процесс малоинтенсивен, вследствие низких скоростей протекания массообменных процессов в объеме расплава.

Известен способ получения порошкообразного никеля восстановлением закиси никеля в многоподовой печи. В качестве восстановителя используют конверсированный природный газ с заданным соотношением водорода, воды, окиси углерода и двуокиси углерода. Процесс ведут при температуре 720^oC и расходе конверсированного газа 900 нм³/ч. (См. а.с. СССР N 931777, C 22 B 23/02, 1982 г.) Недостатком способа является низкая производительность процесса за счет длительного пребывания материала в реакционном объеме печи. Процесс трудноуправляем по поддержанию равномерного поля по подам и, как следствие, прохождение процесса агломерации и неполноты восстановления.

Известен способ получения порошка чернового никеля для анодной плавки 2-стадийным восстановлением закиси никеля. Первую стадию восстановления ведут во вращающейся трубчатой печи или в печи кипящего слоя, полученный горячий огарок первой стадии подвергают дополнительному обжигу в кипящем слоев в присутствии твердого восстановителя при температуре 1000-1300^oC. При этом слой обрабатываемого материала поддерживают в псевдоожиженном состоянии продувкой сквозь него оборотных газов, полученных в той же печи. (См. а.с. СССР N 139444, C 22 B 23/02, 1961 г.) Проведение второй стадии восстановления при температуре 1000-1300^oC приводит к агломерации частично восстановленной на первой стадии закиси никеля, что приводит к неполноте восстановления. Кроме того, способ требует высоких энергозатрат.

Известен способ получения чернового никеля, используемого в качестве анодов для электролитического получения никеля, включающий восстановительную плавку закиси никеля в жидкой ванне при температуре 1450-1600^oC при совместном вдувании через вертикальную фурму закиси никеля, топлива и кислорода. В качестве топлива используют мазут или природный газ. Химический состав анодного никеля по кислороду и углероду регулируется изменением соотношения топливо : кислород : закись никеля. (См. а.с. N 377367, C 22 B 23/02, 1973 г.) Подача реагентов через форсунки, которые, как правило, заглублены в объем расплава, не позволяет создать восстановительный потенциал, требуемый для полноты прохождения восстановления закиси никеля.

Кроме того, такой способ подачи реакционной газовой смеси вызывает сложность обеспечения и регулирования требуемого соотношения компонентов топлива.

Процесс также связан с большим пылевыносом и, соответственно, потерями никеля.

Известен способ переработки огарка обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна, включающий обжиг огарка в кипящем слое с получением порошка чернового никеля. Процесс проводят с использованием в качестве топлива-восстановителя - мазута, подаваемого в придонную часть реактора совместно с водяным паром и кислородным дутьем. Процесс восстановления проводят при 750-850^oC (см. а.с. СССР N 494416, C 22 B 23/02, 1978 г.). Способ принят за прототип.

Способ имеет следующие недостатки.

Процесс восстановления закиси никеля в кипящем слое является малопроизводительным с невысоким прямым выходом в анодный никель. Потери невосстановленного никеля с пылевыносом составляют ~ 20%. Процесс не обеспечивает полноту восстановления сложных оксидных форм никеля в огарке. Необходимость пылеулавливания и возврат возгонов никеля в процессе существенно увеличивает затраты на получение анодного никеля. Совместная подача топлива - мазута, водяного пара и кислорода в придонное пространство реактора требует сложной конструкции газораспределительных узлов, а подача агентов через форсунки приводит к необходимости предварительной гомогенизации этих компонентов для создания газовой фазы с высоким восстановительным потенциалом по всей высоте кипящего слоя.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение прямого выхода в анодный никель, полноты восстановления исходной закиси никеля и входящих в состав огарка сложных оксидных форм и упрощение аппаратурного формления процесса.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки огарка обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна, включающем обжиг огарка никеля с подачей мазута в качестве топлива-восстановителя, водяного пара и воздуха, согласно изобретению восстановительный обжиг осуществляют при температуре 860-1000^oC в трубчатой печи с подачей в надслойное пространство печи раздельными потоками смеси мазута и воздуха, при их соотношении в смеси на 1 кг мазута 8-10 нм³ воздуха, и смеси мазута и водяного пара, при их соотношении в смеси на 1 т мазута 1,3-1,5 т водяного пара, с получением неплавленого порошка никеля. При этом обжиг проводят при дополнительном введении твердого восстановителя - кокса в массовом соотношении к огарку (0,02 - 0,004) : 1.

Сущность заявленного способа заключается в следующем.

Процесс восстановления огарка проводят в трубчатой печи с подачей топлива-восстановителя, водяного пара и воздуха раздельными потоками, причем подачу смесей мазут - воздух и мазут - водяной пар осуществляют в надслойное пространство печи. При подаче мазута и водяного пара в надслоевом пространстве образуется восстановительная атмосфера с высоким содержанием восстановителей водорода и окиси углерода, образующихся в результате реакции пароксидирования мазута. Проведение восстановления при температуре 860 - 1000^oC определяет высокую скорость прохождения реакций восстановления, полноту восстановления не только закиси никеля, но и оксидов никеля сложных форм, содержащихся в огарке. Сочетание высокого восстановительного потенциала в реакционном объеме трубчатой печи и температуры процесса, исключающей оплавление и агломерацию восстановленного никеля обеспечивает прохождение реакции равномерно по всему объему материала с высокой скоростью.

Поток мазут + воздух, подаваемый в реакционный объем в надслоевое пространство поддерживает постоянным тепловой балланс в системе, т.к. компенсирует потери тепла за счет эндотермического характера реакции пароксидирования мазута в надслоевом пространстве печи.

В зависимости от состава исходного огарка по содержанию трудновосстановимых оксидных соединений железа с никелем в состав шихты вводят дополнительно твердый восстановитель (кокс или коксик) в количестве, обеспечивающем массовое соотношение его к огарку (0,02 - 0,004).

Совокупность заявленных приемов и расходных параметров вводимых агентов позволяет получить порошок анодного никеля с рыхлой структурой и в виде мелкого неоплавленного порошка с развитой поверхностью и содержанием металлической фазы никеля не ниже 90%.

Обоснование параметров Проведение процесса восстановления при температуре 860 - 1000^oC обеспечивает полноту восстановления всех оксидных форм никеля, входящих в огарок, высокую скорость процесса и, следовательно, его производительность. Снижение температуры менее 860^oC приводит к уменьшению производительности процесса, снижению степени восстановления никеля.

Повышение температуры восстановления более 1000^oC приводит к оплавлению и агломерации порошка восстановленного никеля и, как следствие, к неполноте восстановления никеля.

Соотношение мазута и водяного пара в одном потоке, на 1 т мазута 1,3 - 1,5 т водяного пара, определяет восстановительный потенциал в надслоевом пространстве, необходимый и достаточный для полноты прохождения реакции восстановления всех оксидных форм никеля, содержащихся в огарке.

Уменьшение соотношения компонентов снижает степень восстановления, а увеличение соотношения приводит к увеличению непроизводительных затрат на подачу реагентов.

Соотношение мазута и воздуха в другом потоке, на 1 кг мазута 8 - 10 нм³ воздуха, определяет выделение необходимого и достаточного количества тепла для поддержания теплового балланса в реакционном объеме.

Снижение соотношения приводит к неполноте восстановления оксидов никеля в огарке, а повышение соотношения компонентов приводит к непроизводительным затратам.

Введение твердого восстановителя в массовом соотношении к огарку более чем 0,02 : 1, приводит к неполноте его использования. Введение твердого восстановителя в массовом соотношении менее чем 0,004 : 1, может привести к недовосстановлению трудновосстановимых сложных железо-никелевых оксидов.

Способ иллюстрируется примером.

Огарок обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна, содержащий закись никеля, загружают в смеси с коксом непрерывно в массовом соотношении 1 : (0,02-0,004) в трубчатую печь. Через форсунки в надслоевое пространство печи раздельными потоками подают мазут + воздух в соотношении на 1 кг мазута 9 нм³ воздуха и мазут + водяной пар в соотношении на 1 т мазута 1,4 т водяного пара. Температуру процесса поддерживают 860 - 1000^oC сжиганием мазута и воздуха, обеспечивающим α = 0,95 - 1,0. Полученный горячий никелевый порошок непрерывно выгружают в бункер печи и направляют на анодную плавку. Порошок никеля имеет неоплавленную мелкосыпучую структуру. Выход фракций зерен никелевого порошка размером менее 1,0 мм составляет 90-95%. Степень металлизации чернового никелевого порошка составляет 90-95%.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет повысить прямой выход никелевого порошка на 10-15%, повысить качество получаемого порошка за счет обеспечения степени его металлизации до 90-95%, получить сыпучий неоплавленный материал с однородными характеристиками электросопротивления, который при последующей его плавке на аноды позволяет снизить затраты на электроэнергию за счет обеспечения стабильного режима плавки материала порошка.

Формула изобретения

1. Способ переработки огарка обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна, включающий обжиг огарка никеля с подачей мазута в качестве топлива-восстановителя, водяного пара и воздуха, отличающийся тем, что восстановительный обжиг осуществляют при температуре 860 - 1000^oC в трубчатой печи с подачей в надслойное пространство печи раздельными потоками смеси мазута и воздуха, при их соотношении в смеси на 1 кг мазута 8 - 10 нм³ воздуха, и смеси мазута и водяного пара, при их соотношении в смеси на 1 т мазута 1,3 - 1,5 т водяного пара, с получением неоплавленного порошка никеля.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обжиг проводят при дополнительном введении твердого восстановителя - кокса в массовом соотношении к огарку (0,02 - 0,004) : 1.