» » Окускование окисленных никелевых руд
07.05.2015

Окисленные руды представляют собой мелкую землистую массу, а потому перед восстановительно-сульфидирующей плавкой в печах шахтного типа их обычно подвергают окускованию. Плавку сырой неподготовленной руды ведут в настоящее время лишь на Режевском заводе.
Окисленные никелевые руды окусковывают брикетированием или спеканием. Перед окускованием руду усредняют, дробят, грохотят и в некоторых случаях сушат.
Из-за высокого содержания глинистых составляющих и влаги окисленные руды склонны к зависанию в бункерах и смерзанию, это вызывает, кроме того, ряд затруднений при дроблении и грохочении этих руд. Дробление подобных материалов может быть осуществлено лишь в дробилках молоткового типа.
Длительное время значительные трудности из-за зависания руды в бункерах испытывали на комбинате «Южуралникель». В настоящее время эту трудность в значительной мере удалось устранить, применив специальные вибраторы (рис. 3).
Окускование окисленных никелевых руд

В России окисленные никелевые руды брикетируют на Уфалейском заводе. Процесс осуществляется без введения связующих добавок. При этом прочность брикетов зависит от содержания в шихте глинистых составляющих, ее влажности и давления, развиваемого при прессовании; следовательно, необходима предварительная тщательная шихтовка руд разных типов.
После дробления до 150 мм руда направляется на сушку в барабанных сушилках диаметром 1,9—2,2 м и длиной 10,5—11,2 м; содержание влаги после сушки снижается до 12—13%. Производительность такой сушилки 15—17 т/час при расходе топлива 1—2% от веса руды. Выделяемый грохочением подсушенной руды класс +25 мм идет на шахтную плавку, а класс —25 мм, смешанный с сульфидизатором, брикетируют на обычном валковом прессе, дающем брикеты яйцевидной формы. Качество этих брикетов зависит от состояния бандажей пресса: при относительно быстром износе бандажей оно резко ухудшается и обусловливает содержание большого количества мелочи.
Прочность брикетов относительно низка, но может быть повышена последующей сушкой (на Уфалейском никелевом заводе эта операция не осуществляется). Сырые же брикеты при нагреве в шахтной печи декрептируют, образуя значительное количество мелочи.
Общая схема переработки окисленных никелевых руд изображена на рис. 4. Как видно из этой схемы, руда после дробления снова направляется на грохочение; но поскольку в окисленных рудах высоко содержание глинистых составляющих и влаги, при этой операции происходит замазывание вибрационных грохотов; поэтому зазор решетки не может быть установлен менее 40 мм. Выделение из сырой руды более мелкой фракции возможно лишь при работе на решетке, подогреваемой до 90—100°, что в значительной мере устраняет замазывание.
Для дополнительного отделения крупной фракции руду смешивают с оборотной пылью, возвратом и коксовой мелочью, а затем снова подвергают грохочению. Недостаток этого способа заключается в том, что переменный выход комковой фракции изменяет содержание коксика в готовой шихте, поэтому надлежит отгрохочивать смесь руды с оборотной пылью, а затем уже вводить в шихту коксик. Крупная фракция, как показано на рисунке, направляется непосредственно в плавку, что никак не может быть признано нормальным, поскольку крупная и мелкая фракции руды существенно различаются по своему составу, причем крупная фракция часто содержит повышенное количество тугоплавких составляющих. При нагревании комковой руды образуется значительное количество пыли. Гораздо целесообразнее додрабливать крупную фракцию и спекать всю руду.
Окускование окисленных никелевых руд

На комбинате «Южуралникель» установлены ленточные спекательные машины с площадью всасывания 50 и 75 м2, с нефтяным зажигательным горном и автоматическим регулированием скорости движения тележек. В качестве импульса для последнего может быть использована температура отходящих газов последних вакуум-камер или величина электропроводности шихт: готовый агломерат неэлектропроводен, шихта горящего слоя сравнительно малоэлектропроводна, а сырая шихта обладает значительной электропроводностью. Для замера электропроводности в средней части машины установлены диски, прорезающие шихту на определенную глубину. Импульс передается исполнительному механизму, регулирующему скорость.
В практике комбината «Южуралникель» осуществляется спекание шихты с влажностью 20—23%. Как известно, в каждой данной точке нагреву шихты должно предшествовать испарение влаги; лишь после этого температура поднимается до 700—800°, что необходимо для воспламенения коксика, затем быстро достигает 1250—1400°, а с выгоранием коксика начинает падать (рис. 5). Испаряющаяся влага частично уносится газами, а частично конденсируется в нижних, холодных слоях шихты, сильно переувлажняя их. Поскольку газы из зоны горения непосредственно попадают в холодную влажную шихту (крутой подъем температуры на кривой 2 рис. 5), то в горящем слое наблюдается только одна кислородная зона. Восстановительные зоны, обычно имеющиеся при сжигании топлива в слое, при агломерации практически отсутствуют. Малая протяженность зоны горения и быстрое охлаждение газов при относительно невысоком содержании коксовой мелочи в шихте обусловливают низкое использование кислорода воздуха для горения (~50%). Следовательно, для повышения производительности машин важное значение имеет увеличение теплопроводности шихты и снижение ее влажности, поскольку при этом увеличивается толщина горящего слоя и возрастает коэффициент использования воздуха.
Окускование окисленных никелевых руд

Интересно отметить, что опыты по применению воздуха, обогащенного кислородом, не показали ни заметного снижения расхода топлива, ни увеличения вертикальной скорости спекания. Это объясняется тем, что при обогащении дутья кислородом возрастает отношение CO:CO2 в газах.
Содержание углерода в агломерационной шихте комбината «Южуралникель» примерно 9%. При этом существенное значение имеет крупность коксика: горение излишне крупного топлива (протекает медленно и не успевает завершиться к моменту окончания спекания; мелкое топливо выгорает слишком быстро, при этом резко уменьшается толщина горящего слоя, понижается температура и коэффициент использования воздуха, а также ухудшается качество агломерата. Оптимальная крупность коксика, вводимого в шихту агломерации окисленных никелевых руд, составляет примерно 1—3 мм.
Наряду с коксиком в шихту обычно вводят оборотный агломерат. От этого повышается газопроницаемость шихты, она лучше прогревается и увеличивается количество образующейся жидкой фазы, т. е. получается более качественный продукт. Оптимальное количество оборотного агломерата составляет примерно 20—25% при крупности —12 мм, фактическое количество возврата на комбинате «Южуралникель» 25—30%, прямой выход годного агломерата 70—75%.
К числу особенностей работы агломерационного цеха комбината «Южуралникель» относится своеобразный прием подогрева шихты. После зажигания шихта перемешивается с помощью устройства, изображенного на рис. 6. Теплом зажженного слоя шихта подогревается до 50—60° и несколько подсушивается. Перемешанная шихта разравнивается специальным ножом и поджигается вторично. Внедрение этого метода позволило повысить производительность спекательных машин на 10—15%.
Производительность эксгаустеров, обслуживающих агломашины с площадью всасывания 50 м2, 3500 м3, а с площадью всасывания 75 M2 — 6000 Ms воздуха в минуту. Вредные подсосы достигают 50% от общего расхода воздуха. Разрежение в вакуум-камерах составляет 600— 700 мм вод. ст., скорость движения тележек 2,5—3,0 м/мин. На тонну агломерата расходуется коксика 140—150 кг, мазута 8,0—8,7 кг, электроэнергии 27—30 квт*ч. Производительность агломашины по агломерату составляет 18,5—19,0 т/м2*сутки.
Окускование окисленных никелевых руд

Качество агломерата определяется его минералогическим составом и физическими свойствами.
При существующем методе спекания окисленных никелевых руд на ленточных машинах большая часть железа переводится в форму магнетита, что делает агломерат более тугоплавким. Одновременно в ферриты связывается часть никеля. Плавка такого агломерата сопряжена с перерасходом кокса, снижением проплава и с повышенными потерями никеля в шлаках. Необходимо добиться снижения содержания магнетита в агломерате.
Далее будет показано, что шахтная плавка получаемого в настоящее время агломерата не обеспечивает достаточно полного сульфидирования никеля, а образующиеся мельчайшие частицы расплавленных сульфидов не успевают скоагулировать; поэтому потери никеля в отвальных шлаках высокие. Значит, крайне желательно хотя бы частичное сульфидирование никеля в процессе спекания. Как показали лабораторные опыты и промышленные испытания, эта задача может быть успешно решена путем введения в шихту агломерации пирита или пирротина.
Агломерат, получаемый в настоящее время из окисленных никелевых руд, характеризуется очень малой механической прочностью. Выход класса —5 мм при барабанной пробе составляет 25—30%. Основной причиной получения агломерата низкого качества является высокое содержание влаги в руде (~30% гигроскопической и 10% конституционной) и обусловленные этим большие усадки при спекании. Прочность агломерата можно повысить, если усадки хотя бы частично перенести на подготовительные операции или предоставить шихте возможность свободно уменьшать свой объем в процессе спекания.
Одним из приемов уменьшения усадки при спекании может быть уплотнение шихты на валковых уплотнителях перед загрузкой на агломашину. При пропускании шихты через валки объем отдельных ее частиц уменьшается более чем вдвое, в результате чего стенки частиц агломерата получаются более толстыми, а сам продукт более прочным. Предварительное уплотнение шихты повышает газопроницаемость и теплопроводность, расширяет зону горения и увеличивает коэффициент использования воздуха, а производительность спекательных машин возрастает при этом на 10—12%. При лучшем контакте железосодержащих минералов с коксиком образуется меньше магнетита, а при более тесном контакте между всеми составляющими шихты облегчается образование жидкой фазы. Вместе с тем при спекании с сульфидизатором уплотнение шихты способствует сохранению серы и протеканию реакций сульфидирования.
Как доказано в последние годы практикой свинцовой промышленности, существенное улучшение качества агломерата могло бы дать спекание при движении газов снизу вверх. По этому способу над горящим слоем находится рыхлая шихта, опускающаяся по мере усадки и под-плавления. Ho этот процесс нуждается в соответствующем аппаратурном оформлении. Полупромышленные испытания, осуществленные авторами, показали, что окускованием шихты в трубчатых вращающихся печах можно получить агломерат, удовлетворяющий всем требованиям шахтной плавки—прочный, равномерный по крупности, закисный по железу, офлюсованный, сульфидированный и легкоплавкий, по внешнему виду напоминающий оборотный шлак. Поскольку в настоящее время имеются трубчатые печи весьма большой производительности, этот процесс представляется перспективным.