книги из ГПНТБ / Серебряный Я.Л. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов

Г л а в а И

П О Д ГО Т О В К А Р У Д к П Л А В К Е

Для получения высоких технико-экономических показателей электроплавки материал, поступающий в плавку, должен удовлетво­ рять следующим требованиям: иметь определенное содержание ценных металлов и важнейших шлакообразующих окислов, быть однородным по химическому составу, иметь оптимальную крупность и минимальную влажность.

Поэтому сырье перед плавкой подвергают предварительной под­ готовке: дроблению, обогащению, сушке, окускованию флотоконцентратов и рудной мелочи, обжигу в кипящем слое, шихтовке. Применение той или иной подготовительной операции зависит от

вида сырья и содержания в нем металлов. Так, на заводе «Томпсон» всю руду, содержащую 1,5—2,5% никеля, подвергают флотацион­ ному обогащению, в результате которого освобождаются от основной массы пустой породы и получают концентрат, содержащий 7,5% никеля. Затем концентрат для удаления части серы обжигают в печах

Согласно перспективному плану развития никелевой промышлен­ ности СССР, основная масса сульфидной руды также будет обога­ щаться. Но в настоящее время из-за недостаточной мощности обога­ тительных фабрик на обогащение направляют только бедные руды, содержащие менее 1,5% никеля. Получаемый флотоконцентрат содержит 4—6% никеля. 'Перед электроплавкой его окусковывают методом агломерации или методом окатывания с последующим окислительным обжигом.

Богатые руды (содержание никеля более 1,5%) направляют на электроплавку без флотационного обогащения. Их перед плавкой только' дробят, сушат и шихтуют. Хорошо подготовленная шихта обеспечивает успех плавки, поэтому на металлургических заводах качеству подготовки руды к плавке уделяют большое внимание. Рас­ смотрим основные операции подготовки руды к плавке.

§ 5. Понятие об обогащении руд

Цель обогащения — выделить ценные минералы из руды в про­ дукт, называемый концентратом, и освободиться от основной массы пустой породы. Обогащение полезных ископаемых основано на различных физических и физико-химических свойствах отдельных минералов, входящих в состав руды. Основным методом обогащения

из следующих основных операций: 1) подготовки руды к флотации, включающей операции дробления и измельчения руды; 2) соб­ ственно флотации; 3) обезвоживания полученных в результате флотации концентратов.

20

Отдельные минералы находятся ö руде в виде мельчайших части­ чек размером 0,01—0,1 мм. Поэтому, чтобы отделить различные зерна минералов друг от друга, руду необходимо измельчить в тончайший порошок. Дробление осуществляют в три стадии. Сначала исходную руду крупностью до 1000 мм дробят в щековой дробилке крупного дробления до 250—200 мм, затем этот материал поступает в конус­ ную дробилку среднего дробления, где его дробят до 50—40 мм, и, наконец, в конусной дробилке мелкого дробления руду дробят до кусочков менее 15 мм.

Рис« 2. Схема установки шаровой мельницы в замкнутом цикле с классифи­ катором:

1 — питатель; 2 — приемный ящик; 3 — улитка питателя; 4 — желоб; 5 — мельница; 6 — разгрузочная цапфа; 7 — желоб; 8 — сливной порог; 9 — классификатор; J0 — гребки классификатора

Пройдя контрольное грохочение на виброгрохоте, руда поступает в шаровые мельницы мокрого помола, где смешивается с водой и измельчается до размера меньше 0,1 мм.

.Шаровая мельница представляет собой полый аппарат цилин­ дрической формы, частично заполненный стальными шарами. При определенной скорости вращения мельницы шары под действием центробежной силы поднимаются на некоторую высоту, а затем падают по определенной траектории в нижнюю часть мельницы и дробят находящуюся в ней руду.

Из шаровой мельницы выходит пульпа — смесь воды и измель­ ченной руды. Шаровая мельница выдает неравномерный по круп­ ности измельчения материал. Помимо частиц нужных размеров (0,07 мм), в пульпе находятся и более крупные частицы (до 5 мм). Для отделения крупных частиц от мелких пульпу направляют в классификатор.

Классификатор представляет собой наклонно установленный короб, внутри которого движутся гребки в виде спиралей или реек.

21

Гребки подгребают пески (крупные частицы) к верхнему концу классификатора, откуда они возвращаются в мельницу на доизмельчение (рис. 2). С нижнёго конца классификатор выдает слив, содер­

их на поверхность пульпы. Для удержания частиц на поверхности в пульпу добавляют различные органические вещества (например,

тор уровня пульпы; 7 — пеносинматель; 8 — желоб

22

аэрофлот). Образующаяся пена непрерывно удаляется гребком и

ввиде концентратной пульпы, содержащей до 20% твердого, направ­ ляется на сгущение.

Сгущение осуществляют в сгустителях — больших цилиндри­ ческих отстойниках. Диаметр сгустителей достигает 24—30 м, высота 4 м. Концентрат сгущается при спокойном отстаивании пульпы

всгустителе. Твердые частицы оседают на коническое днище, а освет­ ленный раствор стекает в кольцевой желоб, расположенный на стенке сгустителя. Сгуститель разгружается через отверстие в центре днища. Для перемещения осевшего материала к разгрузочному отверстию в сгустителе имеется специальный механизм в виде вра­ щающейся крестовины, на которую под определенным углом на­ сажены гребки.

Сгущение позволяет получить концентрат влажностью 40—50%.

Для дальнейшего обезвоживания концентрат фильтруют на диско­ вых или барабанных вакуум-фильтрах. В результате фильтрации влажность концентрата снижается до 12—24%.

С фильтров концентрат может быть направлен на сушку, агло­ мерацию или окатывание с последующим окислительным обжигом.

В зависимости от качества рудного сырья и технологической схемы обогатительной фабрики флотационное обогащение проводят либо по схеме коллективной флотации, либо коллективной флота­ ции с последующей селективной флотацией.

При коллективной флотации в концентрат переводят медные и никелевые минералы без их разделения. При последующей фло­ тации коллективного медно-никелевого концентрата можно разде­ лить (выделить селективно) медные и никелевые минералы. Состав концентратов, полученных при флотационном обогащении медноникелевых руд, приведен в табл. 3.

Таблица 3

Химический состав, %, медно-никелевых концентратов различных заводов

23

В процессе флотационного обогащения рудного сырья, содержа­ щего 1% Ni, удается избавиться от 80—85% пустой породы (табл. 4). При обогащении бедных руд, содержащих 0,5% Ni, в хвосты сбра­ сывается более 90% пустой породы. Поэтому при подготовке сырья к плавке целесообразно проводить флотационное обогащение.

§ 6. Сушка руды и концентратов

Рудную шихту загружают в электропечь на поверхность ванны в виде конических куч-откосов. В практике электроплавки нередки случаи, когда откосы теряют устойчивость и опрокидываются в рас­ плав. Мгновенное погружение в расплав шихты повышенной влаж­

24

ности приводит к сильным взрывам 1 — «хлопкам», которые разру­ шают свод печи и опасны для обслуживающего персонала. Поэтому к содержанию влаги в шихте, предназначенной для электроплавки, предъявляют жесткие требования.

Технологическими инструкциями на электроплавку предусмот­ рена влажность кусковой руды не выше 3%. Однако руда, поступа­ ющая из подземных рудников, содержит до 5—7%. влаги, а руда, добываемая открытым способом, до 8— 10% (в зимнее время).

Рис. 5. Установка для сушки концентрата:

1 — скруббер; 2 — циклон; 3 — шнек; 4 — разгрузочная течка; 5 — транспортер; 6 — сушильный барабан; 7 — вакуум-фильтры; 8 — за­ грузочная течка; 9 — топка; 10 — транспортер для подачи угля

Для снижения содержания влаги руду сушат. Так как влага преимущественно концентрируется в мелкой руде, то на сушку поступает не вся руда, а лишь рудная мелочь класса —20 мм, вы­ деленная при грохочении перед крупным дроблением. Выход рудной мелочи составляет 20—25%.

Руду сушат во вращающихся сушильных барабанах, представ- -ляющих собой стальные цилиндры диаметром 1,8—2,8 м и длиной ' 8—14 м, установленные под углом 3° к горизонтальной плоскости

(рис. 5).

Барабан опоясан двумя бандажами, опирающимися на ролики, укрепленные на фундаментах. Для предотвращения сползания ба- ' рабана с фундаментов служат роликовые упоры.

Сушильный барабан приводится во вращение от электродвигателя через редуктор и шестерню, связанные с зубчатым венцом барабана.

с образованием гремучего газа (смесь кислорода и водорода), дающего сильные взрывы.

25

Внутри барабана имеются продольные металлические секции в виде концентрически расположенных ячеек для увеличения по­ верхности соприкосновения подсушиваемого материала с горячими газами, которые сушат материал. Руда через течку поступает в го­ ловную часть барабана на распределительные лопасти, направля­ ющие материал по отдельным секциям. При вращении барабана подсушиваемый материал пересыпается и подвигается вдоль ба­ рабана к разгрузочному концу и разгружается на транспортер.

Сушильный барабан снабжен топкой, расположенной у головной части барабана. Топливом может служить каменный уголь, мазут и природный газ.

Сушильный барабан работает по принципу прямотока, т. е. влажная руда и горячие топочные газы движутся в одном направ­ лении. Руда влажностью 4— 12% подвергается воздействию горячих топочных газов, температура которых достигает 800—900° С. По мере движения материала вдоль барабана наряду с охлаждением газов снижается влажность руды. Температура газов на выходе из барабана должна быть в пределах 150—200° С. Газы проходят через пылеулавливатели (циклон, скруббер, пенный пылеулавливатель) и выбрасываются в атмосферу.

Во избежание чрезмерного пыления и связанных с ним потерь руду подсушивают до влажности 1,5—2%. Процесс сушки регули­ руется количеством загружаемого влажного материала и интенсив­ ностью сжигания топлива.

Производительность барабана диаметром 2,2 м при сушке руды исходной влажностью 7% составляет 25 т/ч, а расход условного топлива теплотворной сйособностью 7000 ккал/кг равен 300 кг на 1 т удаляемой влаги.

Сушильные барабаны используют и для подсушки флотокон­ центрата перед его окатыванием (см. § 7). Концентрат влажностью 16—20% подсушивают до влажности 8—10%. При сушке концен­ трата производительность барабана по удаляемой влаге составляет примерно 30—35 кг на 1 м3 объема барабана; расход условного топлива составляет 20 кг на 1 т концентрата исходной влажностью 18%. Иногда концентрат направляют в плавку, минуя фабрику окомкования. В этом случае концентрат сушат до влажности 4—6%.

§ 7. Окускование флотоконцентрата и рудной мелочи

При переработке в электропечах, не подготовленных к плавке флотоконцентрата и рудной мелочи, возникают значительные ослож­ нения.

Влажные тонкоизмельченные материалы слеживаются, а в зим­ них условиях смерзаются, зависают в бункерах, налипают на транс­ портеры и питатели, плохо смешиваются с другими компонентами. В сухом виде такие материалы сильно пылят, что приводит к боль­ шим безвозвратным потерям, создает антисанитарные условия труда, ухудшает работу оборудования. Все это нарушает равномерность

подачи материалов в печь и правильность шихтовки, а следовательно,

26

и сказывается на всем ходе, технологического процесса плавки. Теплопроводность и газопроницаемость слоя сухого мелкого ма­ териала, находящегося в печи, мала, а вынос пыли с газами зна­ чителен.

Особенно большие неприятности доставляет плавка влажного концентрата и рудной мелочи, сопровождающаяся «хлопками» (взрывами) из-за падения откосов шихты. Для создания безопасных условий труда флотоконцентрат и рудную мелочь перед плавкой необходимо окусковать. В настоящее время окускование медно­ никелевых концентратов и рудной мелочи перед их плавкой в-элек- тропечах осуществляется методом агломерации и методом окатыва­ ния с последующим окислительным обжигом.

Оба метода должны обеспечить и другую задачу: снизить содер­ жание серы в исходном сырье. Это позволит при последующей элек-/ троплавке получить более■богатый штейн и сократить его 'количе­ ство. Кроме того, на переработку окускованной шихты расходуется меньше электроэнергии, что улучшает экономические показатели электроплавки.

Окускование флотоконцентрата и рудной мелочи методом агломерации

Агломерация или спекание — широко распространенный метод окускования мелких материалов как в черной, так и в цветной ме­ таллургии. Сущность агломерации заключается в окусковании мел­ кой руды или концентрата при сильном нагреве. Для этого слой перемешанных шихтовых материалов помещают на колосниковую решетку спекательной (агломерационной) машины и с помощью специального устройства поджигают с поверхности. Под колосни­ ковой решеткой расположена камера разрежения (вакуум-камера), в которой эксгаустером создается определенный вакуум. Разрежение обеспечивает просачивание воздуха через слой шихты на колосни­ ковой решетке.

Спекание шихты, состоящей из сульфидной руды и флотокон­ центрата, протекает за счет тепла, выделяющегося при окислении сульфидов. Температура в слое спекаемого материала повышается до 1100—1200° С. При такой температуре легкоплавкие составляющие шихты частично оплавляются, и вязкий расплав склеивает мелкие кусочки в пористые крупные куски — агломерат.

Агломерацию как метод окускования шихты перед электроплав­ кой применяют на Норильском горно-металлургическом комбинате. Шихта для агломерации состоит из флотоконцентрата (50%), извести (2—3%), каменноугольной мелочи (2%) и возврата агломерата (45%). Возврат агломерата представляет собой частично спекшуюся мелкую фракцию размером —20 +0 мм, отгрохоченную от готового агломерата. Добавкой возврата в шихту удается избежать чрезмер­ ного разогрева ее при спекании, улучшить газопроницаемость и снизить влажность шихты до оптимальной величины (14—16%). Каменноугольную мелочь добавляют в шихту для получения более прочного агломерата, а также металлизированного штейна при

27

последующей электроплавке агломерата, известь — для повышения степени десульфуризации в процессе агломерации.

Шихту приготовляют в смесительном отделении. Каждая состав­ ляющая часть шихты (за исключением флотоконцентрата) хранится в соответствующем бункере. При помощи тарельчатых питателей шихтовые материалы дозируются на транспортерную ленту, на которой они располагаются в несколько слоев. На ту же ленту из цеха обезвоживания подают и флотоконцентрат в виде кека влаж­ ностью 24—26%. Для перемешивания и усреднения состава шихту

Рис. 6. Стандартная агломерационная машина с площадью спекания 50 м3:

направляют в барабанный смеситель, а затем в барабанный грану­ лятор, где мелкие фракции шихты окатываются в гранулы диа­ метром 5—20 мм. Шихта, состоящая из гранул, имеет при спекании большую газопроницаемость.

Лучшие результаты окатывания шихты достигаются при влаж­ ности материалов 14— 16%. При спекании влага испаряется и в шихте образуются поры, необходимые для просасывания газов. При вы­ грузке из гранулятора окатанный материал смешивают с каменно­ угольной мелочью и подают к бункерам, расположенным над агло­ мерационными машинами. Агломерацию медно-никелевого кон­ центрата и мелкой руды осуществляют на ленточных агломерацион­ ных машинах, обеспечивающих непрерывность процесса и высокую производительность (рис. 6).

На' Норильском горно-металлургическом комбинате рабочая площадь агломашин (суммарная площадь вакуум-камер) составляет 54 и 75 м2. Агломашина состоит из металлического каркаса, поддер­ живающего ее основные части. На каркасе укреплены рельсовые пути — верхние и нижние направляющие, по которым движется

28

непрерывная цепь паллет. Число паллет на ленточной машине рабочей площадью 54 м2 составляет 74.

Паллета — это стальная рама с двумя боковыми стенками, установленная на четырех роликах. Торцовых стенок паллеты не имеют, поскольку при движении примыкают одна к другой, образуя своего рода желоб, загруженный шихтой и агломератом. Высота борта паллеты 320 мм. В раме паллеты установлены тремя рядами 150 чугунных колосников, ширина щелей между которыми равна 6—9 мм. Свободная площадь для прохода воздуха составляет 10— 12% от всей площади паллеты.

Захваченная зубцами приводной звездочки паллета с нижних наклонных направляющих поднимается на верхние горизонтальные направляющие и проталкивается по ним сначала звездочкой, а затем под давлением следующих паллет. Паллета подходит под бункер, из которого барабанно-маятниковым питателем на нее загружается шихта.

Высоту слоя шихты на ленте регулируют, изменяя скорость движения ленты и положение уравнительного ножа. При загрузке происходит сегрегация (распределение) шихты по крупности. Ма­ териал крупностью 20—25 мм скатывается с поверхности откоса шихты, образующегося перед уравнительным ножом, и тонким слоем располагается на колосниках. Этот слой играет роль постели, преду­ преждающей просыпание мелочи через колосники.

Паллета, загруженная шихтой, поступает под зажигательный горн. Шихта зажигается факелом газовых горелок (5—6 штук). Под горном находится первая вакуум-камера. Раскаленные продукты горения просасываются эксгаустером (дымососом) через слой шихты

изажигают горючее шихты (угольную мелочь, серу). После выхода паллеты из-под горна процесс горения углерода и интенсивное окис­ ление сульфидов шихты продолжается над другими вакуум-камерами

изаканчивается над 11— 16-й камерами. Последние две-три камеры

служат для охлаждения агломерата.

В хвостовой части агломашины установлены дисковые ножи, разрезающие слой агломерата на продольные полосы. У разгрузоч­ ной части машины в сплошной цепи паллет имеется небольшой разрыв (300—-400 мм). Дойдя до него, паллета падает вниз и ее ролики переходят с верхних на нижние направляющие. Падая, паллета опрокидывается и слой агломерата разгружается в одно­ валковую зубчатую дробилку.

После разгрузки паллета под действием собственной тяжести перемещается по нижним направляющим к головной части агло­ мерационной машины, где расположен приводной механизм.' Здесь зубцы ведущей звездочки подхватывают паллету и поднимают ее снова на верхние пути, по которым она продолжает двигаться под давлением следующей поднимаемой паллеты, и весь цикл движения повторяется. Скорость движения паллеты регулируют изменением скорости вращения ведущих звездочек.

Вакуум-камеры установлены по всей длине агломашины между верхними и нижними направляющими рельсами. Они представляют

29