НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ АВТОКЛАВНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ПЛАТИНОСОДЕРЖАЩИХ НИКЕЛЬ-ПИРРОТИНОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
|
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Актуальность темы. Сульфидные Cu-Ni-руды составляют основу минерально-сырьевой базы Ni, Co и металлов платиновой группы (МПГ). В России ~ 60 % Ni и 98 % разведанных запасов МПГ сосредоточено в 3-х месторождениях Норильского промрайона (Норильск-1, Талнахское и Октябрьское), добыча руд в которых осуществляется Заполярным филиалом ПАО «ГМК «Норильский никель» (далее - ЗФ, Компания). Компания обеспечивает более 95 % производства Pt-металлов в стране (Pd ~100 %, Pt - 82 %).
Богатые руды месторождений Талнахского рудного поля (ТРП), заключающие в себе 83 % российских запасов МПГ, являются сложным сырьём. Более чем на 90 % они представлены минеральными разновидностями пирротинового типа, особенностью которого является высокое содержание (30-60 %) сульфидов группы пирротина (Fe1-xS) и чрезвычайно тесное взаимопрорастание сульфидных минералов, затрудняющее их разделение традиционными методами обогащения
При флотационном обогащении руд ТРП выделяют никель-пирротиновый концентрат (НПК), в который извлекается, %: 13-15 Ni; 2,5-3,5 Cu; 14-17 Co и 14-18 МИГ. В НПК, содержащем 60-75 % пирротина (₽о), на 1 т Ni приходится 20-25 т Fe и 12-17 т S. Непосредственная пирометаллургическая переработка такого материала экономически нецелесообразна.
Промышленная ценность НПК во многом определяется аномально высоким содержанием в нём МПГ (5-15 г/т). В силу большого выхода и высокого содержания МИГ, этот концентрат представляет собой уникальный источник получения Pt-металлов. Основную ценность НПК (~ 90 %) составляют Ni и МПГ, при этом доля Ni ~ 45-50 %; МПГ - 40-45 %.
Для переработки НПК в 1979 г. на Надеждинском металлургическом заводе (НМЗ) запущена автоклавно-окислительная технология (АОТ), не имеющей аналогов в мировой промышленной практике. Проектная схема АОТ НМЗ включала следующие основные операции:
- автоклавно-окислительное выщелачивание (АОВ) НИК - окисление Pо до оксидов Fe и S° с частичным разложением сульфидов (MeS) цветных металлов (ЦМ) в режиме низкотемпературного выщелачивания (НТВ) - при 108-112 °С;
- (макро-)агрегацию - обработку окисленной пульпы от АОВ при 140-150 °С в цепочке автоклавов для формирования гранул (+200 мкм), представляющих собой ассоциаты неразложившихся MeS и S°, с последующим их выводом в самостоятельный промпродукт для переработки в отдельном цикле; основное назначение (макро-)агрегации - обеспечение высокого целевого извлечения МПГ в АОТ (> 80 %);
- осаждение вторичных сульфидов ЦМ из раствора окисленной пульпы с помощью Fe° и S°;
- серосульфидную флотацию (ССФ), обеспечивающую выделение MeS и S° в серосульфидный концентрат (ССК), а оксидов Fe и компонентов пустой породы - в хвосты;
- группу операций серного передела (СП), включающую: автоклавную дезинтеграцию ССК, серную флотацию и автоклавную выплавку серы (АВС);
- окислительную обработку пульпы хвостов ССФ известняком и известью с выводом нейтрализованного продукта (отвальных хвостов АОТ) на долговременное хранение.
Целевые продукты АОТ - автоклавный сульфидный концентрат (АСК), направляемый в пирометаллургическое производство (ПМП) НМЗ, и техническая сера сорта 9950 (> 99,5 S°).
При отработке АОВ в режиме НТВ были выявлены серьёзные трудности, связанные с проблемой отвода из автоклавов избыточного тепла. По этой причине операция АОВ была запущена в режиме высокотемпературного выщелачивания (ВТВ) - при 130-150 °С, что потребовало применения в этой операции ПАВ - лигносульфонатов (ЛСТ), - исключающего смачивание поверхности частиц MeS образующейся расплавленной серой.
Перевод АОВ в режим ВТВ и применение ЛСТ принципиально изменили свойства формирующейся серосульфидной фазы (SSP), существенно усложнив её последующую агрегацию. Вследствие этого переработка НПК ведётся по «короткой» схеме АОТ, в которой отсутствует стадия (макро-)агрегации. Освоенный вариант «короткой» схемы АОТ имел целый ряд недостатков:
- низкое извлечение драгоценных металлов (ДМ) в АСК - в частности, потери редких платиновых металлов (РПМ) с отвальными хвостами АОТ увеличились ~ с 40 до 70-80 %;
- невозможность переработки высокосернистых НПК (> 31 % S) по причине образования в автоклавах АОВ гранул и плавов;
- высокое содержание шламистых классов SSP (< 10 мкм), что осложняло работу ССФ;
- повышенное содержание Беок. в ССК (14-16 %) и, как следствие, ухудшение качества АСК, снизившее показатели его переработки в пирометаллургическом производстве (ПМП) НМЗ.
В настоящее время АОТ НМЗ занимает ключевое положение в планах стратегического развития Компании, что связано с намеченным решением 3-х важнейших проблем ЗФ:
- сокращения ~ в 4,6 раза выбросов 80? с отходящими газами плавильных агрегатов;
- значительного повышения качества концентратов ТОФ за счёт их глубокой очистки от Ро;
- массового вовлечения в переработку «лежалого» пирротинового сырья.
Максимальное снижение содержания Ро во флотационных концентратах, направляемых на пирометаллургические переделы, - приоритетное направление кардинального сокращения выбросов 80? и затрат на его утилизацию. В целях снижения операционных расходов в ПМП поставлена задача получения рудного никелевого «супер»-концентрата (РНСК) ТОФ, содержащего 15-16 % N1.
Глубокий вывод Ро в НПК и малоникелистый пирротиновый продукт (МИИ) обеспечил решение обеих задач. Адаптация «короткой» схемы АОТ НМЗ к новому, высокосернистому, сырью явилась одной из главных задач, связанных с получением РНСК.
Вместе с тем, НПК, формирующийся на ТОФ при получении РНСК, наряду с высоким содержанием серы (до 34-36 %), содержит до 3,5 % N1; до 2,0 % Си и ~ 15 г/т Е МИГ. Перераспределение ЦМ и ДМ в НПК на стадии обогащения руды увеличит их поток через АОТ НМЗ.
Высокий уровень потерь МПГ в «короткой» схеме АОТ (50-55 %), резкое повышение
аварийности работы автоклавных агрегатов при переработке высокосернистых НПК и низкие показатели технологии при вовлечении в переработку «лежалого» сырья явились серьёзным препятствием для дальнейшего развития всего обогатительно-металлургического комплекса ЗФ, определив остроту проблемы совершенствования АОТ.
Степень научной разработанности темы исследования. Количество исследовательских работ, посвящённых изучению закономерностей воздействия реагентного режима АОВ на поведение ЦМ, ДМ и 8° в АОТ ограничено. Резервы «короткой» схемы АОТ, особенно в части повышения целевого извлечения ДМ, изучены и реализованы далеко не полностью. Не раскрыт потенциал возможностей ПАВ и минеральных стабилизирующих добавок (МСД) в процессе АОВ. Отсутствуют научно-обоснованные подходы к выбору ПАВ для АОВ в «короткой» схеме АОТ. Отрицается техническая возможность переработки высокосернистых НПК в «короткой» схеме АОТ.
Теоретической основой для работы послужили труды в области автоклавной гидрометаллургии сульфидных материалов, в частности, публикации: В.И. Горячкина, С.И. Соболя, С.С. Набойченко, Я.М. Шнеерсона, В.Ф. Борбата, А.Б. Воронова, И.М. Неленя, М.И. Манцевича, П.А. Ребиндера и др.
Цель работы: разработка и внедрение научно-обоснованной технологии автоклавной переработки никель-пирротинового сырья на основе «короткой» схемы АОТ НМЗ, обеспечивающей высокое извлечение ЦМ и ДМ в АСК, возможность ВТВ высокосернистых НПК и «лежалых» пирротиновых концентратов (ЛПК) при одновременном снижении воздействия на природную среду.
Задачи исследования:
1. Изучить взаимосвязь между расходом ЛСТ в операции АОВ и показателями АОТ НМЗ.
2. Определить механизм перехода 8° в шламы (-10 мкм).
3. Оценить возможности синергетического воздействия ЛСТ и МСД на АОВ высокосернистых НПК с целью их переработки по «короткой» схеме АОТ.
4. Получить новые данные о значениях равновесного краевого угла избирательного смачивания в системе «пирротин - расплавленная 8° - вода» в присутствии различных ПАВ.
5. Исследовать кинетику АОВ НИК разного химико-минералогического состава при использовании различных классов ПАВ и их сочетаний.
6. Теоретически обосновать и экспериментально подтвердить практическую возможность и перспективность использования в операции АОВ комбинированного ПАВ, содержащего ингредиенты антагонистического действия по отношению к серным эмульсиям, для оптимизации распределения серы по классам крупности и снижения потерь МПГ с отвальными хвостами АОТ.
7. Исследовать взаимосвязь между групповым составом нефтепродуктов, используемых в качестве ингредиента ПАВ, и степенью их положительного воздействия на показатели АОВ НПК.
8. Провести полномасштабные промышленные испытания усовершенствованной «короткой» схемы АОТ НМЗ на основе применения комбинированного ПАВ и МСД при АОВ при переработке реальной шихты пирротинсодержащих продуктов.
Научная новизна и теоретическая значимость работы:
1. Впервые установлены частные соотношения и получены уравнения регрессии, отражающие вероятностную связь ряда ключевых показателей АОТ от удельного расхода ЛСТ в операции АОВ.
2. Показано, что условия, при которых достигается максимальное извлечение элементной серы в классы -150+10 мкм (оптимальные для последующей ССФ), для НИК с разным содержанием серы существенно различны. Подавление процесса гранулообразования при АОВ высокосернистых НИК (> 31 % 8) с повышенным содержанием меди требует одновременно как высокого расхода ЛСТ (42-45 кг/т Ро), так и значительного количества МСД (до 650 кг/т Ро).
3. Показано, что продукты взаимодействия ЛСТ с компонентами пульпы являются эффективными стабилизаторами формирующейся серной эмульсии.
4. Впервые установлен синергетический эффект совместного положительного воздействия ЛСТ и МСД, при этом доминирующая роль в подавлении процесса гранулообразования принадлежит ЛСТ.
5. Впервые изучены закономерности процесса и предложен механизм перехода 8° в шламы (-10 мкм) при АОВ НПК с использованием ЛСТ.
6. Получены новые данные о значениях равновесного краевого угла избирательного смачивания в системе «НИК - расплавленная 8° - вода» при 130 °С в присутствии различных ПАВ.
7. Разработаны основы использования в операции АОВ комбинированного ПАВ, содержащего ингредиенты антагонистического действия по отношению к серным эмульсиям, для оптимизации распределения серы по классам крупности и снижения потерь МИГ с отвальными хвостами АОТ.
8. Впервые сформулированы требования к ПАВ, используемому при ВТВ, адекватно отвечающему характеру задач, решаемых АОВ в условиях «короткой» схемы АОТ НМЗ.
9. Впервые выявлена взаимосвязь между групповым составом нефтепродуктов и степенью их положительного воздействия на показатели АОВ НПК.
10. Установлены закономерности процесса АОВ с использованием комбинированного ПАВ, представляющего собой сочетание реагента диспергирующего действия по отношению к жидкой сере (ЛСТ, крахмал, КМЦ, декстрин и др.) с: а) нефтяными адсорбционными смолами (АС) со средним числом атомов углерода в молекуле (С) более 25; б) нефтяными сульфосоединениями (НСС) - маслорастворимыми сульфокислотами (МСК) и/или их солями - сульфонатами щелочноземельных металлов (НСФ). В качестве ПАВ для АОВ НПК нефтяные АС и НСС применены впервые.
11. Разработаны основы совмещённого процесса «АОВ-автоклавная микроагрегация (АМА)» (130-150 °С) для переработки пирротинсодержащей шихты (ПСШ) различного состава. Процесс «АОВ-АМА» обеспечивает оптимальную крупность формирующейся 88Р (-150+10 мкм) за счёт связанного регулирования расходов комбинированного ПАВ и МСД.
12. На основе «короткой» схемы АОТ разработаны основы совместной переработки высокосернистого НПК и трудновскрываемых ЛПК.
Практическая значимость работы. Разработана и внедрена на НМЗ усовершенствованная «короткая» схема АОТ, обеспечившая повышение комплексности переработки Си-№-руд ТРП. Вовлечение в переработку сложных высокосернистых НПК и ЛПК с повышением целевого извлечения ЦМ и ДМ. Это кардинально обновляет схему обогащения руд ТРП, способствует увеличению производства ЦМ и ДМ, снижает экологическую нагрузку на окружающую среду НПР.
1. Впервые в мировой практике разработаны, апробированы в промышленном масштабе и внедрены в производство новые технологии и режимы АОВ, позволившие вовлечь в переработку сложные НПК с высоким содержанием серы (до 36 % 8) и упорную к вскрытию ПСШ.
2. Разработан и внедрён в производство технологический комплекс «ТОФ-НМЗ», основанный на использовании при АОВ сочетания ЛСТ и МСД. Наряду с возможностью совместной переработки высокосернистых НИК (> 31 % 8) и промпродуктов ТОФ, данный комплекс позволил реализовать на ТОФ усовершенствованную технологию обогащения Си-№-руд (СКС-схему флотации), обеспечившую снижение на 20-25 % отн. поступление серы с концентратами в металлургический цикл ЗФ за счет вывода в отвал части Ро в составе МПП. Фактический экономический эффект от использования этой разработки в ГМИ НМЗ составил ~ 20 млн. И8И в год.
3. Определены научно-практические подходы к выбору ПАВ для АОВ, что открыло пути целенаправленного поиска ингредиентов ПАВ, сочетание которых обеспечивает наибольший эффект.
4. Разработан и промышленно освоен совмещённый процесс «АОВ-АМА», основанный на применении комбинированного ПАВ в сочетании с МСД, что позволило увеличить сквозное извлечение в АОТ: N1 ~ на 2-3 % абс., а 2 МИГ - на 8-10 % абс. Дополнительный ежегодный выпуск металлов ожидается на уровне: 300-400 т Ni; 100-120 т Cu; 12-15 т Co и 450-600 кг МИГ.
Экономический эффект от реализации данной разработки составит ~ 15 млн. USD в год.
5. Реализация процесса «АОВ-АМА» в АОТ НМЗ позволяет:
- значительно сократить затраты на строительство и эксплуатацию установок для утилизации SO2 из отходящих газов плавильных агрегатов НМЗ и МЗ за счёт глубокого вывода Ро в отвал на ранних стадиях переработки руды;
- организовать на ТОФ производство РНСК (15-16 % Ni), что повысит производительность головных плавильных агрегатов ИМИ НМЗ и значительно сократит операционные расходы;
- осуществить переработку на НМЗ богатого высокосернистого НИК (~ до 36 % S), выщелачивание которого по «короткой» схеме АОТ с использованием комбинированного ИАВ в сочетании с МСД обеспечит высокое извлечение ценных компонентов в АСК: 94-95 % Ni и > 90 % МИГ; при этом одновременно повысится содержание Ni в АСК с 8-9 до 10-13 %;
- прекратить закачку экологически опасных сернистых стоков ГМИ НМЗ (~ 1 млн. м3/год) в подземные водоносные горизонты НИР за счёт из утилизации в операции АОВ;
- вовлечь в переработку «упорное» к автоклавному вскрытию «лежалое» техногенное сырьё;
- увеличить объёмы производства ЦМ и МИГ, полученных при минимальных выбросах SO2.
Ири соответствующей конъюнктуре мировых цен на рынках никеля и МИГ, в переработку, наряду с НИК, в АОТ НМЗ может быть вовлечён МНИ (0,8-0,9 % Ni; 2,0-2,5 г/т МИГ), выводимый в настоящее время в отвал в количестве до ~ 3 млн. т в год.
Методология и методы диссертационного исследования. Исследования выполнены на универсальных автоклавных установках по специальным методикам. Испытание и внедрение новых технологий проводили на полномасштабных промышленных установках.
Применены методы планирования эксперимента и обработки его результатов с использованием корреляционного и дисперсионного анализов на основе применения пакетов современных компьютерных программ.
Использовали аттестованные химические и инструментальные методы анализа, в том числе: потенциометрические, рентгенофлуоресцентный (VRA-30), масс-спектрометрический с индуктивно-связанной плазмой (IPC-MC), рентгенофазовый (ДРОН-1, ДРОН-3), спектрофотометрический (Unicam SP-800), атомно-абсорбционный, дифференциально-термический, оптической микроскопии (Иолам Р-312 и Reichert-Jung). Для углублённых исследований стрктурно-текстурной особенности проб использовали методы РЭМ и РСМА (SEM-505 с приставкой ЕДАХ-9100 и Tescan TS 5130MM, с системой микроанализа PGT). Для оценки распределения частиц по классам крупности использованы методы ситового и седиментационного анализов.
Положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Результаты изучения количественной взаимосвязи реагентного режима АОВ НИК и показателей АОТ НМЗ.
2. Закономерности и механизм воздействия ЛСТ на распределение частиц SSP по классам крупности.
3. Иринципы подбора и разработки нового реагентного режима АОВ НИК, основанного на применении комбинированного ИАВ, содержащего ингредиенты антагонистического действия по отношению к серным эмульсиям.
4. Особенности распределения S°, формирующейся при АОВ НИК различного состава, по классам крупности в зависимости от основных технологических факторов.
5. Результаты промышленных испытаний технологии ГМИ НМЗ с использованием комбинированного ИАВ (ЛСТ+ДИ-4СМ) в операции АОВ ИСШ и технологии переработки шихты пирротиновых материалов, основанную на совмещённом процессе «АОВ-АМА».
Личный вклад автора. Научно-теоретическое обоснование, постановка целей и задач, создание теоретических основ воздействия комбинированного ИАВ и МСД в процессе АОВ никель- пирротинового сырья, разработка методик и участие в проведении исследований и промышленных испытаний, обобщение полученных результатов. Участие в подготовке технических решений по: применению комбинированного ИАВ; использованию МСД для переработки высокосернистых НИК в «короткой» схеме АОТ, режиму ВТВ ИСШ и др. Обосновано аппаратурное оформление применяемого опытно-промышленного и промышленного оборудования, схем цепи аппаратов; их освоение в условиях действующего производства НМЗ ЗФ. Подготовка рукописей статей в научные журналы; выступление на российских и международных конгрессах и выставках. Являлся ответственным исполнителем и научным руководителем работ, осуществлял постановку задач, подготовку программ и написание отчётов. Доля автора диссертации в фактическом экономическом эффекте по теме диссертации на всех этапах испытаний и внедрении, составляет более 2 млн. USD в год.
Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций обоснована использованием известных положений фундаментальных наук; корректностью поставленных задач и использованием современных методов исследований; непротиворечивостью полученных результатов и выводов; доказана сходимостью теоретических и экспериментальных результатов, подтверждённых испытаниями в укрупнено-лабораторном и промышленном масштабах; применением методов математической статистики для систематизации экспериментальных данных.
Апробация результатов. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на следующих форумах:
- I Международном симпозиуме «Проблемы комплексного использования руд (Cu, Ni, Co, Sn, Al, Mg, Ti и благородные металлы)». (С.-Петербург, 10-14 мая 1994 г.);
- 2-м Международном симпозиуме «Проблемы комплексного использования руд»
(С.- Петербург, 19-24 мая 1996 г.);
- Международной научной конференции «Металлургия XXI века: шаг в будущее. (Красноярск, Россия.. 21-26 сентября, 1998 г.);
- II Международной конференции «Металлургия цветных и редких металлов» (Красноярск, 9¬12 сентября 2003 г.);
- IX Международной выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции»
(г. Санкт-Петербург, 2004 г.);
- Международном совещании «Плаксинские чтения - 2006: Прогрессивные методы обогащения и технологии глубокой переработки руд цветных, редких и платиновых металлов» (Красноярск, октябрь 2006 г.);
- IV Международном Конгрессе «Цветные металлы-2012» (Красноярск, 5-7 сентября 2012 г.).
Публикации.
Основные результаты диссертационной работы представлены в 29 статьях, опубликованных в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, списка литературы из 396 наименований, 4 приложений; включает 43 рисунка и 29 таблиц, содержит 162 страницы основного текста (без учёта приложений, списка литературы, рисунков и таблиц).
Богатые руды месторождений Талнахского рудного поля (ТРП), заключающие в себе 83 % российских запасов МПГ, являются сложным сырьём. Более чем на 90 % они представлены минеральными разновидностями пирротинового типа, особенностью которого является высокое содержание (30-60 %) сульфидов группы пирротина (Fe1-xS) и чрезвычайно тесное взаимопрорастание сульфидных минералов, затрудняющее их разделение традиционными методами обогащения
При флотационном обогащении руд ТРП выделяют никель-пирротиновый концентрат (НПК), в который извлекается, %: 13-15 Ni; 2,5-3,5 Cu; 14-17 Co и 14-18 МИГ. В НПК, содержащем 60-75 % пирротина (₽о), на 1 т Ni приходится 20-25 т Fe и 12-17 т S. Непосредственная пирометаллургическая переработка такого материала экономически нецелесообразна.
Промышленная ценность НПК во многом определяется аномально высоким содержанием в нём МПГ (5-15 г/т). В силу большого выхода и высокого содержания МИГ, этот концентрат представляет собой уникальный источник получения Pt-металлов. Основную ценность НПК (~ 90 %) составляют Ni и МПГ, при этом доля Ni ~ 45-50 %; МПГ - 40-45 %.
Для переработки НПК в 1979 г. на Надеждинском металлургическом заводе (НМЗ) запущена автоклавно-окислительная технология (АОТ), не имеющей аналогов в мировой промышленной практике. Проектная схема АОТ НМЗ включала следующие основные операции:
- автоклавно-окислительное выщелачивание (АОВ) НИК - окисление Pо до оксидов Fe и S° с частичным разложением сульфидов (MeS) цветных металлов (ЦМ) в режиме низкотемпературного выщелачивания (НТВ) - при 108-112 °С;
- (макро-)агрегацию - обработку окисленной пульпы от АОВ при 140-150 °С в цепочке автоклавов для формирования гранул (+200 мкм), представляющих собой ассоциаты неразложившихся MeS и S°, с последующим их выводом в самостоятельный промпродукт для переработки в отдельном цикле; основное назначение (макро-)агрегации - обеспечение высокого целевого извлечения МПГ в АОТ (> 80 %);
- осаждение вторичных сульфидов ЦМ из раствора окисленной пульпы с помощью Fe° и S°;
- серосульфидную флотацию (ССФ), обеспечивающую выделение MeS и S° в серосульфидный концентрат (ССК), а оксидов Fe и компонентов пустой породы - в хвосты;
- группу операций серного передела (СП), включающую: автоклавную дезинтеграцию ССК, серную флотацию и автоклавную выплавку серы (АВС);
- окислительную обработку пульпы хвостов ССФ известняком и известью с выводом нейтрализованного продукта (отвальных хвостов АОТ) на долговременное хранение.
Целевые продукты АОТ - автоклавный сульфидный концентрат (АСК), направляемый в пирометаллургическое производство (ПМП) НМЗ, и техническая сера сорта 9950 (> 99,5 S°).
При отработке АОВ в режиме НТВ были выявлены серьёзные трудности, связанные с проблемой отвода из автоклавов избыточного тепла. По этой причине операция АОВ была запущена в режиме высокотемпературного выщелачивания (ВТВ) - при 130-150 °С, что потребовало применения в этой операции ПАВ - лигносульфонатов (ЛСТ), - исключающего смачивание поверхности частиц MeS образующейся расплавленной серой.
Перевод АОВ в режим ВТВ и применение ЛСТ принципиально изменили свойства формирующейся серосульфидной фазы (SSP), существенно усложнив её последующую агрегацию. Вследствие этого переработка НПК ведётся по «короткой» схеме АОТ, в которой отсутствует стадия (макро-)агрегации. Освоенный вариант «короткой» схемы АОТ имел целый ряд недостатков:
- низкое извлечение драгоценных металлов (ДМ) в АСК - в частности, потери редких платиновых металлов (РПМ) с отвальными хвостами АОТ увеличились ~ с 40 до 70-80 %;
- невозможность переработки высокосернистых НПК (> 31 % S) по причине образования в автоклавах АОВ гранул и плавов;
- высокое содержание шламистых классов SSP (< 10 мкм), что осложняло работу ССФ;
- повышенное содержание Беок. в ССК (14-16 %) и, как следствие, ухудшение качества АСК, снизившее показатели его переработки в пирометаллургическом производстве (ПМП) НМЗ.
В настоящее время АОТ НМЗ занимает ключевое положение в планах стратегического развития Компании, что связано с намеченным решением 3-х важнейших проблем ЗФ:
- сокращения ~ в 4,6 раза выбросов 80? с отходящими газами плавильных агрегатов;
- значительного повышения качества концентратов ТОФ за счёт их глубокой очистки от Ро;
- массового вовлечения в переработку «лежалого» пирротинового сырья.
Максимальное снижение содержания Ро во флотационных концентратах, направляемых на пирометаллургические переделы, - приоритетное направление кардинального сокращения выбросов 80? и затрат на его утилизацию. В целях снижения операционных расходов в ПМП поставлена задача получения рудного никелевого «супер»-концентрата (РНСК) ТОФ, содержащего 15-16 % N1.
Глубокий вывод Ро в НПК и малоникелистый пирротиновый продукт (МИИ) обеспечил решение обеих задач. Адаптация «короткой» схемы АОТ НМЗ к новому, высокосернистому, сырью явилась одной из главных задач, связанных с получением РНСК.
Вместе с тем, НПК, формирующийся на ТОФ при получении РНСК, наряду с высоким содержанием серы (до 34-36 %), содержит до 3,5 % N1; до 2,0 % Си и ~ 15 г/т Е МИГ. Перераспределение ЦМ и ДМ в НПК на стадии обогащения руды увеличит их поток через АОТ НМЗ.
Высокий уровень потерь МПГ в «короткой» схеме АОТ (50-55 %), резкое повышение
аварийности работы автоклавных агрегатов при переработке высокосернистых НПК и низкие показатели технологии при вовлечении в переработку «лежалого» сырья явились серьёзным препятствием для дальнейшего развития всего обогатительно-металлургического комплекса ЗФ, определив остроту проблемы совершенствования АОТ.
Степень научной разработанности темы исследования. Количество исследовательских работ, посвящённых изучению закономерностей воздействия реагентного режима АОВ на поведение ЦМ, ДМ и 8° в АОТ ограничено. Резервы «короткой» схемы АОТ, особенно в части повышения целевого извлечения ДМ, изучены и реализованы далеко не полностью. Не раскрыт потенциал возможностей ПАВ и минеральных стабилизирующих добавок (МСД) в процессе АОВ. Отсутствуют научно-обоснованные подходы к выбору ПАВ для АОВ в «короткой» схеме АОТ. Отрицается техническая возможность переработки высокосернистых НПК в «короткой» схеме АОТ.
Теоретической основой для работы послужили труды в области автоклавной гидрометаллургии сульфидных материалов, в частности, публикации: В.И. Горячкина, С.И. Соболя, С.С. Набойченко, Я.М. Шнеерсона, В.Ф. Борбата, А.Б. Воронова, И.М. Неленя, М.И. Манцевича, П.А. Ребиндера и др.
Цель работы: разработка и внедрение научно-обоснованной технологии автоклавной переработки никель-пирротинового сырья на основе «короткой» схемы АОТ НМЗ, обеспечивающей высокое извлечение ЦМ и ДМ в АСК, возможность ВТВ высокосернистых НПК и «лежалых» пирротиновых концентратов (ЛПК) при одновременном снижении воздействия на природную среду.
Задачи исследования:
1. Изучить взаимосвязь между расходом ЛСТ в операции АОВ и показателями АОТ НМЗ.
2. Определить механизм перехода 8° в шламы (-10 мкм).
3. Оценить возможности синергетического воздействия ЛСТ и МСД на АОВ высокосернистых НПК с целью их переработки по «короткой» схеме АОТ.
4. Получить новые данные о значениях равновесного краевого угла избирательного смачивания в системе «пирротин - расплавленная 8° - вода» в присутствии различных ПАВ.
5. Исследовать кинетику АОВ НИК разного химико-минералогического состава при использовании различных классов ПАВ и их сочетаний.
6. Теоретически обосновать и экспериментально подтвердить практическую возможность и перспективность использования в операции АОВ комбинированного ПАВ, содержащего ингредиенты антагонистического действия по отношению к серным эмульсиям, для оптимизации распределения серы по классам крупности и снижения потерь МПГ с отвальными хвостами АОТ.
7. Исследовать взаимосвязь между групповым составом нефтепродуктов, используемых в качестве ингредиента ПАВ, и степенью их положительного воздействия на показатели АОВ НПК.
8. Провести полномасштабные промышленные испытания усовершенствованной «короткой» схемы АОТ НМЗ на основе применения комбинированного ПАВ и МСД при АОВ при переработке реальной шихты пирротинсодержащих продуктов.
Научная новизна и теоретическая значимость работы:
1. Впервые установлены частные соотношения и получены уравнения регрессии, отражающие вероятностную связь ряда ключевых показателей АОТ от удельного расхода ЛСТ в операции АОВ.
2. Показано, что условия, при которых достигается максимальное извлечение элементной серы в классы -150+10 мкм (оптимальные для последующей ССФ), для НИК с разным содержанием серы существенно различны. Подавление процесса гранулообразования при АОВ высокосернистых НИК (> 31 % 8) с повышенным содержанием меди требует одновременно как высокого расхода ЛСТ (42-45 кг/т Ро), так и значительного количества МСД (до 650 кг/т Ро).
3. Показано, что продукты взаимодействия ЛСТ с компонентами пульпы являются эффективными стабилизаторами формирующейся серной эмульсии.
4. Впервые установлен синергетический эффект совместного положительного воздействия ЛСТ и МСД, при этом доминирующая роль в подавлении процесса гранулообразования принадлежит ЛСТ.
5. Впервые изучены закономерности процесса и предложен механизм перехода 8° в шламы (-10 мкм) при АОВ НПК с использованием ЛСТ.
6. Получены новые данные о значениях равновесного краевого угла избирательного смачивания в системе «НИК - расплавленная 8° - вода» при 130 °С в присутствии различных ПАВ.
7. Разработаны основы использования в операции АОВ комбинированного ПАВ, содержащего ингредиенты антагонистического действия по отношению к серным эмульсиям, для оптимизации распределения серы по классам крупности и снижения потерь МИГ с отвальными хвостами АОТ.
8. Впервые сформулированы требования к ПАВ, используемому при ВТВ, адекватно отвечающему характеру задач, решаемых АОВ в условиях «короткой» схемы АОТ НМЗ.
9. Впервые выявлена взаимосвязь между групповым составом нефтепродуктов и степенью их положительного воздействия на показатели АОВ НПК.
10. Установлены закономерности процесса АОВ с использованием комбинированного ПАВ, представляющего собой сочетание реагента диспергирующего действия по отношению к жидкой сере (ЛСТ, крахмал, КМЦ, декстрин и др.) с: а) нефтяными адсорбционными смолами (АС) со средним числом атомов углерода в молекуле (С) более 25; б) нефтяными сульфосоединениями (НСС) - маслорастворимыми сульфокислотами (МСК) и/или их солями - сульфонатами щелочноземельных металлов (НСФ). В качестве ПАВ для АОВ НПК нефтяные АС и НСС применены впервые.
11. Разработаны основы совмещённого процесса «АОВ-автоклавная микроагрегация (АМА)» (130-150 °С) для переработки пирротинсодержащей шихты (ПСШ) различного состава. Процесс «АОВ-АМА» обеспечивает оптимальную крупность формирующейся 88Р (-150+10 мкм) за счёт связанного регулирования расходов комбинированного ПАВ и МСД.
12. На основе «короткой» схемы АОТ разработаны основы совместной переработки высокосернистого НПК и трудновскрываемых ЛПК.
Практическая значимость работы. Разработана и внедрена на НМЗ усовершенствованная «короткая» схема АОТ, обеспечившая повышение комплексности переработки Си-№-руд ТРП. Вовлечение в переработку сложных высокосернистых НПК и ЛПК с повышением целевого извлечения ЦМ и ДМ. Это кардинально обновляет схему обогащения руд ТРП, способствует увеличению производства ЦМ и ДМ, снижает экологическую нагрузку на окружающую среду НПР.
1. Впервые в мировой практике разработаны, апробированы в промышленном масштабе и внедрены в производство новые технологии и режимы АОВ, позволившие вовлечь в переработку сложные НПК с высоким содержанием серы (до 36 % 8) и упорную к вскрытию ПСШ.
2. Разработан и внедрён в производство технологический комплекс «ТОФ-НМЗ», основанный на использовании при АОВ сочетания ЛСТ и МСД. Наряду с возможностью совместной переработки высокосернистых НИК (> 31 % 8) и промпродуктов ТОФ, данный комплекс позволил реализовать на ТОФ усовершенствованную технологию обогащения Си-№-руд (СКС-схему флотации), обеспечившую снижение на 20-25 % отн. поступление серы с концентратами в металлургический цикл ЗФ за счет вывода в отвал части Ро в составе МПП. Фактический экономический эффект от использования этой разработки в ГМИ НМЗ составил ~ 20 млн. И8И в год.
3. Определены научно-практические подходы к выбору ПАВ для АОВ, что открыло пути целенаправленного поиска ингредиентов ПАВ, сочетание которых обеспечивает наибольший эффект.
4. Разработан и промышленно освоен совмещённый процесс «АОВ-АМА», основанный на применении комбинированного ПАВ в сочетании с МСД, что позволило увеличить сквозное извлечение в АОТ: N1 ~ на 2-3 % абс., а 2 МИГ - на 8-10 % абс. Дополнительный ежегодный выпуск металлов ожидается на уровне: 300-400 т Ni; 100-120 т Cu; 12-15 т Co и 450-600 кг МИГ.
Экономический эффект от реализации данной разработки составит ~ 15 млн. USD в год.
5. Реализация процесса «АОВ-АМА» в АОТ НМЗ позволяет:
- значительно сократить затраты на строительство и эксплуатацию установок для утилизации SO2 из отходящих газов плавильных агрегатов НМЗ и МЗ за счёт глубокого вывода Ро в отвал на ранних стадиях переработки руды;
- организовать на ТОФ производство РНСК (15-16 % Ni), что повысит производительность головных плавильных агрегатов ИМИ НМЗ и значительно сократит операционные расходы;
- осуществить переработку на НМЗ богатого высокосернистого НИК (~ до 36 % S), выщелачивание которого по «короткой» схеме АОТ с использованием комбинированного ИАВ в сочетании с МСД обеспечит высокое извлечение ценных компонентов в АСК: 94-95 % Ni и > 90 % МИГ; при этом одновременно повысится содержание Ni в АСК с 8-9 до 10-13 %;
- прекратить закачку экологически опасных сернистых стоков ГМИ НМЗ (~ 1 млн. м3/год) в подземные водоносные горизонты НИР за счёт из утилизации в операции АОВ;
- вовлечь в переработку «упорное» к автоклавному вскрытию «лежалое» техногенное сырьё;
- увеличить объёмы производства ЦМ и МИГ, полученных при минимальных выбросах SO2.
Ири соответствующей конъюнктуре мировых цен на рынках никеля и МИГ, в переработку, наряду с НИК, в АОТ НМЗ может быть вовлечён МНИ (0,8-0,9 % Ni; 2,0-2,5 г/т МИГ), выводимый в настоящее время в отвал в количестве до ~ 3 млн. т в год.
Методология и методы диссертационного исследования. Исследования выполнены на универсальных автоклавных установках по специальным методикам. Испытание и внедрение новых технологий проводили на полномасштабных промышленных установках.
Применены методы планирования эксперимента и обработки его результатов с использованием корреляционного и дисперсионного анализов на основе применения пакетов современных компьютерных программ.
Использовали аттестованные химические и инструментальные методы анализа, в том числе: потенциометрические, рентгенофлуоресцентный (VRA-30), масс-спектрометрический с индуктивно-связанной плазмой (IPC-MC), рентгенофазовый (ДРОН-1, ДРОН-3), спектрофотометрический (Unicam SP-800), атомно-абсорбционный, дифференциально-термический, оптической микроскопии (Иолам Р-312 и Reichert-Jung). Для углублённых исследований стрктурно-текстурной особенности проб использовали методы РЭМ и РСМА (SEM-505 с приставкой ЕДАХ-9100 и Tescan TS 5130MM, с системой микроанализа PGT). Для оценки распределения частиц по классам крупности использованы методы ситового и седиментационного анализов.
Положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Результаты изучения количественной взаимосвязи реагентного режима АОВ НИК и показателей АОТ НМЗ.
2. Закономерности и механизм воздействия ЛСТ на распределение частиц SSP по классам крупности.
3. Иринципы подбора и разработки нового реагентного режима АОВ НИК, основанного на применении комбинированного ИАВ, содержащего ингредиенты антагонистического действия по отношению к серным эмульсиям.
4. Особенности распределения S°, формирующейся при АОВ НИК различного состава, по классам крупности в зависимости от основных технологических факторов.
5. Результаты промышленных испытаний технологии ГМИ НМЗ с использованием комбинированного ИАВ (ЛСТ+ДИ-4СМ) в операции АОВ ИСШ и технологии переработки шихты пирротиновых материалов, основанную на совмещённом процессе «АОВ-АМА».
Личный вклад автора. Научно-теоретическое обоснование, постановка целей и задач, создание теоретических основ воздействия комбинированного ИАВ и МСД в процессе АОВ никель- пирротинового сырья, разработка методик и участие в проведении исследований и промышленных испытаний, обобщение полученных результатов. Участие в подготовке технических решений по: применению комбинированного ИАВ; использованию МСД для переработки высокосернистых НИК в «короткой» схеме АОТ, режиму ВТВ ИСШ и др. Обосновано аппаратурное оформление применяемого опытно-промышленного и промышленного оборудования, схем цепи аппаратов; их освоение в условиях действующего производства НМЗ ЗФ. Подготовка рукописей статей в научные журналы; выступление на российских и международных конгрессах и выставках. Являлся ответственным исполнителем и научным руководителем работ, осуществлял постановку задач, подготовку программ и написание отчётов. Доля автора диссертации в фактическом экономическом эффекте по теме диссертации на всех этапах испытаний и внедрении, составляет более 2 млн. USD в год.
Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций обоснована использованием известных положений фундаментальных наук; корректностью поставленных задач и использованием современных методов исследований; непротиворечивостью полученных результатов и выводов; доказана сходимостью теоретических и экспериментальных результатов, подтверждённых испытаниями в укрупнено-лабораторном и промышленном масштабах; применением методов математической статистики для систематизации экспериментальных данных.
Апробация результатов. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на следующих форумах:
- I Международном симпозиуме «Проблемы комплексного использования руд (Cu, Ni, Co, Sn, Al, Mg, Ti и благородные металлы)». (С.-Петербург, 10-14 мая 1994 г.);
- 2-м Международном симпозиуме «Проблемы комплексного использования руд»
(С.- Петербург, 19-24 мая 1996 г.);
- Международной научной конференции «Металлургия XXI века: шаг в будущее. (Красноярск, Россия.. 21-26 сентября, 1998 г.);
- II Международной конференции «Металлургия цветных и редких металлов» (Красноярск, 9¬12 сентября 2003 г.);
- IX Международной выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции»
(г. Санкт-Петербург, 2004 г.);
- Международном совещании «Плаксинские чтения - 2006: Прогрессивные методы обогащения и технологии глубокой переработки руд цветных, редких и платиновых металлов» (Красноярск, октябрь 2006 г.);
- IV Международном Конгрессе «Цветные металлы-2012» (Красноярск, 5-7 сентября 2012 г.).
Публикации.
Основные результаты диссертационной работы представлены в 29 статьях, опубликованных в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, списка литературы из 396 наименований, 4 приложений; включает 43 рисунка и 29 таблиц, содержит 162 страницы основного текста (без учёта приложений, списка литературы, рисунков и таблиц).
Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
1. Ключевым фактором, определяющим целевое извлечение ценных компонентов в «короткой» схеме АОТ, является поведение жидкой серы при АОВ, в том числе:
- интенсивность смачивания серой поверхности частиц Ро на начальной стадии АОВ;
- способность жидкой S° окклюдировать реликтовые минералы ЦМ и ДМ с образованием насыщенной SSP на завершающей стадии АОВ;
- формирование SSP в виде частиц флотационных классов крупности (-150+10 мкм).
2. ЛСТ, судя по корреляционным зависимостям, оказывают определяющее влияние на все ключевые показатели переработки НПК, включая показатели ССФ, дезинтеграции ССК и АВС. При повышенном расходе ЛСТ отмечено значительное их негативное воздействие на многие показатели АОТ НМЗ, в том числе и на уровень потерь ЦМ и ДМ. Продукты разложения ЛСТ в процессе АОВ играют роль не только эмульгатора серы, но и стабилизатора серных дисперсий.
3. При АОВ высокосернистого НИК имеет место отчётливо выраженный синергетический эффект совместного положительного воздействия ЛСТ и МСД на подавление процесса агрегации SSP.
4. Впервые сформулированы критерии выбора ПАВ, предложено принципиально новое направление повышения эффективности реагентного режима АОВ ПСШ - использование комбинированного ПАВ. При этом один (или более) ингредиентов ПАВ должен способствовать усилению смачивания серой реликтовых минералов ЦМ и ДМ.
5. Предложены две группы реагентов в качестве ингредиента-деэмульгатора серы для комбинированного ПАВ: а) высококипящие продукты нефтеперегонки (моторные и котельные топлива, мазуты, гудроны и др.), содержащие нефтяные АС с С > 25; б) НСС (МСК, НСФ), в том числе, в виде присадок к базовым смазывающим маслам или в составе содержащих их товарных нефтепродуктов. В процессе разработки эффективного реагентного режима АОВ установлено, что:
- закономерности избирательного смачивания сульфидной поверхности жидкой серой в системе «Ме8-8°-Н2О» в условиях ВТВ, количественно описываются уравнениями Дюпре-Юнга;
- расход и соотношения ингредиентов комбинированного ПАВ влияют на характер распределения 8° по классам крупности и уровень потерь ценных компонентов при последующей ССФ окисленной пульпы.
6. Предложен новый подход (направление) к переработке высокосернистых НПК и «лежалого» техногенного сырья, на основе совмещения процессов АОВ и автоклавной микроагрегации (процесс «АОВ-АМА») в одном автоклавном агрегате, основанный на связанном регулировании расходов комбинированного ПАВ и МСД, что обеспечило:
- стабильное протекание операции АОВ в режиме ВТВ для всего спектра перерабатываемых НПК (ПСШ);
- переработку окисленной пульпы без дополнительных операций в действующей («короткой») схеме АОТ с увеличением сквозного извлечения N1 в АСК ~ на 2-3 % абс., а 2 МПГ - на 8-10 % абс.;
- возможность переработки по «короткой» схеме богатых высокосернистых НПК с содержанием серы 34-36 % и меди > 1,5 %; увеличение содержания N1 в АСК с 8-9 до 10-13 %.
7. Усовершенствованная схема АОТ, внедренная на НМЗ, обеспечила возможность совместной переработки шихты высокосернистого Н11К и ЛПК. Схема предполагает использование в АОВ сочетания ЛСТ и МСД (породные продукты обогащения Си-№-руды). Достигнут экономический эффект от использования этой разработки - 20 млн. ИЗО в год.
8. Усовершенствованный вариант АОТ НМЗ на основе совмещённого процесса «АОВ-АМА» в одном автоклавном агрегате с 15 октября 2015 г. внедрён и находится в стадии промышленного освоения. При существующем объёме переработки ПСШ в ГМП НМЗ (~ 1 млн. т/г) дополнительный ежегодный выпуск металлов в АСК за счёт снижения их потерь с хвостами АОТ составит: 300-400 т N1 100-120 т Си; 12-15 т Со и 450-600 кг 2 М11Г. Ожидаемый экономический эффект от использования комбинированного ПАВ при АОВ на НМЗ оценивается ~ в 15 млн. ИЗО в год.
9. Важное экологическое значение работы определяется несколькими аспектами:
9.1. В переработку по «короткой» схеме АОТ НМЗ вовлечены ЛПК и отвальные продукты ТОФ (сливы гидроциклонирования породных хвостов и М1П1 ТОФ) и слив СП ГМП НМЗ. Эти продукты используют в качестве МСД для переработки высокосернистых НПК.
9.2. Совершенствование режима АОВ (использование сочетания ЛСТ+МСД) обеспечило переработку высокосернистых НПК. Это позволило внедрить на ТОФ СКС-схему обогащения руды, что обеспечило удаление из металлургического цикла 20-25 % 8 за счет вывода в отвал части малоникелистого пирротина.
9.3. Реализация в АОТ НМЗ процесса «АОВ-АМА» открыла перспективу для внедрения на ТОФ «экстра»-технологии, которая обеспечит максимальную экономически обоснованную глубину вывода Ро в М1П1, направляемый в отвал. В этом варианте основная масса серы будет выведена на ранней стадии переработки руды и не попадёт в металлургический цикл, где утилизация 802 из отходящих газов требует значительных затрат.
9.4. «Экстра»-технология также нацелена на получение РНСК (15-16 % N1) за счёт глубокого вывода Ро в высокосернистый Н11К, что обеспечит дополнительное сокращение выбросов 8О2 в металлургическом цикле, повысит производительность головных плавильных агрегатов и значительно сократит эксплуатационные расходы.. При этом в переработку в АОТ поступит богатый НПК, выщелачивание которого с использованием комбинированного ПАВ в сочетании с МСД обеспечит высокое извлечение ценных компонентов в АСК: N1 - 94-95 %; 2 МПГ - не менее 90 %.
10. При соответствующей конъюнктуре мировых цен на рынках N1 и МИГ, рентабельна переработка более бедного сырья М1П1 (0,8-0,9 % N1; 2-2,5 г/т 2 VII11), выводимого в настоящее время в отвал в количестве до ~ 3 млн. т в год.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследования
Дальнейшую работу по тематике диссертации возможно продолжить в следующих направлениях:
1. Целенаправленный поиск новых ПАВ с заданными технологическими свойствами для дальнейшего повышения целевого извлечения МПГ в «короткой» схеме АОТ НМЗ.
2. Изучить особенности воздействия режимов окисления пирротина при АОВ НПК в присутствии комбинированного ПАВ на распределение ЦМ и МПГ по классам крупности формирующейся SSP.
3. Разработка режима АОВ на основе использования комбинированного ПАВ (ЛСТ+ДП-4СМ) в сочетании с МСД и добавкой продукта, содержащего S° (технической серы, ССК, СК и др.) с целью повышения извлечения МПГ в АСК при переработке малосернистых пирротиновых продуктов .
4. Разработка технологии «ангидридного» ВТВ на основе применения комбинированного ПАВ в сочетании с МСД с целью переработки по «короткой» схеме АОТ НМЗ богатых НПК ТОФ и концентратов Норильской ОФ с высоким содержанием МПГ при одновременной утилизации SO2.
1. Ключевым фактором, определяющим целевое извлечение ценных компонентов в «короткой» схеме АОТ, является поведение жидкой серы при АОВ, в том числе:
- интенсивность смачивания серой поверхности частиц Ро на начальной стадии АОВ;
- способность жидкой S° окклюдировать реликтовые минералы ЦМ и ДМ с образованием насыщенной SSP на завершающей стадии АОВ;
- формирование SSP в виде частиц флотационных классов крупности (-150+10 мкм).
2. ЛСТ, судя по корреляционным зависимостям, оказывают определяющее влияние на все ключевые показатели переработки НПК, включая показатели ССФ, дезинтеграции ССК и АВС. При повышенном расходе ЛСТ отмечено значительное их негативное воздействие на многие показатели АОТ НМЗ, в том числе и на уровень потерь ЦМ и ДМ. Продукты разложения ЛСТ в процессе АОВ играют роль не только эмульгатора серы, но и стабилизатора серных дисперсий.
3. При АОВ высокосернистого НИК имеет место отчётливо выраженный синергетический эффект совместного положительного воздействия ЛСТ и МСД на подавление процесса агрегации SSP.
4. Впервые сформулированы критерии выбора ПАВ, предложено принципиально новое направление повышения эффективности реагентного режима АОВ ПСШ - использование комбинированного ПАВ. При этом один (или более) ингредиентов ПАВ должен способствовать усилению смачивания серой реликтовых минералов ЦМ и ДМ.
5. Предложены две группы реагентов в качестве ингредиента-деэмульгатора серы для комбинированного ПАВ: а) высококипящие продукты нефтеперегонки (моторные и котельные топлива, мазуты, гудроны и др.), содержащие нефтяные АС с С > 25; б) НСС (МСК, НСФ), в том числе, в виде присадок к базовым смазывающим маслам или в составе содержащих их товарных нефтепродуктов. В процессе разработки эффективного реагентного режима АОВ установлено, что:
- закономерности избирательного смачивания сульфидной поверхности жидкой серой в системе «Ме8-8°-Н2О» в условиях ВТВ, количественно описываются уравнениями Дюпре-Юнга;
- расход и соотношения ингредиентов комбинированного ПАВ влияют на характер распределения 8° по классам крупности и уровень потерь ценных компонентов при последующей ССФ окисленной пульпы.
6. Предложен новый подход (направление) к переработке высокосернистых НПК и «лежалого» техногенного сырья, на основе совмещения процессов АОВ и автоклавной микроагрегации (процесс «АОВ-АМА») в одном автоклавном агрегате, основанный на связанном регулировании расходов комбинированного ПАВ и МСД, что обеспечило:
- стабильное протекание операции АОВ в режиме ВТВ для всего спектра перерабатываемых НПК (ПСШ);
- переработку окисленной пульпы без дополнительных операций в действующей («короткой») схеме АОТ с увеличением сквозного извлечения N1 в АСК ~ на 2-3 % абс., а 2 МПГ - на 8-10 % абс.;
- возможность переработки по «короткой» схеме богатых высокосернистых НПК с содержанием серы 34-36 % и меди > 1,5 %; увеличение содержания N1 в АСК с 8-9 до 10-13 %.
7. Усовершенствованная схема АОТ, внедренная на НМЗ, обеспечила возможность совместной переработки шихты высокосернистого Н11К и ЛПК. Схема предполагает использование в АОВ сочетания ЛСТ и МСД (породные продукты обогащения Си-№-руды). Достигнут экономический эффект от использования этой разработки - 20 млн. ИЗО в год.
8. Усовершенствованный вариант АОТ НМЗ на основе совмещённого процесса «АОВ-АМА» в одном автоклавном агрегате с 15 октября 2015 г. внедрён и находится в стадии промышленного освоения. При существующем объёме переработки ПСШ в ГМП НМЗ (~ 1 млн. т/г) дополнительный ежегодный выпуск металлов в АСК за счёт снижения их потерь с хвостами АОТ составит: 300-400 т N1 100-120 т Си; 12-15 т Со и 450-600 кг 2 М11Г. Ожидаемый экономический эффект от использования комбинированного ПАВ при АОВ на НМЗ оценивается ~ в 15 млн. ИЗО в год.
9. Важное экологическое значение работы определяется несколькими аспектами:
9.1. В переработку по «короткой» схеме АОТ НМЗ вовлечены ЛПК и отвальные продукты ТОФ (сливы гидроциклонирования породных хвостов и М1П1 ТОФ) и слив СП ГМП НМЗ. Эти продукты используют в качестве МСД для переработки высокосернистых НПК.
9.2. Совершенствование режима АОВ (использование сочетания ЛСТ+МСД) обеспечило переработку высокосернистых НПК. Это позволило внедрить на ТОФ СКС-схему обогащения руды, что обеспечило удаление из металлургического цикла 20-25 % 8 за счет вывода в отвал части малоникелистого пирротина.
9.3. Реализация в АОТ НМЗ процесса «АОВ-АМА» открыла перспективу для внедрения на ТОФ «экстра»-технологии, которая обеспечит максимальную экономически обоснованную глубину вывода Ро в М1П1, направляемый в отвал. В этом варианте основная масса серы будет выведена на ранней стадии переработки руды и не попадёт в металлургический цикл, где утилизация 802 из отходящих газов требует значительных затрат.
9.4. «Экстра»-технология также нацелена на получение РНСК (15-16 % N1) за счёт глубокого вывода Ро в высокосернистый Н11К, что обеспечит дополнительное сокращение выбросов 8О2 в металлургическом цикле, повысит производительность головных плавильных агрегатов и значительно сократит эксплуатационные расходы.. При этом в переработку в АОТ поступит богатый НПК, выщелачивание которого с использованием комбинированного ПАВ в сочетании с МСД обеспечит высокое извлечение ценных компонентов в АСК: N1 - 94-95 %; 2 МПГ - не менее 90 %.
10. При соответствующей конъюнктуре мировых цен на рынках N1 и МИГ, рентабельна переработка более бедного сырья М1П1 (0,8-0,9 % N1; 2-2,5 г/т 2 VII11), выводимого в настоящее время в отвал в количестве до ~ 3 млн. т в год.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследования
Дальнейшую работу по тематике диссертации возможно продолжить в следующих направлениях:
1. Целенаправленный поиск новых ПАВ с заданными технологическими свойствами для дальнейшего повышения целевого извлечения МПГ в «короткой» схеме АОТ НМЗ.
2. Изучить особенности воздействия режимов окисления пирротина при АОВ НПК в присутствии комбинированного ПАВ на распределение ЦМ и МПГ по классам крупности формирующейся SSP.
3. Разработка режима АОВ на основе использования комбинированного ПАВ (ЛСТ+ДП-4СМ) в сочетании с МСД и добавкой продукта, содержащего S° (технической серы, ССК, СК и др.) с целью повышения извлечения МПГ в АСК при переработке малосернистых пирротиновых продуктов .
4. Разработка технологии «ангидридного» ВТВ на основе применения комбинированного ПАВ в сочетании с МСД с целью переработки по «короткой» схеме АОТ НМЗ богатых НПК ТОФ и концентратов Норильской ОФ с высоким содержанием МПГ при одновременной утилизации SO2.