ВВЕДЕНИЕ 2
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОТВАЛЬНЫХ ШЛАКОВ НИКЕЛЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛЕЙ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ 4
1.1. Современное состояние проблем переработки отвальных железоникельсодержащих шлаков 4
1.2. Способы утилизации шлаков металлургического производства с целью
извлечения железа 16
1.3. Переработка отвальных шлаков на шлако-каменное литье 22
2.1. Методика извлечения никеля и железа из отвальных шлаков 27
2.1.1. Методика проведения восстановительного обжига 27
3.1. Исследование химического и фазового состава отвального шлака 32
3.2. Твердофазное химико-термическое извлечение никеля и железа из
отвальных никелевых шлаков 37
4.1. Исследование термодиффузионного легирования никелем искусственно созданных в порошковой среде железных подложек осаждения 43
4.2. Оптимизация параметров насыщения математической обработкой
экспериментальных данных 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 66
Уральский регион - традиционное место размещения предприятий черной и цветной металлургии. Металлургические предприятия Урала производят огромное количество черных и цветных металлов, что дает возможность региону развиваться эффективно. Но концентрация металлургических предприятий в регионе имеет и ряд отрицательных сторон, проявляющихся, прежде всего в резком ухудшении экологической обстановки. Производство черных и цветных металлов сопровождается получением большого количества отходов, значительная часть которых до сих пор не используется, складируется в отвалах, хранилищах, отстойниках. К числу таких отходов относят металлургические шлаки, шламы, пыли, замасленную окалину. На 1 тонну производимого чугуна образуется около 0,6 тонн доменного шлака, до 0,1 тонны колошниковой пыли и шлама с газоочистных сооружений. Доменные шлаки широко используют в производстве строительных материалов [1].
Отходы содержат большое количество ценных компонентов, извлечение и вторичное использование которых позволяет увеличить сырьевую базу металлургии и уменьшить добычу первичных полезных ископаемых.
В настоящее время возможности вторичного использования ценных компонентов металлургических отходов реализуются незначительно, а извлечение ценных компонентов из таких отходов производится не полно.
Окисленные сталеплавильные шлаки в твердом виде частично перерабатываются чисто механическими методами с целью извлечения из них металлического железа. Оксиды железа, в большом количестве присутствующие в таких шлаках, не извлекаются.
Некоторое количество шлаков используется в виде низкокачественного строительного материала для автомобильных дорог неответственного назначения. Применяемые способы утилизации не являются безотходными, кроме того, они не дают возможность утилизировать пыли и шламы.
Радикальное решение вопроса безотходной утилизации побочных продуктов металлургического производства возможно лишь при использовании последовательных химико-термических процессов. В этом случае реализуется возможность достаточно высокого извлечения цветных металлов, путем образования газообразных галогенидных соединений последних с последующим осаждением металлов на железной подложке, а также в последующем дополнительно извлекается железо, а полученная пустая порода может быть использована в качестве клинкера для шлако-портладцемента или для шлако-каменных отливок.
Извлечение никеля из отвального никелевого шлака без предварительной подготовки позволит получить ферроникель с высоким содержанием в нем серы, что свидетельствует о неполном разложении сульфидов при химико-термической обработке. Реакции разложения сульфидов никеля газообразным хлором имеют низкую температуру нулевого значения термодинамического потенциала, превышая которое, имеет место обратная реакция. Степень термической диссоциации хлороводорода, полученного от разложения хлористого аммония при 3500С, с образованием молекул свободного хлора при температурах ниже порога протекания указанных реакций не высока. Часть хлороводорода реагирует с остаточным кислородом в шихте с образованием молекул свободного хлора. Но как показывают проведенные исследования данных процессов этого не достаточно для полного разложения сульфидов никеля с образованием его хлоридов. Более высокая хлорируемость сульфидов свободным хлором отмечается при более низких температурах (до 400-4500С) при хлорировании медно-никелевых концентратов. Дальнейшее увеличение температуры увеличивает значение энергии Гибса, снижая эффективность процесса.
Не прореагировавшие при ХТО сульфиды никеля, имея слабомагнитные свойства, извлекаются в магнитный концентрат совместно с новообразованными включениями ферроникеля с минимальным значением серы. При последующем переплаве такого концентрата сульфиды никеля, имея низкую температуру плавления и химическую устойчивость, локализуются на дне ванны печи, где усваиваются основным расплавом ферроникеля. Однако, наличие легкоплавкой сульфидной фазы уменьшает потери никеля со шлаком, которая выступает в роли фазы-коллектора, доводя степень извлечения никеля данным способом до 80-90%. Что подтверждается данными микрорентгеноспектрального анализа.
Анализируя выше изложенное, можно сделать вывод о необходимости предварительного окислительного обжига отвальных никелевых шлаков, целью которого будет являться снижение содержания серы и перевод сульфидных соединений никеля в оксидные, которые более полно реагируют с продуктами разложения активаторов, добавляемых в шихту.
