Главная КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОТВАЛЬНЫХ ШЛАКОВ КОМБИНАТА «ПЕЧЕНГАНИКЕЛЬ»
Комплексная переработка отвальных шлаков комбината «Печенганикель» Печать E-mail

С целью увеличения объемов использования отвальных шлаков в 1989 году Минцветметом была подготовлена программа переработки отвальных шлаков никелевых предприятий


Окорочкова Е.А., аспирант ИХТРЭМС КНЦ РАН

При переработке медно-никелевых руд в «Кольской ГМК» образуются большие объемы отвальных продуктов. В настоящее время в отвалах комбинатов "Североникель" и "Печенганикель" скопилось около 80 млн. тонн шлака, которые содержат сотни тысяч тонн тяжелых цветных металлов.

С целью увеличения объемов использования отвальных шлаков в 1989 году Минцветметом была подготовлена программа до 2005 года по использованию отвальных шлаков никелевых предприятий. В программе было запланировано вовлечение в переработку не только текущих, но и заскладированных шлаков. В действительности же произошло значительное сокращение их потребления. В частности, на комбинате «Североникель» было полностью остановлено производство шлаковаты, которая ранее использовалась даже при строительстве Байкало-Амурской магистрали [1].

Использование данного вида отходов в стройиндустрии и для извлечения металлов позволило бы в значительной мере повысить технико-экономические показатели переработки медно-никелевого сырья [2].

Шлаки металлургического производства кроме оксидов и силикатов железа и магния, содержат в мас.%: Ni – 0.15-0.30; Cu – 0.1-0.2; Сo – 0.02-0.08 и поэтому представляют непосредственный практический интерес как возможный источник цветных металлов.

С учетом значительного роста в последнее время цен на медь и никель соответственно увеличилась и потенциальная стоимость произведенной из шлаков продукции, и поэтому можно надеяться, что переработка шлаков может стать экономически выгодной, особенно при глубокой переработке.


переработка шлаков может стать экономически выгодной, особенно при глубокой переработке


Наиболее перспективным методом переработки отвальных шлаков медно-никелевого производства может являться гидрометаллургический. При его использовании обеспечивается комплексная переработка сырья с высоким извлечением всех ценных составляющих.

При освоении переработки отвальных шлаков медно-никелевого производства, очевидно, следует отдать предпочтение кислоте, которая может быть регенерирована. В мировой практике в последнее время все чаще стали использовать для переработки сырья соляную кислоту, которая достаточно легко регенерируется методом пирогидролиза хлоридов некоторых цветных металлов и железа [3]. Пирогидролиз - это процесс превращения соединений металлов при повышенных температурах в присутствии водяного пара. Продукты пирогидролиза хлоридов – это соляная кислота и оксид металла. Достоинством солянокислотной переработки шлаков является также то, что в хлоридных средах возможно эффективное разделение элементов.

Гранулированные шлаки комбината «Печенганикель» внешне представляют собой плотные и прочные гранулы черного цвета с раковистым изломом и стеклянным блеском. Шлак представляет собой двухкомпонентный силикатный расплав стекло – оливин с включениями сульфидов металлов, которые находятся в стекловатой части в виде шарообразных частиц.
001

Рис.1 Обломки шлака, состоящие из стекла с включениями шариков сульфида

Для перевода цветных металлов и железа в раствор, солянокислотное выщелачивание проводили в трехгорлой стеклянной колбе с обратным холодильником и мешалкой с гидравлическим затвором, помещенной в водяной термостат. Необходимое количество 20%-ной соляной кислоты (Т:Ж=1:4) нагревали до требуемой температуры и вносили навеску шлака. Продолжительность эксперимента составляла 4-5 часов. Пульпу фильтровали на колбе Бунзена через бумажный фильтр под вакуумом. Осадок промывали горячей водой и сушили при t=105 °С. Замеряли объёмы отфильтрованного раствора, промывной воды и вместе с осадком анализировали на содержание основных компонентов.

По данной методике, с целью максимального извлечения цветных металлов из шлаков, исследовали влияние дисперсности частиц, интервала загрузки и температуры на степень извлечения цветных металлов и скорость фильтрации пульпы [4]. Как было установлено, извлечение в раствор основных компонентов в зависимости от режима выщелачивания составляет,в %: Fe – 89-94; Сu – 95-97; Ni – 94-96; Сo – 92-99; Mg -94-99. Скорость фильтрации основного раствора колебалась от 26 л/часЧм2 до 212 л/часЧм2. Остаток от выщелачивания содержал в основном кремнезем (82%) и воду.


с целью максимального извлечения цветных металлов из шлаков, исследовали влияние дисперсности частиц, интервала загрузки и температуры на степень извлечения цветных металлов и скорость фильтрации пульпы


Для переработки растворов после выщелачивания, содержащих примерно 70 г/л Fe и около 1г/л цветных металлов был использован экстракционный метод, основанный на извлечении из раствора железа (III) с помощью экстракционной смеси на основе триалкиламина (ТАА).

В результате удалось обеспечить высокую степень извлечения железа и достичь глубокого отделения его от цветных металлов.
Реэкстракцию проводили путем многоступенчатой водной обработки экстракта с получением раствора FeCl3. Очищенный раствор хлорного железа может быть товарной продукцией, но большая часть его должна поступать на операцию пирогидролиза, обеспечивающую разложение раствора FeCl3 в соответствии с реакцией:

2FeCl3 + 3H2O ® Fe2O3 + 6HCl

Образующийся оксид железа может быть использован для получения из него железоокисного пигмента, либо при производстве ферритов и в черной металлургии.

Цветные металлы из рафината можно либо осаждать в виде гидроксидов, либо проводить их разделение на отдельные компоненты.
Кремнистый остаток утилизировали путём использования его в качестве вяжущего [5]. Полученный диоксид кремния, как активную минеральную добавку исследовали в составе портландцемента. Вяжущие готовили смешением в мельнице.

С увеличением содержания диоксида кремния в цементе резко возрастает водопотребность вяжущего. Если для портландцемента без добавки водопотребность составляет 25,25%, то при добавке 50% диоксида кремния она значительно увеличивается до 121,43%. Сроки схватывания цементного теста зависят от содержания диоксида кремния в цементе. При увеличении добавки наблюдается уменьшение сроков схватывания.

Образцы выдержали испытание на равномерность изменения объема и при эксплуатации они не разрушались.

Для определения прочности при сжатии готовили образцы размером 1.41x1.41x1.41 см по ГОСТу 310.4-81. Измерение прочности проводили на разрывной машине. Определению прочности подвергали образцы после сушки на 7 сутки, на 28 сутки, а также после их пропарки на следующий день и 28-е сутки. Прочность каждого образца представлена в таблице 1. Полученные результаты удовлетворяют требованиям ГОСТА, поэтому можно судить об использовании кремнезема в качестве вяжущего для получения легких материалов с низкой теплопроводностью.

Кремнезём может также применяется для получения кремнесодержащего железоокисного пигмента (КЖП). Благодаря высокой удельной поверхности и соответственно избыточной энергии частицы кремнезёма способны служить ядром для формирования новообразований, как было показано в работе [6].

При получении КЖП использовали раствор хлорида железа (III) с концентрацией 30 г/л и раствор аммиака. Метод синтеза прекурсора – нейтрализация кислого раствора с осаждением гидроксида железа (III).

Таблица 1
Влияние содержания диоксида кремния в смеси на свойства цементного теста

002

В таблице 2 приведены основные пигментные характеристики продуктов и показано влияние температуры на их цвет.
Повышение температуры сопровождается структурными преобразованиями прекурсора, о чём свидетельствует изменение его цветового оттенка, который соответствует при температуре до 850°С цветовому оттенку характерному для оксидного соединения железа(III). При температуре 850°С цвет продукта несколько отличается от характерного для оксида железа при этой температуре [7], что, вероятно, связано с началом взаимодействия оксида железа с кремнеземом.

Таблица 2
Характеристика исследуемых продуктов (цвет прекурсора – коричневый)

003
На основании проведенных исследований и литературных данных для проведения комплексной гидрохлоридной переработки шлаков, очевидно, может быть рекомендована схема, которая представлена на рис. 2. Реализация данной схемы на практике, позволила бы провести комплексную переработку шлаков с получением концентратов Cu, Ni, Co, MgO, железосодержащих продуктов и материалов для стройиндустрии.

004

ЛИТЕРАТУРА

1. Поздняков В.Я. Североникель (Страницы истории комбината «Североникель»). – М.: Руда и металлы, 1999. – 429 с.

2. Касиков А.Г., Окорочкова Е.А. Технико-экономическая оценка возможности комплексной переработки отвальных шлаков медно-никелевого производства // Тез. докл. IV Межд. конф. «Темпы и пропорции социально-экономических процессов в регионах Севера». Апатиты: 2007. С. 54-55

3. Баерхолд Ф.Х. Пирогидролиз: основные принципы и применение в цветной металлургии // Сб. тр. IV научн. конф. «Развитие редкометальной промышленности в России на базе лопарита». – С.-П. - 2001. – С. 35-54.

4. Окорочкова Е.А., Влияние условий выщелачивания шлаков комбината «Печенганикель» на извлечение из них цветных металлов и поведение диоксида кремния – Сб. тр. Научно-практические проблемы химии и технологии комплексного использования минерального сырья Кольского полуострова. – Апатиты: 2007.- С.131-135.

5. Гуревич Б.И., Тюкавкина В.В. Вяжущие материалы из шлаков цветной металлургии // Цветная металлургия, 2007. №4. С. 10-16.

6. Герасимова Л.Г., Охрименко Р.Ф., Маслова М.В. Изучение гидролиза титана (IV) в системе TiO2-SiO2-H2SO4-H2O при получении титаносиликатного пигмента // Химическая технология. - 2006.- №7. – С.7-10.

7. Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов. - М.: Химия, 1976. -658с.

Автор выражает огромную благодарность руководителю работы к.х.н Касикову А.Г, а также с.н.с. Гуревич Б. И .и в.н.с. Герасимовой Л.Г., за помощь в проведении работы.

Журнал "СЕВЕР промышленный" №№ 1-2 2008 


busy
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Язык сайта:

English Danish Finnish Norwegian Russian Swedish

Популярное на сайте

Ваш IP адрес:

54.166.141.12

При использовании материалов - активная ссылка на сайт https://helion-ltd.ru/ обязательна
All Rights Reserved 2008 - 2018 https://helion-ltd.ru/

@Mail.ru

 


Designed by Helion LTD