Экологические проблемы основных производств (стр. 28 )

Степень концентрирования некоторых редких элементов по отношению к их содержанию в исходной руде.

Продукт	Кадмий	Индий	Селен	Теллур
Руда	1	1	1	1
Свинцовый концентрат	3-4	2	4-10	4-6
Пыль	150-200	20	10-150	100-150

Состав пылей металлургического производства чрезвычайно разнообразен. Как правило, преобладают летучие соединения цинка и свинца. Обычно присутствуют кадмий, индий, селен, теллур, мышьяк, хлор, фтор. Последние три компонента в значительной степени осложняют дальнейшие технологические операции по утилизации пыли. Кадмий, индий, мышьяк как и цинк, концентрируются главным образом в пылях свинцовой шахтной плавки; селен – в пылях от агломерации, шахтной плавки и конвертирования полиметаллических штейнов. Таллий находится преимущественно в пылях агломерации, однако его находят и во многих других продуктах свинцового производства.

Было много попыток использовать получаемые пыли в качестве добавки в основной процесс, но, как правило, такие приёмы приводят к ухудшению показателей последнего. Состав пылей и возгонов специфичен и требует организации отдельного цикла, действующего по специально разработанной технологии для каждого данного материала, что, впрочем, не исключает в некоторых случаях объединения пылей и возгонов в единое сырьё, если их состав близок. Основным критерием при разработке технологии переработки пылей и возгонов является обеспечение большей полноты и комплексности извлечения из них полезных составляющих.

Чаще всего для переработки пылей и особенно возгонов применяют гидрометаллургические методы, позволяющие отделять цинк, кадмий и некоторые другие компоненты от свинца, находящегося в форме нерастворимого сульфата свинца. Такую переработку организуют на цинковых заводах, где возможно рационально утилизировать большинство извлекаемых ценных компонентов при работе основного производства. Свинцовый кек передают в отделение агломерации и на плавку в шахтных печах свинцового производства.

Эффективным методом получения сульфатов ряда элементов, содержащихся в пылях, служит сульфатизация с помощью концентрированной серной кислоты при повышенных температурах. Полученный сухой сульфатный продукт легко выщелачивается водой или слабым раствором серной кислоты.

14.4 Получение никеля и кобальта

Наибольшие запасы никеля в нашей стране сосредоточены в сульфидных медно-никелевых рудах – ценнейшем полиметаллическом сырье, содержащем медь, кобальт, благородные металлы, редкие и рассеянные элементы.

Извлечение никеля из руд – сложный многостадийный процесс (рис.14.9). Прежде всего, руда подвергается селективной флотации с выделением медного и никелевого концентратов (4-5% Ni). Никелевый концентрат в смеси с флюсами плавится в электрических, шахтных или отражательных печах с целью отделения основной массы пустой породы и извлечения никеля в сульфидный сплав (штейн), содержащий 10-15% Ni. В России в основном применяется плавка в электропечах. Электроплавке предшествует частичный окислительный обжиг и окускование концентрата методом агломерации или окатывания. Наряду с никелем в штейн переходит часть железа, кобальт и практически полностью медь и благородные металлы. Для отделения железа его окисляют продувкой воздухом жидкого штейна в конвертерах. В результате получают сплав сульфидов меди и никеля – файнштейн, который после медленного охлаждения тонко измельчают и направляют на флотацию для разделения меди и никеля. Полученный никелевый концентрат обжигают в кипящем слое до практически полного удаления серы и получения NiO. Металлический никель получают восстановлением NiO в электрических дуговых печах. Черновой никель разливают в аноды и подвергают электролитическому рафинированию.

В производстве кобальта особо сложной операцией является его отделение от никеля. Обычно используют большую склонность кобальта к переходу в трёхвалентную форму и к образованию устойчивых комплексных соединений. С этой целью раствор кобальта и никеля обрабатывают в соответствующих условиях хлором, гипохлоритом натрия, пероксидом водорода, пероксидом свинца или другими окислителями. Конечным продуктом гидрометаллической стадии является Co3O4, из которого получают металлический кобальт различными способами: восстановлением углём, водородом, оксидом углерода, алюмотермией и электролизом. Для рафинирования кобальта применяют его электролитическое осаждение из сульфатного раствора, насыщенного борной кислотой.

 

 

 

 

Рис. 14.9. Технологическая схема получения никеля

14.5. Новые процессы комплексной переработки полиметаллических сульфидных руд в цветной металлургии

Автогенные процессы. Основной задачей переработки полиметалли­ческих сульфидных руд в цветной металлургии является повышение комп­лексности использования всех ценных компонентов и в первую очередь серы. Полезное использование серы в цветной метал­лургии составляет около 40 %.

Усилия исследователей направлены на создание принципиально новых технологических процессов получения важнейших цветных металлов, в которых бы подавляющая часть серы вы­делялась в виде концентрированных газов, которые затем могли бы быть эффективно переработаны на серную кислоту стандартными методами. Наиболее ярким примером таких разработок, частично внедренных в про­изводство, являются различные варианты так называемых автогенных процессов, к которым относятся плавка во взвешенном состоянии, цик­лонная плавка, плавка в кислородно-взвешенном циклонно-электротермическом агрегате (КИВЦЭТ-процесс), плавка в жидкой ванне и др.

Общими достоинствами всех вариантов автогенных процессов плавки сульфидных, медных, медно-цинковых, свинцово-медно-цинковых, медно-никелевых и ряда других полиметаллических концентратов являются:

-  резкое снижение объёма отходящих газов и полное исключение их выбросов в окружающую среду путем использования для сернокислотного производ­ства;

-  значительное уменьшение и полное исключение применения углеродосодержащего топлива за счёт теплотворной способности сульфидов сырья;

-  возможность резкой интенсификации процесса плавки, регулиро­вания состава получаемых продуктов;

-  значительное повышение степени комплексного использования сырья.

Процесс КИВЦЭТ осуществляется в едином агрегате, где совмещены обжиг, плавка шихты в распыленном состоянии с применением кислорода, электроплавка и конденсация цинка в жидком состоянии в виде металла.

Высокая эффективность процесса КИВЦЭТ с применением кислорода обеспечивает высокую производительность установки при плавке медных кон­центратов, ее компактность, получение достаточно богатого медного штейна, небольшого количества отвальных шлаков и, что особенно важно, концентрированных по SO2 отходящих газов, представляющих отличный продукт для получения серной кислоты.

Аналогичные результаты получены при плавке свинцово-цинковых, медно-цинковых и свинцово-медно-цинковых концентратов и, что очень су­щественно, коллективных полиметаллических концентратов и даже промпродуктов.

Другим примером малоотходного автогенного процесса применитель­но к металлургии меди является крупный промышленный комплекс кислородно-факельной плавки (КФП) для переработки медно-сульфидных кон­центратов, осуществленный на Алмалыкском горнометаллургическом комби­нате (АГМК). Сущность процесса состоит в том, что перерабатываемый концентрат (в составе шихты) вносится в пламенное пространство печи струёй кислородного дутья и там распыляется. Это приводит к образованию пылегазового факела, в котором окисляется концентрат, плавится шихта и частично офлюсовываются шлакообразующие оксиды. Заканчивается процесс в ванне печи, где полученный расплав расслаива­ется на шлак и штейн. Применение кислорода исключает необходимость внешнего подвода тепла, а процесс идет автогенно, без расхода топлива.

Концентрированные сернистые газы КФП резко упрощают работу сернокислотного производства, обеспечивая высокую экономичность. Ин­тересной особенностью установки КФП в Алмалыке является использование тепла автогенной плавки в котле-утилизаторе, установленном за печью. Это единственный в мире агрегат котельного типа, работающий на газах автогенной плавки с содержанием в них диоксида серы до 80%. Такая конструкция может быть рекомендована для более широкого внед­рения в цветной металлургии и для других вариантов автогенных про­цессов.

Очень важен социальный эффект работы КФП для всего района, при­мыкающего к городу Алмалыку, так как значительно сократился выброс сер­нистых газов в атмосферу. Только за первое десятилетие работы КФП получено более 3 млн. т серной кислоты.

Отработаны также условия и режим плавки медно-цынковых концент­ратов Урала с переводом большей части цинка в шлак для последующего фъюмингования; проведены работы по созданию технологии КФП медных и медно-никелевых концентратов Норильского ГОК. В последнем случае по­лучены штейны с содержанием меди (или меди и никеля) до 80%.