Термодинамическое моделирование восстановления никеля и железа из многокомпонентного силикатного расплава в процессе барботажа. Сообщение 3. Восстановитель - конвертированный газ

Известен способ переработки окисленных никелевых руд, включающий подачу руды в противотоке с высокотемпературными отходящими газами, плавку в барботажной зоне двухзонной печи, с подачей углеродсодержащего топлива и кислородсодержащего дутья с получением расплава, который восстанавливается твердым восстановителем в плазменной зоне при нагреве азотом. Основной недостаток способа - низкое содержание никеля в сплаве, наличие кремния, углерода, хрома и других примесей.

Для повышения качества ферроникеля предложено в плазменной зоне использовать конвертированный природный газ, который при обработке плазмой будет являться не только теплоносителем, но и восстановителем.

Методом термодинамического моделирования, в основе которого лежит допущение о том, что при барботаже ванны с расплавом, состав газа в  достигших поверхности всплывающих пузырях  близок к равновесному, описаны процессы совместного восстановления никеля и железа в системе NiO (1,8  %) – FeO (17,4) – CaO (13,5) – MgO (1,9) – SiO₂ (58,0) – Al₂O₃ (7,4%), близкой по составу к магнезиальным никелевым рудам.  Газ-восстановитель, полученн в результате кислородной конверсии природного газа с коэффициентом расхода  α равном 0,25; 0,35; 0,5 соответственно (Т - 1823 К). В результате проведенных расчётов выявлены зависимости содержания оксидов никеля и железа в силикатном расплаве,  степени их восстановления,  кратности шлака и содержания  никеля в сплаве  от общего расхода газа, определяемого как произведение количества газа в единичной порции на количество расчетных циклов, а так же  количества никеля и железа, восстановленных единичной порцией газа.

Независимо от доли водорода и монооксида углерода  в исходных газах, увеличение их расхода монотонно снижает содержание оксида никеля в расплаве, в то время как содержание оксида железа первоначально возрастает, а затем – снижается. 

При продувке расплава продуктами конверсии природного газа   с α = 0,25 процесс восстановления протекает за счет водорода, влияние СО незначительно. Расход 54 м³/т газа позволяет достигнуть степени восстановления никеля 98,5%, содержания оксида никеля в расплаве 0,028%, кратности шлака 46 единиц.

При одинаковом расходе газа с увеличением   в исходной смеси  долей СО₂ и Н₂О, за счет повышения α ухудшаются показатели восстановления металлов из расплава: значения С_NiO и С_FeO и кратность шлака повышаются, а степени восстановления никеля и железа снижаются.

Сравнение результатов с ранее полученными данными по восстановлению металлов из аналогичных расплавов монооксидом углерода и водородом показало, что большей эффективностью обладает водород, несколько хуже показатели при использовании конвертированного газа с α = 0,25.

Восстановление никеля конвертированным газом (α = 0,35) до степени восстановления 88%, что соответствует его расходу 60 м³/т происходит более эффективно, чем чистым СО. Однако, конечные величины степени восстановления при использовании конвертированного газа достигают 90%, в то время как для СО – приближаются к 100%

1. Пахомов Р.А. Особенности плавки окисленных никелевых руд в агрегате барботажного типа. I. Термодинамический анализ плавок. /Пахомов Р.А., Старых Р.В. //Металлы. -2015. -№5. -С. 3-14

2. Роменец В. А. Технологическая оценка реализации процесса Ромелт в классическом и двухзонном вариантах./ Роменец В. А., Валавин В. С., Похвиснев Ю. В. //Металлург. - 2014. - № 1. - С. 45-50.

3. Ковган П.А. Экологически чистая технология бескоксовой плавки окисленных никелевых руд. /Ковган П.А. Волков В.А., Козырев В.В. и др //Цветная металлургия. -1994. -№ 11-12. --С. 16- 17.

4. Федоров А.Н. Освоение процесса Ванюкова для переработки окисленных никелевых руд на Южноуральском никелевом комбинате. /Федоров А.Н., Комков А.А., Бруэк В.Н и др. //Цветные металлы. -2007. -№ 12. -С.33-37;

5. Ковган П.А., Рогов П.В., Муфтахов А.С. и др. Способ переработки окисленных никелевых руд, РФ № 2064516, заявл. 27.07.1996, C22B23/02

6. Грань Н.И. Электроплавка окисленных никелевых руд/ Грань Н.И., Онищин Б.П., Майзель Е.И -М.: Металлургия, 1971. -248 с.

7. Резник И.Д. Никель. т. 2. /Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. - М.: ООО Наука и Технология, 2001. -468 с.

8. Леонтьев Л.И. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. /Леонтьев Л.И., Ватолин Н.А., Шаврин С.В., Шумаков Н.С М.: Металлургия, 1997. -432 с.

9. Вусихис А.С.Особенности восстановления никеля и железа из многокомпонентного силикатного расплава при барботаже. Сообщение 2. Восстановитель - смесь СО-СО2 ./ Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Кудинов Д.З., Селиванов Е.Н.

10. //Изв. Вузов Черная металлургия , , № , С.

11. Вусихис А.С. Особенности восстановления никеля и железа из многокомпонентного силикатного расплава при барботаже. Сообщение 2. Восстановитель - смесь Н2-Н2О. / Вусихис А.С., Леонтьев Л.И., Кудинов Д.З., Селиванов Е.Н.

12. //Изв. Вузов Черная металлургия , , № , С.

13. Кутепов А.Н. Общая химическая технология. /Кутепов А.Н., Бондарева Т.И. , Беренгартен Т.И. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. 405 с.

14. Арутюнов В.С. Окислительная конверсия природного газа. /Арутюнов В.С. -М.: Красанд, 2011. — 590 с.