ПРОИЗВОДСТВО НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА (ИТС 12-2019)

Таблица 1.29 - Основные месторождения никеля

Добыча в

Месторождение

Промышленный

Доля в запасах

Содержание

2016 г.,

тип руд

А+В+С1 РФ, %

Ni в рудах, %

тыс. т

ПАО «ГМК «Норильский никель»

Октябрьское

34,5

0,78

172,3

(Красноярский край)

Талнахское

Сульфидный

24,1

0,68

(Красноярский край)

медно-

Масловское

никелевый

2,4

0,35

(Красноярский край)

Ждановское*

7,2

0,67

31,4

(Мурманская область)

ПАО «ГМК «Норильский никель»; АО «Артель старателей "Амур"»

(ГК «Русская Платина»)

Сульфидный

Норильск I

медно-

3,6

0,32

5,9

(Красноярский край)

никелевый

ООО «Кингашская ГРК» (ООО «УК "Интергео"»)

Кингашское

Сульфидный

3,6

0,41

(Красноярский край)

медно-

Верхнекингашское

никелевый

4,3

0,47

(Красноярский край)

ОАО «Уфалейникель» (ООО «РУСНИКЕЛЬ»)

Силикатный ко-

1,5

0,93

9,3

Серовское*

бальто-никелевый

(Свердловская область)

Бобово-конгломе-

1,8

0,33

ратовый железный

ООО «Светлинские минералы», ПАО «Комбинат Южуралникель»

Буруктальское*

Силикатный ко-

6,7

0,63

(Оренбургская область)

бальто-никелевый

* - часть запасов учтена в нераспределённом фонде недр.

Основная часть никелевых месторождений страны передана в освоение, разра-

батываются только 10 из них. В нераспределённом фонде недр остаются 24 объекта,

а также нелицензированные участки разрабатываемых и осваиваемых месторождений

за границами горных отводов.

В 2016 году на территории России подготавливались к эксплуатации 13 месторож-

дений никеля, девять из них - сульфидные медно-никелевые и четыре - силикатные ко-

бальт-никелевые. Самые крупные объекты находятся в Красноярском крае - Верхнекин-

гашское, Кингашское, Черногорское и южная часть месторождения Норильск 1.

Геологоразведочные работы ведутся не только на существенно никелевых место-

рождениях, но и на объектах с никельсодержащими рудами. Однако основная доля при-

роста запасов в 2016 году получена на сульфидных месторождениях.

Заполярным филиалом ПАО «ГМК «Норильский никель» в ходе эксплуатационно-

разведочных работ получен прирост запасов никеля на Октябрьском (84,8 тыс. т) и Тал-

нахском (22,9 тыс. т) месторождениях. Кроме того, доразведана западная часть залежи

Северная 3 Октябрьского месторождения и утверждены 129,9 тыс. т запасов никеля ка-

тегории С1 и 222,9 тыс. т категории С2. На месторождении Норильск 1 в пределах

охранного целика, примыкающего к юго-западному флангу рудника Медвежий Ручей,

были пересчитаны запасы по новым постоянным разведочным кондициям для условий

открытой отработки; запасы никеля категорий А+В+С1 увеличены на 185,7 тыс. т, кате-

гории С2 - на 2,5 тыс. т.

В 2016 году на государственный учёт впервые поставлены запасы никельсодер-

жащих бобово-конгломератовых руд Серовского железорудного месторождения

в Свердловской области; работы по переоценке были проведены ФГБУ «ВИМС». Запасы

никеля категории С1 составили 359,3 тыс. т, категории С2 - 521,7 тыс. т.

Прирост запасов никеля категорий А+В+С1 в 2016 году в целом по стране по ре-

зультатам разведки и переоценки составил 843,6 тыс. т. Количество запасов категорий

А+В+С1 по сравнению с 2015 годом увеличилось на 3 %, запасов категории С2 -

на 12 %.

По предварительным данным, в 2017 году прирост запасов никеля категорий

А+В+С1 составил 285 тыс. т, при этом почти 202 тыс. т получено в результате дораз-

ведки Еланского и Елкинского месторождений Воронежской области.

На Октябрьском месторождении в Норильском рудном районе утверждены

запасы никеля (залежи Северная 4 категорий С1 и С2 (83 тыс. т и 179,3 тыс. т соответ-

ственно)). Впервые учтены запасы Мончетундровского малосульфидного собственно

платиноидного месторождения в Мурманской области в количестве 0,4 тыс. т катего-

рии С1 и 14,9 тыс. т категории С2 и Шаргадыкского комплексного месторождения фос-

форно-редкоземельно-урановых руд с попутным никелем в количестве 8,2 тыс. т катего-

рии С2. В целом, по оперативным данным, запасы никеля категорий А+В+С1

в 2017 году незначительно сократились, категории С2 - уменьшились на 1 %.

Кроме того, по результатам эксплуатационно-разведочных работ на месторожде-

нии Хвостохранилище № 1 НОФ ООО «Медвежий ручей» получен прирост техногенного

никеля - 181 тыс. т категорий В+С1 и 24,9 тыс. т категории С2.

В 2017 году прошли апробацию прогнозные ресурсы никеля в количестве

402,2 тыс. т категории Р1 и 122,8 тыс. т категории Р2 по результатам поисковых работ

в пределах Мончегорского рудного района, выполненных АО «Росгеология».

Традиционно основным добывающим регионом остаётся Сибирский ФО, где

за счёт эксплуатации норильских месторождений было получено почти 83 % металла;

ещё около 13 % извлечено из недр месторождений Печенгской группы в Мурманской

области.

Практически монополистом в отечественной никелевой горнорудной и металлур-

гической промышленности остаётся ПАО «ГМК «Норильский никель». Руды норильских

месторождений эксплуатируются Заполярным филиалом компании. Добыча здесь

в 2016 году составила 239,2 тыс. т, более 172 тыс. т было извлечено из недр Октябрь-

ского месторождения, остальное - на Талнахском и Норильск-1. Годовая производствен-

ная мощность комплекса по руде - 17,5 млн т.

В Мурманской области дочерней структурой холдинга, АО «Кольская ГМК»

на объектах Печенгского рудного района получено ещё 37 тыс. т металла. Производ-

ственная мощность комплекса составляет 7,5 млн т руды в год.

Помимо первичных руд, на Норильской и Талнахской обогатительных фабриках

перерабатываются техногенные материалы - их количество в 2016 году составило

3,9 тыс. т. В 2016 году общее производство никеля в концентрате фабриками холдинга

из отечественного сырья составило 187 тыс. т.

Подземную добычу сульфидных руд месторождения Шануч в Камчатском крае ве-

дёт компания ЗАО «НПК «Геотехнология» с последующей переработкой на дробильно-

сортировочном комплексе промышленной площадки месторождения до медно-никеле-

вого концентрата. В 2016 году добыча руд в пересчёте на никель составила 3,9 тыс. т,

после переработки с учётом складированной руды получено 4 тыс. т никеля в концен-

трате. Кроме того, добытые ранее окисленные руды с пониженным содержанием никеля

складированы в количестве более 12 тыс. т руды (немногим более 40 т. никеля).

Среди силикатных российских объектов разрабатывались руды Серовского ме-

сторождения в Свердловской области компанией ОАО «Уфалейникель» (входит в струк-

туру ООО «Русникель»). В 2016 году добыча открытым способом составила 9,3 тыс. т

в пересчёте на никель. Помимо первичных руд, велась переработка никельсодержащих

отходов и штейна завода ЗАО «ПО «Режникель»». За 2016 год выпущено 9,95 тыс. т гра-

нулированного никеля и 2 т. закиси никеля. В апреле 2017 года предприятие было оста-

новлено, признано банкротом и ликвидировано, при этом добыча руды на Серовском

месторождении за

2017 год осталась на уровне прошлого года и составила,

по предварительным данным, 9,6 тыс. т в пересчёте на никель. Выпуск первичного

никеля в целом за 2016 год составил 188,7 тыс. т, сократившись на 18 % по сравнению

с 2015 годом. В 2017 году производство металла на территории страны уменьшилось

ещё на 17 %, до 157,4 тыс. т, что обусловлено временным переводом части производ-

ства ПАО «ГМК «Норильский никель» на мощности финского филиала. Кроме того, ком-

пания осталась единственным продуцентом рафинированного металла в стране после

выбывания мощностей уральских заводов (табл. 1.30).

Никель отечественного производства обеспечивает до 15 % мирового рынка, при

этом Россия является ведущим поставщиком высокосортного рафинированного никеля

с чистотой более 99,99 %.

Таблица 1.30 - Процессы, используемые в никелевой отрасли России

Предприятие,

Ссылка на разделы/

Компания

Процесс/технологическая схема

Примечание

местоположение

зарубежный аналог

Плавка окисленной никелевой руды в шахт-

Закрыт

Режский завод, г. Реж

Зарубежных аналогов по части

Русникель

ных печах на штейн; штейн перерабатыва-

(РФ)

шахтной плавки нет

ется далее на комбинате Уфалейникель

Плавка окисленной никелевой руды на

Закрыт

Зарубежных аналогов по части

штейн в шахтных печах, конвертирование,

Комбинат Уфалейни-

шахтной плавки нет, дальней-

обжиг в печах КС, хлорирование, выщела-

Русникель

кель, г. Верхний Уфалей

шая схема переработки отчасти

чивание от меди, повторный обжиг в труб-

(РФ)

аналогична Sorowako/

чатых печах - с получением NiO, восста-

Matsusaka

новительная электроплавка NiO

Никелевый завод,

Заводы Sudbury (Glencore);

Плавка в электропечи предварительно

Никелевый завод,

ПАО «ГМК «Нориль-

г. Норильск;

Thompson (Vale), Bindura Nickel,

обожжённого флотационного рудного кон-

остановлен в июне

ский никель»

комбинат Печенгани-

заводы платиновой подотрасли

центрата на штейн

2016 г.

кель, п. Никель

ЮАР

ПАО «ГМК «Нориль-

Надеждинский завод,

Взвешенная плавка Outokumpu флотаци-

Заводы Selebi Phikwe, Kalgoor-

ский никель»

г. Норильск

онных концентратов на штейн

lie, Jinchang

Sudbury (Glencore); Thompson

Печенганикель

ПАО «ГМК «Нориль-

Конвертирование штейна до файнштейна

(Vale) - до 2018 года, Kalgoorlie,

(п. Никель), Надеждин-

ский никель»

в конвертерах Пирса-Смита

Gansu, BCL, Copper Cliff (до

ский завод (г. Норильск)

2013 года) и др.

Гидрометаллургическое обогащение ни-

кель-пирротинового концентрата (авто-

ПАО «ГМК «Нориль-

Надеждинский завод

клавное окислительное выщелачивание с

Зарубежных аналогов нет

ский никель»

(г. Норильск)

получением сульфидного концентрата

цветных металлов)

Vale Inco, завод Clydach в Ве-

ПАО «ГМК «Нориль-

Кольская ГМК,

Получение никеля высокой чистоты мето-

ликобритании, завод Copper

ский никель»

г. Мончегорск

дом карбонилирования

Cliff (CCR) в Канаде

Осуществляется пе-

ПАО «ГМК «Нориль-

АО «Кольская ГМК»,

Электролитическое рафинирование черно-

Зарубежных аналогов нет

реход на рафиниро-

ский никель»

г. Мончегорск

вых никелевых анодов

вание ПНТП

ПАО «ГМК «Нориль-

Кольская ГМК,

Гидрометаллургическая технология рафи-

Зарубежных аналогов нет

ский никель»

г. Мончегорск

нирования НПТП

Предприятия ПАО «ГМК «Норильский Никель», выпускающие порядка 12 % миро-

вого никеля, имеют 4 зарегистрированные на ЛБМ марки никеля со статусом Good

Delivery и опережают по данному показателю все зарубежные компании (табл. 1.31).

Таблица 1.31 - Выпускаемые ГМК «Норильский никель» марки никеля, зарегистриро-

ванные на ЛБМ

№

Марка

Компания/предприятие

Продукт

Norilsk Nickel Harjavalta

Резаные катоды

Cathodes

Oy/ Харьявалта (Финляндия)

Полноразмерные катоды

Norilsk Nickel Harjavalta

Брикеты

Briquettes

Oy/ Харьявалта (Финляндия)

Severonickel

Кольская ГМК

Резаные катоды

Combine H-1

Полноразмерные катоды

Severonickel

Кольская ГМК

Резаные катоды

Combine H-1Y

Полноразмерные катоды

Прочие формы товарной никелевой продукции, выпускаемой российскими подраз-

делениями ПАО «ГМК «Норильский Никель», представлены в табл. 1.32-1.33.

Таблица 1.32 - Качество катодного никеля, выпускаемого АО «Кольская ГМК» (среднее

за 2015 год)

Н-1 у

Н-1

Н-3

Н-4

ЛБМ 1

ГОСТ 849 -

Факт

ГОСТ 4

Факт

ГОСТ

Факт

ГОСТ

2008

99,80 min

99,97 2

99,96 2

99,93 7

Ni+Co

99,95

99,98

99,93

99,98

98,6

99,96

97,6

0,15max

0,10

0,012

0,10

0,017

0,7

0,021

0,70

0,02max

0,015

0,0053

0,02

0,0066

0,0093

0,03max

0,01

0,005

0,01

0,005

0,1

0,009

0,15

0,02max

0,01

0,0069

0,02

0,0069

0,022

0,01max

0,001

0,0006

0,001

0,0007

0,03

0,0013

0,04

˂0,005

0,001

˂0,0003

0,001

˂0,0003

˂0,005

˂0,0002

˂0,005

0,002

0,0008

0,002

0,0009

0,6

0,0012

˂0,005

0,001

˂0,0002

0,001

˂0,0003

0,0003

˂ 0,005

0,0005

0,00030

0,001

0,00057

0,00064

˂ 0,005

0,0005

˂ 0,0001

0,001

˂ 0,0001

˂ 0,005

0,0003

˂ 0,00002

0,0006

˂ 0,00002

˂ 0,005

0,0005

˂ 0,0001

0,001

˂ 0,0001

˂ 0,005

0,001

0,00057

0,001

0,00073

0,00077

0,001

˂ 0,0002

0,001

˂ 0,0002

0,0005

˂ 0,0001

0,001

˂ 0,0001

1 - Требования к никелю Лондонской биржи металлов.

2 - Расчетный метод определения.

Размеры для марок полноразмерных катодов Н-1 у и Н-1: с обрезанной кромкой

895-915 × 1145-1165 мм, толщина 2-10 мм, вес 30-80 кг. Размеры для марок полнораз-

мерных катодов Н-3 и Н-4: Кольская - необрезанный 935 × 1135, толщина 2-6 мм, вес

30-70 кг.

Кроме того, Кольская ГМК выпускает резаные катодные листы: Н-1 у и Н-1 2 × 2

и 4 × 4 дюйма, толщина пластины 2-6 мм, а также брикеты Н-3.

В отделении карбонильного никеля (ОКН) Кольской ГМК по заявкам потребителей

выпускается широкая номенклатура карбонильных никелевых порошков и карбонильной

никелевой дроби в соответствии с требованиями ГОСТ 9722, СТО 00201365-01-2006

«Стандарт организации. Карбонильная никелевая продукция. Часть I. Порошок»,

ТУ 1732-122-48200234-2002 «Дробь никелевая карбонильная, Технические условия».

В таблицах 1.33 и 1.34 приведены характеристики типичной карбонильной продукции.

Таблица 1.33 - Карбонильные никелевые порошки, выпускаемые Кольской ГМК, ПАО

«ГМК «Норильский никель»

Обозначе-

Массовая доля элементов,

Средний

ние по-

Насыпная

% не более

размер ча-

рошка, СТО

Форма частиц

плотность,

стиц по Фи-

00201365-

г/см³

шеру, мкм

01-2006

Л5 (L5)

0,8-3,5

волокнистая

1,01-1,40

0,28

0,002

0,001

Л8 (L8)

0,6-2,5

волокнистая

0,45 0,60

0,28

0,002

0,001

зернистая

УТ1 (UT1)

5,0-10,0

3,0-3,5

0,09

0,0015

0,0007

(округлая)

зернистая

УТ3 (UT3)

3,0-6,0

1,91-2,50

0,09

0,0015

0,0007

(округлая)

Таблица 1.34 - Карбонильная никелевая дробь, выпускаемая Кольской ГМК, ПАО «ГМК

«Норильский никель»

Обозначение дроби,

Средний раз-

Форма частиц

Массовая доля элементов,

ТУ

1732-122-

мер частиц,

% не более

48200234-2002

мкм

ДНК-0 (DNK-0)

8-20

Сферическая

0,02

0,015

0,001

Раздел 2. Основные технологические процессы и оборудование,

применяемые в настоящее время при производстве никеля и кобальта

в Российской Федерации. Текущие уровни эмиссий

Ниже рассмотрены основные применяемые в настоящее время при производстве

никеля и кобальта процессы и оборудование, а также текущие уровни эмиссий. Следует

принимать во внимание, что уровни эмиссий определяются не только применяемым обо-

рудованием, но и составом сырья. Так, при переработке на Кольской ГМК и в Заполяном

филиале ГМК «Норильский никель» сырья с различным содержанием серы, никеля,

свинца и т. п. содержание этих элементов в отходящих газах и пыли, а также валовый

выброс будут существенно различны.

2.1. Технологии производства никеля из сульфидных медно-никелевых кон-

центратов⁶

2.1.1. Головные переделы

2.1.1.1. Технология гидрометаллургического обогащения бедного никель-пирроти-

нового концентрата

Гидрометаллургическое обогащение никель-пирротинового концентрата является

уникальным в своём роде процессом и преследует цель повышения содержания цвет-

ных металлов за счёт окисления основной части пирротина и отделения невскрывшихся

и вторичных сульфидов цветных металлов от сформировавшегося при автоклавном

окислительном выщелачивании (АОВ) железистого гидратного осадка и элементарной

серы.

Процесс реализуется в условиях высокотемпературного автоклавного

(130-

150°С) выщелачивания (ВТВ) при использовании кислородо-воздушной смеси (80 % O2)

в качестве окислителя и лигносульфоната технического (ЛСТ) в качестве поверхностно-

активного вещества (ПАВ), препятствующего пассивации поверхности сульфидов плён-

кой элементарной серы. Реализация процесса при температуре выше точки плавления

серы обеспечивает не только высокую скорость окисления, но и существенно снижает

скорость образования серосульфидных настылей на поверхности теплообменников.

ВТВ осуществляется с обязательной добавкой ПАВ, препятствующих смачиванию

расплавленной серой поверхности сульфидов. Недостаток ПАВ приводит к образованию

серосульфидных гранул - «песков», нарушающих ход технологического процесса, или

плавов - «козлов», полностью останавливающих процесс, избыток - к повышению по-

терь ценных компонентов с отвальными хвостами.

Химизм процесса окисления пирротина при выщелачивании описывается реак-

цией, по которой порядка 80 % серы пирротина переходит в элементарную форму. Пе-

решедшее в раствор в процессе окисления сульфидов железо далее подвергается окис-

лению и гидролизу с формированием твёрдой железоокисной фазы.

⁶ [29], [30]

Учитывая последовательно-параллельное протекание реакций окисления суль-

фидов цветных металлов и пирротина, для обеспечения глубокого окисления послед-

него необходимо частично вскрыть также пентландит и халькопирит. В результате этого

в раствор переходит порядка 75 % никеля, 50 % меди, 70 % кобальта.

Учитывая конечную цель процесса гидрометаллургического обогащения бедного

никель-пирротинового концентрата - получение пригодного для дальнейшей перера-

ботки пирометаллургическими методами сульфидного концентрата цветных металлов,

из растворов автоклавного выщелачивания производится осаждение частично раство-

рившихся цветных металлов.

В качестве осадителя используются металлизированные железистые окатыши

и присутствующая в пульпе элементарная сера. Осаждённые на этой операции вторич-

ные сульфиды меди, никеля и кобальта, а также не вскрытые на головном выщелачива-

нии первичные сульфиды цветных металлов вместе с элементарной серой извлекаются

в серосульфидный концентрат методом флотации.

Учитывая флотационные свойства компонентов пульпы и задачи процесса, фло-

тацию ведут в кислой среде при использовании в качестве собирателя бутилового ксан-

тогената. Промпродукты флотации являются оборотными и возвращаются на основную

флотацию, концентрат направляется на получение элементарной серы и товарного

сульфидного концентрата, хвосты после двухстадийной нейтрализации в присутствии

воздуха - в отвал.

Процесс получения элементарной серы и товарного сульфидного концентрата из

серосульфидного концентрата состоит из нескольких основных технологических опера-

ций: дезинтеграции, серной флотации и автоклавной выплавки серы.

Целью дезинтеграции - высокотемпературной обработки серосульфидного кон-

центрата - является разрушение сростков сульфидов цветных металлов и железа с эле-

ментной серой. При этом происходит выделение серы и сульфидов из их мелкодисперс-

ных конгломератов в самостоятельные частицы и агрегации - укрупнение капель выде-

ленной серы до размеров, обеспечивающих оптимальные показатели последующих опе-

раций. Введение технической извести в серосодержащую пульпу приводит к развитию

процессов образования различных серосодержащих соединений кальция, в том числе

сульфида и гидросульфида, подавляющих процесс смачивания сульфидов расплавлен-

ной серой.

Полученную пульпу вместе с хвостами серной плавки направляют на серную фло-

тацию, концентрат которой - на автоклавную выплавку серы, а хвосты, являющиеся то-

варным концентратом ЦМ - в пирометаллургическое производство.

Хвосты плавки передаются на серную флотацию, расплавленная сера - в аппа-

раты отстойники, где происходит окончательное отделение зольной составляющей

(сульфидов). Зола вместе с частью серы гранулируется и передаётся на серную плавку,

чистая сера - на склад готовой продукции.

Основное технологическое оборудование, используемое в технологической схеме

переработки никель-пирротинового концентрата, представлено в табл. 2.1.

При гидрометаллургическом обогащении никель-пирротинового концентрата в ка-

честве основных технологических материалов и реагентов используются: осадитель ме-

таллизированный, лигносульфонат технический, кислородо-воздушная смесь, сжатый

воздух, пульпа известняка, пульпа извести технической, раствор гидроксида натрия, ме-

таллизированные железистые окатыши, моторное топливо регенерированное, бутило-

вый ксантогенат калия.

Таблица 2.1 - Основное оборудование

№

Наименование

Назначение

Технологические характеристики

оборудования

Сгуститель с периферическим (центральным)

Сгуститель П-50

Сгущение пирротино-

приводом в кислотостойком исполнении, диа-

(Ц-50)

вого концентрата

метр - 50 м, глубина чана - 4,5 м, площадь сгу-

щения - 1800 м²

Приготовление пульпы

автоклавного выщела-

чивания, осаждение

Из двухслойной стали (титана),

Реактор

ЦМ из раствора авто-

ёмкость - 80 м³

клавного выщелачива-

ния

Автоклавное окисли-

Геометрическая ёмкость без футеровки -

Автоклав

тельное выщелачива-

125 м³, рабочее давление - 15 кг/см², с переме-

ние

шивающими устройствами

Сгущение пульпы серо-

Сгуститель с периферическим приводом в кис-

сульфидного концентр-

Сгуститель П-25

лотостойком исполнении, диаметр - 25 м, пло-

ата, сгущение пульпы

щадь сгущения - 500 м², глубина чана - 3,6 м

серного концентрата

Механическая

флотомашина

Серосульфидная фло-

Объём камеры - 6,3 м³, производительность по

ФМР - 63К,

тация

потоку пульпы - до 12 м³ /мин.

8-камерная

Механическая

флотомашина

Объём камеры - 6,3 м³, производительность по

Серная флотация

ФМР - 63К,

потоку пульпы - до 12 м³/мин.

12-камерная

Нейтрализация хвостов

Пачук для нейтра-

серосульфидной фло-

Объём - 225 м³, из стали Х18Н10Т

лизации

тации

Нагрев пульпы серо-

Смеситель-подо-

Ёмкость - 40 м³, из стали Х18Н10Т, с переме-

сульфидного концентр-

греватель

шивающими устройствами

ата

Дезинтеграция пульпы

Ёмкость - 50 м³, из титана ВТ1-0, рабочее дав-

Автоклав дезинте-

серосульфидного кон-

ление - 5 кг/см², с перемешивающим устрой-

грации

центрата

ством

Реактор-охлади-

Отстаивание расплав-

Ёмкость - 80 м³, из титана ВТ1-0, с перемеши-

тель

ленной серы

вающим устройством

Ёмкость - 50 м³, из титана ВТ1-0, рабочее дав-

Реактор-подогре-

Нагрев пульпы серного

ление - 5 кг/см², с перемешивающим устрой-

ватель

концентрата

ством

Ёмкость - 32 м³, из титана ВТ1-0, рабочее дав-

Автоклав серопла-

Выплавка серы

ление - 5 кг/см², с перемешивающим устрой-

вильный

ством

При гидрометаллургическом обогащении никель-пирротинового концентрата в ка-

честве основных технологических материалов и реагентов используются: оса-дитель

металлизированный, лигносульфонат технический, кислородо-воздушная смесь, сжа-

тый воздух, пульпа известняка, пульпа извести технической, раствор гидроксида натрия,

металлизированные железистые окатыши, моторное топливо регенерированное, бути-

ловый ксантогенат калия.

Основными источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферу являются

отходящие газы автоклавов окислительного выщелачивания и аппаратов участка вы-

плавки элементарной серы (табл. 2.2).

Таблица 2.2 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Выбрасываемые

Валовый выброс,

Метод очистки, повторного

Источники выбросов

вредные веще-

г/т Ni-сульфид-

использования

ства

ного концентрата

Автоклавы окислительного

Ni, Cu, Co, Fe и

Улавливание брызг в

выщелачивания, пачуки

их соединения,

4,4

каплеотбойниках

нейтрализации

серная кислота

Смесители, подогрева-

Очистка в газопромыва-

тели, самоиспарители,

теле типа «труба Вен-

H2S

4280

дезинтеграторы, авто-

тури», улавливание брызг

клавы

в каплеотбойниках

Пульпа нейтрализованных отвальных хвостов, являющаяся отходом производ-

ства, откачивается на складирование в хвостохранилище по пульпопроводу. Осветлён-

ная вода (слив хвостохранилища) возвращается в цех для повторного использования

в технологии (табл. 2.3).

Таблица 2.3 - Отходы производства и потребления

Объём или

масса образую-

Метод очистки, повторного

масса размещён-

Наименование

щихся отходов,

использования

ных отходов, т/т

т/т Ni

Нейтрализованные хвосты

серосульфидной флота-

70-75

ции (твёрдая часть

пульпы)

2.1.1.2. Технологии производства штейна

Технология получения штейна в руднотермической печи РТП

В настоящее время сульфидный медно-никелевый концентрат подвергают брике-

тированию и направляют на электроплавку без обжига.

Схема переработки пульпы концентрата на стадии приготовления брикетов вклю-

чает в себя следующие основные этапы:

 первичное обезвоживание пульпы на пресс-фильтрах;

 смешивание концентрата со связующим (жидкий лигносульфонат);

 сушка смеси в сушильном барабане;

 повторное введение в подсушенную шихту лигносульфоната;

 брикетирование шихты на валковом брикет-прессе.

Перечень основного технологического оборудования участка брикетирования при-

ведён в табл. 2.4.

Таблица 2.4 - Основное оборудование передела брикетирования концентрата

№

Наименование

Назначение обору-

Технологические характеристики

пп

оборудования

дования

Приёмка

Контактные чаны

Ёмкость - 50 м³

концентрата

Удаление

Площадь фильтрации - 0,825 м², полимер-

Ленточные сита

инородных тел

ный материал

Площадь фильтрации - 96 м², количество

фильтрующих плит - 16 шт., фильтроваль-

Первичное

ная ткань - полипропилен, потребляемая

Фильтр-пресс

обезвоживание

мощность - 90 кВт, давление: подача

концентрата

пульпы - 0,2-1,0 МПа, прессование 0,5 -

1,6 МПа, сушка - 0,4-1,2 МПа, вода для

промывки ткани - 1,0-1,4 МПа

Приёмка первично

Приёмные

обезвоженного кон-

Ёмкость - 50 т

бункера

центрата

Транспортировка

Двойной ленточ-

первично обезво-

ный конвейер

женного концентрата

Формирование

Полезный объём - 1,5 м³, длина - 3 м,

шихты из Cu-Ni кон-

Смеситель интен-

диаметр - 1,1 м, число оборотов ме-

центрата и ЛСТ за-

сивного действия

шалки - 107, число оборотов завихри-

данной консистен-

теля - 1500.

ции

Диаметр - 3 м, длина - 25 м, температура:

Барабанная су-

Предварительная

материала при загрузке - 10-20°С, про-

шилка

сушка концентрата

дукта на выходе - 70-90°С,

отходящих газов - 190°С

Площадь фильтрации - 1642 м², рабочий

Очистка газов

объёмный расход газа - 100000 м³/час,

Рукавный фильтр

сушильного бара-

максимальная температура газов - 250°С,

бана

расход воздуха на регенерацию -

100 м³/час, материал рукавов PTFE,

Приёмный бункер

Приёмка сухого ма-

сухого материала

териала

Ковшовый

Подъем материала в

10.

элеватор

смеситель

Усреднение матери-

Шнековый

11.

ала и смешение с

Число оборотов шнека 15-40 мин.^-1

смеситель

ЛСТ

Валковый

Брикетирование ма-

12.

брикет-пресс

териала

Транспортировка

Система конвейе-

13.

брикетов на склад

ров

готовой продукции

Со склада готовой продукции готовые брикеты железнодорожным или автомо-

бильным транспортом транспортируются на склад привозного сырья участка подготовки

сырья и шихты (УПСиШ), где шихтуется со флюсом и восстановителем и транспортёром

по тракту подачи шихты подаются в расходные бункера РТП.

Основным сырьём для электроплавки является шихта, состоящая из: сульфидной

медно-никелевой руды, брикетов, собственных и привозных оборотных никельсодержа-

щих оборотов, флюса (песка), углеродистого восстановителя.

Физико-химические превращения шихтовых материалов и образование продуктов

плавки происходит в основном в ванне печи на поверхности шихты, погруженной в шлак.

При нагреве шихты до 1000°С в ней протекают процессы термического разложе-

ния сложных сульфидов, сульфатов, карбонатов и гидратов, а также процессы взаимо-

действия между различными химическими соединениями, наиболее важными из кото-

рых являются реакции между сульфидами и окислами. При повышении температуры

шихты до 1000-1300°С эти процессы получают активное развитие.

Сульфиды никеля, меди, кобальта, железа расплавляются, частично разлагаются

(общая десульфуризация при электроплавке составляет около 20-35 %) и, взаимно рас-

творяясь, образуют основной продукт электроплавки - штейн, в котором также раство-

ряются драгоценные металлы и магнетит.

Полученный штейн (% масс.: никель - 7-17, медь - 3-12, кобальт - 0.6-0.8,

железо - 38-50, сера - 25-27; излечение никеля в штейн составляет - 97-98 %, меди -

95-97 %, кобальта

77-85 %) в жидком виде направляется на конвертирование.

Окисленное железо и другие основные оксиды, вступая во взаимодействие с SiO2,

образуют силикаты типа mMeO x nSiO2, которые, смешиваясь в расплавленном состоя-

нии, образуют другой продукт электроплавки - шлак. Выход шлаков при электроплавке

составляет 85-110 % от общей массы загруженной шихты. Основу шлаков электро-

плавки (97-98 %) составляют кремнезём (SiO2), закись железа (FeO), окись магния

(MgO), глинозём (AL2O3) и окись кальция (СаО). Содержание SiO2 в шлаке - 37-42 %,

Ni не более 0,25 %, Co не более 0,1 %.

Газы, отходящие из печного пространства при температуре 500-600°С, состоят

из азота (N2), кислорода (О2), сернистого газа (SO2), углекислого газа (СО2) и паров воды

(Н2О), эвакуируются через систему газоходов и подаются в пылевую камеру, а затем -

в трубу. Улавливаемая в пылевой камере и газоходах металлосодержащая пыль выгру-

жается через воронки в автомобиль и перевозится на переработку в закрытый склад

СПС.

Основное оборудование процесса плавки сульфидного сырья на штейн показано

в табл. 2.5.

Таблица 2.5 - Основное оборудование процесса переработки сульфидного медно-нике-

левого сырья на штейн в руднотермической печи

Наименование

Назначение

Технологические характеристики

оборудования

Уст. Мощность - 45 МВт, число электродов - 6 шт.,

площадь пода - 150-160 м², количество штейновых

Руднотермиче-

Электроплавка

шпуров - 3 шт., количество шлаковых шпуров -

ская печь

руды, брикетов

4 шт., два торцевых и четыре боковых футерован-

ных газохода

Уст. Мощность - 30 МВт, число электродов - 3 шт.,

площадь пода - 80 м^2,количество штейновых шпу-

Руднотермиче-

Электроплавка

ров - 3 шт., количество шлаковых шпуров - 2 шт.,

ская печь

руды, брикетов

2 водоохлаждаемых патрубка, соединяющие свод

печи с вертикальными футерованными газоходами

(штейновым и шлаковым)

Технология получения штейна в печи взвешенной плавки

Технологическая схема получения штейна в печи взвешенной плавки включает в

себя (рис. 2.1):

 фильтрацию концентратов на керамических фильтрах;

 сушку концентратов и флюсов в распылительных и барабанных сушилках;

 взвешенную плавку шихты концентратов в двух печах взвешенной плавки;

 пневматическую транспортировку высушенных концентратов;

 охлаждение отходящих газов в котле-утилизаторе с одновременной грубой

очисткой от пыли;

 тонкую очистку от пыли в электрофильтрах;

 обеднение шлаков печей взвешенной плавки и конвертеров в электрообедни-

тельных печах;

 грануляцию шлака обеднительных печей и его транспортирование на склад

временного хранения.

Печь взвешенной плавки является головным агрегатом в цепи переработки суль-

фидных концентратов.

Степень обогащения дутья кислородом на печах взвешенной плавки может дости-

гать 70 %, что позволяет вести процесс плавки в автогенном режиме, без применения

дополнительного топлива. Дутье предварительно не подогревают. Пылевынос из печей

взвешенной плавки составляет не более 5-7 % от веса загружаемой шихты.

Медно-никелевый штейн из ПВП (Ni - 31,3-41,6 %, Cu - 8,95-15,93 %, Co - 0,6-

0,85 %, Fe - 29,5-31,8 %, S - 25,3-28,4 %), как и любой штейн, представляет собой

сплав сульфидов никеля, меди, железа, кобальта с небольшим содержанием магнетита,

которое зависит от содержания цветных металлов. Выпуск штейна осуществляется

в ковши через шпуры, расположенные в отстойной зоне печи; штейн передают на нике-

левое конвертирование для переработки до файнштейна.

Рисунок 2.1 - Аппаратурно-технологическая схема цеха плавки в ПВ

Шлак ПВП представляет собой многокомпонентный сплав оксидов и в значитель-

ной степени обогащён цветными металлами (табл. 2.6), в связи с чем подаётся (в рас-

плавленном состоянии) в обеднительные печи (вместе с конвертерными шлаками).

Таблица 2.6 - Химический состав шлаков ПВП, %

Диоксид

Никель

Медь

Кобальт

Железо

Сера

кремния

0,6-0,8

0,24-0,34

0,165-0,205

37,5-41,0

0,55-1,15

32,0-35,0

Основными реакциями, протекающей в реакционной шахте печи, являются реак-

ции диссоциации и окисления сульфидов. Эта реакция экзотермическая, её тепловой

эффект обеспечивает самопроизвольный ход процесса без затрат тепла извне. Не окис-

лившиеся сульфиды формируют штейн.

В отстойнике ПВП проходят основные реакции шлакообразования, обменные ре-

акции и процесс физического разделения расплава на штейновую и шлаковую фазы,

связанный с разностью их удельных весов. С учётом высокого содержания ценных ком-

понентов в шлаках их направляют на обеднение.

При обеднении в печи периодически заливают жидкий шлак, производят загрузку

твёрдой шихты: руду, песчаник, антрацит, коксовый орешек, дроблёные обороты. Руда

используется в качестве извлекающей фазы (сульфидизатора) для процесса штейнооб-

разования, дроблёный песчаник - в качестве флюсующего материала, антрацит, коксо-

вый орешек - в качестве восстановителя, дроблёные бедные обороты - для регулиро-

вания состава штейна ОЭП по содержанию цветных металлов, а также в качестве ме-

таллосодержащего сырья.

Перечень основного технологического оборудования участка обезвоживания и

складирования концентратов и комплекса печи взвешенной плавки приведён в табл. 2.7.

Параметры электропечей, используемых для обеднения шлаков ПВП и шлаков конвер-

тирования, приведены в табл. 2.8.

Таблица 2.7 - Характеристики основного технологического оборудования обезвожива-

ния и сушки концентратом и комплекса печи взвешенной плавки

Наименование

Назначение

Технические характеристики

Сгущение концен-

С центральным приводом в кислотостойком ис-

Сгуститель

тратов

полнении, диаметр - 12 м, глубина чана - 3 м

Керамический

Фильтрация пульпы

Площадь фильтрации (1 фильтра) - 60 м²,

фильтр СС-60

концентратов

Влажность после фильтрации - до 12 %

Барабанная су-

Диаметр - 3,2 м, длина - 27000 мм, с газо-

Сушка концентра-

шилка концентр-

вым воздухоподогревателем и системой газо-

тов

ата

очистки

В кислотостойком исполнении, с перемеши-

Смеситель «Ден-

вающим устройством, диаметр - 7,2 м, вы-

вер»

сота - 7,2 м

Диаметр - 14 м, высота - 18 м, с центробеж-

Сушилки распыли-

Сушка концентра-

ным распылителем и газовым воздухоподо-

тельные «Ниро-

тов

гревателем «ПибодиГольмс» с горелкой

Атомайзер»

кольцевого типа

Очистка газового

Электрофильтры

Двухпольные, производительность по газу -

потока распыли-

«Элекс»

375000 нм³/час, КПД - 99,8 %

тельных сушилок

Диаметр - 2,5 м, длина - 19500 мм, с газо-

Сушилки барабан-

вым воздухоподогревателем и системой газо-

ные

очистки

Площадь зеркала ванны - 264-277 м², с

устройствами распыления шихты, и подачи

Печи взвешенной

Плавка концен-

кислородо-воздушной смеси с обогащением

плавки «Оуто-

тратов

кислорода до 70 %. Печь оборудована газого-

кумпу»

релочными устройствами и выпускными шпу-

рами штейна и шлака

Котел-утилизатор

Производительность по газу до

Охлаждение газов

для печи взвешен-

125000 нм³/час, по утилизационному пару до

ПВП

ной плавки

100 тонн/час

Электрофильтры

Очистка газового

Пятипольные, производительность по газу -

10.

«Флект»

потока печи ПВП

65000 нм³/час каждый, КПД - 99,8 %

Обеднительные

Обеднение шла-

11.

электропечи

ков печи ПВП

«Крупп»

Обеднительные

электропечи

Обеднение шла-

«Outokumpu

ков печи ПВП

Technology Ou» -

ОЭП-1,3

Установки грану-

Грануляция шлака

Производительность - до 250 т/ч. Тип - вод-

12.

ляции отвального

обеднительных

ная грануляция. Оборудованы системой за-

шлака

печей

мкнутого оборотного водоснабжения

Таблица 2.8 - Основные характеристики обеднительных электропечей НМЗ

№

Значение параметра

Наименование параметра

п/п

ОЭП-1,3

ОЭП-2,4

Мощность трансформатора, МВт·А

Площадь зеркала ванны, м²

175

176

Диаметр электрода, мм

1272

Распад электродов, мм

4850

Тип электродов

самоспекающиеся

Охлаждение корпуса

кессонированное

В табл. 2.9 и 2.10 приведены параметры выбросов загрязняющих веществ при

производстве штейна в печах РТП и на комплексе ПВП-обеднительные электропечи.

Таблица 2.9 - Содержание загрязняющих веществ в отходящих газах технологий полу-

чения штейна (до очистки)

Содержание, мг/м³

Свинец и его

Технология

Пыль неорг.

Азота

Никель

неорганические

SO2

<20% SiO2

диоксид

оксид

соединения

Подготовка сырья

2887,4

44,99

Сушка концентратов

14594,1

85,2

1107,4

1,31

2750,00

Плавка в РТП

403,5

61,5

21,16

4,30

18190,31

Плавка в ПВП и

обеднение шлаков

84000

59,0

12500

300

1 028 854

На величину выбросов загрязняющих веществ в технологии производства штейна

влияют:

1. Состав сырья. Так, при большем содержании серы и неизменном целевом со-

ставе штейна выброс серы будет возрастать; при росте содержания свинца и мышьяка

в концентрате растёт содержание их в пыли и т. п.

2. Целевой состав штейна. Если при плавке необходимо окислить больше железа

и серы, выброс последней с газами возрастает.

3. Особенности конструкции печи, соблюдение требований к шихтоподготовке

с учётом конструкции печи. Например, переработка в рудно-термических печах обычной

конструкции влажного, мелкодисперсного материала приводит к повышенному пылевы-

носу.

4. Особенности технологии подготовки сырья к плавке. Интенсивное перемешива-

ние материала при сушке, низкая его остаточная влажность способствуют росту пыле-

выноса.

Таблица 2.10 - Параметры источников выбросов (ИВ) при получении штейна

Производственный процесс, наименова-

Диапазон

Наименование загрязняющего вещества

Единица измерения

ние оборудования

величин - ИВ

Пыль неорг.

кг/т концентрата

448,1

Азота диоксид

кг/т концентрата

3,60

Никеля оксид

кг/т концентрата

34,175

Свинец и его неорг. соед.

кг/т концентрата

0,171

Сушка концентрата и шихтовых

SO2

кг/т концентрата

8,767

материалов

Диоксид серы

мг/м³

2750

Азота диоксид

мг/м³

170,4

Пыль неорг.

мг/м³

1065,37

Свинец и его неорг. соед.

мг/м³

365

Никель оксид

мг/м³

57 620

Пыль неорг.

кг/т штейна

263,61

Азота диоксид

кг/т штейна

0,00471

Никеля оксид

кг/т штейна

16,568

Свинец и его неорг. соед.

кг/т штейна

0,307

SO2

кг/т штейна

2329,2

Плавка концентрата в ПВП

Диоксид серы

мг/м³

1 028 850

Азота диоксид

мг/м³

59,0

Пыль неорг.

мг/м³

84 000

Свинец и его неорг. соед.

мг/м³

300,0

Никель оксид

мг/м³

12 500

Пыль неорг.

кг/т штейна

31,14

Азота диоксид

кг/т штейна

0,17

Никеля оксид

кг/т штейна

0,144

Свинец и его неорг. соед.

кг/т штейна

0,035

Обеднение шлака в обеднительных элек-

SO2

кг/т штейна

116,3

тропечах (ОЭП) с получением штейна

Диоксид серы

мг/м³

7660

обеднения и отвального шлака

Азота диоксид

мг/м³

51,8

Пыль неорг.

мг/м³

6700

Свинец и его неорг. соед.

мг/м³

23,9

Никель оксид

мг/м³

93,7

При переработке сульфидного медно-никелевого сырья в руднотермических элек-

тропечах и на комплексе ПВП-обеднительные печи образуется отвальный шлак

(табл. 2.11), который подвергается грануляции. Кроме того, твёрдые отходы образуются

в результате обслуживания и ремонта оборудования - выломки футеровки печей, бой

кирпича, бетон, теплоизоляция, металлолом. Гранулированный отвальный шлак НМЗ

используется для приготовления закладочных смесей и как материал для дорожного

строительства, для отсыпки дамб, насыпей и т. д.

Таблица 2.11 - Шлаки штейновой плавки, направляемые в отвал

Наименование

Способ

Количество,

Средний состав, %

отхода

утилизации

т/т Ni в штейне

N - 0,198; Cu - 0,123; Co - 0,091;

Шлак РТП

Fe - 27,71; SiO2 - 37,4; CaO - 2,3;

В отвал

MgO - 12,5; S - 1,15

Ni - 0,10; Cu - 0,19; Co - 0,132;

Шлак обеднительных

Fe - 38,12; SiO2 - 34,5; CaO -

В отвал

печей

3,81; MgO - 3,17; S - 0,87

Технология получения медного штейна в ПВ

Рудный медный концентрат и концентрат от разделения медно-никелевого файн-

штейна подвергаются плавки на медный штейн в печи Ванюкова.

Процесс Ванюкова представляет собой плавку сульфидного сырья в интенсивно

перемешиваемой шлако-штейновой ванне с использованием тепла окислительных ре-

акций. От других способов плавки в расплаве процесс Ванюкова отличается подачей

обогащенного кислородом дутья и шихты в шлаковую ванну с небольшим содержанием

штейна.

Плавка сульфидных материалов в печи Ванюкова осуществляется в интенсивно

перемешиваемом шлаковом расплаве, доля сульфидов в котором достигает 10%. По-

дача окислительного дутья осуществляется через боковые фурмы в слой шлако-штей-

новой эмульсии, что позволяет использовать в наиболее теплонагруженной части агре-

гата водо-охлаждаемые кессоны, которые являются основным конструктивным элемен-

том шахты печи и непосредственно контактируют с расплавом. В нижней части печи, в

зоне штейновой ванны, кессонированные элементы (закладные кессоны) используются

только внутри огнеупорной кладки. В качестве окислительного дутья используется смесь

технологического кислорода и компрессорного воздуха с содержанием кислорода от 60

до 80 %.

Фурменный пояс делит шлаковую ванну на две зоны: надфурменную и подфур-

менную. В надфурменной, интенсивно перемешиваемой дутьем области происходят, в

основном, процессы испарения воды, диссоциации, плавления и окисления шихты, об-

разования продуктов плавки и коалесценции капель штейна. В более спокойной подфур-

менной области происходит, главным образом, разделение продуктов плавки по плот-

ности на донную штейновую фазу и верхнюю шлаковую.

Штейн и шлак выдаются из печи непрерывно через соответствующие сифоны и по

обогреваемым водо-охлаждаемым желобам поступают в поворотные миксеры.

2.1.1.3. Технологии производства файнштейна

При конвертировании штейнов в конвертер могут быть загружены штейн, песок,

никелевый шлак и другие оборотные холодные материалы. Основными реакциями, про-

текающими при конвертировании штейнов, являются реакции окисления, обменного вза-

имодействия, восстановления и шлакообразования (табл. 2.12).

Таблица 2.12 - Характеристика процесса конвертирования

Предприятие

Тип штейна

Тип окислителя

Комбинат «Печенгани-

Штейн РТП

Воздух

кель»

ЗФ ПАО «ГМК «Нориль-

Штейн ПВП, штейна обеднитель-

Воздух, при недостатке

ский Никель»

ных электропечей

тепла - кислород

При конвертировании штейнов выделяют следующие технологические операции:

- зарядка конвертера;

- период набора массы;

- «варка» файнштейна;

- разливка и охлаждение файнштейна.

В период набора массы при конвертировании в шлак интенсивно удаляется

железо в результате чего количество обогащённой массы сокращается. В этот период

идёт активная загрузка в конвертер кварцевого песка и холодных материалов для

поддержания теплового баланса процесса. После прекращения набора штейна начина-

ется период варки файнштейна. В задачу этого периода входит почти полное удаление

железа из обогащённой конвертерной массы. Полученный файнштейн содержит

22-24 % S и до 3,7 % железа.

Полученный медно-никелевый файнштейн перевозится в разливочный пролёт

цеха и разливается в стальные формы - изложницы, зафутерованные блоками из гра-

фита, для медленного охлаждения и раскристаллизации расплава, обеспечивающих хо-

рошие показатели разделения на никелевый и медный концентраты.

Отходящие от горловины конвертера газы содержат 7-11 % SO2, однако за счёт

подсосов воздуха через напыльник и неплотности газохода концентрация SO2 снижа-

ется. На комбинате Печенганикель очищенные от пыли газы частично передаются в сер-

нокислотное производство, частично выбрасываются в трубу; в ЗФ - выбрасываются в

трубу.

Химический состав продуктов конвертирования - в табл. 2.13, перечень основного

оборудования передела конвертирования штейнов приведён в табл. 2.14.

Таблица 2.13 - Химический состав продуктов конвертирования

Пред-

Массовая доля, %

Продукт

приятие

SiO2

MgO

Al2O3

CaO

Fe3O4

Комбинат

Шлак

0,88

0,62

0,249

49,1

3,15

1,1

1,4

14,7

«Печенгани-

Файн-

0,9

2,8

23,6

кель»

штейн

ЗФ

ПАО

2,0 -

1,5 -

50,0 -

1,2 -

18,0 -

Шлак

0,8 -1,0

0,3

2,2

0,6

«ГМК

«Но-

2,5

2,0

52,0

1,6

22,0

рильский

Файн-

47 -

20 -

1,00 -

3,05 -

0,095

Никель»

штейн

1,59

3,10

Таблица 2.14 - Характеристика основного оборудования конвертерного передела

Предприятие

Наименование

Назначение

Технические характеристики

Конвертер -типа

Конвертирование

Ёмкость - 80 тонн, на воздушном

Пирса - Смита

штейна

дутье, число фурм - 48

Утилизация

Производительность по газу - до

ЗФ ПАО «ГМК

Котёл-утилизатор

тепла, охлажде-

65000 нм³/час, по утилизационному

«Норильский

для конвертеров

ние газов

пару - до 13 тонн/час

Никель»

Двухпольные, производительность

Электрофильтры

Очистка газов от

по газу - 65000 нм³/час каждый,

«Флект»

тонкой пыли

КПД - 99,8 %

Ёмкость - 100 м³, длина кожуха -

12 м, внутренний диаметр кожуха -

Конвертер Пирса-

Конвертирование

3,96 м, число фурм - 44, диаметр

Смита

штейна

фурм - 0,05 м, расход воздуха -

Комбинат

10-12,5 нм³/с

«Печенгани-

Очистка конвер-

ДхШхВ - 7,2х4,0х15,6 м, пропускная

кель»

Пылевая камера

терных газов

способность - 27-42 нм³/с, КПД -

крупной пыли

30 %

Площадь сечения электрофильтра

Очистка газов от

Электрофильтр

по осадительным электродам -

тонкой пыли

60 м², КПД - 92 %

Выбросы основных загрязняющих веществ в атмосферу при конвертировании

штейна показаны в табл. 2.15.

Таблица 2.15 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при конвертировании

медно-никелевого штейна

Вещество

Ед. изм.

Значение

Диоксид серы

кг/т файнштейна

381,628

Азота диоксид и азота оксид

кг/т файнштейна

0,004

(суммарно)

Пыль неорг.

кг/т файнштейна

0,6

Свинец и его неорг. соед.

кг/т файнштейна

0,004

Никель оксид

кг/т файнштейна

0,03

Диоксид серы

мг/м³

25 000

Азота диоксид и азота оксид

мг/м³

89,045

(суммарно)

Пыль неорг.

мг/м³

300

Свинец и его неорг. соед.

мг/м³

Никель оксид

мг/м³

2.1.2. Рафинировочные переделы

2.1.2.1. Технология разделения медно-никелевого файнштейна с получением ни-

келевого сульфидного концентрата

Флотационное разделение файнштейна на медный и никелевый концентраты

было предложено в конце

40-х - начале

50-х годов XX века И. Н. Масленицким

(АС

№ 113715). Согласно предложенному способу, медно-никелевый файнштейн

измельчали, а затем флотировали в «обычном» режиме с переводом медных сульфидов

в пенный продукт, а никелевых - в камерный. Одним из описанных И. Н. Масленицким

вариантов реализации данного способа являлось применение перед флотацией магнит-

ной сепарации, что обеспечивало не только получение более бедного по меди никеле-

вого концентрата, но и извлечение в отдельный, обогащённый продукт основного коли-

чества содержащихся в файнштейне платиновых металлов.

Впервые процесс был внедрён на Норильском горно-металлургическом комби-

нате в 1957 году, и без особых изменений способ дошёл до сегодняшних дней, однако

за счёт оптимизации реагентного режима, параметров операций и организации техноло-

гической схемы удалось достичь более низких, чем заявлено в АС, содержаний вторых

металлов в концентратах.

Химическими основами флотационного разделения файнштейна являются раз-

личные условия формирования и устойчивости плёнок ксантогенатов меди и никеля

на поверхности соответствующих минералов. Регулированием концентрации гидроксид-

ионов в водной части пульпы обеспечиваются условия для подавления процесса обра-

зования ксантогената никеля и образования на поверхности плёнки гидроксида.

Технологический процесс разделения файнштейна на никелевых и медный кон-

центраты включает в себя следующие технологические операции: крупное дробление,

шихтовка, дробление и измельчение и собственно флотацию. Перечень основного тех-

нологического оборудования представлен в табл. 2.16.

Таблица 2.16 - Основное оборудование

№ пп

Наименование оборудования

Назначение оборудования

Агрегат первичного дробления Rammer G 90

Первичное дробление

Щековые дробилки ЩДП-9х12 и СМД-118

Крупное дробление

Конусные дробилки КСД-2200Т и КМД-2200Т

Мелкое дробление

МШР-3200х3100

измельчение

Классификатор Тип I КСН-20

Гидроциклон Кребса

Гидравлическая классификация

промпродуктов

Флотационные машины ФМР-10

Флотация

Флотационные машины WEMCO

Флотация

Сгустители тип Ц-6МI, тип Ц-9МI, тип Ц-12МI

Сгущение конечных и промежуточ-

ных продуктов

10.

Свечевые фильтры ПАР-80-248М и ПТЖ-80-

3Т-41

Разделение файнштейна, предварительно измельчённого до крупности

85-

95 % - 45 мкм, происходит во флотомашинах основной флотации с получением пенного

и камерного продуктов, представляющих собой черновые медный и никелевый концен-

трат, соответственно, которые затем подвергаются дополнительной очистке.

Никелевый очищается от меди за счёт добавки свежего ксантогената, который по-

вышает флотируемость медных сульфидов, медный - от никеля на 1-4 перечистных

флотациях за счёт повышения щёлочности пульпы и снижения плотности камерных про-

дуктов от первой до последней перечистки.

Для обеспечения эффективного разделения медных и никелевых сульфидов

часть пенных и камерных промпродуктов объединяется и направляется на классифика-

цию, пески которой доизмельчаются. Точки рецикла промпродуктов и объединения по-

токов пенных и камерных продуктов выбираются, исходя из их состава, в первую оче-

редь, из содержания в них вторых металлов.

Существующая технологическая схема флотационного разделения файнштейна

позволяет достичь извлечения никеля в никелевый концентрат до 92 %, меди в мед-

ный - до 91 %.

Получаемый медный концентрат содержит 67-68 % меди и 3,2-4,2 % никеля, ни-

келевый - 68-69 % никеля и 2,3-2,9 % меди.

При разделении медно-никелевого файнштейна в качестве основных технологи-

ческих материалов используются бутиловый ксантогенат калия, сода каустическая,

шары стальные и вода оборотного водоснабжения.

Образующие при разделении файнштейна соединения меди, никеля и кобальта

попадают в атмосферу в составе пыли, выделяющейся через неплотности технологиче-

ского оборудования. Вредности удаляются с вентвыбросами естественным путём через

дефлекторы и вентшахты (табл. 2.17).

Таблица 2.17 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Масса выбро-

Масса выбросов

Наименование

Метод очистки,

сов ЗВ после

ЗВ до очистки,

Источники

загрязняющего

повторного

очистки г/т

г/т никелевого

выбросов

вещества

использования

никелевого

концентрата

концетрата

Кобальт и его соеди-

нения (в пересчёте

151,3

Дробилки,

15,9

на кобальт)

транспор-

Никель и его соеди-

тёры, мель-

нения (в пересчёте

1321,3

ницы, класси-

192,8

Аспирационные

на никель)

фикаторы,

системы АС

Медь и ее соедине-

сгустители,

ния (в пересчёте на

1194,6

флотома-

136,5

медь)

шины

Пыль неорганиче-

1463,4

406,1

ская

Жидкая фаза, образующаяся при обезвоживании продуктов флотации (никеле-

вого и медного концентратов), наплавляется в систему оборотного водоснабжения

участка. Избыточное количество воды передаётся в производственную канализацию;

сброс воды в природные объекты отсутствует (табл. 2.18).

Таблица 2.18 - Состав и способ утилизации сточных вод

Метод

Масса

Направление

Масса сбро-

очистки,

Наимено-

сбросов ЗВ

Источники

сброса (водный

сов ЗВ после

повторного

вание

до очистки,

сброса

объект,

очистки, г/т

использова-

г/т Ni

канализация)

ния

Никель

< 4,1

в/р

Верхний слив

Оборотное водо-

Медь в/р

< 0,08

отстойников,

снабжение

Оборотное

Взвешен-

фильтрат све-

участка, производ-

водоснабже-

ные ве-

< 123

чевых филь-

ственная канали-

ние участка

щества

тров

зация

Ксантоге-

< 0,008

нат

Твёрдые отходы процесса образуются в ходе ремонтных и строительных работ.

2.1.2.1. Технология получения частично восстановленного никелевого огарка

Технология получения частично восстановленного никелевого огарка (ПНТП - по-

рошка никелевого трубчатых печей) включает в себя операции обезвоживания никеле-

вого концентрата флотации файнштейна, его окислительного обжига в печах кипящего

слоя и восстановительного обжига в трубчатых вращающихся печах.

Окислительный обжиг, целью которого является максимальное удаление серы и

подготовка материала к восстановлению, ведётся при температуре 1050-1250°С. За-

грузку шихты регулируют по температуре в слое, по концентрации диоксида серы (SO2)

в отходящих газах, по заданному расходу воздуха (или воздуха, обогащённого кислоро-

дом).

Основная часть полученного огарка передаётся на восстановление в трубчатые

вращающиеся печи, часть подаётся в бункер «горячего» огарка для использования его

без восстановления при доводке анодного металла по углероду.

Газы после прохождения через систему газоочистки, включающей в себя охлади-

тель газов, циклоны испарительного охлаждения и электрофильтр, передаются в серно-

кислотное производство. Газы аспирационных систем передаются в общий газоход и

выбрасываются в трубу.

В процессе (1050-1150°С) происходит дальнейшее укрупнение огарка и восста-

новление до металла присутствующих в огарке никеля и кобальта (85-90 %), а также

части железа и меди. В качестве восстановителя используют доменный кокс и уголь в

количестве 12-14 %.

Перечень основного технологического оборудования приведён в табл. 2.19, вы-

бросы основных загрязняющих веществ в атмосферу при получении ПНТП - в

табл. 2.20, характеристика сточных вод - в табл. 2.21.

Таблица 2.19 - Перечень основного технологического оборудования

№

Наименование

Назначение оборудования

Характеристика оборудования

пп

оборудования

Сгущение пульпы никеле-

Сгустители Ц9

Площадь поверхности - 60 м

вого концентрата

Сгущение пульпы никеле-

Сгустители Ц12

Площадь поверхности - 110 м

вого концентрата

Барабанный вакуум-

Фильтрация сгущённого

Площадь фильтрации - 40 м², со-

ный фильтр

никелевого концентрата

держание влаги в кеке - 6-9 %

Печь кипящего слоя

Обжиг концентрата

Площадь пода - 24 м²

Трубчатая вращаю-

Восстановление огарка

Длина печи - 20 м, диаметр печи -

щаяся печь (ТВП)

окислительного обжига

2,2 м, диаметр в свету - 1,688 м

Таблица 2.20 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при получении

Наименование

Производственный

Единица

загрязняющего

Значение

процесс

измерения

вещества

Окислительный обжиг

Диоксид серы

кг/т ПНТП

0,971

сульфидного никелевого

Азота оксиды

кг/т ПНТП

0,05

концентрата в печах ки-

Свинец

кг/т ПНТП

0,004

пящего слоя (КС) с полу-

чением никелевого

Никель оксид

кг/т ПНТП

0,464

огарка

Таблица 2.21 - Сточные воды, образующиеся при получении ПНТП

Наименование

Нормируемое

Содержание вредных

сточных вод по

количество в

Место сброса

примесей

переделам

сутки, м³/т Ni

Оборотная вода

Не более уровня в обо-

Самотечные коллектора

0,005

комбината

ротной системы

оборотной системы

Твёрдые отходы процесса получения ПНТП образуются в ходе ремонтных и стро-

ительных работ - выломки футеровки печей, бой кирпича, бетон, теплоизоляция, ме-

таллолом.

2.1.2.3. Технология производства черновых никелевых анодов

На сегодняшний день основная часть никелевого порошка трубчатых печей посту-

пает на анодную плавку в дуговые электропечи, часть - на хлорное растворение для

восполнения дефицита никеля. Шихта печей включает в себя, помимо порошка, восста-

новитель и анодный скрап.

При расплавлении шихты свободной углерод и закись никеля растворяются в рас-

плавленном металле, при этом происходит «науглероживание» ванны металла по реак-

ции с образованием карбида никеля (Ni3C), который при растворении в металле взаимо-

действует с закисью никеля.

Растворимость углерода в металле высока, и на начальных этапах плавки, с учё-

том положительного влияния науглероживания расплава на температуру плавления ме-

талла, процесс ведут с избытком восстановителя, который на финальных этапах уда-

ляют присадкой огарка в жидкий металл. Доводка металла по содержанию углерода мо-

жет также осуществляться кислородной продувкой.

К моменту полного расплавления шихты в печи образуются шлаковая и металли-

ческие фазы. В основном шлак состоит из окислов, содержание которых может достиг-

нуть 95 %. Снижение потерь цветных металлов со шлаками и увеличение их извлечения

в анодной никель происходит тем полнее, чем лучше восстановительные условия в печи

и чем выше активность окислов в шлаке, которая зависит от количества флюсующих

добавок, таких как известняк, окись кремния.

После обеднения шлака избыток его порционно сливают путём наклона печи. При

этом богатая часть шлака возвращается на плавку, а бедная отправляется на перера-

ботку в РТП. Готовый металл разливается по изложницам карусельной машины и

направляется на электролитическое рафинирование с получением катодного металла.

Запылённые отходящие газы очищаются в электрофильтрах и выбрасываются в атмо-

сферу.

Перечень основного технологического оборудования приведён в табл. 2.22, вы-

бросы загрязняющих веществ - в табл. 2.23.

Таблица 2.22 - Перечень основного технологического оборудования

№

Наименование оборудования

Основные характеристики

Ёмкость - 40 т

Бункер восстановленной закиси)

Ёмкость - 60 т

Ёмкость - 10 т

Бункер не восстановленной закиси

Ёмкость - 5 т

Бункер восстановителя

Объём - 25 м³

Диаметр тарелки - 1000 мм

Питатель тарельчатый

Диаметр тарелки - 800 мм

Питатель шнековый

Диаметр шнека - 450 мм

Мощность трансформатора -

Электропечь РКЗ № 1

12500 кВА

Мощность трансформатора -

Электропечь ОКБ № 2

9000 кВА

Мощность трансформатора -

Электропечь РКЗ № 3

15000 кВА

Индукционный миксер ИЧТМ-16

Мощность трансформатора - 1300 кВА

10.

Индукционный миксер ИЧТМ-16

Мощность трансформатора - 1600 кВА

11.

Разливочная машина

Диаметр - 10 м

Таблица 2.23 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при анодной плавке

Наименование

Производственный

Единица

загрязняющего

Значение

процесс

измерения

вещества

кг/т анодов

Диоксид серы

32,124

никелевых

кг/т анодов

Восстановительная

Азота оксиды

0,012

никелевых

плавка никелевого

кг/т анодов

огарка в электропе-

Пыль неорг.

17,279

никелевых

чах с получением ни-

кг/т анодов

келевых анодов

Свинец

0,0285

никелевых

кг/т анодов

Никель

5,660

никелевых

Шлак анодной плавки, выломки футеровки, улавливаемая в электрофильтрах

пыль не являются отвальными продуктами и направляются на переработку на другие

переделы технологического цикла. Прочие твёрдые отходы передела связаны с прове-

дением ремонта оборудования и зданий.

2.1.2.4. Технологии получения катодного никеля

Электролитическое рафинирование черновых никелевых анодов - достаточно

старая технология, обеспечивающая получение товарного никеля в том числе из драг-

металлсодержащего сырья.

В процессе многолетней эксплуатации технология рафинирования черновых ни-

келевых анодов непрерывно совершенствовалась, и к настоящему времени пути

её дальнейшего улучшения практически исчерпаны и экономически бесперспективны.

Именно поэтому эта технология, имевшая ранее широкое распространение, повсе-

местно замещена более современными способами. Основные недостатки технологии

рафинирования черновых никелевых анодов определяются собственно необходимо-

стью их производства. Альтернативные гидрометаллургические способы рафинирова-

ния файнштейна или продуктов его переработки предполагают в качестве товарного пе-

редела электроэкстракцию никеля из хлоридных или сульфатных растворов. При этом

передел производства черновых никелевых анодов заменяется переделом растворения

файнштейна или продуктов его переработки, например, никелевый концентрат и/или ме-

таллизированная фракция от разделения файнштейна. Очевидны следующие общие

преимущества подобных решений:

- ликвидация затрат на производство промежуточных продуктов, а именно черно-

вых анодов;

- ликвидация определяющихся наличием анодного скрапа оборотов;

- существенное упрощение обслуживания электролизных ванн (обработка анодов

и скрапа, чистка ванн с выделением и переработкой шлама);

- возможности более полной механизации и внедрения дополнительных, более

совершенных систем контроля процессов рафинирования;

- возможности использования более современного основного оборудования;

- существенное сокращение незавершённого производства (срок растворения

черновых анодов составляет приблизительно 30 сут, кроме того, он увеличивается

за счёт наличия оборотного скрапа).

В настоящее время на Кольской ГМК, единственном отечественном предприятии,

выпускающем товарный никель высокой чистоты, начался переход от технологии рафи-

нирования черновых никелевых анодов к гидрометаллургической технологии рафиниро-

вания восстановленного никелевого порошка (ПНТП).

Эта технология предусматривает получение товарного никеля электроэкстрак-

цией из хлоридных растворов. На первом этапе в качестве исходного сырья предусмат-

ривается использование ПНТП. В дальнейшей перспективе представляется целесооб-

разным использование в качестве обособленного сырья металлизированной фракции

от разделения файнштейна и далее никелевого концентрата от разделения файн-

штейна. Замена ПНТП никелевым концентратом позволит полностью ликвидировать пе-

ределы окислительного и восстановительного обжига, что позволит существенно сокра-

тить в том числе потери ценных компонентов, трудозатраты, энергозатраты и эмиссию

вредных веществ.

Организационно производство электролитного никеля включает в себя три основ-

ных отделения: электролизное, гидрометаллургическое (ГМО) и отделение готовой про-

дукции.

Процесс перехода на новую технологию осуществляется постепенным переводом

действующих электрорафинировочных ванн на технологию электроэкстракции. С учё-

том одновременной эксплуатации электрорафинирования черновых никелевых анодов

и рафинирования ПНТП в технологической цепочке используется основное технологи-

ческое оборудование электролизного отделения рафинирования черновых никелевых

анодов. Также, в соответствии с проектом реконструкции никелевого производства, уста-

навливается новое технологическое оборудование.

В настоящем разделе описаны обе технологии.

Технология рафинирования черновых анодов

Наряду с металлическим никелем черновые аноды содержат первые проценты

основных примесей: железа и меди, кобальта и доли процента серы. Кроме того, в чер-

новых анодах содержится широкий спектр различных микропримесей, включая драго-

ценные металлы. Рафинирование черновых никелевых анодов осуществляется в элек-

тролизных ваннах (электролизёрах ящичного типа) с разделением катодного и анодного

пространств проточной тканевой диафрагмой. При этом используется сульфат-хлорид-

ный никелевый электролит. Катоды внутри ванн помещены в диафрагменные ячейки,

а аноды находятся в общем анодном пространстве. За счёт прохождения постоянного

тока на анодах происходит растворение никеля и примесей с получением загрязнённого

никелевого раствора - анолита. На катодах в эквивалентном пропущенному току коли-

честве осаждается чистый катодный никель. В каждую катодную ячейку непрерывно по-

даётся очищенный от примесей никелевый раствор - католит. За счёт его подачи уро-

вень раствора в катодных ячейках превышает уровень в анодном пространстве. Католит

просачивается через поры диафрагмы в анодное пространство ванны, препятствуя по-

паданию в катодное пространство примесей из анолита. После прохождения через диа-

фрагму католит объединяется с анолитом и самотёком удаляется из ванны на очистку.

Часть анодных примесей не растворяется и преимущественно осаждается в донной ча-

сти анодного пространства ванны. Часть нерастворённых примесей формирует на по-

верхности анода нерастворимый шлам, в котором, в частности, концентрируются драго-

ценные металлы.

Осаждение товарного никеля осуществляется на никелевые основы, которые про-

изводятся в отдельных электролизных ваннах путём катодного осаждения никеля на ти-

тановые матрицы. Такие ванны, в отличие от ванн производства товарного никеля, назы-

ваются матричными. Срок наращивания основ составляет 12-24 ч. Катоды с осаждён-

ными на них основами выгружаются, промываются, основы сдираются и правятся. К ним

контактной сваркой привариваются вырезанные из основ ушки. Никелевые основы с при-

варенными ушками загружаются в товарные ванны для наращивания на них товарных

никелевых катодов. Срок наращивания товарных катодов (катодная кампания) состав-

ляет 3-4 сут. По завершении катодной кампании товарные катоды выгружаются, промы-

ваются и передаются в дальнейшую обработку, включающую взвешивание, пробоотбор,

резку, сортировку (разбраковку), фасовку (упаковку) первичного никеля для отправки

партиями на склад готовой продукции. По завершении анодной кампании осуществля-

ется чистка ванн. Перед чисткой ванны шунтируются. Из ванн выгружаются анодный

скрап и катодные ячейки, ванны опорожняются и очищаются от шлама, который отправ-

ляют на переделы производства драгоценных металлов. Не растворившаяся часть ано-

дов из ванн - скрап - после промывки от шлама направляется на анодную плавку. Анод-

ная осыпь направляется на хлорное выщелачивание либо на анодную плавку. После

чистки в ванны устанавливаются новые аноды и катодные ячейки, ванна заполняется

католитом и цикл рафинирования повторяется.

Загрязнённый примесями анолит из ванн очищается от примесей гидрометаллур-

гическими способами, включающими в себя последовательное удаление железа путём

его окисления воздухом в присутствии основного карбоната никеля в качестве нейтра-

лизатора, меди - цементационным осаждением на ПНТП и кобальта, который окисляют

хлором в присутствии нейтрализатора - основного карбоната никеля.

После корректировки кислотности очищенный от кобальта раствор в качестве ка-

толита подаётся в ванны рафинирования. Первичный железистый кек репульпируется

для удаления из него никеля и получения отвального гидратного железистого кека.

Кобальтовый кек также репульпируется для удаления присутствующего в нём ни-

келя и после фильтрования направляется на производство катодного кобальта.

Содержащая никель и иные примеси цементная медь передаётся в производство

меди. Дефицит водорастворимого никеля восполняется хлорированием ПНТП. Основ-

ной карбонат никеля для очистки от примесей получают на карбонатном переделе с ис-

пользованием бедных никелевых растворов от репульпации первичных кеков примесей.

Осаждение карбоната осуществляется раствором кальцинированной соды. В производ-

ство вовлекаются никельсодержащие растворы и иные полупродукты смежных медного

и кобальтового производств, а также продукты участка переработки шламов. На репуль-

пациях и для регулирования кислотности по операциям очисток используется серная

100

кислота смежного сернокислотного производства, производимая как попутный продукт

из газов пирометаллургических производств.

При производстве нейтрализатора (карбоната никеля) образуются солевые стоки,

которые перерабатываются на выпарной установке с получением товарных солей (суль-

фат и хлорид натрия) (табл. 2.24).

Таблица 2.24 - Основное технологическое оборудование цеха электролиза никеля

Наименование оборудования

Назначение

Характеристика

Электролизное отделение

Полимербетонные ванны, 51-

Ванны электролизные

Получение катодного ни-

51 анодов, 49-50 катодов, с ра-

рафинирования

келя

бочей поверхностью 935 × 1085

Ванны электролизные

Получение катодного ни-

Полимербетонные ванны, 61

рафинирования

келя

анод, 60 катодов

Мостовые краны

Q = 10 т, Н = 13 м , L = 21 м

Спецкраны

Обслуживание ванн

Q = 3,2/30 т, L = 10,5 м

Гильотинные и дисковые нож-

Резка основ на уши, резка

ницы

заготовок основ

Машины точечной сварки

Приварка ушей

МТ-1222 (МТ-2202)

Гидрометаллургическое отделение

Сборники католита и ано-

Баковое оборудование

Ёмкость - до 400 м³

лита

Аппараты с пневматическим

Реакционное оборудова-

Ёмкость - до 170 м³

перемешиванием (пачуки)

ние

Аппараты с механическим пе-

Репульпация осадков,

ремешиванием, с коническим

проведение технологиче-

Ёмкость - до 20 м³

и плоским днищем

ских процессов

Аппараты с перемешиванием

Очистка анолита от при-

в псевдоожиженном слое

Ёмкость - до 90 м³

месей

(цементаторы)

Объем фильтра:

ПАР-80 - 11 м³;

ПКФ 80 - 11,4 м³;

Разделение жидкого и

ПКФ40 - 6,0 м³;

Патронные фильтры

твёрдого

Поверхность фильтрования:

ПАР-80 - 80 м²;

ПКФ80 - 80 м²;

ПКФ40 - 40 м²

Поверхность фильтрования:

Разделение жидкого и

Дисковые вакуумные фильтры

68 м²;

твёрдого

Разрежение: (-0,25) - (-0,5) МПа

Разделение жидкого и

Поверхность фильтрования:

Фильтр-прессы рамные

твёрдого

до 50 м²

Газоочиститель пенный

Очистка воздуха от хлора

Производительность: 18000 м³/ч

Разделение жидкого и

Гидроциклон

твёрдого

101

Окончание таблицы 2.24

Наименование оборудования

Назначение

Характеристика

Сгуститель одноярусный, с

Разделение жидкого и

Диаметр - 9 м

центральным приводом

твёрдого

Двухспиральные классифика-

Разделение жидкого и

Диаметр спиралей - 280 мм,

торы

твёрдого

шаг спиралей - 300 мм

Передел дегазации анолита и компримирования анодного газа

H = 7,0 м;

Удаление хлор-газа из

Вакуумный дегазатор

Диаметр - 1,95 м;

анолита

Разрежение - (-0,8) бар

H = 2,0 м;

Сборник дегазированного

Улавливающий бак

Диаметр - 1,6 м;

анолита

Разрежение - (-0,05) бар

Мощность:

Удаление влаги из хлор-

Конденсатор

3,5 МВт;

газа

0,4 МВт

Производительность -

Транспортирование хлор-

Компрессор

2520 Ам³/ч;

газа

Давление выпуска - 1,5 бар

Отделение хлора от рабо-

L = 4,0 м; диаметр 1,8 м; давле-

Сепаратор

чей жидкости

ние 1,5 бар

Участок утилизации солевых стоков

Выпаривание солевых

Поверхность теплообмена -

Выпарные аппараты

растворов

650 м²

Отделение готовой продукции

Транспортировка готовой

Мостовые краны

Q = 5/20 т

продукции

Аккумуляторные погрузчики,

Транспортировка готовой

электрические моторные те-

Q = 10 т

продукции

лежки

Гильотинные ножницы криво-

шипные, линии автоматиче-

Резка катодов

ской резки

Приспособления для фасовки

Упаковка катодов

и упаковки товарного никеля

Технология рафинирования ПНТП

Исходным сырьём процессов гидрометаллургического рафинирования в произ-

водстве электролитного никеля в КГМК является восстановленный порошок трубчатых

печей ПНТП.

По химическому составу ПНТП близок к черновым никелевым анодам, однако со-

держит значительное количество кремния, кальция, магния и алюминия, поступающих

в процесс с зольной составляющей угля, используемого на операции восстановления.

Технология переработки ПНТП включает в себя три основных блока: хлорное рас-

творение в обеднённом никелевом растворе, очистку от примесей и электроэкстракцию

никеля.

102

Основным отличием процесса электроэкстракции от электрорафинирования чер-

новых анодов является то, что в процессе используются нерастворимые аноды, и ни-

кель, осаждающийся из раствора под действием тока на катоды, не восполняется в элек-

тролите за счёт растворения никеля из анодов. Таким образом, в раствор не переходят

и соответствующие примеси.

Хлорное выщелачивание ПНТП в обеднённом по никелю растворе после электро-

экстракции осуществляется в аппаратах с псевдоожижением - цементаторах. В про-

цессе хлорного растворения в жидкую часть пульпы извлекаются никель и основные

примеси, при этом сульфидная сера и драгоценные металлы коллектируются в нерас-

творимом остатке, который направляется в производство драгоценных металлов. Рас-

твор после хлорного растворения очищают от основной части поступающей с ПНТП

меди на операциях предварительной и дополнительной медеочистки в цементаторах.

Цементная медь передаётся в производство меди.

Далее обогащённый никелем раствор хлорного выщелачивания очищается от

примесей совместно с анолитом от рафинирования черновых анодов. Поскольку в рас-

творах после хлорного выщелачивания содержание железа более высокое (сравни-

тельно с черновыми никелевыми анодами), в качестве окислителя в процессе железо-

очистки используют кислородо-воздушную смесь с содержанием кислорода до 40 %).

В связи с повышенным содержанием в ПНТП цинка (сравнительно с черновыми никеле-

выми анодами) раствор после железоочистки подвергается экстракционной очистке от

цинка. После очистки от остаточной меди (цементацией) и кобальтоочистки (операции

описаны выше) раствор передаётся в электролизные ванны.

В качестве нейтрализатора в процессах железо- и кобальтоочистки, как и ранее,

используют основной карбонат никеля.

Очищенный от примесей богатый никелем продукционный раствор в качестве ка-

толита поступает в ванны электроэкстракции.

Электроэкстракция никеля осуществляется в полимербетонных электролизных

ваннах с разделением катодного и анодного пространств проточной тканевой диафраг-

мой. Конструкция и расположение электродов внутри ванн электроэкстракции, а также

обвязка этих ванн по растворам принципиально отличается от ванн электрорафиниро-

вания.

В каждой ванне 61 стационарный нерастворимый титановый анод с активным по-

крытием типа ОРТА и 60 катодов, рабочей поверхностью 935 × 1340 мм. Вдоль борта

ванны проходит коллектор для совместной эвакуации анолита и хлора. Сохраняется по-

парная группировка ванн в блоки с последовательным подключением ванн по току в се-

рии. Максимальная токовая нагрузка - до 35 кА.

Для электроэкстракции никеля используется общий с рафинировочными ваннами

никелевый электролит. Нерастворимые титановые аноды с активным покрытием типа

ОРТА помещены в оборудованные колпаками и работающие под разрежением диафраг-

менные ячейки, а катоды находятся в общем катодном пространстве ванны. За счёт про-

хождения постоянного тока на анодах выделяется хлор. На катодах в эквивалентном

пропущенному току количестве осаждается чистый катодный никель. Католит непре-

рывно подаётся в общее катодное пространство ванны.

103

Основным отличием процесса электроэкстракции от электрорафинирования чер-

новых анодов является то, что в процессе используются нерастворимые аноды, и ни-

кель, осаждающийся из раствора под действием тока на катоды, не восполняется в элек-

тролите за счёт растворения никеля из анодов. Таким образом, в раствор не переходят

и соответствующие примеси, вследствие чего часть раствора, выходящего из электро-

лизной ванны, поступает обратно на переделы электролиза без очистки от металлов-

примесей.

Часть обеднённого по никелю раствора из катодного пространства ванны (~10 %)

по переливу поступает на объединение с раствором после кобальтоочистки. Остальной

раствор через анодную диафрагму под действием разрежения просачивается в анодные

ячейки, препятствуя попаданию в катодное пространство хлора.

Из каждой анодной ячейки анолит совместно с анодным хлором эвакуируется за

счёт разрежения в бортовой коллектор ванны, где происходит разделение водной и га-

зовой фаз. Часть анолита, насыщенного хлором, поступает на хлорное выщелачивание

ПНТП, остальной анолит откачивается на передел дегазации и далее в электролизные

ванны. Хлор-газ из бортовых коллекторов по вакуумным линиям транспортируется на

операцию компримирования.

Дегазация анолита и компримирование анодных газов

На переделе компримирования хлора и дегазации анолита осуществляют сбор

хлор-газа из анодных ячеек ванн электроэкстракции, его сжатие и распределение хлора

на переделы хлорного выщелачивания ПНТП и кобальтоочистки никелевого раствора.

Компрессоры, установленные на переделе, обеспечивают необходимое разреже-

ние в анодных ячейках, бортовых коллекторах и хлоропроводе, а также необходимое

сжатие хлор-газа. На хлоропроводах установлены охлаждаемые водой ёмкости-конден-

саторы для осушки хлор-газа, поступающего на компримирование. Осушенный и сжатый

газ (давление 1,0-1,5 бар) собирают в ёмкость, откуда по системе хлоропроводов он до-

зируется на переделы гидрометаллургического отделения цеха электролиза никеля.

Анолит из бортовых коллекторов нагревают в теплообменниках и откачивают

насосами в вакуумные колонные дегазаторы. Разрежение в колоннах (-0,8-0,9 бар) со-

здаётся вакуум-насосами. Удаляющийся из кипящего анолита хлор-газ поступает на

компрессоры компримирования, анолит после вакуумного обесхлоривания откачивают

на электролизный передел, где после дополнительной химической дегазации (восста-

новление остаточного хлор-газа в электролите раствором сульфита натрия) его объеди-

няют с католитом, поступающим в электролизные ванны.

При рафинировании черновых никелевых анодов и ПНТП используются следую-

щие основные материалы и реагенты: кислота серная, хлор, сода кальцинированная,

борная кислота (будет исключена по завершении переходного этапа), ткани диафраг-

менная (хлопколавсановая) и фильтровальные (лавсановая, полипропиленовая и сме-

совые).

При производстве катодного никеля основными вредными веществами, выбрасы-

ваемыми в атмосферу, являются никель (в том числе в водорастворимой форме), сер-

ная кислота в виде аэрозолей, а также хлор. Удаление аэрозолей осуществляется через

104

аэрационные фонари и систему вытяжной вентиляции электролизного отделения

(табл. 2.25).

Удаление паровоздушной хлорсодержащей смеси производится с помощью аспи-

рационных систем из ёмкостного оборудования с последующей очисткой в пенных аппа-

ратах.

Таблица 2.25 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве нике-

левых катодов

Производственный

Наименование

Единица

Значение

процесс

загрязняющего вещества

измерения

Получение электро-

кг/т никеля элек-

Серная кислота

0,0106

литного никеля мето-

тролитного

дом электролиза рас-

Никель и его соединения

кг/т никеля элек-

творимых никелевых

0,061

(в пересчете на никель)

тролитного

анодов

Получение электро-

литного никеля мето-

кг/т никеля элек-

Серная кислота

0,004

дом электроэкстрак-

тролитного

ции из НПТП

Никель и его соединения

кг/т никеля элек-

0,017

(в пересчете на никель)

тролитного

Очистка анолита от

кг/т никеля элек-

Хлор

0,095

кобальта

тролитного

В качестве основных отходов производства образуются очищенные от цветных

металлов сульфат-хлоридные сливы карбонатного передела и отвальный железистый

кек.

Сточные воды образуются в результате получения карбоната никеля и вслед-

ствие использования на очистных операциях основных реагентов - серной кислоты,

соды каустической и хлора.

В настоящее время внедрена новая технология утилизации солевых стоков. Про-

цесс утилизации заключается в выпаривании солевого стока с селективным получением

солей сульфата и хлорида натрия. Полученный при выпарке конденсат утилизируется

на технологических переделах АО «Кольская ГМК», соли являются товарными продук-

тами технологии.

Твёрдые отходы передела получения товарного электролитного никеля образу-

ются в процессе эксплуатации электролизных ванн и очистки никелевого анолита от же-

леза. Железистый кек, отходы диафрагменных тканей и кек отстойников складируют сов-

местно как один отвальный продукт 4-го класса опасности. Выход железистого кека

(сух вес) составляет 0,10-0,15 т/т электролитного никеля, его влажность - 40-60 %.

105

2.1.2.5. Технология производства карбонильного никеля

Сырьём для карбонильного производства служат никелевые гранулы, выплавля-

емые из продуктов обжигового отделения и собственных оборотов ЭПО РЦ, а также раз-

личных видов привозных металлосодержащих материалов других цехов в рафинировоч-

ном цехе.

Физико-химические показатели гранул никелевых в соответствии с ТУ 1732-052-

48200234-2015 «Гранулы никелевые»: никель - не менее 85,0 %, медь - не более 5,0 %,

железо - не более 4,0 %; сера - 1,5-3,0 %; углерод - не более 0,1 %; содержание

влаги - не более 0,5 %; насыпная плотность - не менее 3,6 т/м³; крупность - не более

75 мм.

Основными переделами процесса являются передел газификации пекового кокса,

синтеза, ректификации и разложения тетракарбонила никеля.

Передел газификации предназначен для получения оксида углерода газифика-

цией пекового кокса в газогенераторе. Полученный оксид углерода очищают от пыли во-

дой в пенном аппарате и в скрубберах, при этом коксовая пыль смывается водой в во-

дяные баки.

Передел синтеза предназначен для получения тетракарбонила никеля (ТКН), осу-

ществляющийся при взаимодействии твёрдых никельсодержащих материалов с окси-

дом углерода при высоких давлении и температуре.

Передел синтеза ТКН состоит из технологических секций, где расположены уста-

новки синтеза, коридор разводки трубопроводов, помещения пароперегревателя, камер

приточной, вытяжной и аварийной вентиляции, узла производственного водоснабжения,

пульта управления, административных и бытовых помещений, понизительной подстан-

ции с пультом управления, помещений РП и ремонтных мастерских.

В состав установки синтеза входят реакционные колонны, подогреватели реакци-

онного газа, пылевой фильтр, холодильник-конденсатор, сборник-отделитель и кон-

трольный сборник - отделитель сырого ТКН, сборник - разрядник сырого ТКН и фильтры

для отделения масла и влаги (маслоловушки). Циркуляция реакционного газа в процессе

синтеза ТКН осуществляется циркуляционным компрессором, расположенным на пере-

деле газовых компрессоров.

После окончания загрузки сырья в колонны и закрытия верхних затворов система

трубопроводов и аппаратов установки синтеза ТКН опрессовывается азотом, затем по-

сле полного сброса давления промывочного газа включаются в работу циркуляционный

компрессор и подогреватель газа. Подогретый реакционный газ (оксид углерода) пода-

ётся в нижнюю часть колонны, проходит через слой сырья и извлекает из него никель

в виде карбонила никеля. Кроме карбонила никеля, в процессе синтеза происходит об-

разование карбонилов железа и кобальта.

Для восполнения убыли оксида углерода, который расходуется на образование

карбонилов и частично растворяется в жидком карбониле, система непрерывно или пе-

риодически подпитывается «свежим» газом из ресиверов высокого давления.

Выходящий из колонн реакционный газ, содержащий пары карбонилов, проходит

через выносной пылевой фильтр и направляется в холодильник-конденсатор (аппарат

106

типа «труба в трубе»), где за счёт снижения температуры газа до 10-40°C происходит

конденсация паров карбонилов. Конденсат отделяется от газа в системе сборников-

отделителей, которые представляют собой горизонтальные цилиндрические аппараты

высокого давления.

Реакционный газ из сборника-отделителя через маслоловушку направляется

в циркуляционный компрессор, из которого подаётся в подогреватели и поступает вновь

в колонны синтеза.

В сырой карбонил извлекается до 96-97 % никеля, до 15 % кобальта, до 70 % же-

леза. Практически вся медь, сера и благородные металлы остаются в остатках синтеза,

которые затем направляются на обжиг в трубчатой печи для полной дегазации и суль-

фатизирующего обжига остатков синтеза, обеспечивающего подготовку материала к пе-

реработке в цикле основного производства.

Передел ректификации предназначен для производства дистиллята тетракарбо-

нила никеля, получаемого путём отгонки его из смеси нагретых карбонилов никеля, же-

леза и кобальта, с последующей термической обработкой кубовых остатков с образова-

нием остатков дожигания.

При нагревании исходного продукта в кубе карбонил никеля полностью испаря-

ется, карбонил железа испаряется частично и в основном остаётся в кубе. В процессе

ректификации поднимающиеся в колонне пары постепенно обогащаются низкокипящим

компонентом смеси, а стекающая вниз жидкость - высококипящим компонентом.

Пар, выходящий из верхней части ректификационной колонны, представляет со-

бой чистый легколетучий компонент смеси, конденсация которого даёт готовый про-

дукт - дистиллят, основная часть которого направляется в соответствующие сборники

для производства готовой продукции, а другая часть в виде флегмы остаётся в ректифи-

кационной колонне. Из нижней части куба отбирается продукт, богатый высококипящим

компонентом, который является кубовым остатком, и дополнительно перегоняется в ко-

лоннах II ректификации.

Установки ректификации размещены в помещениях четырёх технологических сек-

ций, в том числе четыре установки I ректификации, две установки II ректификации, про-

межуточные аппараты, сборники и ёмкости. Все аппараты соединены с газгольдерами

оксида углерода уравнительными трубопроводами.

Очищенные пары карбонила никеля конденсируются и охлаждаются в дефлегма-

торе (трубчатый теплообменник, охлаждаемый проточной холодной водой). Пары,

не успевшие сконденсироваться в дефлегматоре, попадают в конденсатор остаточного

газа, где происходит их окончательная конденсация. Часть конденсата направляется

в колонну на орошение насадки (флегма), остальная часть (дистиллят) выводится из ко-

лонны в сборники, из которых давлением оксида углерода передавливается в напорные

баки отделения разложения, ОПУ дроби и спецпорошков.

Кубовые остатки первой ректификации направляются в сборник, из которого по-

даются на дополнительную перегонку в колонны II ректификации. Дистиллят II ректифи-

кации направляют в сборники I ректификации на повторную очистку.

107

Кубовые остатки II ректификации направляют в сборник, из которого их передав-

ливают в промежуточный аппарат и далее, самотёком, продукт поступает на термиче-

скую дегазацию в печь дожигания № 1.

Передел разложения тетракарбонила никеля предназначен для производства

карбонильных никелевых порошков и карбонильной никелевой дроби путём термиче-

ского разложения тетракарбонила никеля.

Выделившийся при разложении карбонила никеля оксид углерода направляется

из разложителя на очистку от никелевого порошка, а затем направляется в газгольдеры

оборотного газа.

Передел разложения состоит из пяти технологических секций, разделённых по го-

ризонтали перекрытиями на три уровня. В каждой секции расположены четыре уста-

новки разложения, связанные через общий коллектор парообразного ТКН с башней, где

установлены два напорных бака, два испарителя, буферная ёмкость, две газодувки

и система обогрева испарителя.

Получение никелевых порошков с комплексом заданных физико-технологических

свойств обеспечивается ведением процесса разложения паров ТКН при различных темпе-

ратурных режимах и различных количествах подачи паров ТКН в реторту разложителя.

Карбонильная никелевая дробь (ДНК) является одним из наиболее чистых про-

дуктов никелевого производства. Благодаря исключительно низкому содержанию легко-

плавких примесей ДНК используется для выплавки специальных жаропрочных сталей и

сплавов для атомной и авиационной промышленностей.

Наращивание дроби осуществляют термическим разложением паров карбонила ни-

келя на нагретой поверхности непрерывно циркулирующей исходной загрузки, составлен-

ной из дроби разных фракций размерами от -1 до +10 мм. Постоянно работающий верти-

кальный ковшовый элеватор забирает дробь внизу на выходе из аппарата и поднимает её

наверх, где она разгружается из ковшей и вновь поступает в аппарат на укрупнение.

Качество карбонильной никелевой продукции определяется требованиями ГОСТ

9722-97 и СТО 00201365-01-2006 и гарантируется соблюдением технологических пара-

метров на всех переделах.

Выпуск конкретных марок карбонильной продукции не зависит от причин, связан-

ных с технологией, и определяется плановым заданием.

Выбросы загрязняющих веществ при производстве тетракарбонила никеля приве-

дены в таблице 2.26.

108

Таблица 2.26 - Выбросы загрязняющих веществ при производстве тетракарбонила ни-

келя

Наименование

Производственный

Единица

загрязняющего

Значение

процесс

измерения

вещества

Получение тетракар-

бонила никеля в ап-

Тетракарбонил

кг/т никеля

0,054

паратах

высокого

никеля

давления (до 20 МПа)

2.2. Технологии производства никеля из окисленных руд

Плавкой окисленных никелевых руд в России занимались три уральских предприятия:

комбинаты Южуралникель и Уфалейникель, а также Режский никелевый завод (см. ниже).

Производственные мощности комбината Южуралникель (с 2001 года комбинат

входит в ОАО «Мечел») были законсервированы в декабре 2012 года и выставлены на

продажу, но покупателя пока не нашлось. Мощности могут быть перезапущены в случае

кардинального изменения ситуации на рынке никеля и роста цен на металл.

Производство на Уфалейникеле остановлено в 2017 году, в 2019 году предприя-

тие проходит процедуру банкротства, осуществляется распродажа имущества.

Производство на Режском заводе также остановлено в 2017 году.

Все три предприятия находились на значительном удалении (200-500 км) от дей-

ствующих рудников: комбинат Южуралникель - в г. Орске (Оренбургская обл.), Режский

никелевый завод - в г. Реже (Свердловская обл.), комбинат Уфалейникель - в г. Верх-

ний Уфалей (Челябинская обл.).

На всех трёх предприятиях применялась шахтная плавка агломерированной руды

на штейн.

Сырьём для комбината Южуралникель являлась окисленная руда Буруктальского

и Сахаринского месторождений. Буруктальский рудник расположен рядом с г. Светлый

в Оренбургской области, рядом с границей с Казахстаном и в 230 км к востоку от Орска.

Сахаринский рудник расположен в Челябинской области - в 10-15 км от пос. Субутак и

примерно в 375 км от Орска. Руду с обоих рудников по железной дороге перевозили в

Орск. Примерный состав руд приведён в табл. 2.27.

109

Таблица 2.27 - Примерный химический состав Буруктальской и Сахаринской руды

Feобщ

MgO

CaO

SiO2

Al2O3

Cr2O3

Буруктальская

1,02

0,115

23,1

11,8

0,8

41,5

3,5

1,7

Сахаринская

1,09

0,055

20,6

10,5

0,7

41,4

5,0

1,9

На переработку поступала смесь руд двух месторождений (примерно в соотноше-

нии 1:1-2:1). Руду сушили и агломерировали. Агломерат имеет примерный состав,

%: Ni 1,15-1,20; Co 0,08-0,1; Feобщ 22,5-24,5; SiO2 45-48; MgO 12--13; CaO 0,7-1,2;

Al2O3 4-5; C 0,5-2,0. Этот агломерат в смеси с коксом, сульфидизатором (железным кол-

чеданом) и флюсом (известняком) плавят в шахтной печи на штейн. Штейн шахтных пе-

чей продувается в конвертерах до файнштейна, содержащего 78-79,5 % никеля;

0,3-0,5 % кобальта; 0,2-0,3 % железа; 0,8-2,5 % меди и 17-19 % серы. Фанштейн дро-

бится, измельчается и обжигается в две стадии.

Первая стадия осуществляется в печах КС при температуре 900-950°С, при этом

обеспечивается снижение содержания серы до 1,0-1,5 %. Полученный огарок полностью

или частично подвергают хлорирующему обжигу для очистки от меди. С этой целью ога-

рок печей КС в горячем состоянии смешивают с 10-15 % сильвинита и обжигают при тем-

пературе 700-750°С. Образующиеся при этом хлориды и сульфаты меди хорошо выще-

лачиваются горячим (70-80°С) слабым раствором серной кислоты. Выщелоченный огарок

вместе с газоходной пылью, пылью электрофильтров и другими оборотными материа-

лами поступает на вторую стадию окислительного обжига в трубчатой вращающейся печи

(750-800°С в хвостовой части, куда идёт загрузка, и 1250-1300°С в головной - в месте

выгрузки) с целью получения закиси никеля, содержащей не более 0,02 % серы.

Полученная в результате двойного обжига закись никеля может быть восстанов-

лена до металла в дуговых электропечах с восстановителем (нефтяной или пековый

кокс). В последнее время в электропечь загружали железные отходы, поэтому получали

не огневой никель, как раньше, а так называемый «маложелезистый ферроникель», со-

держащий более 85 % никеля и 4-12 % железа, что, заметим, снижает требования по

содержанию кобальта (максимальное содержание кобальта в огневом никеле

по ГОСТ 849-2008 - 0,7 %, а в маложелезистом ферроникеле - до 3 %).

Режский никелевый завод был построен в 1936 году для переработки соседних

месторождений окисленных руд, ресурсы которых были полностью исчерпаны к

1994 году.

Основное производство завода перед остановкой в 2017 году - плавка в трёх

шахтных печах никелевой руды Серовского рудника с получением никелевого штейна,

который отправлялся на «Уфалейникель». Мощности Режского никелевого завода поз-

воляли перерабатывать до 700 тысяч т руды в год. За счёт ряда технических мероприя-

тий и налаживания снабжения завода рудой выпуск штейна мог составлять примерно до

≈ 7 тыс. т никеля в штейне в год.

Кроме того, завод располагал электротермическим цехом, в котором перерабаты-

вались отработанные железоникелевые аккумуляторы и другие никельсодержащие

ломы и отходы с выпуском гранулированного ферроникеля и других сплавов на железо-

никелевой основе. В 2005 году электротермический цех освоил выпуск никеля Н-3 из за-

киси никеля «Уфалейникеля».

110

Мощности комбината Уфалейникель составляли около 15 тыс. т/г никеля. Произ-

водство никеля было основано на шахтной плавке предварительно подсушенной окис-

ленной никелевой руды. В качестве серусодержащего агента использовался колчедан.

Полученный отвальный шлак гранулируется и выводится в отвал, газы очищаются

от пыли и выбрасываются в атмосферу. Штейн поступает на конвертирование, куда

также добавляются в качестве холодных присадок металлоотходы, штейн Режского за-

вода, в качестве флюса - кварц. Полученные газы от конвертеров очищаются от пыли в

электрофильтре.

Файнштейн (78 % никеля) разливается в песчаные изложницы. Затем файнштейн

дробится, мелется и поступает вместе с оборотной пылью в печь кипящего слоя (КС)

для выжигания серы. Огарок далее подвергается хлорированию сильвинитом (смесь

натриевой и калиевой солей), хлорированный огарок выщелачивается на перколяторе

для максимального перевода меди и кобальта в раствор с получением маломедистого

твёрдого остатка (не более 0,05 % кислотнорастворимой меди). Фильтрат направляется

на гидрометаллургическое извлечение никеля, кобальта и меди.

Твёрдый остаток далее подвергается второму обжигу в трубчатых печах до пол-

ного удаления серы. Полученная закись никеля (76 % никеля) является товарной про-

дукцией или идёт на электроплавку (на Режском заводе) с получением гранулированного

никеля. При электроплавке в качестве восстановителя используется нефтекоксик.

Товарной продукцией является никель марки Н-3 (Ni+Co не менее 98,6 %) и закись

никеля (Ni+Co не менее 76 %).

Перечень основного технологического оборудования приведён в табл. 2.28, вы-

бросы вредных веществ в атмосферу - в табл. 2.29.

Таблица 2.28 - Основное оборудование

Наименование

Назначение

Технологические характеристики

оборудования

Сушильный ба-

Прямоточный, топливо - газ или мазут, регулируемая

Сушка руды

рабан

скорость вращения

Площадь сеч. в обл. фурм - 20 м², число фурм - 28,

диаметр фурм - 273 мм, производительность - 25-

35 т/м²·сут, топливо - кокс металлургический, воз-

Шахтная печь

Плавка на штейн

душное дутьё - 55000-75000 нм³/ч, число газоотво-

дящих труб - 4, диаметр газоотводящих труб -

1812 мм

Вместимость по файнштейну -- 3,6м³ (30 т), количе-

ство фурм - 16-18 шт., диаметр фурм - 50 мм, пло-

Горизонталь-

Конвертирование

щадь сечения фурм - 294,37 см², расход воздуха -

ный конвертор

штейна

120 м³/мин, давление дутья - 0,7-0,9 атм., расход

электроэнергии - 50 кВт на 1 т файнштейна

Тип печи - цилиндрическая с раструбом вверху, вы-

сота печи - 9900 мм, расход воздуха - 3500-

Печь кипящего

Окислительный

5000 м³/ч, удельная производительность - 5-

слоя

обжиг файнштейна

7,3 т/м²·в сутки, давление воздуха под слоем - 0,25-

0,4 атм., производительность - 65 т/сутки

111

Окончание таблицы 2.28

Наименование

Назначение

Технологические характеристики

оборудования

Сульфатохлориру-

Тип - вращающийся, трубчатый, длина - 12500-

Трубчатый ре-

ющий обжиг файн-

14000 мм, диаметр - 2000-2200 мм, длина реакцион-

актор

штейна

ной зоны - 10,5 м

Обезмеживание -

Тип - механический, вакуумный, опрокидывающийся,

сернокислотное

номинальная вместимость - 1950-2600 кг, фильтрую-

Нутч-фильтры

выщелачивание

щая поверхность - 4 м², разрежение - до 80 Па,

хлорированного

объём заливаемого раствора - 1,5-2,0 м³

огарка

Тип - трубчатая, вращающаяся, частота вращения -

2 стадия обжига

1,2-1,5 об/мин, топка - откатная трубчатого типа, топ-

(обжиг твёрдого

Трубчатая печь

ливо - газ, расход природного газа - 250-350 м³, рас-

остатка и оборот-

ход воздуха 1600 - 1950 м³/ч, электродвигатель - АО

ных материалов)

2-52-6, 7,5 кВт, 1000 об/мин.

Мощность трансформаторов - 3000 кВА, номиналь-

ный линейный ток с высокой стороны - 288 А, номи-

Электроплавка за-

нальное линейное напряжение с низкой стороны -

Электропечь

киси никеля

135 В, номинальный линейный ток с низкой сто-

роны - 12773 А, футеровка хромомагнезитовая или

периклазовая

Таблица 2.29 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Метод очистки,

Источники

Наименова-

Масса выбросов загрязняющих веществ

повторного

выбросов

ние

после очистки, г/т Ni

использования

Диоксид

5660

азота

Оксид азота

919,7

Кобальт

193,0

Шахтная

Скруббер, бат.

Никель

4825,1

плавка

циклон

Медь

97,1

Мышьяк

40,3

Пыль неорг.

664200

Серы диок-

4633000

сид

Диоксид

49,9

азота

Оксид азота

8,1

Кобальт

28,2

Конвертиро-

Никель

457,4

вание

Электрофильтр

Медь

14,1

штейна

Мышьяк

8,1

Пыль неорг.

6100

Серы диок-

594900

сид

112

Окончание таблицы 2.29

Метод очистки,

Источники

Наименова-

Масса выбросов загрязняющих веществ

повторного

выбросов

ние

после очистки, г/т Ni

использования

Диоксид

119,1

азота

Оксид азота

19,4

Окислитель-

Кобальт

6,4

ный и суль-

Никель

564,3

Электрофильтр

фат-хлориру-

Медь

60,8

ющий обжиг

Мышьяк

30,9

Пыль неорг.

3500*

Серы диок-

400000*

сид

Кобальт

0,5

Никель

21,1

Обжиг в труб-

Медь

130,7

чатой враща-

ЦБУ-6Т-2

Мышьяк

0,1

ющейся печи

Пыль неорг.

3500*

Серы диоксид

400000*

Кобальт

11,8

Никель

1942,8

Электро-

Циклоны

Медь

23,5

плавка

Пыль неорг.

1300

Серы диоксид

2000

* - общий выброс для печи КС и ТВП.

2.3. Технологии производства кобальта

В Советском Союзе существовал единственный кобальтовый комбинат - «Тува-

кобальт», перерабатывавший гидрометаллургическим способом до богатого концентр-

ата местные бедные кобальтовые мышьяковистые рудные концентраты. В настоящее

время он закрыт. На остальных отечественных предприятиях в ходе комплексной пере-

работки никельсодержащих руд, в которых кобальт присутствует в подчинённом количе-

стве, производился огневой кобальт либо оксид кобальта. Технология производства ог-

невого кобальта устарела и не имела действующих мировых аналогов.

С закрытием Никелевого завода ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель» производ-

ство огневого кобальта в России прекращено.

При производстве никеля из кобальтсодержащих никелевых руд сырьё для произ-

водства кобальта выделяется в качестве полупродукта на рафинировочных операциях.

В частности, при традиционном рафинировании черновых никелевых анодов кобальт

выделяется в гидратный осадок в ходе очистки никелевого анолита. В настоящее время

в России только на Кольской ГМК действует технология производства металлического

электролитного кобальта. Сырьём для этого производства является пульпа первичного

кобальтового кека гидролитической очистки никелевых растворов. Технология преду-

113

сматривает производство катодного кобальта электроэкстракцией из хлоридных раство-

ров и находится на стадии промышленного освоения. Организационно кобальтовое про-

изводство является отделением цеха электролиза никеля.

Готовой продукцией кобальтового производства является электролитный (катод-

ный) кобальт, который должен соответствовать ТУ 24.45.30-231-48200234 «Кобальт

электролитный. Технические условия».

Предусматривается выпуск четырёх марок кобальта, различающихся по виду из-

готовления и химическому составу, согласно табл. 2.30.

Таблица 2.30 - Химический состав электролитного кобальта согласно ТУ 24.45.30-231-

48200234 «Кобальт электролитный. Технические условия»

Массовая доля, %

Элемент

NORILSK PRIME

NORILSK I

NORILSK II

NORILSK III

Co, не менее

99,95

99,90

99,80

99,30

Примеси,

не более

0,02

0,05

0,3

0,003

0,005

0,01

0,03

0,0015

0,005

0,01

0,03

0,0001

0,0003

0,001

0,002

0,0002

0,0005

0,0002

0,0005

0,001

0,002

0,00003

0,0001

0,0004

0,00005

0,0001

0,0005

0,0001

0,0004

0,0002

0,0003

0,0005

0,0001

0,0004

0,002

0,0002

0,0003

0,001

0,0003

0,001

0,0002

0,0005

0,0003

0,001

0,004

0,005

0,004

0,01

0,02

0,03

0,002

0,005

0,0001

0,0005

0,01

0,02

0,03

0,0005

0,001

0,0003

0,0035

0,005

Примечания

1. Знак «-» в графах химического состава обозначает, что примесь не регламентирована.

2. Массовые доли селена, титана, серебра, теллура, таллия, молибдена, ванадия, бора, ин-

дия, галлия определяются по желанию потребителя, но не регламентируются.

Кобальт выпускают в виде катодных листов, пластин установленного размера, по-

лос произвольного размера, нарезанных из катодных листов толщиной от 1,5 до 10,0 мм,

114

и обрези. Размеры пластин и полос приведены в табл. 2.31. Основную массу готовой

продукции (марка NORILSK I) составляет кобальт в виде пластин размером 25 х 25 мм.

Таблица 2.31 - Размеры пластин и полос товарного кобальта согласно ТУ 24.45.30-231-

48200234-2017 «Кобальт электролитный. Технические условия»

Марка

Вид изготовления, толщина

Размер, мм

NORILSK PRIME

25±5 × 25±5

NORILSK I

Пластины (менее 3 мм)

50±10 × 50±10

NORILSK II

Пластины (от 3 до 10 мм)

100±10 × 100±10

NORILSK III

NORILSK PRIME

Полосы произвольного размера (ме-

Длина не более 200,

NORILSK I

нее 3 мм)

ширина не регламенти-

NORILSK II

Полосы произвольного размера

руется

NORILSK III

(от 3 до 10 мм)

NORILSK III

Обрезь (менее 10 мм)

Пульпа первичного кобальтового кека после водной отмывки и репульпации в обо-

ротном растворе выщелачивания (вскрытия) растворяется в солянокислом хлоридном

никельсодержащем растворе в присутствии восстановителя, в качестве которого

используются находящиеся в растворе в низшей форме окисленности поливалентные

ионы железа и меди. Для растворения используется привозная соляная кислота. После-

дующая регенерация восстановителя осуществляется за счёт восстановления ионов же-

леза и меди на сопряжённой с операцией растворения кобальта операции растворения

ПНТП. Одновременно за счёт цементационного осаждения на ПНТП обеспечивается

грубая очистка растворов от меди.

Далее экстракцией обеспечивается глубокая очистка полученного фильтрата от

меди и цинка. Примеси из полученного экстракта выделяются при их реэкстракции ре-

экстрактом примесей из цикла экстракции кобальта.

Никель-кобальтовый рафинат смешивается с рафинатом экстракции кобальта

и упаривается. Из упаренного раствора осуществляется основная, грубая экстракция ко-

бальта, и большая часть рафината возвращается на упаривание, а меньшая часть под-

вергается глубокой экстракции кобальта и далее передаётся на гидролитическую

очистку от железа и малых примесей. Полученный при глубокой экстракции кобальта

экстракт смешивается с оборотным экстрагентом и подаётся на основную экстракцию

кобальта. Из экстракта основной кобальтовой экстракции после промывки кобальтовым

раствором от электроэкстракции (католитом) реэкстрагируют кобальт с получением бо-

гатого кобальтового реэкстракта. Основное количество экстрагента после этого возвра-

щается в цикл экстракции, а из меньшей части, после дополнительной отмывки от ко-

бальта, реэкстракцией водой выделяют примеси меди, железа и цинка. Полученный ре-

экстракт примесей далее используется для реэкстракции меди.

На всех экстракционных операциях используется экстрагент на основе третичных

алкиламинов фракции С7-С9 в разбавителе из технической смеси ароматических

и насыщенных алифатических углеводородов с модификатором из алифатических спир-

тов фракции С8-С10.

115

В результате растворения ПНТП и очисток от примесей образуется ряд направля-

емых на переработку в гидрометаллургическое отделение производства рафинирован-

ного никеля кеков и растворов. В частности, из передаваемого в никелевое производство

никелевого рафината предварительно окислением хлором или гипохлоритом натрия в

присутствии основного карбоната никеля осаждают железо, свинец и марганец. Никеле-

вый раствор передаётся на передел кобальтоочистки ЦЭН, а кек очистки направляется

на передел репульпации железистых кеков ЦЭН. Таким образом, обеспечивается канал

вывода из сопряжённого никелевого производства в отвальный железистый кек про-

блемных микропримесей свинца и марганца.

Богатый кобальтовый реэкстракт после контрольной гидролитической очистки от

железа и микропримесей, где в качестве нейтрализатора используется основной карбо-

нат кобальта собственного производства, смешивается с частью отходящего из ванн

электроэкстракции кобальтового анолита и в качестве католита поступает в ванны элек-

троэкстракции.

Электроэкстракция кобальта осуществляется в аналогичных никелевому произ-

водству полимербетонных электролизных ваннах с разделением катодного и анодного

пространств проточной тканевой диафрагмой. При этом используется хлоридный элек-

тролит. Нерастворимые титановые аноды с активным покрытием типа ОРТА помещены

в оборудованные колпаками и работающие под разрежением диафрагменные ячейки,

а катоды находятся в общем катодном пространстве ванны. За счёт прохождения посто-

янного тока на анодах выделяется хлор. На катодах в эквивалентном пропущенному току

количестве с учётом пониженного выхода по току кобальта осаждается чистый катодный

кобальт. Осаждение товарного кобальта осуществляется на кобальтовые основы, кото-

рые наращиваются отдельно на титановых матрицах. Католит непрерывно подаётся

в общее катодное пространство ванны. Из каждой анодной ячейки анолит совместно

с анодным хлором эвакуируется за счёт разрежения в бортовой коллектор. Католит про-

сачивается через поры диафрагмы в анодные ячейки, препятствуя попаданию в катод-

ное пространство хлора. Анодный хлор-газ отделяется от анолита вне ванны в коллек-

торе и сепараторах и направляется в никелевое производство на очистку от кобальта

никелевого анолита. Анолит частично направляется на дегазацию и далее возвраща-

ется в цикл электроэкстракции вместе с переливом католита. Часть католита направля-

ется на передел экстракции кобальта.

По завершении катодной кампании товарные катоды выгружаются, промываются

и передаются в дальнейшую обработку, включающую взвешивание, пробоотбор, резку,

сортировку (разбраковку), фасовку (упаковку) товарного кобальта для отправки парти-

ями на склад готовой продукции.

Основное оборудование производства катодного кобальта включает в себя реак-

ционное, фильтровальное, экстракционное оборудование, электролизные ванны.

Основное реакционное оборудование: аппараты с пневматическим перемешива-

нием (пачуки) ёмкостью 170 м³, аппараты с механическим перемешиванием и плоским

или коническим днищем различного объёма (до 20 м³), аппараты с псевдоожижением

(цементаторы) ёмкостью 11 м³. Основное ёмкостное оборудование - баки (аппараты)

ёмкостью от 0,23 до 200 м³.

116

Фильтровальное оборудование: фильтры патронные ПКФ-40, дисковые вакуум-

фильтры ДТ68-2,5 и ДТ34-2,5, фильтр-прессы рамные ФРП-50-2П.

Экстракционное оборудование: экстракторы ящичные типа смеситель-отстойник

с площадью камер отстаивания 2,6 м² и аналогичные экстракторы с выносной камерой

смешения и площадью камер отстаивания 17,5 м².

Выпарная станция вакуумная, двухкорпусная с выносными теплообменниками

F = 37,6 и 48,5 м², кожухотрубным поверхностным конденсатором F = 37,9 м² и предва-

рительным пластинчатым нагревателем-теплообменником F = 10 м².

Транспортирующее оборудование. Центробежные насосы (станции) типа

АХН Q/H.21, ХМ-8/40.

Система компримирования хлора и хлорной безопасности компании ERG (Англия)

на базе водокольцевого компрессора хлора Q = 180 нм³/ч, Ризб = 0,15 МПа, N = 22 кВт.

Блоки сдвоенные ванн электролизных полимербетонных на 61 титановый анод с

покрытием типа ОРТА в диафрагменных ячейках с колпаками и 60 катодов, рабочей по-

верхностью 935 × 1340 мм. Вдоль борта ванны проходит коллектор для совместной эва-

куации анолита и хлора. По току ванны последовательно включены в серию с макси-

мальной токовой нагрузкой до 35 кА.

Подъёмно-транспортное оборудование включает мостовой кран (Q

10 т,

Н = 13 м, L = 21 м) и спецкран (Q = 3,2/30 т, L = 10,5 м) для обслуживания ванн. Обра-

ботка готовой продукции осуществляется на участке, выделенном в составе отделения

готовой продукции никелевого производства с использованием его оборудования.

Для снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух преду-

смотрено:

- установка герметичного, оснащённого аспирационными отсосами оборудования;

- общеобменная приточно-вытяжная вентиляция помещений в требуемых объёмах;

- оборудование аспирационных систем газоочистными установками, позволяю-

щими сократить выбросы на 98,0-99,97 %;

- аварийная вентиляция насосных помещений склада соляной кислоты с автома-

тическим включением в работу при превышении концентраций хлористого водорода;

- аварийная вентиляция части производственных помещений электролизного

участка с автоматическим включением в работу при превышении концентрации хлора с

очисткой хлорсодержащих газов.

Для очистки аспирационных отсосов от ёмкостного оборудования (с хлоридными

растворами металлов, с растворами соляной кислоты) устанавливается пенный газоочи-

ститель, орошаемый содовым раствором (степень очистки -

98,5 %). Прошедшие

очистку газы сбрасываются в атмосферу через вентсистему. Аспирационные газы

от оборудования, в котором возможно выделение хлора, направляются на очистку для

исключения возможных проскоков хлора в существующие пенные газоочистители (сте-

пень очистки - 98 %), где происходит их нейтрализация содовым раствором. Прошед-

шие очистку газы сбрасываются в атмосферу через существующую свечу.

117

Для аспирации экстракторов, насадочных колонн, ёмкостей с органической фазой

предусмотрены системы с естественной тягой с выбросом на свечу. Ввиду отсутствия

экономичных и эффективных систем улавливания паров предельных углеводородов

(компонентов экстрагента) для снижения выбросов в атмосферу и потерь дорогостоящих

реагентов предусмотрено водяное охлаждение секций аспирационных газоходов.

Технологической схемой электролизного участка предусмотрена установка двух

скрубберов для очистки (нейтрализации) хлорсодержащих газов: аспирационного и ава-

рийного, орошаемых щелочным раствором (15-20 %-ным раствором NaOH). Скрубберы

включены в комплектную поставку системы хлороудаления, дехлорирования анолита,

очистки хлорсодержащих газов. Расчётная степень очистки газов на скрубберах

(99,97 %) определена исходя из немецких нормативов по содержанию хлора в очищен-

ных сбросных газах - не более 3 мг/м³. На постоянно работающий аспирационный скруб-

бер поступают аспирационные отсосы от укрытий электролизных ванн, ванн регенера-

ции, ёмкостного и фильтровального оборудования электролизного участка, продувоч-

ные газы, а также «бедные» хлорсодержащие газы аварийной вентиляции из помеще-

ний.

Абгазы ёмкостей соляной кислоты направляются в аппарат-газоочиститель для

нейтрализации содовым раствором. Очищенные газы сбрасываются в атмосферу через

свечу.

Самостоятельные стоки кобальтового производства не образуются, поскольку все

полупродукты перерабатываются в ГМО никелевого производства (ЦЭН).

В таблице 2.32 приведены выбросы загрязняющих веществ при производстве

электролитного кобальта.

Таблица 2.32 - Выбросы загрязняющих веществ при производстве электролитного ко-

бальта

Наименование

Производственный

Единица

загрязняющего

Значение

процесс

измерения

вещества

Никеля растворимые

кг/т кобальта

0,07

соли

электролитного

Получение кобальта

кг/т кобальта

Кобальт дихлорид

0,058

электролитного ме-

электролитного

тодом электроэкс-

кг/т кобальта

Хлор

10,6

тракции из раствора

электролитного

кг/т кобальта

Соляная кислота

1,84

электролитного

118

Раздел 3. Определение наилучших доступных технологий

Термин «наилучшие доступные технологии» определён в Федеральном законе

«Об охране окружающей среды» № 7-ФЗ [1].

Под технологией понимается как используемая технология, так и способ, с по-

мощью которого объект спроектирован, построен, эксплуатируется и выводится из экс-

плуатации; это не только и не столько технология производства, но и различные техни-

ческие и нетехнические методы (экологический менеджмент, управленческие решения)

повышения экологической результативности.

Под «доступной» понимается экономически целесообразная и неуникальная тех-

нология, которая достигла уровня, позволяющего обеспечить её внедрение в никель-

кобальтовой промышленности с учётом экономической и технической обоснованности,

принимая во внимание затраты и преимущества; при этом технология должна быть ре-

ализована хотя бы на двух предприятиях отрасли.

Под «наилучшей» понимается технология, в максимальной мере обеспечиваю-

щая охрану окружающей среды и сбережение ресурсов (сырья, воды, энергии).

Порядок определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии

определён постановлением Правительства Российской Федерации от

23 декабря

2014 года № 1458 «О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной

технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-техни-

ческих справочников по наилучшим доступным технологиям», на основании которого

Министерство промышленности и торговли Российской Федерации разработало «Мето-

дические рекомендации по определению технологии в качестве наилучшей доступной

технологии».

Согласно этим документам, при отнесении технологических процессов, оборудо-

вания, технических способов и методов к НДТ необходимо учитывать следующие крите-

рии:

а) наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду в расчете

на единицу времени или объём производимой продукции (товара), выполняемой ра-

боты, оказываемой услуги, либо соответствие другим показателям воздействия на окру-

жающую среду, предусмотренным международными договорами Российской Федера-

ции; приоритетным, оказывающим наименьшее отрицательное воздействие на окружа-

ющую среду, рекомендовано считать воздействие от отходов, затем выбросы в воду

и загрязнение почвы; воздействие от выбросов в воздух рекомендовано рассматривать

как фактор, имеющий наибольший отрицательный эффект;

б) экономическая эффективность внедрения и эксплуатации; анализ экономиче-

ской эффективности заключается в оценке затрат на внедрение и эксплуатацию техно-

логии и выгоды от её внедрения путём применения метода анализа затрат и выгод;

в процессе оценки рекомендуется разделять объекты (предприятия) на новые и действу-

ющие;

в) применение ресурсо- и энергосберегающих методов;

г) период внедрения;

119

д) промышленное внедрение технологических процессов, оборудования, техниче-

ских способов, методов на двух и более объектах в Российской Федерации, оказываю-

щих негативное воздействие на окружающую среду.

В качестве источников информации о применяемых на практике технологиях, от-

носящихся к НДТ, были использованы окончательный проект второй редакции справоч-

ника ЕС по НДТ для предприятий цветной металлургии (октябрь 2014 года), сведения,

полученные в результате анкетирования предприятий отрасли, результаты научно-ис-

следовательских работ, публикаций, а также информация, полученная в ходе консуль-

таций с профильными экспертами.

Наилучшие доступные технологии и методы, а также, в необходимых случаях, со-

ответствующие им технологические показатели (значения концентрации эмиссий) опре-

делялись технической рабочей группой применительно к следующим вспомогательным

и основным процессам производства никеля и кобальта:

1. Процессы подготовки сырья:

а)

сушка, окускование (брикетирование);

б)

гидрометаллургическое обогащение никель-пирротинового концентрата.

2. Процессы плавки первичного сырья и конвертирования с использованием сле-

дующих агрегатов:

а)

руднотермическая печь;

б)

печь взвешенной плавки;

в)

электропечь обеднения;

г)

шахтная печь;

д)

конвертер Пирса-Смита.

3. Процессы получения товарных форм никеля и кобальта:

а)

флотационное разделение файнштейна;

б)

окислительный обжиг никелевого концентрата флотации файнштейна;

в)

получение порошка никелевого трубчатых печей (ПНТП);

г)

рафинирование ПНТП в хлоридных средах до катодного никеля;

д)

получение электролитного кобальта.

е)

получение катодной меди

120

Раздел 4. Наилучшие доступные технологии

Настоящий раздел содержит перечень кратких описаний НДТ, применяемых при

производстве никеля и кобальта на различных этапах технологического процесса.

НДТ в рамках раздела сгруппированы в подразделы в соответствии с целями

их применения - например, НДТ для повышения эффективности использования энергии,

НДТ для управления отходами, промежуточными и побочными продуктами и др.

При выборе НДТ необходимо обращать внимание на указание в описании НДТ на

конкретное производство (передел/установку), для которого должна применяться соот-

ветствующая технология. Также для каждой НДТ, где необходимо, указаны ограничения

применимости включённых в описание НДТ методов.

4.1. Системы экологического менеджмента (СЭМ)

НДТ 1. Повышение общей результативности природоохранной деятельности.

Внедрение и поддержание системы экологического менеджмента (СЭМ), соответству-

ющей требованиям ГОСТ Р ИСО 14001или ISO 14001⁷.

4.2. Энергоменеджмент и энергия

НДТ 2. Повышение эффективности использования энергии: использование ком-

бинации двух или более методов, приведённых в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Методы повышения эффективности использования энергии

Метод/оборудование

Применимость

Система управления энергоэффективностью

а)

(например, в соответствии с требованиями

Общеприменим

ГОСТ Р ИСО 50001¹ или ISO 50001¹)

Оптимальное размещение взаимосвязанных

Общеприменимо при новом строитель-

производств, переделов и отдельного оборудо-

стве, изменении конфигурации суще-

б)

вания, обеспечивающее минимизацию матери-

ствующих производств или реконструк-

альных потоков

ции

Использование избыточного тепла (например,

пара, горячей воды или горячего воздуха), об-

Применим для пирометаллургических

в)

разующегося при реализации основных про-

процессов

цессов

Применим, когда требуется очистка вы-

г)

Регенеративные дожигающие устройства

бросов от горючих загрязняющих веществ

Подача на горелки воздуха, обогащённого кис-

Применим для пирометаллургических

д)

лородом, или чистого кислорода для уменьше-

процессов

ния потребления энергии

Низкотемпературная сушка концентратов и

е)

Общеприменим

влажного сырья перед плавкой

Теплоизоляция объектов, функционирующих

ж)

при высоких температурах, например трубо-

Общеприменим

проводов пара и горячей воды

⁷ Соответствие систем менеджмента указанным стандартам не означает её обязательную

сертификацию.

121

Окончание таблицы 4.1

Метод/оборудование

Применимость

Использование высокоэффективных электро-

двигателей, оборудованных частотными пре-

з)

Общеприменим

образователями, для таких устройств как,

например, вентиляторы

Использование горячих технологических газов

Применим для пирометаллургических

и)

от процессов плавления для нагревания пода-

процессов

ваемых компонентов

Применение автогенных процессов плавки сы-

Применим для пирометаллургических

к)

рья

процессов

Использование тепла химических реакций для

Применим при реализации окислитель-

л)

поддержания теплового баланса гидрометал-

ных процессов, сопровождающихся вы-

лургических процессов

делением тепла

1. Соответствие систем менеджмента указанным стандартам не означает ее обязательную

сертификацию.

4.3. Контроль технологических процессов и мониторинг эмиссий

НДТ 3. Обеспечение стабильности производственного процесса. Внедрение си-

стемы автоматизированного контроля и использование комбинации двух или более ме-

тодов, приведённых в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Методы обеспечения стабильности производственного процесса

Метод/оборудование

Применимость

а)

Проверка и сортировка исходных материалов в соот-

ветствии с требованиями, определяемыми используе-

мым технологическим оборудованием и применяемыми

методами сокращения загрязнения

б)

Тщательное перемешивание различных материалов,

входящих в состав шихты, для достижения оптималь-

ной эффективности переработки и сокращения выбро-

сов и отходов

в)

Системы взвешивания и дозирования шихты

г)

Использование микропроцессорных устройств для кон-

Общеприменим

троля скорости подачи материала, ключевых техноло-

гических параметров, включая сигнализацию, условий

сжигания и подачи дополнительного газа

д)

Непрерывный инструментальный контроль темпера-

туры, давления, расхода реагентов

е)

Контроль критических параметров процессов, реализу-

емых на установках очистки воздуха, таких как темпе-

ратура газа, количество подаваемых реагентов, паде-

ние давления, ток и напряжение на электрофильтре,

объем подачи и pH жидкости в мокром скруббере

122

Окончание таблицы 4.2

Метод/оборудование

Применимость

ж)

Контроль содержания пыли в отходящих газах перед их

Применим для заводов по

подачей на сернокислотную установку

производству цветных метал-

лов, включающих производ-

ство серной кислоты или жид-

кого SO2

з)

Непрерывный инструментальный контроль силы тока,

Применим для процессов

напряжения, скорости циркуляции, состава растворов и

электролиза

качества электрических контактов и др.

и)

Непрерывный инструментальный контроль содержания

вредных веществ в воздухе рабочей зоны с системами

оповещения и аварийной остановки (при наличии техни-

Общеприменим

ческой возможности) работы основного оборудования в

случае превышения их пороговых значений

к)

Контроль и регулирование температуры для предотвра-

Применим для спекающих и

щения образования выбросов металлов и оксидов ме-

плавильных печей

таллов из-за перегрева

л)

Использование локальных и глобальных систем кон-

троля и управления работой оборудования, включая не-

Общеприменим для гидроме-

прерывный инструментальный контроль основных пара-

таллургических процессов

метров: температуры, мутности, ОВП, pH, электропро-

водности, давления, уровня, потоков, состава и др.

4.4. Сокращение расхода реагентов и материалов

НТД 4. Сокращение расхода реагентов за счёт внедрения новых процессов

(таблица 4.3).

Таблица 4.3 - Методы расхода реагентов за счёт внедрения новых процессов

Метод/оборудование

Применимость

а)

Использование сульфата натрия или сульфата

Применим для пирометаллургических

кальция в качестве флюсующих добавок для улуч-

процессов

шения физикохимических свойств шлаков и сни-

жения потерь цветных металлов

б)

Замена гидролитического способа выделения ко-

Применимо для хлоридных сред рафи-

бальта из никелевого раствора безреагентным

нирования ПНТП или иных полупродук-

экстракционным

тов, после разработки не гидролитиче-

ского способа очистки от свинца и мар-

ганца

в)

Утилизация солевого стока дробной выпаркой с

Применим для установок очистки сточ-

выделением товарного сульфата натрия и обо-

ных вод от хлоридного рафинирования

ротного хлорида натрия и производства хлора

ПНТП или иных полупродуктов

электролизом последнего взамен использования

привозного хлора

г)

Использование известково-серного отвара в каче-

Применим в гидрометаллургических

стве осадителя тяжёлых цветных металлов

производствах, сопровождающихся об-

разованием и выделением элементар-

ной серы

123

Окончание таблицы 4.3

Метод/оборудование

Применимость

д)

Применение фильтрации расплавленной элемен-

Применим для гидрометаллургических

тарной серы взамен автоклавной выплавки

процессов, сопровождающихся обра-

зованием элементарной серы при

необходимости её выделения

4.5. Неорганизованные эмиссии

НДТ 5. Предотвращение или уменьшение неорганизованных выбросов пыли: раз-

работка и реализация в качестве составной части СЭМ (см. НДТ 1) плана мероприятий

по неорганизованным выбросам, предусматривающего, в том числе, использование ме-

тодов, приведённых в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Методы предотвращения или уменьшения неорганизованных выбросов

пыли

Метод/оборудование

а)

Инвентаризация наиболее характерных источников неорганизованных выбросов

Определение и реализация соответствующих мероприятий и методов по предотвраще-

б)

нию и сокращению неорганизованных выбросов в течение определённого периода вре-

мени.

НДТ 6. Предотвращение или уменьшение неорганизованных эмиссий в воздух и

водные объекты: организация местных систем аспирации, замена реагентов и материа-

лов менее летучими и токсичными, ликвидация складов хранения токсичных реагентов и

материалов или сокращение объёма их хранения и потребления за счёт улучшения ло-

гистики производства или изменения технологии производства.

НДТ 7. Уменьшение неорганизованных выбросов, образующихся при хранении

сырья (таблице 4.5).

Таблица 4.5 - Методы уменьшения неорганизованных выбросов, образующихся при

хранении сырья

Метод/оборудование

Применимость

а)

Регулярная уборка и, при необходимости,

Общеприменим

увлажнение площадки хранения и обращения

сыпучими материалами

б)

Применение защитных посадок, ограждений

Применяется при складировании на

для защиты от ветра или обвалований с навет-

открытом воздухе

ренной стороны для снижения скорости ветра

в)

Хранение материалов там, где это возможно, в

Общеприменим

одной куче вместо нескольких

г)

Герметичная упаковка

Применяется для хранения и транс-

портировки пылящих материалов, а

также сырья, содержащего раствори-

мые в воде органические соединения

124

Окончание таблицы 4.5

Метод/оборудование

Применимость

д)

Разбрызгивание воды с применением или без

Не применяется для процессов, в ко-

применения таких добавок как латекс

торых используются сухие материалы

или руды/концентраты, содержащие

достаточное количество естественной

влаги, чтобы предотвратить пылеоб-

разование. Применение также ограни-

чено в регионах с нехваткой воды или

с очень низкими зимними температу-

рами

е)

Размещение устройств для улавливания пыли

Применяется в местах складирования

в точках загрузки и перегрузки

пылящих материалов

НДТ 8. Уменьшение неорганизованных эмиссий, образующихся при обработке и

транспортировке сырья (таблице 4.6).

Таблица 4.6 - Методы уменьшения неорганизованных эмиссий, образующихся при об-

работке и транспортировке сырья

Метод/оборудование

Применимость

а)

Использование закрытых конвейеров или

пневматических транспортных систем

Общеприменим

Сооружение конвейеров для непылящих

б)

твёрдых материалов под навесами

Организация систем аспирации при транс-

портировке и перегрузке пылящих материа-

в)

Общеприменим

лов в сочетании с системой пылеулавлива-

ния и очистки отходящих газов

Установка устройств для сбора пыли в пунк-

тах доставки, вентиляционных отверстиях,

Применяется при использовании пыля-

г)

пневматических транспортных системах и

щих материалов

точках перегрузки на конвейерах передачи,

и их подключение к системе фильтрации

Использование для обращения с измельчён-

д)

ными или водорастворимыми материалами

Общеприменим

закрытых мешков или бочек

Использование специальных контейнеров

е)

для обработки уложенных на поддонах ма-

Общеприменим

териалов

Общеприменим. Для существующих заводов

Обработка пылящих материалов, например

ж)

применение может быть затруднено в связи

их смешивание, в закрытом помещении

с необходимостью больших пространств

Разбрызгивание воды для увлажнения мате-

Не применяется для процессов, требую-

з)

риалов в местах их обработки

щих сухих материалов

125

Окончание таблицы 4.6

Метод/оборудование

Применимость

и)

Использование максимально коротких

Общеприменим

маршрутов транспортировки

к)

Регулировка скорости открытых ленточных

Применяется при использовании откры-

конвейеров (< 3,5 м/с)

тых ленточных конвейеров

л)

Размещение передающих конвейеров и

Общеприменим

трубопроводов на безопасных открытых

площадках выше уровня земной поверх-

ности с целью оперативного обнаруже-

ния утечек и предупреждения поврежде-

ний транспортными средствами и другим

оборудованием. Если для перемещения

неопасных материалов используются

подземные трубопроводы, местоположе-

ние их трасс должно быть докумен-

тально зафиксировано и отмечено на

местности соответствующими предупре-

ждающими знаками; должны приме-

няться системы безопасного ведения

земляных работ.

м)

Мойка колёс и шасси транспортных средств,

Не применяется в условиях, которые мо-

используемых для доставки или обработки

гут привести к обледенению

пылящих материалов

н)

Проведение плановых кампаний по уборке

Общеприменим

дорог

о)

Использование систем пылеподавления, та-

Применяется при перемешивании мате-

ких как водомёты или дождевальные уста-

риалов вне помещений. Не применяется

новки

для процессов, требующих сухих матери-

алов. Применение также ограничено в ре-

гионах с нехваткой воды или с очень низ-

кими зимними температурами

п)

Использование закрытого оборудования,

Применяется при подаче смесей, полу-

оснащённого системой улавливания отходя-

ченных с помощью бункеров-дозаторов

щих газов, связанной с системой газо-

или системы потери веса, при сушке, сме-

очистки

шивании, помоле, разделении и гранули-

ровании

НДТ 9. Предупреждение или уменьшение неорганизованных выбросов: оптимиза-

ция параметров эффективности улавливания и очистки отходящих газов (таблица 4.7).

Таблица 4.7 - Методы предупреждения или уменьшения неорганизованных выбросов

Метод/оборудование

Применимость

а)

Использование закрытых печей, оснащённых

Применение может быть ограничено

системами пылеулавливания, или оснащение

соображениями безопасности

печей и другого технологического оборудования

(например, типом/конструкцией печи,

вытяжными системами

наличием угрозы взрыва)

126

Окончание таблицы 4.7

Метод/оборудование

Применимость

б)

Оснащение печей вторичными системами отве-

Общеприменим

дения газов в точках загрузки и выгрузки

в)

Оптимизация конструкции и технологии эксплуа-

Для существующих заводов приме-

тации вытяжных устройств и газоходов с целью

нение может быть ограничено имею-

улавливания газов, возникающих при загрузке

щимся пространством и сложив-

шихты и отходящих от разогретого металла; вы-

шейся планировкой размещения

дача и перемещение расплавов сульфидов или

объектов в цехах

шлаков по закрытым желобам

г)

Сооружение укрытий печей/реакторов, для

Применение может быть ограничено

улавливания выбросов при загрузочных опера-

соображениями безопасности

циях и выдаче расплавов

(например, типом/конструкцией печи,

наличием угрозы взрыва)

д)

Использование систем, позволяющих подавать

Общеприменим

сырье небольшими порциями

е)

Использование непрерывных процессов и агре-

гатов, например замена периодического про-

цесса конвертирования в горизонтальных кон-

Применим при новом строительстве

вертерах Пирса-Смита на двухзонную печь Ва-

или реконструкции

нюкова для конвертирования медно-никелевых

штейнов, процесс Ausmelt, ACP-процесс

ж)

Оптимизация потока отходящих из печи газов

на основе компьютеризированных исследова-

Общеприменим

ний и индикаторов гидродинамики

з)

Окускование сырья (брикетирование, окатыва-

Применим только для процессов и

ние)

печей, предназначенных для исполь-

зования окускованного сырья

и)

Эксплуатация печи и газоотводящих каналов при

разрежении и скорости газоотведения, достаточ-

Общеприменим

ной для предотвращения повышения давления

к)

Размещение печи в вытяжном укрытии

Применим при малых размерах печи

л)

Поддержание температуры в печи на самом

Общеприменим

низком допустимом уровне

м)

Закрытые помещения в сочетании с другими

Применение может быть ограничено

методами улавливания неорганизованных вы-

соображениями безопасности

бросов

(например, типом/конструкцией печи,

наличием угрозы взрыва)

н)

Система вторичных вытяжных зонтов, дополня-

Для существующих заводов приме-

ющих основной при загрузке печи и выпуске из

нение может быть ограничено имею-

неё металла

щимся пространством и сложив-

шейся планировкой размещения

объектов в цехах

НДТ 10. Уменьшение неорганизованных выбросов при реализации гидрометал-

лургических процессов (таблица 4.8).

127

Таблица 4.8 - Методы уменьшения неорганизованных выбросов при реализации гидро-

металлургических процессов

Метод/оборудование

Применимость

а)

Организация укрытия зеркала флотомашин

Для существующих заводов

применение может быть ограни-

чено имеющимся простран-

б)

Использование закрытого реакторного и бакового обору-

Общеприменим при отсутствии

дования, трубопроводов вместо желобов для транспорти-необходимости визуального

ровки растворов и пульп

контроля за процессом

в)

Добавление поверхностно-активных веществ при элек-

Применим, если не нарушает

тролизе

ведение основных процессов

г)

Использование общеобменной вентиляции и локальной

аспирации из области зеркала ванн с последующей

Общеприменим

очисткой абгазов

д)

Использование укрытия электролизных ванн и отведение

Применим для электролизных

абгазов в систему газоочистки

ванн за исключением случаев,

когда они должны оставаться

е)

Улавливание аэрозолей от скрапомывочных машин

Применимо для рафинирования

черновых анодов

4.6. Организованные эмиссии

НДТ 11. Сокращение выбросов пыли и металлов. Поддержание в качестве состав-

ляющей СЭМ (см. НДТ 1) подсистемы, обеспечивающей эффективность эксплуатации

систем пылеподавления и пылеулавливания.

НДТ 12. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от пиро-

металлургических процессов производства никеля, кобальта и меди. Использование га-

зоочистного оборудования, в т. ч. «сухих» и «мокрых» электрофильтров (таблица 4.9).

Таблица 4.9 - Технологический показатель: выбросы пыли и металлов

Технологический показатель

Единица

Диапазон/

измерения

значение

Никель, оксид никеля (в пересчёте на никель)

мг/нм³

≤ 180,0

Свинец и его соединения, кроме тетраэтилсвинца, в пере-

мг/нм³

≤ 7,0

счете на свинец

Мышьяк и его соединения, кроме водорода мышьяковистого

мг/нм³

≤ 2,5

Медь, оксид меди, сульфат меди, хлорид меди (в пересчете

мг/нм³

≤ 150,0

на медь)

Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20,

мг/нм³

≤ 600

20 - 70, а также более 70 процентов

НДТ 13. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от про-

цессов сушки концентрата и шихтовых материалов. Использование газоочистного обо-

рудования (таблица 4.10).

128

Таблица 4.10 - Технологический показатель: выбросы пыли и металлов

Технологический показатель

Единица

Диапазон/

измерения

значение

Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20, 20

кг/т концентрата

≤ 5,018

- 70, а также более 70 процентов

Никель, оксид никеля (в пересчёте на никель)

кг/т концентрата

≤ 0,3

Свинец и его соединения, кроме тетраэтилсвинца, в пере-

кг/т концентрата

≤ 0,001

счете на свинец

Свинец и его соединения, кроме тетраэтилсвинца, в пере-

мг/м³

≤ 5

счете на свинец

Никель, оксид никеля (в пересчёте на никель)

мг/м³

≤ 200

Медь, оксид меди, сульфат меди, хлорид меди (в пе-

мг/м³

≤ 30,0

ресчете на медь)

НДТ 14. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от про-

цесса плавки концентрата в ПВП. Использование газоочистного оборудования

(таблица 4.11).

Таблица 4.11 - Технологический показатель: выбросы пыли и металлов

Технологический показатель

Единица

Диапазон/

измерения

значение

Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20, 20

≤ 0,7

- 70, а также более 70 процентов

кг/т штейна

Никель, оксид никеля (в пересчёте на никель)

кг/т штейна

≤ 0,025

Свинец и его соединения, кроме тетраэтилсвинца, в пере-

≤ 0,0005

счете на свинец

кг/т штейна

Свинец и его соединения, кроме тетраэтилсвинца, в пере-

мг/м³

≤ 12

счете на свинец

Никель, оксид никеля (в пересчёте на никель)

мг/м³

≤ 300

НДТ 15. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от про-

цесса обеднения шлака ПВП в обеднительных электропечах. Использование газоочист-

ного оборудования (таблица 4.12).

Таблица 4.12 - Технологический показатель: выбросы пыли и металлов

Технологический показатель

Единица

Диапазон/

измерения

значение

Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20, 20

≤ 3,0

- 70, а также более 70 процентов

кг/т штейна

Никель, оксид никеля (в пересчёте на никель)

кг/т штейна

≤ 0,01

Свинец и его соединения, кроме тетраэтилсвинца, в пере-

≤ 0,003

счете на свинец

кг/т штейна

Свинец и его соединения, кроме тетраэтилсвинца, в пере-

мг/м³

≤ 5

счете на свинец

Никель, оксид никеля (в пересчёте на никель)

мг/м³

≤ 12

НДТ 16. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от про-

цесса конвертирования медно-никелевого штейна. Использование газоочистного обору-

дования (таблица 4.13).

129

Таблица 4.13 - Технологический показатель: выбросы пыли и металлов

Технологический показатель

Единица

Диапазон/

измерения

значение

Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20,

кг/т файнштейна

≤ 0,6

20 - 70, а также более 70 процентов

Свинец и его соединения, кроме тетраэтилсвинца, в пе-

кг/т файнштейна

≤ 0,004

ресчете на свинец

Никель, оксид никеля (в пересчёте на никель)

кг/т файнштейна

≤ 0,03

Свинец и его соединения, кроме тетраэтилсвинца, в пе-

мг/м³

≤ 5

ресчете на свинец

Никель, оксид никеля (в пересчёте на никель)

мг/м³

≤ 12

НДТ 17. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от про-

цесса окислительного обжига сульфидного никелевого концентрата в печах кипящего

слоя. Использование газоочистного оборудования (таблица 4.14).

Таблица 14.14 - Технологический показатель: выбросы пыли и металлов

Технологический показатель

Единица

Диапазон/

измерения

значение

Свинец и его соединения, кроме тетраэтилсвинца, в пересчете

кг/т ПНТП

≤ 0,004

на свинец

Никель, оксид никеля (в пересчёте на никель)

кг/т ПНТП

≤ 0,464

НДТ 18. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от анод-

ной плавки (никель). Использование газоочистного оборудования (таблица 4.15).

Таблица 4.15 - Технологический показатель: выбросы пыли и металлов

Технологический показатель

Единица

Диапазон/

измерения

значение

Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20, 20 -

кг/т анодов

≤ 17,279

70, а также более 70 процентов

никелевых

Свинец и его соединения, кроме тетраэтилсвинца, в пересчете

кг/т анодов

≤ 0,0285

на свинец

никелевых

кг/т анодов

≤ 5,660

Никель, оксид никеля (в пересчёте на никель)

никелевых

НДТ 19. Сокращение выбросов пыли и металлов от первичного и вторичного про-

изводства медных анодов: использование одной или нескольких газоочистных устано-

вок.

Таблица 4.16 - Технологические показатели: пыль и металлы в первичных и вторичных

выбросах, образующихся при первичном и вторичном производстве медных анодов

Единица

Уровень выбросов

Параметр

измерений

для данной НДТ

Пыль неорганическая с содержанием кремния менее 20,

мг/нм³

≤ 600

20 - 70, а также более 70 процентов

Мышьяк и его соединения, кроме водорода мышьякови-

мг/нм³

≤ 1,0

стого

130

Окончание таблицы 4.16

Единица из-

Уровень выбросов

Параметр

мерений

для данной НДТ

Медь, оксид меди, сульфат меди, хлорид меди (в пе-

мг/нм³

≤ 150,0

ресчете на медь)

Свинец и его соединения, кроме тетраэтилсвинца, в

мг/нм³

≤ 2,0

пересчете на свинец

Никель, оксид никеля (в пересчёте на никель)

мг/нм³

≤ 20,0

НДТ 20. Снижение выбросов SO2 за счёт направления отходящих газов (с предва-

рительной очисткой от пыли) на установки по производству элементарной серы.

Применимость: Только для новых/реконструируемых предприятий в зависимости

от содержания диоксида серы в газах, от наличия рынка производимого продукта или

условий для долговременного хранения.

Таблица 4.17 Технологический показатель: выбросы SO2 после утилизации диоксида

серы

Параметр

Единица измерений

Уровень выброса для НДТ

Серы диоксид

мг/нм³

≤ 9400

НДТ 21. Снижение выбросов SO2 за счёт направления отходящих газов (с предва-

рительной очисткой от пыли) на установки по производству серной кислоты.

Применимость: Только для новых/реконструируемых предприятий в зависимости

от содержания диоксида серы в газах, от наличия рынка производимого продукта или

условий для долговременного хранения.

Таблица 4.18 Технологический показатель: выбросы SO2 после утилизации диоксида

серы

Параметр

Единица измерений

Уровень выброса для НДТ

Серы диоксид

мг/нм³

≤ 9400

НДТ 22. Снижение выбросов SO2 за счёт направления отходящих газов (с предва-

рительной очисткой от пыли) на установки по производству серной кислоты с последую-

щей нейтрализацией и получением отвального гипса.

Применимость: Только для новых/реконструируемых предприятий в зависимости

от содержания диоксида серы в газах, от наличия рынка производимого продукта или

условий для долговременного хранения.

Таблица 4.19 - Технологический показатель: выбросы SO2 после утилизации диоксида

серы

Параметр

Единица измерений

Уровень выброса для НДТ

Серы диоксид

мг/нм³

≤ 3500

НДТ 23. Снижение выброса в воздух кислых газов от гидрометаллургических опе-

раций (таблица 4.20).

131

Таблица 4.20 - Методы снижения выброса в воздух кислых газов от гидрометаллургиче-

ских операций

Метод/оборудование

Применимость

а)

Локальные системы аспирации основного

Общеприменимо

оборудования с последующей переработ-

кой абгазов в системах каплеотбойников и

мокрых скрубберов

б)

Мокрый скруббер

Для существующих заводов применение мо-

в)

Каплеотбойник

жет быть ограничено имеющимся простран-

ством и сложившейся планировкой разме-

щения объектов в цехах

Таблица 4.21 - Технологический показатель: выбросы загрязняющих веществ в атмо-

сферу при производстве электролитного никеля методом электроэкстракции из НПТП

Наименование загрязняющего

Единица измерения

Значение

вещества

кг/т никеля

Серная кислота

≤ 0,004

электролитного

кг/т никеля

Никель, оксид никеля (в пересчёте на никель)

≤ 0,017

электролитного

Хлор

кг/т никеля

≤ 0,095

электролитного

Таблица 4.22 - Технологический показатель: выбросы серной кислоты от процесса элек-

тролитического рафинирования, промывочной камеры машин для обдирки катодов и ма-

шины для промывки отработанных анодов в производстве меди

Уровень выбросов для

Параметр

Единица измерений

данной НДТ

Серная кислота

мг/м³

≤ 10

НДТ 24. Снижение выбросов SO2 при первичном производстве никеля и меди из

сульфидных медно-никелевых руд и концентратов: направление отходящих газов (с

предварительной очисткой от пыли) на установки по производству серной кислоты,

серы, жидкого диоксида серы или других продуктов утилизации диоксида серы с эффек-

тивностью не ниже 90% при условии соблюдения санитарных нормативов в селитебной

зоне.

Технология утилизации диоксида серы определяется с учетом концентрации ди-

оксида серы в перерабатываемом газе, наличия рынка производимого продукта, усло-

вий для его долговременного хранения и/или продажи. Выбор технологии должен учи-

тывать положения п. 4 Статьи 28.1. Наилучшие доступные технологии Федерального за-

кона от 10.01.2002 N 7-ФЗ.

132

Таблица 4.23 - Технологический показатель: выбросы SO2 от первичного производства

никеля и меди из сульфидных медно-никелевых руд и концентратов (после утилизации

диоксида серы)

Параметр

Единица измерений

Уровень выброса для НДТ

Серы диоксид

г/нм³

≤ 35,0

НДТ 25. Снижение выбросов SO2 при вторичном производстве никеля и меди из

сульфидных медно-никелевых руд и концентратов: направление отходящих газов (с

предварительной очисткой от пыли) на установки по производству серной кислоты,

серы, жидкого диоксида серы или других продуктов утилизации диоксида серы с эффек-

тивностью не ниже 90%.

Необходимость утилизации диоксида серы от вторичного производства никеля и

меди определяется с учётом соблюдения санитарных нормативов в селитебной зоне,

прилегающей к объектам производства никеля.

В случае необходимости утилизации диоксида серы технология определяется с

учетом концентрации диоксида серы в перерабатываемом газе, наличия рынка произво-

димого продукта, условий для его долговременного хранения и/или продажи. Выбор тех-

нологии должен учитывать положения п. 4 Статьи 28.1. Наилучшие доступные техноло-

гии Федерального закона от 10.01.2002 N 7-ФЗ.

Таблица 4.24 - Технологический показатель: выбросы SO2 от вторичного производства

никеля и меди из сульфидных медно-никелевых руд и концентратов (до утилизации ди-

оксида серы)

Параметр

Единица измерений

Уровень выброса для НДТ

Серы диоксид

г/нм³

≤ 27,86

Таблица 4.25 - Технологический показатель: выбросы SO2 от вторичного производства

никеля и меди из сульфидных медно-никелевых руд и концентратов (после утилизации

диоксида серы)*

Параметр

Единица измерений

Уровень выброса для НДТ

Серы диоксид

г/нм³

≤ 2,79

*в случае принятия решения об утилизации диоксида серы

4.7. Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты

НДТ 26. Уменьшение неорганизованных сбросов в водные объекты (табл. 4.26).

Таблица 4.26 - Методы уменьшения неорганизованных сбросов в водные объекты

Метод/оборудование

Применимость

Применение современных коррозионностойких кон-

струкционных и футеровочных материалов для изго-

Применим при новом строитель-

а)

товления бакового и реакторного оборудования, тру-

стве и реконструкции

бопроводов

133

Окончание таблицы 4.26

Хранение кислот и других агрессивных реагентов и

рабочих растворов в ёмкостях с двойными стенками

Применим при небольших объё-

б)

или в ёмкостях, размещённых внутри устойчивого к

мах ёмкостей

воздействию агрессивных сред обвалования избы-

точной вместимости

Проектирование площадок для хранения таким обра-

зом, чтобы любые утечки из ёмкостей и систем до-

ставки удерживались внутри обвалования, способ-

ного вместить объём жидкости, равный, по крайней

Применим при новом строитель-

в)

мере, объёму наибольшей ёмкости, размещённой

стве или реконструкции

внутри обвалования. Площадка для хранения

должна быть обвалована и иметь покрытие, не под-

верженное воздействию хранящегося агрессивного

материала

Использование нефтеловушек и песколовушек в дре-

г)

наже площадок хранения и обращения с сыпучими

Общеприменим

материалами.

Использование для хранения материалов, которые

могут содержать нефтепродукты (например, замас-

д)

Общеприменим

ленной стружки), бетонированных площадок с бор-

тами или иными удерживающими устройствами

Применение надёжных систем обнаружения утечек и

е)

индикации уровня заполнения ёмкостей с подачей

Общеприменим

сигналов для предотвращения их переполнения

Таблица 4.27 - Технологические показатели для сбросов загрязняющих веществ

Вещество

Ед. изм.

Значение концентра-

ции загрязняющих

веществ в сточных

водах, образующихся

водах перед сбросом

при производстве

в водные объекты

Цинк

мг/л

1,0

Никель

мг/л

2,5

Кобальт

мг/л

0,5

Взвешенные вещества

мг/л

550

ед.

6-10

6 - 9

Медь

мг/л

Железо

мг/л

220

2,5

НДТ 27. Предотвращение загрязнения почвы и подземных вод при эксплуатации

хвостохранилищ (табл. 4.28).

Таблица 4.28 - Методы предотвращения загрязнения почвы и подземных вод при экс-

плуатации хвостохранилищ

Метод/оборудование

Применимость

а)

Комплекс противодренажных мероприятия

Общеприменим

б)

Организация гидроизоляции

При строительстве новых хвостохранилищ

134

Таблица 4.29 - Технологические показатели для сбросов загрязняющих веществ

Вещество

Ед. изм.

Значение концентра-

ции загрязняющих

веществ в сточных

водах, образующихся

водах перед сбросом

при производстве

в водные объекты

Цинк

мг/л

1,0

Никель

мг/л

2,5

Кобальт

мг/л

0,5

Взвешенные вещества

мг/л

550

ед.

6-10

6 - 9

Медь

мг/л

Железо

мг/л

220

2,5

НДТ 28. Предотвращение загрязнения почвы и подземных вод электролитом при

производстве никеля, кобальта и меди: использование комбинации двух или более ме-

тодов, приведённых в табл. 4.30.

Таблица 4.30 - Методы предотвращения загрязнения почвы и подземных вод электро-

литом

Метод/оборудование

Применимость

а)

Использование оборотной дренажной системы

Общеприменим

Использование влагонепроницаемых подвалов с зумпфом

Применим при новом строи-

б)

и кислотостойких полов

тельстве и реконструкции

Использование ёмкостей с двойными стенками или разме-

в)

щение их внутри прочного обвалования с непроницае-

мыми полами

Таблица 4.31 - Технологические показатели для сбросов загрязняющих веществ

Вещество

Ед. изм.

Значение концентра-

ции загрязняющих

веществ в сточных

водах, образующихся

водах перед сбросом

при производстве

в водные объекты

Цинк

мг/л

1,0

Никель

мг/л

2,5

Кобальт

мг/л

0,5

Взвешенные вещества

мг/л

550

ед.

6-10

6 - 9

Медь

мг/л

Железо

мг/л

220

2,5

НДТ 29. Предотвращение образования сточных вод: использование одного из или

комбинации методов, приведённых в табл. 4.32.

135

Таблица 4.32 - Методы предотвращения образования сточных вод

Метод/оборудование

Применимость

Повторное использование слабых кислот из стоков,

Применяется в зависимости от

а)

образующихся в мокрых электростатических фильтрах

содержания в сточных водах

и мокрых скрубберах

металлов и твёрдых веществ

б)

Использование поверхностных стоков

Общеприменим

Использования систем полного или частичного оборот-

в)

Общеприменим

ного водоснабжения

Утилизация солевых стоков рафинирования никеля

Применим для процессов ра-

выпаркой и дробной кристаллизацией товарных или

финирования черновых ано-

г)

оборотных сульфата и хлорида натрия и возвратом

дов, ПНТП или иных полупро-

конденсата выпарки в основное производство

дуктов

Таблица 4.33 - Технологические показатели для сбросов загрязняющих веществ

Вещество

Ед. изм.

Значение концентра-

ции загрязняющих

веществ в сточных

водах, образующихся

водах перед сбросом

при производстве

в водные объекты

Цинк

мг/л

1,0

Никель

мг/л

2,5

Кобальт

мг/л

0,5

Взвешенные вещества

мг/л

550

ед.

6-10

6 - 9

Медь

мг/л

Железо

мг/л

220

2,5

НДТ 30. Очистка сточных вод, образующихся при производстве никеля, кобальта

и меди с целью удаления металлов и сульфатов на основе применения методов, приве-

дённых в табл. 4.34.

Таблица 4.34 - Методы очистки сточных вод

Метод/оборудование

Применимость

а)

Химическое осаждение

Общеприменим

б)

Седиментация

Общеприменим

в)

Фильтрация

Общеприменим

г)

Флотация

Общеприменим

д)

Обратный осмос

Общеприменим

е)

Выпарка и кристаллизация солей

Общеприменим

ж)

Электрокоагуляция

Общеприменим

НДТ 31. Уменьшение количества отходов, направляемых на утилизацию при про-

изводстве никеля, кобальта и меди: организация обращения с отходами, промежуточ-

ными и побочными продуктами, способствующая их повторному использованию, а в слу-

чае невозможности - вторичной их переработке (табл. 4.35).

136

Таблица 4.35 - Методы уменьшения количества отходов, направляемых на утилиза-

цию

Метод/оборудование

Применимость

Извлечение металлов из пыли поступающих из

а)

Общеприменим

системы пылеулавливания

Регенерация или переработка отработанных ка-

б)

Общеприменим

тализаторов

Применим в зависимости от содер-

Извлечение металла из осадка, образующегося

в)

жания металлов и от наличия

при очистке сточных вод

рынка/процесса

Использование отвальных шлаков в качестве аб-

Применим в зависимости от содер-

г)

разивных или строительных (для отсыпки дорог)

жания металлов и от наличия рынка

материалов

Использование футеровки печей для извлечения

д)

металлов или повторное её использование в ка-

Общеприменим

честве огнеупорных материалов

Использование гипса с установок по очистке

Применим в зависимости от каче-

сточных вод в пирометаллургических процессах

е)

ства получаемого гипса и особенно-

или в качестве закладочного материала для от-

стей технологического процесса

работанных горных выработок

137

Раздел

5. Экономические аспекты применения наилучших

доступных технологий при производстве никеля и кобальта

Ресурсы, которые предприятия отрасли могут направить на модернизацию про-

изводств и реализацию природоохранных мероприятий, напрямую зависят от конъюнк-

туры рынка никеля - основного металла, определяющего доходность никелевых пред-

приятий. На таком рынке компании - производители никеля не имеют возможности по

отдельности воздействовать на цену конечной продукции, что позволило бы в той или

иной степени переложить понесённые в связи с реализацией природоохранных меро-

приятий и внедрением экологически эффективных технологий затраты на потребителя.

Это означает, что возможности по компенсации любых существенных затрат, по-

несённых в связи с реализацией природоохранных мероприятий компаниями - произво-

дителями никеля, ограничены и преимущественно могут быть реализованы за счет внед-

рения новых способов производства и расширения номенклатуры выпускаемой продук-

ции, прежде всего с высокой добавленной стоимостью. Оба варианта связаны с техно-

логическими и экономическими рисками и требуют значительных капитальных затрат,

срок окупаемости которых весьма высок.

Усовершенствования «на конце трубы» в большинстве случаев приводят к уве-

личению эксплуатационных расходов и не дают такого повышения эффективности про-

изводственного процесса, которое может быть получено в результате внедрения мер,

интегрированных в технологический процесс производства продукции. Это также сви-

детельствует в пользу выбора проектов коренной модернизации производственного

процесса при определении мер, направленных на сокращение эмиссий загрязняющих

веществ в окружающую среду. Причём при ранжировании мотиваций последние нахо-

дятся в подчинённом положении. Вместе с тем такой подход связан со значительными

капитальными вложениями и иными потерями ввиду необходимости временной оста-

новки производства и перестройки производственного процесса в целом, что обуслов-

ливает снижение привлекательности полномасштабной модернизации производства

при неблагоприятной рыночной конъюнктуре.

Собственный экономический потенциал природоохранных мероприятий, таких

как, например, внедрение малоотходных технологий, производство побочной продук-

ции и (или) полезное использование образующихся в основном производственном про-

цессе отходов, в российских условиях следует признать скорее незначительным.

С одной стороны, природоохранные технологии во многих случаях характеризуются

высокой энергоёмкостью, а поддержание оборудования в функциональном состоянии

требует регулярных затрат на расходные материалы и комплектующие и иных эксплуа-

тационных затрат; в некоторых случаях при производстве побочной продукции, такой,

например, как серная кислота, значительные издержки могут возникать и в связи

с необходимостью хранения и транспортировки агрессивного вещества. С другой сто-

роны, низкая ёмкость российских рынков и территориальная удалённость от них нике-

левых предприятий не обеспечивают вывод «побочных» производств на экономически

эффективный уровень и не смогут гарантировать устойчивое потребление продукции

вновь вводимых производственных мощностей, а потенциал выхода на внешние рынки

ограничен и малоперспективен с экономической точки зрения.

138

Раздел 6. Перспективные технологии при производстве никеля и

кобальта

6.1. Технология двухзонной печи Ванюкова

«Процесс плавки в жидкой ванне» (переименованный после смерти его создателя,

профессора Андрея Владимировича Ванюкова, в «Процесс Ванюкова») является конку-

рентноспособной разновидностью существующих в мире автогенных процессов плавки

сульфидного сырья, таких как взвешенная плавка Outokumpu, процессы Ausmelt

и Isasmelt, кислородно-взвешенная плавка Inco, Mitsubishi, Noranda, Teniente и др.

Схематическое изображение однозонной печи Ванюкова представлено на

рис. 6.1.

Рисунок 6.1 - Схематическое изображение однозонной печи Ванюкова

Однозонная печь состоит из плавильной камеры, аптейка, штейнового и шлако-

вого сифонов. В плавильную камеру через отверстия в своде печи подаётся шихта, со-

стоящая из концентрата (руды) и флюса. При необходимости в шихту может добав-

ляться уголь с целью улучшения теплового баланса печи и восстановления магнетита.

Через фурмы нижнего ряда, находящиеся в шлаковом слое печи, подаётся кислородно-

воздушная смесь. При необходимости, для поддержания теплового баланса печи, через

фурмы нижнего ряда может дополнительно подаваться углеводородное топливо.

В настоящее время в действующих печах Ванюкова в качестве такого топлива исполь-

зуется природный газ. В процессе взаимодействия шихты и дутья в надфурменной зоне

образуется шлако-штейновая эмульсия. Она разделяется в подфурменной зоне на шлак

и штейн, которые движутся в печи в противоположных направлениях. Из сифонов шлак

и штейн поступают в миксеры, откуда они сливаются в ковши по мере требований даль-

140

нейшего производства. Отходящие концентрированные по SO2 газы дожигаются в пла-

вильной камере с помощью воздушно-кислородной смеси, подаваемой через верхний

ряд фурм, расположенных над расплавом шлака.

Дожигание газов производят в случае необходимости. Цель дожигания - не допу-

стить попадания в газоходную систему газов с высокой концентрацией S2. Сифоны слу-

жат для отстаивания расплавов, после чего шлак и штейн по желобам перетекает в мик-

серы. Для поддержания температуры продуктов плавки в сифонах и миксерах исполь-

зуют горелки, работающие на газообразном или жидком углеводородном топливе (при-

родный газ, пропан-бутан, мазут и пр.). В конструкции миксеров печей Ванюкова Бал-

хашского горно-металлургического комбината вместо горелок используется электропо-

догрев с помощью графитированных электродов (площадь пода одного миксера -

50,5 м², мощность трансформатора - 9 МВт).

Технология плавки сульфидных концентратов в печах Ванюкова имеет следую-

щие достоинства:



высокую удельную производительность печи;



возможность использования дутья с высокой концентрацией кислорода

(до 95 %);



достижение состояния, близкого к равновесию между шлаком и штейном,

что обеспечивает высокое извлечение ценных компонентов;



непрерывность процесса и поддержание постоянного уровня в печи шлака

и штейна за счёт использования сифонов.

Печь Ванюкова может быть размещена в действующих производственных поме-

щениях, так как занимает небольшую площадь и не требует значительной высоты зда-

ния.

Процесс Ванюкова постоянно улучшается, как в направлении повышения технико-

экономических показателей, так и в плане совершенствования конструкции металлурги-

ческих агрегатов. Наиболее важным шагом в совершенствовании плавки Ванюкова в по-

следние годы является разработка двухзонных печей Ванюкова, конструктивные разно-

видности которой разработаны в институтах МИСиС [34; 35] и Гипроникель [36-38].

В 2004-2008 годах на комбинате Южуралникель ОАО «Стальная группа Мечел»

была опробована промышленная двухзонная печь Ванюкова (площадь пода - 26 м²) для

плавки окисленных никелевых руд с получением штейна [34; 35]. Положительный итог

освоения новой технологии, проводившегося под научным руководством профессора

МИСиС В. П. Быстрова, был окончательно подтверждён тестовыми испытаниями

в 2008 году [35], показавшими преимущества данной технологии по сравнению с суще-

ствующей на комбинате шахтной плавкой. Важным положительным моментом этих ис-

пытаний является также то, что в промышленном масштабе была показана возможность

успешного использования печи Ванюкова для плавки окисленного сырья, что открывает

перед этим процессом новые перспективы.

На комбинате «Североникель» ПАО «ГМК «Норильский Никель» в 2005 году была

построена и в течение 2005-2006 годов эксплуатировалась опытно-промышленная

двухзонная печь Ванюкова площадью пода 11,4 м² и производительностью до 15 т/час

141

по перерабатываемому сырью. Проект выполнен ООО «Институт Гипроникель». В про-

цессе испытаний были успешно отработаны следующие технологии:



переработка богатой сульфидной медной руды рудника «Октябрьский»

Норильского комбината ПАО «ГМК “Норильский Никель”» (% масс.: Cu - 17,1; Ni - 3,1;

Co - 0,079; Fe - 34,0; S - 26,5; SiO2 - 8,5) с получением богатых штейнов и отвальных

шлаков [36];



переработка никелевого сульфидного рудного концентрата ОАО «Кольская

ГМК» (% масс.: Ni - 8,3; Cu - 4,6; Co - 0,25; Fe - 30,3; S - 20,5; SiO2 - 15,4; CaO -

1,6; Al2O3 - 1,3; MgO - 10,0) с получением богатых штейнов и отвальных шлаков [38]:



переработка медного никельсодержащего концентрата от разделения

файнштейна комбината Североникель ОАО «Кольская ГМК» (% масс.: Cu - 67,5; Ni - 3,8;

Co - 0,24; Fe - 4,5; S - 21,2) с получением черновой меди и жидкотекучих никелевых

шлаков [37].

На основании выполненных опытно-промышленных испытаний для промышленной реа-

лизации процесса переработки сульфидных концентратов с получением богатых штей-

нов и отвальных шлаков предложена двухзонная печь, схематически изображённая на

рис. 6.2.

Рисунок 6.2 - Схематическое изображение двухзонной промышленной печи Ванюкова

Конструктивно двухзонная печь для плавки медных и медно-никелевых руд и кон-

центратов состоит из окислительной зоны, восстановительной зоны и совмещённого си-

фона, предназначенного для выпуска как штейна, так и отвального шлака. Рабочие про-

странства зон печи разделены водоохлаждаемыми перегородками; системы газоудале-

142

ния - раздельные. Концентрированные по SO2, газы окислительной зоны могут быть ис-

пользованы для производства серной кислоты, элементной серы или жидкого диоксида

серы. Газы восстановительной зоны, содержащие CO и Н2, дожигаются кислородно-воз-

душной смесью через специально установленные в верхнем ряду кессонов фурмы, очи-

щаются от пыли и выбрасываются в атмосферу. Сифон печи оригинальной конструкции

предусматривает возможность непрерывного выпуска шлака и штейна.

Процесс переработки сульфидного сырья в двухзонной печи Ванюкова может

быть представлен следующим образом. В окислительную зону печи подаются совместно

сульфидное сырье, флюс и уголь. Через фурмы подаются кислородно-воздушная смесь

и газообразное (пр. газ, пропан-бутан генераторный газ) или жидкое (мазут, солярка)

топливо. Использование газообразного (жидкого) топлива и/или угля необходимо в слу-

чае дефицита тепла, образующегося в результате окисления сульфидов. Шлак окисли-

тельной зоны поступает в восстановительную зону печи, где ведётся его восстановле-

ние газовой смесью, образующейся в результате сжигания газообразного или жидкого

топлива в условиях дефицита кислорода, и углём. Образующийся в процессе восстанов-

ления металлический сплав смешивается со штейном, полученным в зоне окисления,

и выпускается через сифон из печи. Шлак восстановительной зоны также поступает в

сифон, откуда происходит его непрерывный слив через порог, расположенный на уровне

 2200 мм от пода печи. С обеих сторон сифона расположены миксеры, где накаплива-

ются конечные продукты плавки: штейн и отвальный шлак.

Основные преимущества двухзонных печей Ванюкова:



возможность увеличения качества штейна по содержанию цветных метал-

лов без роста их потерь со шлаком (как следствие обеднения последнего во второй

зоне);



перевод большего количества серы в концентрированные по SO2 газы, сни-

жение затрат на её утилизацию;



растворение образующейся при обеднении металлической фазы в штейне

окислительной зоны с сохранением сравнительно невысокой температуры плавления

последнего; при проведении обеднения в отдельной печи с получением тугоплавкого

металлического сплава необходимо либо поддерживать в ней высокую температуру,

либо подавать в печь сульфидизатор и в дальнейшем утилизовать бедные по SO2 газы;



высокая производительность процесса обеднения шлака, что в сочетании с

высокой производительностью окислительной плавки сульфидного сырья позволяет

размещать два пирометаллургических передела на ограниченной площади.

Перспективность перехода от технологии обеднения шлаков в электропечах пе-

ременного тока или электроотстойниках (недостатки такого обеднения хорошо из-

вестны) к технологии барботажного обеднения шлаков подтверждается мировыми тен-

денциями в совершенствовании процесса обеднения шлаковых расплавов. В настоящее

время одним из основных направлений в технологии обеднения шлаков является созда-

ние процессов, основанных на продувке шлаковых расплавов восстановительными га-

зовыми смесями, образующимися при разложении жидкого или газообразного топлива

или продуктами их сжигания при недостатке кислорода.

143

В табл. 6.1 представлено сравнение результатов работы опытно-промышленной

двухзонной ПВ с технологией плавки обожжённых никелевых концентратов с повышен-

ным содержанием MgO в рудно-термических печах.

Таблица 6.1 - Распределение цветных металлов в рудно-термической печи в сравнении

с двухзонной печью Ванюкова

Сумма

Технологический

Тип

Содержание в штейне/шлаке, %

ЦМ в штейне,

процесс

Печи

(Cu+Ni+Co)

Рудно-терми-

Переработка

ческая

10,5/0,10

18,9/0,18

0,74/0,09

30,0

никелевых

плавка

концентратов

Двухзонная

25,5/0,28

42,3/0,20

0,87/0,07

69,0

ПВ

Видно, что при переработке никелевого сырья качество штейна увеличилось бо-

лее чем в 2 раза; при этом заметное увеличение концентрации в отвальном шлаке

наблюдается только для меди. Для никеля содержание на том же уровне, а для кобальта

наблюдается даже снижение потерь.

Таким образом, двузонная печь Ванюкова является не механическим сочетанием

двух металлургических агрегатов, а единым технологическим комплексом, имеющим об-

щую штейновую (металлическую ванну). Оригинальная конструкция печи, создающая

крайне ограниченное взаимодействие между конечным продуктом плавки и обеднённым

шлаком, позволяет добиться высокого извлечения цветных и драгоценных металлов.

6.2. Усовершенствование технологии гидрометаллургического обогащения

бедного никель-пирротинового концентрата

В мировой практике все медно-никелевые рудные концентраты, содержащие

платиновые металлы, за исключением гидрометаллургического производства Надеж-

динского металлургического завода (ГМП НМЗ) ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель»,

перерабатываются по классической пирометаллургической технологии. Переработка

рудных пентландит-пирротиновых концентратов в Норильске по автоклавной техноло-

гии связана с выделением на стадии обогащения относительно бедного продукта, пе-

реработка которого по пирометаллургической технологии не оправдана.

Используемая в настоящее время в ГМП НМЗ технология гидрометаллургиче-

ского обогащения имеет потенциал для развития.

Применяемые для окисления пульпы пирротинового концентрата условия, с од-

ной стороны, обеспечивают решение поставленной задачи - получение пригодного

для пирометаллургической переработки сульфидного медно-никелевого концентрата, с

другой - не позволяют снизить высокие потери с отвальными хвостами цветных и в

особенности драгоценных металлов, что негативно сказывается на её рентабельности.

Этот факт, а также отсутствие в мире других подобных производств связаны с тем, что

144

до настоящего момента не было готовых к промышленной реализации гидрометаллур-

гических технологий, обеспечивающих низкие потери платиновых металлов, соизме-

римые с достигаемыми на действующих пирометаллургических предприятиях.

Высокие потери ценных компонентов в действующей технологии гидрометаллур-

гического обогащения во многом обусловлены свойствами формирующихся при авто-

клавном выщелачивании гидратных форм железа, обладающих развитой поверхно-

стью и, соответственно, высокой сорбционной способностью по отношению к драго-

ценным металлам. Кроме того, оксиды железа формируют плёнки на поверхности

недоразложенных на АОВ сульфидов, что препятствует полноте их извлечения на ста-

дии серо-сульфидной флотации. Ещё одной причиной потерь ценных компонентов яв-

ляется использование в действующей технологии ПАВ - ЛСТ, что неизбежно при ве-

дении процесса в режиме ВТВ. Отказ от использования ПАВ при АОВ возможен только

в случае перехода на режим окисления при температурах ниже точки плавления серы

(НТВ), но при этом необходимо изменить и другие параметры таким образом, чтобы

не происходило снижение производительности оборудования.

С учётом всех этих обстоятельств в ООО «Институт Гипроникель» разрабатыва-

ются технологические приёмы, позволяющие многократно снизить потери ценных ком-

понентов, в том числе и платиновых металлов, при гидрометаллургической переработке

никель-пирротинового сырья. В основе предложенных решений лежит создание усло-

вий, обеспечивающих формирование на стадии автоклавного окислительного выщела-

чивания крупнокристаллических частиц окисленных железистых фаз с пониженной по

отношению к цветным и драгоценным металлам сорбционной способностью - напри-

мер, натроярозита (пат. RU № 2573306, RU № 2626257).

Результаты проведённых экспериментов, обзор научно-технической литературы

и анализ действующей технологии гидрометаллургического обогащения показали, что

разработанные ООО «Институт Гипроникель» технические решения весьма конкурен-

тоспособны по сравнению как с действующим производством, так и с ближайшим ана-

логом - Activox-процессом (табл. 6.2). Более того, они показали свою эффективность

для переработки концентратов широкого диапазона составов - от бедных по цветным

и благородным металлам до весьма богатых (табл. 6.3).

Таблица 6.2 - Сравнение показателей действующей технологической схемы, Activox-

процесса и перспективной технологии

Извлечение в концентрат флотации, %

Технология

МПГ

Действующая

Activox

Перспективная

145

Таблица 6.3 - Показатели извлечения цветных и драгоценных металлов по перспектив-

ной технологии

Состав сырья

Извлечение в концентрат флотации, %

Ni,

Cu,

МПГ,

Pt+Pd+Rh,

МПГ

Pt+Pd+Rh

г/т

0,7

0,05

2,1

1,8

98,2

68,3

82,3

86,3

1,1

0,20

4,0

3,8

98,2

94,2

88,5

92,5

1,3

0,20

4,3

4,1

98,2

93,2

95,7

8,7

0,40

26,5

26,2

99,2

93,0

94,2

94,5

3,4

7,40

33,7

33,3

97,7

98,8

95,3

96,1

3,9

2,80

38,2

37,8

94,9

96,9

97,2

При этом в зависимости от состава поступающего в переработку сырья возможна

различная организация схемы переработки растворов автоклавного выщелачивания

(рис. 6.3). В обоих случаях обеспечиваются высокие показатели извлечения всех цен-

ных компонентов.

Рисунок 6.3 - Варианты организации технологических схем

для богатого (а) и бедного (б) сырья

6.3. Производство никеля электроэкстракцией рафинированием ПНТП

На сегодняшний день в мировой практике получения товарного катодного никеля

повсеместно используется процесс электроэкстракции из сульфатных или хлоридных

растворов.

По сравнению с электрорафинированием черновых металлических или сульфид-

ных анодов процесс получения никеля методом электроэкстракции имеет следующие

преимущества:



ликвидация затрат на производство промежуточных продуктов, а именно

черновых анодов;



ликвидация определяющихся наличием анодного скрапа оборотов;

146



существенное упрощение обслуживания электролизных ванн (обработка

анодов и скрапа, чистка ванн с выделением и переработкой шлама);



возможности более полной механизации и внедрения дополнительных, бо-

лее совершенных систем контроля процессов рафинирования;



возможности использования более современного основного оборудования;



существенное сокращение незавершённого производства (срок растворе-

ния черновых анодов составляет приблизительно 30 суток, кроме того, оно увеличива-

ется за счёт наличия оборотного скрапа).

В отечественной практике получения катодного никеля по состоянию на сегодняш-

ний день электроэкстракция имеет ограниченное применение, а хлорное растворение

выступает как вспомогательный процесс для восполнения дефицита никеля и перера-

ботки оборотных полупродуктов. Однако в ближайшее время планируется полный пере-

вод схемы производства катодного никеля на электроэкстракцию.

Перспективная технологическая схема включает в себя:



последовательный окислительный и восстановительный обжиг никелевого

концентрата флотации файнштейна с получением порошка никелевого трубчатых печей

(ПНТП);



хлорное выщелачивание ПНТП;



грубую медеочистку раствора;



экстракционную цинкоочистку;



гидролитическую железоочистку;



тонкую медеочистку;



двухстадиальную гидролитическую кобальтоочистку.

Очищенный богатый никелевый раствор разбавляется оборотным дехлорирован-

ным анолитом ванн электроэкстракции, объединяется с переливом католита из ванн

электроэкстракции и в качестве католита питания направляется в напорные баки элек-

тролизного отделения для дальнейшей подачи в ванны электроэкстракции.

Первичные железистый и кобальтовый кеки подвергаются дальнейшей перера-

ботке с получением отвального железистого кека и катодного кобальта, соответственно.

Остаток хлорного растворения направляется на извлечение драгоценных металлов.

Принятая для развития рафинировочных мощностей ПАО «ГМК «Норильский ни-

кель» концепция постепенного перехода от способа рафинирования черновых анодов

к способу рафинирования ПНТП с использованием хлоридных сред решение обеспечи-

вает постепенный переход к новой технологии с минимальными капитальными затра-

тами и без остановки основного производства. Это объясняется близостью существую-

щих и требуемых операций очистки никелевых растворов и возможностью использова-

ния действующего оборудования, включая основное оборудование очистных отделений

и существующих электролизных ванн.

147

Дополнительный бонус может быть получен при организации обособленной пере-

работки хлорным выщелачиванием магнитной фракции от разделения файнштейна. То-

гда эта, коллектирующая в себя основную массу драгоценных металлов, фракция пере-

рабатывается хлорным выщелачиванием, минуя операции окислительного и восстано-

вительного обжига. Кроме того, богатый драгоценными металлами остаток её выщела-

чивания может быть переработан до концентратов драгоценных металлов по короткой

цепочке. Тем самым сокращаются передельные затраты и общие потери драгоценных

металлов.

Дополнительное использование экзотермических реакций хлорирования исход-

ного сырья для подупарки растворов непосредственно на операции хлорирования от-

крывает принципиальную возможность безреагентной экстракционной очистки от ко-

бальта, которая становится целесообразной после разработки эффективного не гидро-

литического способа очистки никелевого раствора от свинца и марганца. Внедрение экс-

тракционной очистки от кобальта позволит существенно сократить расход основного ре-

агента - соды, одновременно значительно упростить новое кобальтовое производство,

ликвидируя в нем основные головные переделы, и пропорционально сокращению рас-

хода соды сократить количество направляемых на утилизацию солевых стоков.

Перечисленные мероприятия и потенциальные пути дальнейшего усовершен-

ствования технологии иллюстрируют преимущества предлагаемого способа рафиниро-

вания никеля.

6.4. Производство никеля электроэкстракцией растворов выщелачивания

никелевого концентрата от разделения файнштейна

Дальнейшим развитием технологии производства никеля электроэкстракцией из

растворов от выщелачивания промпродуктов переработки медно-никелевого файн-

штейна российских предприятий является переход от рафинирования ПНТП (см. п. 6.3)

к рафинированию никелевого концентрата флотации файнштейна. В этом случае допол-

нительно ликвидируются связанные с потерями затратные и экологически не совершен-

ные переделы окислительного и восстановительного обжига. Присутствующая в никеле-

вом концентрате сера не отгоняется в газовую фазу, а практически полностью сохраня-

ется в остатке выщелачивания, переходя в элементарную.

Упрощённо процесс переработки никелевого концентрата методом хлорного вы-

щелачивания можно представить состоящим из трёх блоков: блока выщелачивания

и медеочистки, блока получения продукционного никелевого раствора и блока электро-

экстракции.

В свою очередь, блок выщелачивания и медеочистки состоит из трёх стадий. На

первой стадии проводят хлорное выщелачивание НК и оборотного медного кека, на вто-

рой стадии - очистку никелевого раствора от меди никелевым концентратом с получе-

нием оборотного медного кека, на третьей стадии - выведение меди в виде сульфидного

медного продукта из технологической схемы для сохранения баланса по меди.

В результате процесса хлорного выщелачивания цветные металлы и железо пе-

реходят в раствор, а в твёрдой фазе, содержащей до 85-90 % элементной серы, кон-

центрируются платиновые металлы. Пульпу после хлорного выщелачивания филь-

148

труют, никелевый раствор направляют на выделение медного продукта из технологиче-

ской схемы и на стадию медеочистки. Влажный кек после отмывки от хлор-иона направ-

ляют на получение концентрата платиновых металлов.

На стадии медеочистки раствора происходит гидротермальное осаждение меди

никелевыми сульфидами и присутствующим в никелевом концентрате металлическим

никелем.

Пульпу медеочистки фильтруют, никелевый раствор подают на контрольную

фильтрацию, после чего его направляют на железоочистку, влажный кек - на стадию

приготовления пульпы ХВ.

Выделение меди из технологической схемы может быть организовано различ-

ными способами с получением металлизированного либо сульфидного медистого полу-

продукта.

Очистка никелевого раствора от примесей может быть также организована раз-

лично. Кроме очистки от меди, она включает в себя стадии гидролитической железо-

очистки, экстракционную либо гидролитическую кобальтоочистку. В варианте сохране-

ния гидролитической кобальтоочистки очистка от свинца и марганца сохраняется в ко-

бальтовом производстве. Условия безреагентной экстракционной кобальтоочистки и её

преимущества описаны в разделе 6.2.

Очищенный раствор поступает в электролизёры в качестве католита для произ-

водства товарного никеля.

По сравнению с процессом рафинирования ПНТП переработка никелевого кон-

центрата флотации файнштейна сопряжена с рядом трудностей, главными из которых

являются организация рациональной многостадийной очистки и необходимость перера-

ботки остатка хлорного выщелачивания на основе элементарной серы с получением

концентрата драгметаллов.

Организация производства, аналогичного получению серы при переработке ни-

кель-пирротинового концентрата, в данном случае представляется не самым лучшим

решением ввиду громоздкости, создающей предпосылки к повышенным потерям плати-

новых металлов. В то же время фильтрация расплавленной серы представляется

весьма перспективной и интересной. В настоящее время проводятся исследования по

выбору наиболее эффективного варианта удаления серы из остатков хлорного выщела-

чивания сульфидных полупродуктов.

В варианте рафинирования никелевого концентрата, также как в варианте рафи-

нирования ПНТП, сохраняется актуальность обособленной переработки металлизиро-

ванной фракции файнштейна. В этом случае дополнительный экономический эффект

возникает за счёт сокращения количества операций и потерь в ходе переработки остатка

выщелачивания металлизированной фракции до концентрата драгоценных металлов.

Кроме того, в этом варианте остаток выщелачивания бедного драгоценными металлами

никелевого концентрата может быть переработан в медном производстве.

149

6.5. Технология производства карбонильного никеля с использованием син-

теза среднего давления

За рубежом синтез ТКН реализуют при атмосферном и среднем давлении. В оте-

чественной металлургии карбонилирование осуществляют в колоннах высокого давле-

ния, карбонильное производство России не превышает 5600 т/год.

В табл. 6.4 проведено сравнение эффективности работы промышленных реакто-

ров синтеза. На мировом рынке карбонильного никеля доминирующее положение зани-

мает компания VALE, выпускающая до 104 000 т/год продукции, из них 54 400 т/год - по

технологии синтеза среднего давления (Коппер-Клифф, Канада). Синтез ТКН осуществ-

ляется на трёх горизонтально-вращающихся реакторах. Реакторы рассчитаны на рабо-

чее давление 70,2 атм. и температуру 175°С. Диаметр реактора - 3,65 м, длина - 20,4 м.

Реакторы работают в периодическом режиме: 28 часов - синтез, 14 часов - переза-

грузка. Общее время одной операции - 42 часа. Выбранный режим обеспечивает рав-

номерное потребление оксида углерода, так как в работе постоянно находятся два ре-

актора, а третий перезагружается. Реакторы изготовлены из углеродистой стали, тол-

щина стенки - 127 мм. Внутренний объем реакторов разделён на две камеры. В первой

камере длиной 13,4 м происходит непосредственно карбонилирование сырья. Камера

охлаждается водой. Вторая камера длиной 7 м, по-видимому, является пылеулавлива-

ющим устройством с установленными фильтрами.

Исходным сырьём для карбонилирования является материал, в основе которого

находится магнитная фракция файнштейна, шихтуемая шламами электролиза и плати-

носодержащей вторичкой. Материал подвергается плавке в вертикальных конверторах

с последующей грануляцией расплава. Гранулированный материал имеет состав %,

мас.: Ni - 72,0; Cu - 18,0; Fe - 3,0; Co -1,0; S - 5,0; С<0,1; остальное примеси. Насыпная

плотность исходного сырья - 4,0 т/м³. На одну операцию в каждый из реакторов загру-

жается примерно 136 т сырья. Общий вес реактора с загрузкой - 500 т.

Твёрдые остатки синтеза обезвреживаются смесью азота и кислорода. Содержа-

ние кислорода в газовой смеси составляет 8-10 %, об. Химический состав остатков син-

теза %, масс.: Ni - 7,0; Cu - 59,0; Fe - 8,0; Co - 4,0; S - 17,0. Извлечение никеля состав-

ляет не менее 95 %, железа - не более 30 %, Сo - не свыше 1 %. Остатки синтеза по-

ступают на дальнейшую переработку.

Высокая производительность процесса синтеза ТКН достигается при использова-

нии горизонтально-вращающихся реакторов. Причина, обуславливающая резкий рост

скорости реакции синтеза во вращающихся реакторах по сравнению с карбонилирова-

нием в стационарных колоннах, заключается в организации эффективного отвода тепла

реакции из движущегося слоя карбонилируемого сырья. При этом избыток тепла в гори-

зонтально-вращающихся реакторах утилизируется встроенными холодильниками, что

намного эффективнее снятия тепла циркулирующим потоком моноксида углерода, как

это осуществляется в колоннах высокого давления. Увеличение скорости циркуляции

оксида углерода в синтезе высокого давления до 250 нм³/т·час по сравнению со скоро-

стью циркуляции в синтезе среднего давления 77 нм³/т·час не приводит к сокращению

времени карбонилирования.

150

Таблица 6.4 - Сравнение эффективности работы промышленных реакторов синтеза в мировом производстве карбонила никеля и

железа

Состав исходного

Извлече-

Про-

Произво-

Параметры синтеза

сырья, % мас.

ние,%

должи-

дитель-

Скорость циркуляции

тель-

Страна

ность

Количество и тип реакторов

Давле-

Темпера-

CO, нм³/т·час

ность

синтеза

ние (ати)

тура (⁰С)

синтеза

(т/год)

(час)

Синтез ТКН атмосферного давления

0,5

2 шт. горизонтально-вращаю-

Англия

50 000

0,6

1,2

3,1

(+2)

щихся реакторов

0,2

Количество - нет данных, гори-

Китай

1 500

1,2

2,0

3,5

нет данных

120

(+2,5)

зонтально-вращающийся

Синтез ТКН среднего давления

3 шт. горизонтально-вращаю-

Канада

54 400

180

щихся реактора

Синтез ТКН высокого давления

Россия

5 500

200

3,7

2,2

5,1

2,5

250

12 шт. стационарных колонн

Синтез ПКЖ среднего давления

Герма-

Количество - нет данных, гори-

25 000

190

нет данных

ния

зонтально-вращающийся

Синтез ПКЖ высокого давления

Россия

3 000

150

200

450

4 шт. стационарные колонны

Продолжительность процесса при высоком давлении составляет 72 часа, что

в 2,5 раза больше, чем при среднем. При этом условия карбонилирования при 250 атм.

более «жёсткие», чем при 70 атм. Таким образом, для организации высокопроизводи-

тельного синтеза ТКН необходимо обеспечить интенсивный отвод тепла из зоны реак-

ции. При движении и интенсивном перемешивании загруженного сырья во вращающихся

реакторах коэффициент теплопередачи от встроенных холодильников значительно

выше теплосъёма циркулирующим газом через неподвижный слой материала. Съём

тепла обеспечивает выигрыш в скорости синтеза в движущемся слое материала. В не-

подвижном слое карбонилируемого материала требуемый отвод тепла достигается при

значительно более высоких скоростях циркуляции моноксида углерода, с чем связаны

дополнительные энергетические затраты и значительные технические трудности в про-

дувке больших газовых потоков.

В существующем в России карбонил-процессе высокого давления наиболее доро-

гостоящим и энергоёмким переделом является синтез карбонила никеля. Анализ резуль-

татов промышленной эксплуатации карбонил-процесса показывает, что производство

с использованием синтеза высокого давления не эффективно. Основными причинами,

ограничивающими производительность синтеза высокого давления, являются:

- низкие скорости карбонилирования, обусловленные недостаточным отводом

тепла реакции в колоннах синтеза;

- несовершенство операции по загрузке и разгрузке реакционных колонн;

-высокая стоимость оборудования на давление 150 кгс/см²;

- большие энергетические затраты на компримирование реакционного газа;

- значительные капиталовложения, в том числе на соблюдение экологической

безопасности.

Одним из перспективных направлений увеличения производительности карбонил-

процесса является переход на синтез карбонила никеля при средних давлениях реакци-

онного газа до 70 кгс/см² с использованием горизонтально-вращающихся реакторов. Та-

кой переход позволит повысить производительность отделения синтеза на существую-

щих промышленных площадях в результате:

- использования принципиально новой конструкции реактора синтеза, обеспечи-

вающего высокую скорость извлечения никеля за счёт утилизации тепла реакции, быст-

рую загрузку исходного сырья и выгрузку твёрдых остатков синтеза;

- увеличения избирательности процесса карбонилирования при снижении давле-

ния и сохранения железа в твёрдых остатках синтеза на 50-70 %, кобальта - 98-99 %.

152

ПРОИЗВОДСТВО НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА (ИТС 12-2019) - часть 2