Спосіб одержання напівпродукту для виробництва феросплавів і лігатур

1. Спосіб одержання напівпродукту для виробництва феросплавів і лігатур, що включає використання дрібних і пилоподібних окислених металовмісних відходів, часткове відновлення відходів при підвищених температурах у відновному середовищі, який відрізняється тим, що відходи попередньо ущільнюють, а потім змішують з рідким металевим розплавом на залізній або марганцевій основі з підвищеним вмістом кремнію і вуглецю з наступною витримкою суміші до повного розділення металевого розплаву і відновленого напівпродукту. C2 2 (19) 1 3 В багатьох виробництвах утворюються окислені відходи у вигляді дрібноти та пилу, які містять цінні метали - нікель, кобальт, мідь, хром, марганець, молібден, вольфрам, ніобій, а також залізо. Переробка цих відходів утруднена в основному через їх дрібний фракційних склад і часто невисокого вмісту металів в них. Традиційні пірометалургійні технології, які застосовуються для вилучення металів із окислених руд, не годяться для даного застосування. Захоронения цих відходів є також достатньо дорогим заходом через їх екологічну небезпеку. Відомі способи переробки дрібної та пилоподібної вторинної сировини у вигляді окислів металів. Зокрема, відомий спосіб, який передбачає проведення відновних реакцій в середовищі рідкого металу [Патент США 5 324 341, МКІ С21В 015/341, 28. 07. 1994]. Відходи вводять з метою їх часткового відновлення цим металом. Для повного відновлення і розчинення відходів у розплав вводять другий відновник. Кінцевим продуктом може бути феросплав на основі першого металу. Відомий також спосіб, за яким порошковидні відходи вдувають в рідкий ливарний чавун і вони там практично повністю розчинюються. В результаті відновлення відходів одержують феросплав [A.V.Tarasov, P.A.Kovgan, V.M.Paretsky "Intensification of reduction of oxide nickel ores" // TMS 2004 133rd Annual Meeting & Exhibition. Technical Program, 2004. - p.18]. Реалізація цих способів в промислових умовах вимагає будівництва додатково до традиційної плавильної печі складного агрегату, в якому необхідно проводити практично повне розчинення відходів в рідкому металевому розплаві. Найбільш близьким до винаходу, що пропонується, є спосіб одержання феронікелю з дрібної та пилоподібної нікельвмісної окисленої сировини, який передбачає попереднє одержання напівпродукту з цієї сировини при підвищених температурах шляхом її відновлення в середовищі відновлювального газу. Потім напівпродукт у вигляді частково відновленої дрібноти змішують з відновником і плавлять в електропечі постійного струму, оснащеної порожнистим електродом [Європатент 0643 147 Bl, МКІ С22С 33/04, 19.05.2004]. Цей вид печей поки що має обмежене розповсюдження у феросплавному виробництві. В той же час напівпродукт малопридатний для застосування в шихті рудовідновних електропечей, які найчастіше зустрічаються. Через дрібний фракційний склад напівпродукту газопроникність шихти відчутно знижується, що порушує стабільність процесу плавки. В основу винаходу, що пропонується, покладено задачу створення виробництва напівпродукту для феросплавів і лігатур з відходів. Спосіб базується на більш традиційному для металургійних і ливарних підприємств обладнанні. Технічна задача полягає у створенні способу одержання напівпродукту для виробництва феросплавів і лігатур, який базується на більш традиційному для металургійних і ливарних підприємств обладнанні. 76663 4 Технічним результатом є розширення кола видів відходів, що можуть бути застосованими при виробництві феросплавів і лігатур. Вищенаведене призведе до значного економічного ефекту. Поставлена задача використання традиційного обладнання вирішується тим, що в способі виробництва напівпродукту, при якому пилоподібні відходи, які містять окисли металів, піддають взаємодії з відновником при підвищених температурах, згідно з винаходом, роль цього відновника грають вуглець і кремній у складі залізовмісного розплаву. Вони входять до складу розплавлених сплавів, якими можуть бути чавун, що містить 1-15% кремнію, чорновий феронікель, який завжди характеризується високим вмістом вуглецю і кремнію, вуглецевий феромарганець або силікомарганець (феросилікомарганець). Розплави цих речовин утворюються в ряді металургійних агрегатів, а саме в дуговій електричній печі, індукційній печі, рудовідновній електричній печі, доменній печі або вагранці. Вони можуть бути попутно з користю застосовані за основним призначенням після їх використання для одержання напівпродукту. Така можливість забезпечується за рахунок попереднього компактування відходів, що забезпечує мінімальне розчинення металів, які відновлюються, в розплаві. Оптимальний розмір одержуваних при компактуванні кусків повинен коливатися в межах 4-50мм. Дрібніші куски можуть повністю розчинитися в розплаві. А більші куски можуть не повністю провзаємодіяти з розплавом. Таким чином, при оптимальному розмірі кусків склад розплаву залишається стабільним. Наприклад, конструкційний чавун після його контакту з відходами не повинен містити більше 0,2% хрому і 0,1% вольфраму. В протилежному випадку можливе утворення небажаних карбідів цих елементів. Для запобігання вибухонебезпечної ситуації при контакті розплаву з водою згрудковані відходи повинні бути попередньо висушені і нагріті перед їх контактом з металом. Для одержання напівпродукту використовують відходи, які містять метал із групи: нікель, кобальт, мідь, хром, марганець, молібден, вольфрам, ніобій, залізо. Для ще більшого підвищення ефективності відновлення відходів з ними замішують речовину, що містить вуглець, безпосередньо перед їх компактуванням. Також бажано, щоб компоненти, що містять вуглець, входили в склад в'яжучого матеріалу. В цих випадках процес попередньої сушки згрудкованих відходів супроводжується їх значним відновленням ще в твердій фазі. Одержаний напівпродукт являє собою механічну суміш з корольків та частинок сплаву заліза або марганцю з відновленими металами і шлаку, що складається переважно з невідновлених в даних умовах окислів кальцію, магнію, кремнію, алюмінію і нижчих окислів ряду елементів, що відновлюються, з групи кобальт, мідь, хром, марганець, молібден, вольфрам, ніобій. Доля металевої частки може бути збільшена шляхом її відокремлення від 5 неметалевої складової. Для цього можуть бути використані численні методи збагачення, наприклад, сепарація, флотація і т. п. Таким чином, напівпродукт, що одержується, є економічною сировиною для виробництва феросплавів шляхом його безпосереднього використання на плавці в печах різного типу. Через те, що металева частка напівпродукту складається із сплавів, до складу яких входить залізо, то він добре засвоюється при цьому. Буде також відбуватися ефективне відновлення корисних елементів з окисленої частки напівпродукту. Таким чином, можливе одержання лігатур з залізом, які містять зразу декілька елементів з групи нікель, кобальт, мідь, хром, марганець, молібден, вольфрам, ніобій. Придатний за хімічним складом напівпродукт також може бути введеним до складу шихти як охолоджувальна добавка при рафінуванні феросплавів у конвертері. Приклад 1 Експеримент проводили на сухому пилоподібному шламі станції нейтралізації виробництва алмазного інструменту, до складу якого входить: 4,00% Аl2О3; 24,55% Сr2О3; 21,30%; Fе2О3; 6,62% NiO; 43,53% пуста порода. Після зволоження його попередньо компактували методом екструзії з добавкою 5% графітового пилу, але без застосування в'яжучих матеріалів і сушили на повітрі. Розміри одержаних кусків коливалися 10-15мм. Потім відходи нагрівали і замішували з рідким чавуном порціями по 5% відходів від ваги чавуну. Після введення кожної наступної порції розплав витримували до повного розділення фаз. В таблиці наведено склади чавуну після кожної наступної операції. До складу одержаного напівпродукту входило 62% металевої залізовмісної фази у вигляді корольків з вмістом від 0,5 до 80% Ni і від 0,3 до 30% Сr. Даний склад напівпродукту можна ефективно використовувати при виплавці феронікелю марки ФН 7 (Технічні умови 48-3-5984), що містить 3,8 - 5,3% Ni; 3,5 - 6,0% Si; 1,0 2,5% C; 2,0 - 3,0% Сr; 5,0 - 6,5% Си; до 0,4% Со; не менше 0,1% Мn. Напівпродукт можна присаджувати в рудовідновну електричну піч без будь-якої попередньої підготовки. Його можна також попередньо збагатити металевою фазою до 90% на пневматичному класифікаторі і присаджувати на останній стадії плавки феронікелю при його рафінуванні в конвертері. Чавун після додаткового легування кремнієм може бути широко використаний в чавуноливарному виробництві, через те, що він містить хром в низькій кількості, при якій неможливий процес утворення його карбідів. У випадку наявності у відходах вольфраму його вміст в чавуні з цієї ж причини не повинен перебільшувати 0,1%. Приклад 2 Експеримент проводили з пилом латеритової руди, який було зібрано в системі газоочищення і який має склад: 3,0% Ni; 0,1% Co; 22% Fe; 35% SiO2; 16% MgO; 1,5% CaO; 1,0% Сr2О3; 2,0% Аl2О3. Його брикетували на валковому пресі з використанням меляси, як в'яжучої добавки. Цей 76663 6 матеріал є в даному процесі також вуглецевовмістним відновником. Потім отримані брикети розміром 30-50мм просушували на повітрі, прогрівали при температурі 800°С і замішували з рідким чорновим феронікелем порціями по 5% відходів від ваги феронікелю. Склад феронікелю був: 5,5% Ni; 0,26% Со; 1,82% Cr; 5,20% Si; 0,25% S; 1,86% С.До складу одержаного напівпродукту входило 62% металевої залізовмісної фази у вигляді корольків з вмістом від 0,5 до 4,5% Ni і від 0,2 до 1,1% Cr. Після магнітної сепарації корольки були використані як охолоджувачі при конвертуванні феронікелю в кисневому конвертері. Приклад 3 Використовували дрібні відходи вуглецевого феромарганцю у вигляді механічної суміші, близької до марки ФМн 78, що має склад: 7582%Мn; 7% С; 6% Si; 0.2-0.7% P; 0.03% S, і силікомарганцю типу LC, що має склад: 60%Мn; 0.3-0.5% С; 25-35% Si; 0.2-0.5% P; 0.03% S. Вони значно окислені за рахунок довгого зберігання на відкритому повітрі. Суміш згрудковували на тарільчастому диску з використанням бентоніту як в'яжучої добавки. Потім одержані грудки розміром 4-8мм просушували на повітрі, прогрівали при температурі 800°С і замішували з рідким феромарганцем ФМн 78 порціями по 7% відходів від ваги феромарганцю. До складу одержаного напівпродукту входило 63% металевої марганець вмісної фази у вигляді частинок із вмістом від 65 до 75% Мn. Цей матеріал ефективно використовували як шихту при виплавці феромарганцю у рудовідновній електричній печі. Приклад 4 Використовували такий же, що і в прикладі 3, вторинний матеріал. Суміш брикетували на валковому пресі з використанням бентоніту як в'яжучої добавки. Потім одержані брикети розміром 30-40мм просушували на повітрі, прогрівали при температурі 800 °С і замішували з рідким феромарганцем порціями по 7% відходів від ваги феромарганцю ФМн 78. До складу одержаного напівпродукту входило 68% металевої марганець вмісної фази у вигляді частинок із вмістом від 60 до 80% Мn. Результат відновлення відходів був дещо вищим, ніж у прикладі 3, через те, що рідкий силікомарганець має більш високий відновний потенціал, чим вуглецевий феромарганець. Цей матеріал ефективно використовували як шихту при виплавці феромарганцю в рудовідновній електричній печі Таким чином, було розглянуто відходи, що містять нікель, хром, марганець і залізо. Відходи, що містять кобальт, мідь, вольфрам, ніобій і молібден будуть поводитися при обробці розплавом аналогічно, як у розглянутих прикладах, внаслідок близьких фізико-хімічних властивостей. Найбільшого ефекту застосування способу згідно з винаходом досягається в чавуноливарних цехах, на феронікелевих заводах та виробництвах марганцевих лігатур. При цьому досягається значна економія легувальних домішок і 7 76663 вирішується важлива природоохоронна задача по знищенню екологічно небезпечних дрібних і 8 пилоподібних відходів Таблиця Хімічний склад чавуну Порядок введення відходів С 4,06 3,92 3,83 3,72 0 1 2 3 Комп’ютерна верстка О. Чепелев Вміст елементів, масс.%. Si Cr 1,02 0,035 0,94 0,086 0,74 0,160 0.57 0,190 Підписне Ni 0,088 0,110 0.140 0,160 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601