Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Методические указания'
Методические указания по выполнению курсовых работ рассмотрены и утверждены на заседании кафедры «Экономика на предприятиях туризма и гостиничного хо...полностью>>
'Документ'
Страхование жизни, как отдельная отрасль страхования, имеет ряд особенностей, которые обусловливают выбор форм и методов анализа, подготовки и провед...полностью>>
'Закон'
Местное самоуправление составляет одну из основ конституционного строя Российской Федерации, признается, гарантируется и осуществляется на всей терри...полностью>>
'Документ'
Город Прилуки – это город областного значения, железнодорожный узел. Город находится на юге Черниговской области, на берегах реки Удай, является адми...полностью>>

Главная > Автореферат диссертации

Сохрани ссылку в одной из сетей:

На правах рукописи

Кичигина Оксана Юрьевна

РАЗРАБОТКА РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ
ПОЛУЧЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НИКЕЛЕВОГО
КОНЦЕНТРАТА ИЗ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО
МАРГАНЕЦСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ

Специальность 05.16.02 – Металлургия черных,
цветных и редких металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Новокузнецк – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет» на кафедре металлургии черных металлов, стандартизации и сертификации.

Научный
руководитель

доктор технических наук, профессор

Нохрина Ольга Ивановна

Официальные
оппоненты:

Якушевич Николай Филиппович

доктор технических наук, профессор

ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» кафедра металлургии цветных металлов и химической технологии,

профессор

Кашлев Иван Миронович

кандидат технических наук

ООО «СГМК-Ферросплав», главный инженер

Ведущая
организация

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», Юргинский технологический институт (филиал) Томского политехнического университета

Защита состоится «_11 »_апреля_ 2012 г. в _1000_ часов в аудитории __, на заседании диссертационного совета Д 212.252.01 при Сибирском государственном индустриальном университете по адресу: 654007, г. Новокузнецк, Кемеровской области, ул. Кирова, 42.

Факс: (3843)-46-57-92. e-mаil: ds21225201@

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Автореферат разослан «_02_»__марта__ 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.252.01

д.т.н., профессор О.И. Нохрина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Технический прогресс в машиностроении, строительстве, химии, энергетике и ряде других областей обусловливает повышение спроса на качественные стали и сплавы. Наиболее востребованными являются конструкционные, жаропрочные, кислотоустойчивые и нержавеющие марки стали, при производстве которых в качестве легирующих элементов используются цветные металлы, и одним из основных является никель.

Высокая цена на металлический никель на мировом рынке цветных металлов существенно влияет на себестоимость сталей, легированных этим элементом.

Замена никеля другими легирующими элементами не позволяет достичь требуемых свойств сталей, поэтому спрос на него остается стабильно высоким как на внутреннем, так и на внешнем рынках.

Запасы богатых никелевых руд с содержанием примерно 4 % никеля ограничены. В связи с этим в производство вовлекают бедные силикатные руды с содержанием никеля 1,0 – 1,5 %. Альтернативным никельсодержащим сырьем являются полиметаллические марганцевые руды недавно разведанного месторождения Западной Сибири участков Сугул и Чумай и железомарганцевые конкреции Тихого океана (ЖМК); никеля в них содержится до 0,5 %.

Разработка высокотехнологичных методов комплексной переработки полиметаллического марганецсодержащего сырья с целью использования продуктов обогащения при легировании стали является актуальной в настоящее время.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с заданием Министерства образования и науки РФ по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 – 2013 годы)», госконтрактом по федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы и планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет».

Цель работы

Разработка научно-обоснованных технологических процессов получения никелевого концентрата при комплексном обогащении полиметаллического марганецсодержащего сырья и использование никелевого концентрата для легирования стали.

Задачи работы

– исследование физико-химических закономерностей процессов извлечения никеля из полиметаллического марганецсодержащего сырья;

– разработка технологических основ процесса комплексного обогащения полиметаллического марганецсодержащего сырья;

– изучение и определение технологических параметров процесса легирования стали с использованием никелевого концентрата.

Научная новизна

– выполнен термодинамический анализ и исследованы условия процессов выщелачивания марганца и никеля в водных растворах хлорида кальция и хлорида железа (II);

– определены оптимальные параметры процесса селективного осаждения железа, марганца, кобальта и никеля из раствора, полученного после выщелачивания полиметаллического марганецсодержащего сырья;

– изучены закономерности и определены параметры процесса восстановления никеля из его монооксида при выплавке стали в электропечи.

Практическая значимость и реализация работы

– разработаны технологические основы и предложена схема процесса комплексного обогащения полиметаллического марганецсодержащего сырья;

– разработаны технологические основы процесса легирования стали никелем с использованием никелевого концентрата;

– результаты исследований использованы при геолого-экономической оценке прогнозных ресурсов перспективных участков месторождений марганцевых руд в западной части Алтай-Саянской складчатой области, что подтверждено актом об использовании научно-исследовательских работ ФГУГП «Запсибгеолсъемка»;

– научные результаты работы внедрены в практику подготовки специалистов по направлению Металлургия черных металлов ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет», что подтверждено актом о внедрении результатов научно-исследовательских работ в учебный процесс.

Методы исследований

Исследование гидрометаллургического обогащения марганецсодержащего сырья осуществляли в лабораторных и полупромышленных автоклавах. Химический и фазовый составы марганцевых руд и ЖМК, концентратов гидрометаллургической переработки, продуктов термической обработки определяли с помощью методов химического, спектрального и микрорентгеноспектрального анализов.

Изучение кинетики восстановления никеля проводили в печи сопротивления методом непрерывного взвешивания. Процесс легирования стали никелем изучали в дуговых лабораторных печах вместимостью 10,0 кг.

Математическое моделирование, термодинамические расчеты, обработку результатов исследований осуществляли на ПЭВМ с использованием стандартного пакета программ Microsoft Office, программного комплекса «Терра».

Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов подтверждается: большим объемом экспериментальных данных; сходимостью результатов прикладных и теоретических исследований; применением современных методов статистической обработки результатов; высокой воспроизводимостью полученных результатов.

На защиту выносятся:

– результаты теоретических и экспериментальных исследований гидрометаллургической переработки полиметаллического марганецсодержащего сырья;

– технологические режимы комплексного обогащения полиметаллического марганецсодержащего сырья;

– теоретические и экспериментальные исследования физико-химических особенностей процесса восстановления никеля из его монооксида в условиях выплавки стали в электропечи;

– технология использования никелевого концентрата при легировании стали в дуговой электропечи.

Автору принадлежит:

– постановка задач теоретических и экспериментальных исследований;

– проведение теоретических и экспериментальных исследований гидрометаллургической переработки марганцевых руд и ЖМК, определение оптимальных условий автоклавного выщелачивания и осаждения металлов из растворов;

– разработка основ технологии гидрометаллургической комплексной переработки марганцевых руд и ЖМК;

– проведение теоретических и экспериментальных исследований легирования стали никелевым концентратом;

– обработка полученных результатов, анализ, обобщение, научное обоснование, формулировка выводов и рекомендаций.

Апробация работы

Основные положения диссертации были доложены на следующих конференциях:

– Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения», Новокузнецк, 2008 г.;

– 66-ой научно-технической конференции участников молодежного научно-инновационного конкурса (У.М.Н.И.К.), Магнитогорск, 2008 г.;

– Всероссийской научно-технической конференции «Научное наследие И.П. Бардина», Новокузнецк, 2008 г.;

– Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения», Новокузнецк, 2009 г.;

– Международной научно-практической конференции с элементами научной школы для молодых ученых «Инновационные технологии и экономика в машиностроении», г. Юрга, 2010 г.;

– 16-ой Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири», г. Томск, 2010 г.;

– Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: технологии, управление, инновации, качество», Новокузнецк, 2010 г.

– VIII конгрессе обогатителей стран СНГ, г. Москва, МИСиС, 2011 г.;

– Всероссийской научно-практической конференции «Металлургия: технологии, управление, инновации, качество», Новокузнецк, 2011 г.;

– III Конференции молодых специалистов «Перспективы развития металлургических технологий», Москва, 2011 г.

Соответствие паспорту специальности

Диссертационная работа соответствует паспорту научной специальности 05.16.02 – Металлургия черных, цветных и редких металлов п. 1 «Рудное, нерудное и энергетическое сырье», п. 2 «Твердое и жидкое состояние металлических, оксидных, сульфидных, хлоридных систем», п. 4 «Термодинамика и кинетика металлургических процессов», п. 9 «Подготовка сырьевых материалов к металлургическим процессам и металлургические свойства сырья», п. 13 «Гидрометаллургические процессы и агрегаты».

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе одна в рецензируемом научном журнале.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных литературных источников и приложений. Работа изложена на 143 страницах печатного текста, содержит 16 таблиц, 25 рисунков, список использованных литературных источников включает 192 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 Анализ состояния сырьевой базы, способов производства и
применения никеля в металлургии

Никель и его сплавы широко используются в различных отраслях промышленности; более 65 % от общего потребления никеля используется в металлургии при легировании стали, поэтому спрос на него стабильно высокий. Традиционная технология легирования стали в дуговой электропечи осуществляется путем присадки никеля или ферроникеля в завалку.

Анализ минерально-сырьевой базы никеля и его рынка позволил установить, что отечественные и мировые запасы богатого никельрудного сырья не велики и истощаются в связи с постоянно увеличивающимся спросом.

Потребность в никеле можно частично удовлетворить за счет вовлечения в производство полиметаллических марганцевых руд, ЖМК и извлечения из них ценных металлов.

Проведенный аналитический обзор современного состояния вопроса получения никеля показал, что производство никеля и его сплавов – материалоэнергоемкий процесс. Снижение энерго- и материалоемкости производства является актуальной задачей, одним из путей решения которой является получение легирующих материалов из оксидного никелевого сырья и их использование при легировании стали.

Разработка способов комплексного обогащения этих материалов позволит получать высококачественные концентраты, которые можно использовать в металлургии.

2 Изучение физико-химических закономерностей процесса извлечения
никеля и марганца из полиметаллического марганецсодержащего
сырья при его выщелачивании хлоридными растворами

Анализ химических способов обогащения марганцевых руд, особенно карбонатных, показал, что одним из перспективных и универсальных является кальцийхлоридный, представляющий собой автоклавное выщелачивание сырья раствором хлорида кальция при температуре 493 – 513 К.

Использование в качестве реагента водного раствора хлорида кальция с добавками водного раствора хлорида железа (II), позволяет получать высококачественные марганцевые концентраты из руд и ЖМК различного химического и минерального состава, а также из отвального шлака и пыли производства марганцевых сплавов. При этом ценные примеси, в частности, никель, остаются в хвостах гидрометаллургического обогащения.

Для определения возможности выщелачивания никеля и марганца хлоридными растворами была проведена термодинамическая оценка вероятности протекания реакций взаимодействия чистых оксидов никеля и марганца с хлоридными растворами CaCl2 и FeCl2 в интервале температур от 300 до 600 К (реакции (1) – (4)):

NiO(тв) + CaCl2(ж) + H2O(ж) = NiCl2(ж) + Ca(OH)2(тв); (1)

MnO(тв) + CaCl2(ж) +H2O(ж) = MnCl2(ж)+ Ca(OH)2(тв); (2)

NiO(тв) + FeCl2(ж) + H2O(ж) = NiCl2(ж) + Fe(OH)2(тв); (3)

MnO (тв) + FeCl2 (ж) +H2O (ж) = MnCl2 (ж)+ Fe(OH)2 (тв). (4)

Результаты термодинамического анализа показали, что протекание реакций (1) – (3) в выбранном температурном интервале маловероятно: реакция (1) является обратимой, а реакция (4) взаимодействия монооксида марганца с водным раствором хлорида железа (II) во всем интервале температур термодинамически вероятна.

Процесс совместного выщелачивания оксидов марганца и никеля водными растворами хлорида кальция и хлорида железа (II) можно описать следующими реакциями:

NiO(тв)+2MnO(тв)+3FeCl2(тв)+3H2O↔Ni2+(р-р)+2MnCl3-(р-р)+3Fe(OH)2(тв); (5)

NiO(тв)+2MnO(тв)+3CaCl2(тв)+3H2O↔Ni2+(р-р)+2MnCl3-(р-р)+3Ca(OH)2(тв). (6)

Термодинамический анализ реакций (5) и (6) в стандартных условиях показал, что процесс совместного выщелачивания марганца и никеля из оксидов хлоридными растворами с образованием хлорокомплексов является термодинамически вероятным: для реакции (5) ΔrG°(Т = 298 К) = – 185,98 кДж, для реакции (6) ΔrG°(Т = 298 К) = – 98,36 кДж.

Учитывая, что изменение энтропии реакций с конденсированными веществами не бывает значительным по величине, то и при повышении температуры до 600 К знак изменения стандартной энергии Гиббса реакций (5) и (6) не изменится, следовательно, сохраняется вероятность протекания этих реакций.

Таким образом, результаты термодинамического анализа процесса выщелачивания оксидов никеля и марганца показали, что в качестве реагента целесообразно использовать водный раствор хлорида железа (II). Образование комплексных солей типа Ni[MnCl3]2 с донорно-акцепторными связями способствует более полному извлечению марганца и никеля в раствор.

3 Исследование комплексного обогащения полиметаллического
марганецсодержащего сырья

Экспериментальные исследования процессов выщелачивания проводили в лабораторном автоклаве. В автоклав объемом 75 см3 загружали исследуемый материал, заливали его раствором хлорида кальция, для приготовления которого использовали технический хлорид кальция, содержащий 96,6 % CaCl2. Объем раствора 60 см3, соотношение твердого к жидкому по массе 1:9.

Автоклав плотно закрывали, помещали в сушильный шкаф, оборудованный рамкой для вращения, затем температуру в камере поднимали до заданной величины. Продолжительность выдержки отсчитывали с момента достижения температуры эксперимента 493 К. После окончания опыта автоклав извлекали из камеры и охлаждали до температуры 353 – 363 К, затем раствор фильтровали, остаток промывали дистиллированной водой и сушили при 377 К. Извлечение марганца и никеля оценивали по массе и результатам химического анализа хвостов гидрометаллургического обогащения.

Экспериментальное изучение растворения чистых оксидов марганца и никеля в водных растворах хлорида кальция и хлорида железа (II) показало, что химически чистые оксиды NiO и MnO в насыщенном растворе хлорида кальция практически не растворяются, в то время как при использовании водного раствора хлорида железа (II) марганец переходит в раствор
(таблица 1) практически полностью, но извлечение никеля при этом не превышает 1 %. Невысокое извлечение никеля в раствор из химически чистого NiO(тв) подтверждает результаты термодинамических расчетов.

Таблица 1 – Результаты выщелачивания марганца и никеля из чистых
оксидов

Вещества,
загружаемые в автоклав

Условия опыта

Извлечение в раствор, %

Реагент

Концентрация,

% по массе

Температура, К

Время, ч

Ni

Mn

NiO(тв)

CaCl2(р-р)

41

483

3,0

5

-

MnO(тв)

CaCl2(р-р)

41

488

3,0

-

3,7

NiO(тв)

FeCl2(р-р)

18

483

3,0

1

-

MnO(тв)

FeCl2(р-р)

18

493

3,0

-

99,2



Скачать документ

Похожие документы:

  1. Пленарные доклады (9)

    Доклад
    Чантурия В.А. (Россия, г. Москва, Институт проблем комплексного освоения недр РАН (УРАН ИПКОН РАН СОВРЕМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ПЕРЕРАБОТКИ РУД ЦВЕТНЫХ И БЛАГОРОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
  2. Содержание журнала «Известия Томского политехнического университета» 2003–2012 гг

    Документ
    Болотина И.О., Евтушенко Г.С., Солдатов А.И., Цехановский С.А. Определение местоположения источников сигналов акустической эмиссии с помощью фазированной антенной решётки
  3. Содержание журнала «Известия Томского политехнического университета» 2003–2011 гг

    Документ
    Болотина И.О., Евтушенко Г.С., Солдатов А.И., Цехановский С.А. Определение местоположения источников сигналов акустической эмиссии с помощью фазированной антенной решётки
  4. «Теоретические основы управления техногенными образованиями и практические аспекты их утилизации»

    Заседание
    Конгресс посвящен 80-летию науки Урала и направлен на реализацию национальных приоритетов в области переработки комплексных руд и техногенных образований

Другие похожие документы..