◄ Научно-исследовательская деятельность

Лаборатория пирометаллургии

Лаборатория пирометаллургии занимается разработкой новых и совершенствованием существующих пирометаллургических процессов; в частности, технологий переработки:

  • Сульфидных медных, медно-никелевых и никелевых руд, концентратов и полупродуктов
  • Оловянных, свинцовых и полиметаллических концентратов
  • Титановых и хромитовых концентратов

В лаборатории 34 сотрудника, из них 3 доктора наук, 9 кандидатов технических наук.

Для решения перечисленных выше задач лаборатория оснащена комплексом современного лабораторного оборудования и программных средств, а также рядом укрупнённо-лабораторных (пилотных) установок, в малом масштабе повторяющих конструкцию соответствующих промышленных агрегатов.

Исследование фазового состава поступающих в лабораторию образцов материалов проводится методами растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа с помощью электронного микроскопа Тescan VEGA 5130MM с системой микроанализа "Inca", оборудованного ED - спектрометром X-Max фирмы Oxford Instruments (кремний-дрейфовый детектор с рабочей площадью поверхности 50 мм2).

Термодинамический анализ основных процессов разрабатываемой технологии, предварительная оценка их параметров осуществляется с помощью комплекса программ и баз данных FactSage – совместной разработки Centre de Recherche en Calcul Thermochimique (Канада) и GTT-Technologies (Германия) (результат объединения известных ранее систем F.A.C.T. и ChemSage).

Дифференциально-термический и термогравиметрический анализ процессов, определение температуры плавления, возгонки, разложения веществ, построение фазовых диаграмм и т. п. осуществляется с помощью термогравиметрического анализатора Setsys Evolution 1750 фирмы Setaram (Франция) с системой обработки данных Setsoft 2000. Прибор дооснащён масс-спектрометром фирмы Mettek (Россия) для анализа отходящих газов исследуемых процессов.

Для проведения лабораторных экспериментов используются установки различной конструкции - печи сопротивления, индукционные печи, вращающаяся обжиговая печь, реактор кипящего слоя и пр. Результаты лабораторных плавок отрабатываются в укрупненном лабораторном (пилотном) масштабе в пирозале института.

Для подготовки концентратов к плавке разрабатываются технологии окускования — брикетирования и окатывания материалов. Окатывание отрабатывается на тарельчатом грануляторе, брикетирование – на гидравлических прессах в пресс-формах и на лабораторном валковом брикет-прессе B050 фирмы Komarec (США). Брикетирование пылей успешно внедрено на Буруктальском никелевом заводе, перерабатывающем окисленные никелевые руды по технологии «прокалка в трубчатой печи - электроплавка» с получением ферроникеля. Ведется внедрение разработанной в институте совместно со специалистами КГМК технологии брикетирования сульфидного медно-никелевого концентрата на площадке «Печенганикель» Кольской ГМК.

Разработана автогенная технология плавки сульфидных медных и медно-никелевых концентратов и непрерывного конвертирования твердых медных штейнов в двухзонной печи Ванюкова с получением богатых штейнов, белого мата или черновой меди и богатых по содержанию SO2 газов и бедных отвальных шлаков. Созданная в пирозале института укрупнённо-лабораторная ПВ позволяет использовать кислородное и обогащенное кислородом дутье (до 400 нм3/час) , в качестве топлива - природный газ, мазут или пылеуголь, и перерабатывать до 500 кг материала на плавку. (рисунки 5-6). На этой же установке разработана технология переработки оловянных концентратов с переводом олова в возгоны во второй зоне печи. Опробован процесс выплавки в ПВ ферроникеля из окисленных никелевых руд, показана возможность получения сплава с содержанием никеля около 20% при извлечении этого металла более 90%.

В пирозале лаборатории имеется опытная печь взвешенной плавки с возможностью использования кислорода, природного газа, угля, подогретого дутья. На установке показана возможность получения медно-никелевого файнштейна в агрегате такого типа. Здесь же были уточнены причины настылеобразования в печи взвешенной плавки. Полученные результаты позволили реализовать мероприятия, снижающие риск настылеобразования в промышленных ПВП. (рисунки 7-8)

Создан универсальный укрупнённо-лабораторный вертикальный плавильный агрегат, позволяющий осуществлять плавку как в режиме электропечи постоянного тока с подовым электродом, так и в режиме агрегата с верхним дутьём (конвертер, печь Ausmelt). (рисунок 9)

В распоряжении лаборатории имеется укрупнённо-лабораторная печь кипящего слоя, на которой отработаны технологии окислительного обжига медного концентрата от разделения файнштейна и полиметаллического концентрата для гидрометаллургической переработки, обжига медно-никелевого концентрата с последующей плавкой огарка в электропечи, разработана технология переработки хромсодержащих титановых концентратов с получением кондиционных продуктов (рисунки 10-11).

Для отработки процессов обжига материалов в ТВП используется лабораторная трубчатая вращающаяся печь производительностью до 5 кг/час. Реактор печи разогревается спиральными электронагревателями (до 1300°C) и приводится во вращение электроприводом с переменной скоростью; материал загружается с помощью шнекового питателя. Печь герметична, что позволяет вести обжиг в контролируемой атмосфере (рисунки 12-13). Исследована восстановимость различных Уральских руд и руд Казахстана с последующей плавкой огарка в электропечах; отработана технология восстановления промышленной закиси никеля с получением активного никелевого порошка. Лаборатория располагает и укрупнённой трубчатой вращающейся печью внутренним диаметром 0,6 м и длиной 6 м, отапливаемой природным газом (рисунок 14).

Для исследования процессов электроплавки широко применяется печь постоянного тока мощностью до 100 кВт и объёмом по шлаку до 50 кг. На данной установке была опробована плавка различных типов окисленных никелевых руд с получением богатого ферроникеля, обеднения шлаков медно-никелевого и медного производства, разработана новая технология переработки оловянных концентратов путем подачи в оксидный расплав жидкой серы (рисунки 15-24).

Другие электропечи пирозала института – двухэлектродная малая дуговая печь объёмом до 50 кг по металлу и трёхэлектродная гарнисажная электропечь ёмкостью до 500 кг по шлаку, с возможностью работы в режиме печи постоянного тока с подовым электродом. Данные установки находят очень широкое применение при разработке технологий выплавки в электропечах ферросплавов, меди, титанового шлака и др. (рисунки 31-39,51)

В пирозале имеется шахтный реактор, позволяющий осуществлять обжиг до нескольких килограмм материалов в герметичной камере в контролируемой атмосфере. На данной установке была отработана технология рафинирования сульфидных золотосодержащих концентратов от мышьяка с переводом последнего в безопасное состояние. (рис.25-27).

Моделирование процессов восстановительного обжига брикетов и окатышей, сульфидирования материалов осуществляется в установках на базе ковшевого стенда, с использованием в качестве источника тепла газовой горелки. Обжиг в такой установке брикетов железосодержащих концентратов позволяет отрабатывать режимы прямого восстановления железа в конвейерных и карусельных печах. Сульфидирование материала осуществляется подачей через графитовое сопло серного пара, генерируемого специальной установкой. (рисунки 40-41)

Помимо собственно экспериментальных установок, лаборатория снабжена комплексом вспомогательного оборудования - дробилки и мельницы для подготовки материала, компрессор для снабжения укрупнённых установок сжатым воздухом, кислородная станция и пр. (рисунки 47,48) Анализ отходящих газов в ходе лабораторных и укрупнённо-лабораторных экспериментов проводится с помощью времяпролётного масс-спектрометра ЭМГ-20-1 фирмы METTEK (Россия) (рисунок 49), аналогичный прибор в портативном исполнении применяется для газоанализа на промышленных установках (рисунок 50). Температура расплавов, а также элементов установок контролируется с помощью пирометров и цифрового тепловизора.


◄ Научно-исследовательская деятельность