Справочник НДТ разработан взамен справочника НДТ ИТС 12-2015 "Производство никеля и кобальта" в соответствии с распоряжением от 30 апреля 2019 г. N 866-р "Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям".
В соответствии с положениями Федерального закона от 10 января 2002 г. N 7 ФЗ [1] объекты, оказывающие воздействие на окружающую среду, подразделяются на четыре категории. Производство никеля и кобальта включено в I категорию и отнесено к областям применения наилучших доступных технологий. Профильные предприятия рассматриваются как объекты, деятельность которых оказывает значительное негативное воздействие на окружающую среду и которые обязаны получать комплексные экологические разрешения на осуществление своей деятельности. Общая цель комплексного подхода к экологическому нормированию хозяйственной деятельности заключается в совершенствовании регулирования и контроля производственных процессов с целью обеспечения высокого уровня защиты окружающей среды. Хозяйствующие субъекты должны принимать все необходимые предупредительные меры, направленные на предотвращение загрязнения окружающей среды и рациональное использование ресурсов, в частности посредством внедрения НДТ, которые дают возможность обеспечить выполнение экологических требований.
Термин "наилучшие доступные технологии" определен в статье 1 Федерального закона N 7 ФЗ [1], согласно которому, НДТ - это технология производства продукции (товаров), выполнения работ, оказания услуг, определяемая на основе современных достижений науки и техники и наилучшего сочетания критериев достижения охраны окружающей среды при условии наличия технической возможности ее применения.
Краткое содержание справочника
Введение. Представлено краткое содержание справочника НДТ.
Предисловие. Указаны цель разработки справочника НДТ, его статус, законодательный контекст, краткое описание процедуры создания в соответствии с установленным порядком, а также взаимосвязь с аналогичными международными документами.
Область применения. Описаны основные виды деятельности, на которые распространяется действие справочника НДТ.
В разделе 1 представлена информация о мировом состоянии и уровне развития никель-кобальтовой промышленности - основных производителях и потребителях никеля и кобальта, рудной базе, применяемых при производстве технологических процессах, качестве товарной продукции.
В разделе 2 представлены сведения о технологических процессах, применяемых при производстве никеля и кобальта из руд и концентратов, дана оценка потребления энергоресурсов и уровней эмиссий в окружающую среду, характерных для производства никеля и кобальта в Российской Федерации.
Раздел подготовлен на основе данных, представленных предприятиями Российской Федерации в рамках разработки справочника НДТ, а также различных литературных источников.
В разделе 3 описаны особенности подходов, примененных при разработке данного справочника НДТ и в целом соответствующих Правилам определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по НДТ (утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. N 1458) и Методическим рекомендациям по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии (утверждены приказом Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 31 марта 2015 г. N 665).
В разделе 4 приведено краткое описание НДТ для производства никеля и кобальта, включая:
- системы экологического и энергетического менеджмента, контроля и мониторинга технологических процессов;
- технические и технологические решения для повышения энергоэффективности, ресурсосбережения, снижения эмиссий загрязняющих веществ, методы обращения с отходами и побочными продуктами производства.
В разделе 5 приведены доступные сведения об экономических аспектах реализации НДТ на предприятиях Российской Федерации.
В разделе 6 приведены краткие сведения о новых технологических и технических решениях (не применяемых в России на момент подготовки справочника), направленных на повышение энергоэффективности, ресурсосбережения, снижение эмиссий загрязняющих веществ, эффективное обращение с отходами, промежуточными и побочными продуктами.
Заключительные положения и рекомендации. Приведены сведения о членах технической рабочей группы, принимавших участие в разработке справочника НДТ, рекомендации предприятиям по дальнейшим исследованиям экологических аспектов их деятельности.
Приложения. Приведены перечень маркерных загрязняющих веществ, перечень технологических показателей, перечень НДТ, сведения о ресурсной (в том числе энергетической) эффективности, а также "Заключение по наилучшим доступным технологиям" для рассматриваемой отрасли промышленности.
"Заключения по наилучшим доступным технологиям" включает части ИТС НДТ, содержащие:
- область применения;
- описание НДТ, уровни эмиссий, соответствующие НДТ (технологические показатели), а также информацию, позволяющую оценить их применимость;
- методы производственного экологического контроля (прежде всего подходы к организации измерений, в том числе касающиеся систем автоматического контроля).
"Заключение по наилучшим доступным технологиям" сформировано для использования заинтересованными лицами, в том числе промышленными предприятиями при формировании заявок на комплексные экологические разрешения, а также надзорными органами при выдаче комплексных экологических разрешений и является кратким описанием основных положений ИТС НДТ, включая описание наилучших доступных технологий, информации, позволяющей оценить их применимость, уровни эмиссий и потребления ресурсов, методы производственного экологического контроля.
Библиография. Приведен перечень источников информации, использованных при разработке справочника НДТ.
Цели, основные принципы и порядок разработки информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям установлены постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. N 1458. Перечень областей применения наилучших доступных технологий определен распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р.
1. Статус документа
Настоящий справочник НДТ является документом по стандартизации.
2. Разработчик
Справочник НДТ разработан технической рабочей группой "Производство никеля и кобальта" (ТРГ-12), созданной приказом Минпромторга от 02 июля 2019 г. N 2343 "О создании технической рабочей группы "Производство никеля и кобальта". Перечень организаций и их представителей, принимавших участие в разработке справочника НДТ, приведен в разделе "Заключительные положения и рекомендации".
Справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных технологий (далее - Бюро НДТ) (www.burondt.ru).
3. Краткая характеристика
Справочник НДТ содержит описание применяемых при производстве никеля и кобальта технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, в том числе позволяющих снизить эмиссии в окружающую среду, сократить водопотребление, повысить энергоэффективность, обеспечить экономию ресурсов. Из числа описанных технологических процессов, технических способов, методов выделены решения, отнесенные к НДТ. В справочнике НДТ установлены технологические показатели, соответствующие выделенным НДТ.
4. Взаимосвязь с международными, региональными аналогами
Справочник НДТ разработан на основе справочника Европейского союза (ЕС) по наилучшим доступным технологиям для предприятий цветной металлургии (Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Non-Ferrous Metals Industries) с учетом особенностей производства никеля и кобальта в Российской Федерации.
5. Сбор данных
Информация о технологических процессах, технических способах, методах, применяемых при производстве никеля и кобальта в Российской Федерации, была собрана в процессе разработки справочника НДТ в соответствии с Порядком сбора данных, необходимых для разработки информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям и анализа приоритетных проблем отрасли, утвержденным приказом Минпромторга России от 18 апреля 2017 г. N 1234.
6. Взаимосвязь с другими справочниками НДТ
Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, разрабатываемыми (актуализируемыми) в соответствии с распоряжением Правительства от 30 апреля 2019 г. N 866-р, приведена в разделе "Область применения".
7. Информация об утверждении и введении в действие
Настоящий справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от 12 декабря 2019 г. N 2978.
Настоящий справочник НДТ введен в действие с 1 марта 2020 г., официально опубликован в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).
Настоящий справочник НДТ "Производство никеля и кобальта" распространяется на процессы производства первичных никеля и кобальта, т.е. получаемых из рудного сырья.
Поскольку производство никеля, кобальта и меди из сульфидных медно-никелевых руд включает ряд последовательных операций в едином взаимосвязанном производственно-технологическом процессе, справочник также распространяется на процессы производства меди из такого сырья.
Справочник НДТ также распространяется на процессы, связанные с основными видами деятельности по производству первичного никеля и кобальта, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий и (или) масштабы загрязнения окружающей среды:
- хранение, подготовка и транспортировка сырья;
- хранение и подготовка топлива, материалов, реагентов и продукции;
- производственные процессы (пирометаллургические, гидрометаллургические).
Справочник НДТ не распространяется на:
- добычу и обогащение никелевых и полиметаллических руд на месторождениях (область действия ИТС НДТ 23);
- вопросы, которые касаются исключительно обеспечения промышленной безопасности или охраны труда.
Вопросы обеспечения промышленной безопасности и охраны труда частично рассматриваются только в тех случаях, когда оказывают влияние на виды деятельности, включенные в область применения настоящего справочника НДТ.
Дополнительные виды деятельности при производстве никеля и кобальта, а также соответствующие им справочники НДТ приведены в таблице 1.
Таблица 1
Дополнительные виды деятельности при производстве никеля
и кобальта и соответствующие им справочники НДТ
В настоящем справочнике использованы термины и определения в соответствии с ГОСТ Р 56828.15-2016 "Наилучшие доступные технологии. Термины и определения" [4].
Сфера распространения настоящего справочника НДТ приведена в таблице 2.
Таблица 2
Сфера распространения ИТС НДТ
Мировое производство первичного никеля во всех видах в 2018 году, по данным аналитиков Wood Mackenzie, составило 2235 тыс. т (+6,3% к уровню 2017 года), в том числе 1153 тыс. т никеля (51,5%) - в ферроникеле и никелистом чугуне [5].
Под первичным никелем, по определению International Nickel Study Group, подразумевается продукция плавильных и рафинировочных заводов, пригодная для использования потребителями, в том числе:
- никель класса I с содержанием никеля 99% и выше (электролитный никель - в виде полноразмерных или резаных катодов, гранулы, брикеты, порошки/хлопья, пеллеты, рондели);
- никель класса II с содержанием никеля менее 99% (ферроникель, оксид никеля/синтер, ютилити-никель, никелистый чугун).
Отдельная группа включает химикаты на основе никеля.
На долю 10 крупнейших стран - производителей никеля пришлось почти 85% мирового выпуска. Практически недосягаемым лидером является Китай, на который приходится почти 1/3 мирового производства (табл. 1.1).
Таблица 1.1
Производство никеля во всех видах в 2018 году по странам [5]
Мировое потребление первичного никеля во всех видах в 2018 году составило 2279 тыс. т (+3,3% к уровню 2017 года), из которых на долю первой пятерки - ведущих потребителей никеля пришлось 3/4 мирового потребления. Безоговорочным лидером является Китай - около половины мирового потребления никеля, на Россию приходится менее 2%, т.е. ~ 33 тыс. т (табл. 1.2).
Таблица 1.2
Потребление первичного никеля во всех видах
в 2018 году по странам [5]
Более 2/3 мирового потребления никеля приходится на сектор производства нержавеющей стали (рисунок 1.1). В 2018 году в Китае было произведено 26,3 млн. т нержавеющей стали, что составляет 52% от мирового выпуска (50,6 млн. т).
![]() Рисунок 1.1 - Области потребления никеля в 2018 году
(100% = 2279 тыс. т) [5]
Быстро растет потребление никеля в секторе батарей для электромобилей. Если в 2018 году в структуре потребления никеля на сектор батарей для электромобилей приходилось ~ 3%, то уже в 2020 году эта доля может возрасти до 5%, а к 2025 году - до 18%. Двумя доминирующими типами катодных материалов стали NCA (Li-Ni/Co/Al) и NMC (Li-Ni/Co/Mn). Рост цен на кобальт и отсутствие уверенности потребителей в надежности будущих поставок (почти 2/3 добычи кобальта - в ДР Конго) стимулировали переключение с NMC 111 или NMC 622 на состав, содержащий меньше кобальта и больше никеля - NMC 811.
По Никелевому контракту Лондонской биржи металлов (ЛБМ) может быть поставлен первичный никель (т.е. произведенный из рудного сырья) в виде катодов (полноразмерных или резаных), дроби или брикетов, удовлетворяющий по химическому составу одному из двух стандартов: ASTM Standard Specification for Nickel B39-79 (2013) или GB/T 6516-2010 - Ni 9990 grade (табл. 1.3 - 1.5).
Таблица 1.3
Требования к составу первичного никеля стандартов
ASTM B39-79 (2013) и GB/T 6516-2010 - Ni 9990
Таблица 1.4
Марки никеля, зарегистрированные на ЛБМ
Таблица 1.5
зарегистрированных на ЛБМ (данные компаний)
Продолжение таблицы 1.5
В дополнение к таблице 1.5 в таблице 1.6 приведено описание никелевой продукции зарубежных производителей, не зарегистрированной на ЛБМ.
Таблица 1.6
Описание и химический состав никелевой продукции,
не зарегистрированной на ЛБМ (данные компаний)
Продолжение таблицы 1.6
Продолжение таблицы 1.6
Окончание таблицы 1.6
Мировое производство рафинированного кобальта, по оценкам Cobalt Institute (CI) - Института кобальта (ранее Cobalt Development Institute), составило в 2018 году 124,3 тыс. т, что на 7,4 тыс. т выше показателя 2017 года [6] (таблица 1.7).
Таблица 1.7
в 2017 - 2018 годах, т
Существенный вклад в предложение вносит вторичный кобальт - порядка 10 тыс. т/г., в том числе в США около 2,8 тыс. т. Однако оценки объемов его производства носят весьма приблизительный характер, так как многие предприятия перерабатывают как первичное, так и вторичное сырье, и разделить эти потоки не представляется возможным.
По оценкам CI, кажущееся потребление кобальта (производство + импорт и минус экспорт) составило в 2018 году около 125 тыс. т против 123 тыс. т в 2017 году [6].
Основная часть кобальта используется при производстве аккумуляторных батарей (~ 76 тыс. т в 2018 году) и суперсплавов (~ 17,6 тыс. т в 2018 году), причем уровень производства перезаряжаемых источников энергии и, соответственно, потребление кобальта неуклонно растут (рисунок 1.2). Так, если в 1995 году спрос на кобальт в этом секторе потребления оценивался на уровне 700 т, то в 2014 году он приблизился к 40 тыс. т, а в 2018 году - к 76 тыс. т (60% мирового спроса). На все прочие области пришлось порядка 26% мирового спроса [7].
![]() Рисунок 1.2 - Структура потребления кобальта в 2018 году
(100% = 126 тыс. т)
По Кобальтовому контракту Лондонской биржи металлов (ЛБМ), введенному в действие в 2009 году, поставляемый кобальт должен был иметь чистоту минимум 99,3%, но с января 2018 года этот показатель заменен на 99,80%. Таким образом, на ЛБМ может быть поставлен кобальт минимальной чистоты 99,80%, а содержание прочих элементов указывается каждым производителем зарегистрированной на ЛБМ марки кобальта (таблицы 1.8, 1.9). Кобальт может быть в виде катодов (ломаных или резаных), слитков, брикетов, "пуговиц" или (с 2015 года) крупнозернистого порошка.
Таблица 1.8
Марки кобальта, зарегистрированные на ЛБМ (по данным ЛБМ)
Таблица 1.9
зарегистрированной на ЛБМ (Co - мин. содержание,
примеси - макс. содержание)
Окончание таблицы 1.9
Содержание никеля в земной коре составляет около 0,01% масс., он занимает пятое место по распределению в земной коре, уступая лишь Fe, O, Si и Mg. Однако число пригодных для экономически эффективного извлечения металла промышленных месторождений ограничено.
Мировые запасы никеля в рудах оцениваются в 89 млн. т. Выявленные наземные ресурсы никеля в рудах (табл. 1.10), содержащих 1% никеля или больше, составляют по крайней мере 130 млн. т никеля, в том числе 60% в латеритовых и 40% в сульфидных месторождениях. Значительные ресурсы никеля сосредоточены также в глубоководных конкрециях.
Таблица 1.10
Мировые запасы никеля на 2018 год, тыс. т
Около 8,5% мировых запасов никеля сосредоточено в России (7,6 млн. т). По этому показателю Россия занимает 4-е место в мире, уступая Индонезии (21 млн. т), Австралии (19 млн. т) и Бразилии (11 млн. т) [8].
Мировые запасы кобальта, по оценкам US Geological Survey, составляют 6,9 млн. т, а выявленные наземные ресурсы - около 25 млн. т. В дополнение к этому ресурсы кобальта в железомарганцевых конкрециях и корках на океанском дне оцениваются почти в 120 млн. т [9].
Основными геолого-промышленными типами месторождений никеля и кобальта являются магматические сульфидные медно-никелевые, гипергенные силикатные никелевые коры выветривания и гидротермальные арсенидные и сульфоарсенидные никель-кобальтовые и собственно кобальтовые месторождения (табл. 1.11, 1.12). Важнейшие промышленные минералы никеля (и кобальта) приведены в табл. 1.13.
Таблица 1.11
Мировые запасы кобальта на 2018 год, тыс. т [9]
Таблица 1.12
сульфидных и окисленных руд, разрабатываемых никелевыми
Таблица 1.13
Важнейшие промышленные минералы никеля и кобальта [21]
Характерной особенностью сульфидных месторождений, сосредоточенных преимущественно на территории России и Канады, является сравнительно выдержанный минеральный состав руд. Главными минералами руд являются пирротин, пентландит, халькопирит и магнетит. Руды содержат никель, медь, кобальт, платиноиды, а также селен и теллур, золото, серебро и серу. Месторождения описываемого типа являются ведущими в запасах и добыче никеля и кобальта в России.
В сульфидных рудах чаще всего основная часть никеля встречается в виде минерала пентландита (Ni, Fe)9S8. Лишь небольшие количества никеля бывают представлены миллеритом NiS, виоларитом Ni2FeS4 и никельсодержащим пирротином (Fe, Ni)8S9. В рудах некоторых месторождений Австралии, например, существенная часть никеля представлена полидимитом Ni3S4. Пентландит всегда встречается вместе с другими сульфидными минералами, чаще всего с пирротином Fe8S9 и халькопиритом CuFeS2. Эти сульфидные минералы вмещает силикатная и алюмосиликатная порода. В табл. 1.14 приведен примерный минералогический состав некоторых сульфидных руд.
Таблица 1.14
Минералогический состав некоторых канадских
сульфидных никелевых РУД [22]
Большинство месторождений окисленных (латеритовых) руд, представляющих интерес для добычи, сосредоточено в экваториальном поясе: в Новой Каледонии, на Кубе, Мадагаскаре, Филиппинах, в Индонезии и др. Силикатные никелевые месторождения России играют подчиненную роль в запасах и добыче никеля и кобальта. Минеральный состав окисленных никелевых руд очень сложный: металлы распределены по многим минеральным формам и представлены как силикатными, так и оксидными и гидроксидными соединениями.
Двумя основными подтипами латеритовых руд, представляющих коммерческий интерес, являются лимониты и сапролиты. Лимониты обычно залегают ближе к поверхности, непосредственно под покрывающим пластом (зона феррикрета), ниже залегают сапролиты. Лимониты и сапролиты существенно различаются по составу. В целом в лимонитах содержание никеля (0,8 - 1,5%), магния (0 - 5% MgO) и кремнезема (0 - 10% SiO2) ниже, а железа (40 - 50%) и кобальта (0,10 - 0,20%) выше, чем в сапролитах. В случае если никель сосредоточен в основном в силикатной фазе сапролитовой зоны, латеритовое месторождение относят к "гарниеритовому типу", содержащему 1,8 - 3,5% Ni, 0,02 - 0,08% Co, 10 - 25% Fe, 15 - 25% MgO и 30 - 50% SiO2.
Чисто лимонитовая руда представляет собой в основном окислы (гидроокислы) железа, в то время как серпентинитовая руда представлена в основном сложными железо-магниевыми силикатами. В обеих разновидностях окисленных руд никель изоморфно замещает железо (и магний) в решетке, соответственно, окислов и силикатов (за очень редким исключением в таких рудах присутствуют собственно никелевые силикаты), поэтому окисленные руды не могут быть обогащены с применением обычных физических методов обогащения (флотации, гравитации и т.п.), как это имеет место при переработке сульфидных руд. Иногда производится рудоразборка с отбраковыванием крупных кусков - фазы, которая в ряде случаев существенно обеднена никелем (например, обогащение разделением по классам крупности было заложено в схему Cawse). Однако этот прием позволяет лишь незначительно обогатить сырье.
Почти половина мировых запасов кобальта сосредоточена в Демократической Республике Конго в многочисленных медно-кобальтовых месторождениях Медного пояса, тянущегося из Замбии через провинцию Катанга в юго-восточной части Демократической Республики Конго. Содержание кобальта в наиболее богатых зонах достигает 1 - 2%. Первичная минерализация - сульфидная; основные медьсодержащие минералы - халькопирит, халькозин Cu2S; кобальт преимущественно - в карролите (Cu(Co, Ni)2S4). Гипергенная (вторичная) минерализация ассоциирована с высокой степенью окисления минералов, залегающих вблизи поверхности (не глубже 100 м от поверхности). Медь и кобальт сосредоточены преимущественно в малахите Cu2CO3(OH)2 и гетерогените CoO(OH). Содержание кобальта обычно составляет 0,3%, меди ~ 3%.
На сегодняшний день богатые кобальтом месторождения так называемой первичной кобальтовой руды, или собственно кобальтовой руды, практически исчерпаны. Единственным рудником (подземным), где с 1928 года по сию пору ведут разработку, является рудник Bou-Azzer (Марокко) компании СТТ Managem. Содержание кобальта в руде, включающей Co-Ni-Fe-арсениды и сульфоарсениды (главный промышленный минерал скуттерудит (Co, Fe, Ni)As2), а также сульфиды меди и молибденит - высокое, порядка 1%.
Имеются проекты добычи и переработки мышьяковистой руды: проект Idaho Cobalt Project (США), где основными кобальт- и медьсодержащими минералами являются соответственно кобальтин CoAsS и халькопирит CuFeS2; проект NICO (Канада) компании Fortune Minerals, предусматривающий переработку Co-Bi-Cu-Au-руды, в которой основным кобальтсодержащим минералом является арсенопирит и др.
Новых крупных сульфидных месторождений никеля и тем более богатых в последние годы не выявлено. Некоторые разрабатываемые десятилетиями месторождения сульфидной руды имеют ограниченный оставшийся срок эксплуатации.
В ретроспективе объем добычи никеля из сульфидных руд заметно превышал добычу из латеритовых руд, однако в последние годы доля сульфидного никеля в общем объеме добычи снизилась (табл. 1.15).
Таблица 1.15
Горная добыча никеля в 2017 - 2018 годы по странам,
тыс. т Ni [8]
По данным US Geological Survey, мировая добыча кобальта в 2018 году составила 140 тыс. т, причем более 60% приходится на Демократическую Республику Конго (Киншаса) (табл. 1.16).
Таблица 1.16
Горная добыча кобальта в 2017 - 2018 годах, тыс. т [9]
Технологические схемы переработки никелевых руд определяются их типом и особенностями химического состава. Так, если переработка сульфидных руд не отличается разнообразием (за исключением трех гидрометаллургических производств - Надеждинского металлургического завода в Норильске (Заполярный филиал ПАО "ГМК "Норильский никель", Россия), завода в Long Harbour (Vale, Канада) и предприятия компании Terrafame в Финляндии, головными операциями технологической схемы являются пирометаллургические процессы, обеспечивающие получение медно-никелевого файнштейна), то схемы получения никеля из латеритов весьма разнятся между собой, как по типу и набору технологических операций, так и по виду конечной продукции. При этом наибольшее распространение имеет плавка окисленной никелевой руды на ферроникель, в меньшей степени распространены процессы высокотемпературного автоклавного выщелачивания и Карон-процесс (таблицы 1.17.1, 1.17.2). В настоящее время все шире применяется плавка окисленных никелевых руд на никелистый чугун (продукт, близкий по составу к ферроникелю), весьма широко востребованный при производстве нержавеющих сталей.
Таблица 1.17.1
Таблица 1.17.2
Учитывая растущую потребность рынка в материалах для производства перезаряжаемых батарей, Sumitomo расширила производство сульфата никеля до > 70 тыс. т/г. Terrafame (Финляндия) приступает к производству сульфата никеля и кобальта с 2021 года. Компания BHP со 2 кв. 2020 года начинает производство сульфата никеля с исходной мощностью ~ 100 тыс. т/г сульфата или 22 тыс. т/г. Ni в сульфате. Предусматривается расширение мощностей далее до 200 тыс. т/г. по сульфату. Объем производства никеля рафинировочного завода Kwinana - около 75 тыс. т/г. Выпускаемый на рафинировочном заводе Kwinana никелевый порошок по схеме "аммиачное выщелачивание - восстановление водородом" будут растворять в серной кислоте, получаемой из SO2, образующегося при плавке сульфидных концентратов на заводе Калгурли. На полной мощности завод будет потреблять 44 тыс. т/г. никеля и станет крупнейшим в мире по выпуску сульфата.
Латеритовые Ni-Co-руды перерабатывают пирометаллургическими методами (плавка на ферроникель, никелистый чугун или штейн), гидрометаллургическими методами (сернокислотное автоклавное выщелачивание, иногда в комбинации с атмосферным и кучным выщелачиванием) и комбинированными методами, сочетающими приемы пиро- и гидрометаллургии (например, аммиачное выщелачивание по методу М. Карона). Выбор метода в значительной степени определяется химическим и минералогическим составом руды. Так, для переработки Mg-гидросиликатного подтипа руды почти в 3/4 случаев применяется плавка. Напротив, для переработки железооксидного подтипа используются преимущественно гидрометаллургические способы, включая метод Карона (рисунок 1.3).
![]() тропических Ni-Co латеритов [23]
Плавка латеритовой никелевой руды на ферроникель, никелистый чугун, штейн за рубежом
Совместное присутствие в латеритах никеля и железа создает предпосылки для получения железосодержащих никелевых продуктов - ферроникеля и никелистого чугуна, пригодных для производства нержавеющих сталей.
Сырьем для производства ферроникеля служит преимущественно сапролит (%: Ni - 1,5 - 3; Co - 0,04 - 0,08; Fe - 15; SiO2 - 40; MgO - 25), позволяющий из-за пониженного по сравнению с лимонитом содержания железа при меньших производственных затратах получать ферроникель заданного состава.
Технологический процесс включает в себя сушку руды, обжиг, восстановление оксидов никеля и железа в электропечах с получением чернового ферроникеля и его рафинирование, обеспечивающее удаление серы и фосфора. Своеобразным стандартом отрасли стал процесс RKEF (rotating kiln - electric furnace), включающий в себя обжиг во вращающейся печи ("RF") и восстановительную плавку в электропечи ("EF"). В типичном случае готовый ферроникель содержит 20 - 40% Ni.
Производство никелистого чугуна (НЧ) началось в Китае в 2005 году как реакция на высокие цены на никель, и уже к 2014 году никелистый чугун покрывал более половины потребности в никеле китайских производителей нержавеющей стали.
В технологическом отношении китайцы прошли следующий путь. Производство никелистого чугуна (~ 2% Ni) началось в доменных печах, использовавшихся ранее для выплавки чугуна. Затем получила развитие плавка в электропечи: как и в случае с домнами, поначалу использовали уже имеющиеся печи, использовавшиеся ранее для выплавки других сплавов - FeSi, FeMn и др. В электропечах получают НЧ с 10 - 15% Ni, что делает его пригодным для производства нержавеющих сталей серии 300.
С 2011 года началось быстрое развитие производства НЧ по хорошо известной технологии производства ферроникеля RKEF. Такой никелистый чугун как по составу, так и по способу производства практически ничем не отличается от обычного ферроникеля.
Переработка латеритовой руды на штейн осуществляется на единственном заводе - Sorowako компании Vale. В местных рудах отношение SiO2/MgO ~ 2,1. При SiO2/MgO 1,8 - 2,2 получается шлак со сравнительно низкой температурой плавления, что делает такие руды более пригодными для плавки на штейн, а не на ферроникель.
На заводе Sorowako производительностью порядка 80 тыс. т в год по никелю подсушенную во вращающейся печи руду подвергают сульфидирующему обжигу при 800 °C с вбрызгиванием жидкой серы, плавке на никелевый штейн (~ 26% Ni) в электропечи и конвертированию в конвертерах Пирса-Смита с получением файнштейна с ~ 78% Ni. Файнштейн гранулируют в сильном потоке воды, гранулы (0,3 мм) отправляют Sumitomo (20% объема файнштейна) и предприятия Vale в Азии для дальнейшей переработки (см. табл. 1.7).
Компания Eramet до 2016 года сульфидировала примерно 1/5 часть полученного на заводе Doniambo (Новая Каледония) ферроникеля: жидкую серу вдували в расплавленный рафинированный ферроникель (25% Ni) в конвертере Пирса-Смита с получением файнштейна (75% Ni, 1% Co). Слитки файнштейна отправляли на завод компании Sandouville (Франция) для производства рафинированных никеля и кобальта (металлический никель высокой чистоты (> 99,97%), хлорид и карбонат никеля, хлорид кобальта).
В рамках реорганизации производства никеля с целью сокращения издержек сульфидирование ферроникеля на заводе Doniambo прекращено, а завод Sandouville переходит на переработку файнштейна с завода Harjavalta компании Boliden.
Гидрометаллургическая переработка латеритовых руд
Высокотемпературное сернокислотное автоклавное выщелачивание (HPAL) является вторым по распространенности в мире процессом, предназначенным для производства никеля из окисленных никелевых руд, и обеспечивает возможность извлечения в товарную продукцию до 90% и более никеля и основную часть кобальта.
Процесс HPAL - это процесс, в котором никель и кобальт из латеритовой руды выщелачиваются серной кислотой при высоком давлении (~ 40 атм.) и температуре (230 °C - 240 °C). Из раствора выщелачивания после очистки его от примесей либо осаждают смешанные сульфиды или гидроксиды никеля и кобальта, либо ведут процесс с использованием жидкостной экстракции и электроэкстракции до получения металлических никеля и кобальта. Последнее характерно для относительно новых предприятий.
Технология реализована и применяется на восьми действующих заводах (табл. 1.18). Заводы Cawse и Avalon компании Wingstar Investments Pty Ltd в Австралии, принадлежавшие до 2014 года различным компаниям (в том числе ПАО "ГМК "Норильский никель"), в настоящее время законсервированы.
Таблица 1.18
Действующие предприятия, использующие HPAL процесс
На заводе Ravensthorpe (Австралия) компании First Quantum Minerals используется сочетание высокотемпературного автоклавного сернокислотного выщелачивания (лимонитов) с атмосферным выщелачиванием сапролита. Завод был остановлен в 2017 году по причине низких цен на никель, но по объявленным компанией весной 2019 года планам производство может возобновиться с 1 кв. 2020 года.
На заводе Murrin Murrin компании Minara Resources, в дополнение к цепочке высокотемпературного АКВ (автоклавного кислотного выщелачивания), отвалы рудоподготовки перерабатываются кучным выщелачиванием.
Гидрометаллургическая технология получения никеля и кобальта с использованием процесса Карона (восстановительный обжиг с последующим аммиачным выщелачиванием) позволяет перерабатывать лимонитовую руду или смесь лимонитов с сапролитами, при этом с увеличением относительной доли сапролита извлечение никеля и кобальта снижается. По сравнению с процессом автоклавного кислотного выщелачивания (HPAL) применение процесса Карона экономически оправдано для переработки руды с более высоким содержанием магния (примерно до 8%). Однако в этой технологии извлечение никеля и особенно кобальта существенно ниже, чем в HPAL, а извлечение никеля ниже, чем при плавке на ферроникель. Кроме того, головные пирометаллургические операции энергозатратны, а последующие гидрометаллургические операции требуют различные реагенты.
В настоящее время процесс Карона применяется на одном действующем заводе - Punta Gorda (Куба). Завод Nicaro, где этот процесс был применен впервые, закрыт на постоянной основе. Завод Sao Miguel Paulista (Бразилия) в 2016 году был остановлен из-за низких цен на никель на неопределенное время. Завод Yabulu (Австралия) компании Queensland Nickel, перерабатывавший импортную руду, пришлось закрыть в 2016 году. Компания обанкротилась.
Ниже в табл. 1.19 приведены некоторые показатели перечисленных выше заводов.
Таблица 1.19
их извлечения из аммиачно-карбонатных растворов
на предприятиях, использующих Карон-процесс
В 2010 - 2011 годах компания Direct Nickel презентовала технологию переработки латеритов в азотнокислой среде с регенерацией азотной кислоты и запустила демонстрационную пилотную установку. Одним из элементов установки был агрегат для термического разложения, в который подается моногидрат нитрата магния, а образуется MgO в виде порошка и выделяются газы NOx, проходящие через серию абсорберов и скрубберов, в которых извлекается 99% окислов азота и получается 55%-ная азотная кислота. Работа демонстрационной установки показала возможность регенерации более 95% азотной кислоты и извлечения никеля и кобальта в гидратный продукт более 90%. Однако, несмотря на высокие показатели эффективности, на сегодняшний день информация о коммерческом использовании технологии отсутствует.
Следует упомянуть и о таком направлении, как хлоридное выщелачивание. Исследования возможности переработки латеритовых руд в солянокислой среде идут с 70-х гг. Среди компаний, активно ведущих разработки в области хлоридной технологии, следует упомянуть: BHP Billiton (разработавшую процесс хлоридного кучного выщелачивания), Jaguar Nickel, Nichromet Solutions Inc., Intec Ltd., Anglo American (процесс Anglo Research Nickel - ARNi) и др. Однако ни один из перечисленных процессов пока не достиг стадии коммерческого внедрения.
Никельсодержащие сульфидные руды, в отличие от окисленных, поддаются флотационному обогащению. Так, из руды, содержащей 1 - 3% Ni, получают концентрат с 7 - 20 + % Ni. Технологическая схема включает в себя дробление, измельчение и флотацию. В зависимости от состава руды, в частности, от соотношения меди и никеля, используются различные схемы.
При небольшом содержании в руде халькопирита реализуется процесс коллективной флотации с получением Ni-Cu-концентрата, при значительном (массовое соотношение Cu:Ni > 0,3) - производится разделение на никелевый (медно-никелевый) и медный концентраты. На Талнахской обогатительной фабрике ЗФ ПАО "ГМК "Норильский Никель", перерабатывающей сплошные сульфидные руды, осуществлялось также выделение никелистого пирротина в отдельный, так называемый пирротиновый концентрат.
Наиболее распространенной практикой переработки никелевых сульфидных концентратов является штейновая плавка, которая может быть реализована либо в автогенных агрегатах (печь взвешенной плавки), либо в руднотермических электропечах. Полученный штейн конвертируют с получением файнштейна, который затем рафинируют гидрометаллургическим (весь мир) или комбинированным способом (Россия <1>) с получением товарных металлов (рисунок 1.4).
--------------------------------
<1> По данным на 2016 год, на единственном никельрафинировочном предприятии России - комбинате Североникель АО "Кольская ГМК" - до сих пор используется устаревшая технологическая схема получения катодного никеля методом электрорафинирования металлических анодов, однако от этой технологии в настоящее время отказываются, постепенно переходя на технологию хлорного выщелачивания никелевого порошка трубчатых печей с получением никеля электроэкстракцией.
![]() сульфидных медно-никелевых руд
Главным преимуществом головной пирометаллургической операции является возможность практически количественного концентрирования присутствующих в сульфидных медно-никелевых рудах драгоценных металлов (за исключением серебра).
Для руд, практически не содержащих драгоценных металлов (медно-никелевые руды канадского месторождения Voisey's Bay), возможна гидрометаллургическая переработка с тотальным вскрытием сульфидной составляющей и получением медно-никель-кобальтового раствора, пригодного для дальнейшей переработки с получением катодных рафинированных металлов и отвального кека, который после нейтрализации можно захоранивать.
Следует также остановиться на переработке пирротиновых никельсодержащих концентратов, прямая пирометаллургическая переработка которых ввиду низкого содержания ценных компонентов экономически нецелесообразна <2>. Процедура гидрометаллургического обогащения, реализованная на Надеждинском металлургическом заводе ЗФ ПАО "ГМК "Норильский Никель", с выводом в отдельные продукты основной части серы в элементарной форме, а железа - в гидратной делает получаемый сульфидный концентрат весьма привлекательным для извлечения из него ценных компонентов (никеля, кобальта, меди, драгоценных металлов) стандартными пирометаллургическими способами.
--------------------------------
<2> Никельсодержащий пирротиновый концентрат месторождений района Sudbury (Канада) также ранее перерабатывали компании Inco (теперь Vale) и Falconbridge (теперь Glencore). Обе компании, стремясь увеличить пропускную способность плавильного передела, максимально удаляли моноклинный пирротин из рудных концентратов с помощью барабанных магнитных сепараторов. С 1950-х годов Inco перерабатывала этот моноклинный пирротин с получением железорудных (гематитовых) окатышей для предприятий черной металлургии (67% Fe), черного оксида NiO (77%) и серной кислоты. Пульпу обжигали в КС, горячий огарок с 95% Ni в NiFe2O4 и 5% никеля - в сульфиде никеля перерабатывали модифицированным процессом Карона: восстановительным обжигом и выщелачиванием NH3-CO2. Извлечение железа - более 90%, никеля - около 75%. В 1982 году в разгар экономического спада была закрыта цепочка восстановления/выщелачивания, а в 1991 году остановлен обжиг.
Falconbridge начала селективный сульфатирующий обжиг пирротина в 1950-е годы. Огарок содержал растворимый в воде сульфат никеля и нерастворимый Fe2O3. Получали синтетические железосодержащие окатыши с 66% Fe и кеки с 20% Ni (9% Fe, 36% S), который после нейтрализации известью отправляли на плавку. Завод был закрыт в 1972 году, когда были введены в действие экологические стандарты (газы с SO2 выбрасывались прямо в трубу, пыль улавливалась плохо) [25].
Производство штейна
Головной операций пирометаллургической переработки никельсодержащих руд и концентратов является плавка на штейн.
В исторической ретроспективе плавку предварительно обожженных и окускованных концентратов или кусковой руды вели в отражательных или шахтных печах. Эти способы плавки характеризовались относительно низкой удельной производительностью, высоким расходом кокса и повышенными потерями ценных компонентов с отвальными шлаками из-за присущей минералам пустой породы медно-никелевых руд тугоплавкости. Данные обстоятельства, а также стремительное развитие электроэнергетики привели к достаточно быстрому вытеснению этих процессов значительно более эффективной и менее "капризной" электроплавкой, которая, в свою очередь, также постепенно заменяется автогенными процессами плавки.
До недавнего времени электроплавка предварительно обожженного никелевого (медно-никелевого) концентрата применялась на пяти заводах (в т.ч. двух, расположенных на территории Российской Федерации) <3>, перерабатывающих никелевое (никель-медное) сульфидное сырье. В никель-платиновой подотрасли руднотермическая плавка повсеместно используется и по сей день, при этом из-за низкого содержания серы материал не обжигают, а после сушки непосредственно подают в электропечь (табл. 1.19 - 1.20).
--------------------------------
<3> После закрытия Никелевого завода в Норильске в 2016 году в России и никелевого завода Томпсон в Канаде в 2018 году в эксплуатации останутся только два никелевых плавильных завода (Печенганикель компании "Норильский Никель" и завод в г. Садбери компании Glencore), работающие по этой технологии. Заметим, что в январе 2016 года Glencore получила отсрочку на 10 лет для своего плавильного завода по части выполнения новых стандартов Канады по выбросам в атмосферу.
Несмотря на то, что процесс электроплавки является довольно старым, он имеет ряд неоспоримых преимуществ, а именно:
- возможность переработки малосульфидного высокомагнезиального сырья за счет способности электропечи обеспечивать высокие температуры шлаковых расплавов;
- возможность переработки конвертерных шлаков и прямого получения отвальных по цветным и драгоценным металлам шлаков, не требующих специального обеднения.
Именно эти обстоятельства и обусловливают повсеместное применение рудно-термических печей для плавки платиносодержащих концентратов. Даже при содержании в шлаке оксида магния на уровне 13 - 23% за счет поддержания высокой температуры шлаковой ванны удается обеспечить чрезвычайно низкие потери цветных и драгоценных металлов (потери ДМ пропорциональны потерям меди, т.к. никель может присутствовать в шлаках не только в виде корольков, но и в растворенной форме) (табл. 1.20 <4>).
--------------------------------
<4> Следует отметить, что в таблице приведено содержание цветных металлов в шлаке после флотации. Однако утверждение не теряет силы, поскольку при флотации шлаков содержание драгоценных и цветных металлов снижается почти пропорционально, всего примерно в два раза.
Таблица 1.20
Таблица 1.21
(в скобках для комбината "Печенганикель" указаны
Таблица 1.22
сульфидных концентратов
К недостаткам процесса следует отнести высокий удельный расход электроэнергии (который может быть несколько снижен при загрузке в печь горячего огарка, как это реализовано на канадских заводах), практически полное отсутствие возможности управления степенью десульфуризации в процессе плавки и выходом штейна (данные показатели регулируются степенью удаления серы на стадии предварительного обжига), а также получение большого объема бедных по сернистому ангидриду газов, утилизация которых затруднена.
На двух канадских предприятиях, использующих схему "окислительный обжиг-электроплавка", флотационный концентрат обжигают в печах кипящего слоя (КС) (табл. 1.20, 1.21, 1.22), являющихся наиболее эффективными обжиговыми агрегатами для удаления основного количества серы в газовую фазу. Содержания SO2 в отходящих газах на уровне 5 - 15% (по объему) вполне достаточно для использования в сернокислотном производстве, а интенсивный массообмен в агрегате обеспечивает высокую удельную производительность.
Основной тенденцией современной металлургии в области переработки высокосернистых концентратов является применение автогенных процессов. К наиболее распространенным относятся технология и печь взвешенной плавки, разработанные и внедренные в производство в конце 1940-х годов фирмой Outokumpu (ныне Outotec) для плавки медных концентратов. Начиная с 1960-х годов этот процесс получил широкое распространение на предприятиях медной и никелевой подотраслей.
В настоящее время по технологии взвешенной плавки в мире работает 5 заводов, перерабатывающих никельсодержащие сульфидные концентраты <5>. Завод Fortaleza (Бразилия) был остановлен в 2013 году, завод Selebi-Phikwe в Ботсване остановлен в 2016 году. Завод Copper Cliff компании Vale использует собственную технологию взвешенной плавки в горизонтальной печи (табл. 1.23).
--------------------------------
<5> На медных заводах эксплуатируются 44 печи.
Таблица 1.23
Характеристики печей для взвешенной плавки никелевых
концентратов по способу Outotec и Inco [22]
В автогенных процессах большая часть потребности в тепле удовлетворяется за счет окисления железа и серы, содержащихся в концентрате, в результате чего расходы топлива или электричества малы. Производительность печей взвешенной плавки по сырью (в пересчете на сухой вес) обычно составляет 100 - 150 т/час. В печах Outotec содержание кислорода в реакционном газе меняется от 30 - 40 об. % до 85 об. %; печи Inco (завод Copper Cliff) работают на кислородном дутье.
Одним из вариантов усовершенствованной технологии взвешенной плавки является DON-процесс (так называемый "процесс прямой плавки никеля Outokumpu" - 'Direct Outokumpu Nickel' Smelting), разработанный Outotec и реализованный на плавильном заводе Harjavalta (Финляндия) и ныне бездействующем заводе Fortaleza (Бразилия). В процессе DON в одном агрегате совмещаются процессы штейновой плавки и конвертирования, таким образом, на выходе из печи получается три продукта: богатый штейн/файнштейн; шлак, близкий по составу к конвертерному; поток богатых по сернистому ангидриду газов. Для обеднения шлаков используется электропечь, обеспечивающая получение отвальных шлаков и малосернистого штейна, который затем вместе с файнштейном может быть направлен на гидрометаллургическую переработку (ранее на таком сырье работал рафинировочный завод Harjavalta) или после грануляции, сушки и измельчения возвращен в ПВП. Новый процесс DON позволяет [27]:
- перейти на непрерывный режим производства;
- сократить операционные и эксплуатационные расходы за счет ликвидации конвертеров Пирса-Смита;
- сделать процесс взвешенной плавки целесообразным для переработки концентратов с высоким содержанием MgO, низким содержанием меди и высоким содержанием МПГ;
- сократить выбросы SO2;
- улучшить условия труда.
Другим вариантом усовершенствования печи и, соответственно, технологии взвешенной плавки является интеграция электропечи для обеднения шлаков с печью взвешенной плавки. Подобная концепция реализована на заводах Kalgoorlie (Австралия) и Jinchuan (Китай).
Главным преимуществом технологии взвешенной плавки являются низкие энергозатраты, возможность получения стабильного потока богатых по сере газов, содержащих 20 - 25% об. SO2. К недостаткам следует отнести необходимость строгого соблюдения требований к подготовке сырья (гранулометрический состав, влажность), безусловное соблюдение состава концентратов, обеспечивающих автогенность процесса (содержание серы не ниже 26%) и невозможность прямого получения отвальных шлаков.
Производство файнштейна
Полученный при плавке сульфидного сырья штейн содержит большое количество железа, которое может быть удалено из него в силикатный шлак в ходе окислительной продувки - конвертирования.
Традиционно конвертирование в никелевой отрасли осуществляют в конвертерах Пирса-Смита - агрегатах периодического действия, представляющих собой горизонтальную цилиндрическую печь с расположенными на боковой поверхности фурмами для подачи в расплав воздуха и кислорода. Заливка расплава и удаление отходящих газов осуществляются через горловину, расположенную в средней части корпуса. К недостаткам конвертеров Пирса-Смита относятся периодичность процесса и, как следствие, нестабильный поток отходящих газов, затрудняющий утилизацию из них серы, малый срок службы конвертера (футеровка разрушается из-за колебаний температуры и при воздействии высоких температур в околофурменной зоне), выбросы сернистого газа в атмосферу цеха, малое время работы под дутьем.
В настоящее время происходит постепенный переход с получения файнштейна в конвертерах Пирса-Смита, работающих в периодическом режиме, на внедрение TBRC-конвертеров, процесса Ausmelt или ACP - Anglo Platinum Converting System (система конвертирования Anglo Platinum) (табл. 1.24). Anglo Platinum разработала процесс конвертирования ACP совместно с Ausmelt; технология с погруженной фурмой от Ausmelt была адаптирована к плавке Ni-Cu штейна.
Таблица 1.24
Конвертирование Ni-(Cu, Co, МПГ) штейнов
в конвертерах Пирса-Смита
Окончание таблицы 1.24
Основные цели разработки нового способа конвертирования заключались в сокращении выбросов SO2 в атмосферу и увеличении производительности конвертерного передела. Также подобная задача может быть решена путем внедрения DON-процесса, исключающим процесс конвертирования как таковой (см. выше).
Плавка во вращающемся наклонном конвертере с верхней продувкой в так называемых "конвертерах Kaldo" с 1960-х годов применялась при выплавке стали, но затем получила широкое распространение и в цветной металлургии, где такие конвертеры чаще называют TBRC (Top Blown Rotary Converter - вращающийся конвертер с верхней продувкой). Это компактный, энергосберегающий реактор с высокой производительностью. Продувка ведется с помощью вводимой через горловину фурмы, не погруженной в расплав. Интенсивное перемешивание расплава в конвертере достигается как за счет барботирования его дутьем, так и за счет вращения конвертера, что обусловливает весьма высокую производительность последнего (по черновому никелю - 275 т/сут). Достоинства конвертирования TBRC:
- хорошая теплопередача и высокая скорость протекания физико-химических реакций за счет вращения агрегата;
- точная система наклона конвертера упрощает его загрузку и способствует хорошему разделению шлака и сульфидного или металлического расплава;
- отсутствие погружной фурмы увеличивает срок службы агрегата и упрощает технологические процессы.
К недостаткам следует отнести сложность конструкции агрегата и его высокую стоимость, а также периодический режим плавки.
Процесс Ausmelt - плавка в вертикальном агрегате с жидкой ванной с подачей дутья через погруженную в расплав сверху фурму со сменными насадками - был изобретен в начале 1970-х годов. В печи Ausmelt может осуществляться как плавка на штейн, так и конвертирование последнего; также возможно объединение процессов плавки и конвертирования в одном агрегате. Технология может применяться как в периодическом, так и в непрерывном режиме.
Расплав в печи Ausmelt перемешивается с очень большой интенсивностью, что обусловливает высокую удельную производительность агрегата. Простая и полностью герметичная система загрузки обеспечивает высокую степень улавливания SO2 и утилизацию более 99% серы. Дутье в данном агрегате может быть обогащено до 60% кислорода, что достаточно при использовании отходящих газов для производства серной кислоты, но может оказаться недостаточным для получения из них элементной серы. Срок службы футеровки печи Ausmelt значительно выше, чем в конвертерах Пирса-Смита.
Главными недостатками процесса является невозможность прямого получения отвального шлака (при штейновой плавке) из-за высокой интенсивности перемешивания расплава в печи и, соответственно, необходимость эксплуатации обогреваемого отстойника или электропечи обеднения, а также возможность установки агрегата в цехах большой высоты из-за необходимости обслуживания вертикально расположенной фурмы.
Близкими по конструкции и эксплуатационным характеристикам являются печи ACP (Anglo Platinum Converting System) южноафриканской компании Anglo Platinum.
Как было показано выше, при переработке сульфидных и окисленных никелевых руд никель и кобальт обычно концентрируются в богатых промежуточных продуктах, за исключением гидрометаллургических технологий, использующих метод жидкостной экстракции, который позволяет производить товарные катодные металлы без промежуточного осаждения концентратов. К этим богатым промпродуктам, пригодным для дальнейшего рафинирования с получением товарных никеля и кобальта, относятся: файнштейн (сульфидные руды), штейн, смешанные никель-кобальтовые гидроксиды (или карбонаты), смешанные никель-кобальтовые сульфиды (окисленные никелевые руды).
Способы переработки сульфидных никелевых продуктов чрезвычайно разнообразны (табл. 1.25) и определяются составом и экономическими соображениями с учетом географического положения и исторических особенностей развития конкретных предприятий. Однако обзор мировой практики получения рафинированного никеля показывает практически повсеместное распространение процессов гидрометаллургического рафинирования файнштейна. Наряду с получением никеля электроэкстракцией в мировой практике достаточно широко применяется карбонил-процесс, позволяющий получать никелевую продукцию с высокой добавленной стоимостью. Он реализован на предприятиях Vale: Copper Cliff (Канада) и Clydach (Великобритания), а также на заводе Jinchuan (Китай) компании Jinchuan Group и на комбинате Североникель (АО КГМК, ПАО "ГМК "Норильский никель", Россия). На заводах Copper Cliff и Jinchuan также осуществляют электролитическое рафинирование сульфидных анодов.
Таблица 1.25
на некоторых предприятиях
На ряде предприятий с целью упрощения технологической схемы Ni-Cu-МПГ файнштейны медленно охлаждают, что способствует раскристаллизации, при этом образуются крупные индивидуальные зерна хизлевудита Ni3S2, халькоцита Cu2S и металлического (магнитного) сплава. После дробления и измельчения затвердевшего файнштейна методами магнитной сепарации и/или флотации выделяют сплав, сульфидный медный концентрат и сульфидный никелевый концентрат. Такая практика имеет место на рафинировочном заводе Copper Cliff компании Vale, Jinchuan компании Jinchuan Group, рафинировочном заводе базовых металлов (BMR) компании Anglo American Platinum в ЮАР и в России на комбинате Североникель (АО КГМК, ПАО "ГМК "Норильский никель"). Так, на рафинировочном заводе Copper Cliff полученный в результате магнитной сепарации файнштейна металлический концентрат с ~ 65% Ni, 17% Cu и высоким содержанием Au, Ag и МПГ направляется на конвертирование в конвертерах TBRC и далее на карбонилирование. Разделение меди от никеля в немагнитной фракции осуществляется флотацией. Полученный никелевый сульфидный концентрат (~ 71% Ni, 0,9% Cu) поступает на окислительный обжиг с получением NiO для отправки на завод компании Clydach (Великобритания), где он перерабатывается карбонил-процессом при атмосферном давлении. Медный сульфидный концентрат (~ 74% Cu, 4% Ni) поступает в медеплавильное производство. Промпродукт (подситовый продукт измельчения и очистки медного концентрата), содержащий ~ 66% Ni и 6,6% Cu, обжигают и далее рафинируют карбонилированием на Copper Cliff.
На заводе BMR компании Anglo Platinum (ЮАР) в результате магнитной сепарации получают немагнитную сульфидную фракцию и магнитный сплав. На сульфиды приходится примерно 90% веса файнштейна, на сплав - порядка 10% веса. Однако в сплаве, содержащем порядка 60% никеля, остальное - медь и железо, коллектируется более 99% МПГ (а также серебро). Очевидно, что обособленная переработка магнитной фракции существенно сокращает длительность технологического цикла получения концентратов драгметаллов и их безвозвратные потери.
Переработка сульфидных никель-кобальтовых концентратов, осажденных из растворов высокотемпературного автоклавного сернокислотного выщелачивания окисленных никелевых руд, аналогична таковой для файнштейнов; смешанные никель-кобальтовые гидроксиды (карбонаты) могут быть легко интегрированы в технологический цикл любого рафинировочного завода, хотя более логичным представляется их использование в сульфатных схемах.
Следует отметить, что гидрометаллургическое рафинирование файнштейна и производство никеля методом карбонилирования целесообразно рассматривать как основу современных и прогрессивных технологий получения рафинированного никеля.
Гидрометаллургическое рафинирование файнштейнов
Во всех случаях гидрометаллургического рафинирования богатых никелевых промпродуктов (за исключением смешанных гидроксидов) головной операцией рафинирования является окислительное выщелачивание, которое осуществляется в хлоридных, сульфатных или аммиачно-сульфатных средах. Дальнейшая конфигурация технологической схемы предусматривает очистку раствора от примесей и разделение присутствующих в растворе меди, никеля и кобальта. Ниже рассмотрены примеры реализации процесса на некоторых предприятиях (табл. 1.26).
Таблица 1.26
Условия получения катодного никеля на некоторых предприятиях
Рафинирование файнштейна в хлоридных средах
В настоящее время технология рафинирования файнштейна в хлоридных средах применяется на трех предприятиях, технологические схемы которых существенно различаются между собой, как по условиям растворения файнштейна, так и по способу очистки растворов от примесей. На всех четырех предприятиях катодный никель получают электроэкстракцией в ящичных ваннах с общим катодным пространством и помещенными в анодные диафрагменные ячейки титановыми нерастворимыми анодами с активным покрытием из оксидов рутения. Из каждой анодной ячейки осуществляется совместная аспирация анолита и анодных газов.
На рафинировочном никелевом заводе Nikkelverk (Glencore, Норвегия) измельченный файнштейн выщелачивается при температуре кипения в каскаде реакторов в оборотном никелевом анолите при подаче хлора и поддержании заданного окислительно-восстановительного потенциала для коллектирования в нерастворимом остатке меди и драгоценных металлов. Затем выщелоченная пульпа подается в каскад автоклавов, работающих при температуре 140 °C - 145 °C и давлении 0,3 - 0,4 МПа. Пульпа из хвостового автоклава непрерывно через холодильник разгружается в реакторы медеочистки, которая осуществляется частью свежего файнштейна.
Очищенный от меди фильтрат поступает на гидролитическую железоочистку, которая осуществляется в реакторах путем подачи карбоната никеля и хлора, затем на выделение гипса и жидкостную экстракцию кобальта 15%-ным раствором триизооктиламина в керосине.
Никелевый рафинат после разбавления оборотным электролитом и гидролитической очистки от свинца и марганца подается на передел электроэкстракции никеля. Из кобальтового реэкстракта после дополнительной гидролитической очистки получают катодный кобальт.
На заводе Niihama (Япония) компании Sumitomo Metal Mining (SMM) файнштейн подвергают хлорному растворению в две стадии по противотоку. На первой стадии (цементации) медистый раствор (40 г/дм3 Cu) реагирует с исходным файнштейном с переводом в раствор части никеля (~ 20%) и осаждением меди в виде сульфида до остаточного содержания ~ 0,01 г/дм3.
На второй стадии при использовании хлора в качестве окислителя из кека глубоко выщелачивается никель и медь, таким образом, что суммарное извлечение никеля в раствор на двух стадиях выщелачивания оказывается более 95%, а окисление серы до сульфатной не превышает 3%.
Богатый никелем раствор со стадии цементации поступает на гидролитическую очистку от кобальта и железа окислением их хлором в присутствии карбоната никеля, а затем на электроэкстракцию с получением катодного никеля и возвратом газообразного хлора на стадию выщелачивания и очистки растворов. Кобальт извлекается из железо-кобальтового кека растворением в серной кислоте с подачей сульфита натрия. Полученный раствор после очистки от железа и меди направляют на жидкостную экстракцию с получением чистых хлоридных растворов никеля и кобальта, из которых получают никелевые соли и катодный кобальт и кобальтовые соли, соответственно.
Удаление меди из цикла выщелачивания осуществляется электроэкстракцией, которая предусмотрена технологической схемой между стадиями выщелачивания и цементации, с получением промпродуктового медного порошка, передаваемого затем на медный завод.
На заводе Sandouville компании Eramet (Франция) до 2018 года, когда на переработку поступал низкомедистый (0,2% меди) файнштейн с Новой Каледонии, его выщелачивали в две стадии раствором хлорного железа в солянокислой среде с подачей хлора. В результате выщелачивания получали раствор хлоридов никеля, кобальта и железа. Сера в элементарной форме отделялась от раствора вместе с нерастворимым остатком.
Из раствора трибутилфосфатом экстрагировали железо (которое после реэкстракции частично возвращается на выщелачивание, а частично выпускается в качестве товарного хлорида железа), а затем с помощью триизооктиламина - кобальт, который реэкстрагируется в форме хлорида, являющегося товарной продукцией. Оставшийся после выделения железа и кобальта раствор хлорида никеля очищался от свинца электроэкстракцией, от других примесей - ионообменом, от органики - активированным углем. Из очищенного раствора электроэкстракцией получали катодный никель; образующийся в процессе электролиза хлор поступал на выщелачивание исходного файнштейна.
На сегодняшний день идет перестройка технологии завода Sandouville в связи с изменением сырья с низкомедистого (0,2% меди) файнштейна, который поступал из Новой Каледонии, на медно-никелевый файнштейн с плавильного завода Harjavalta компании Boliden (Швеция).
На входящей в группу компаний ПАО "ГМК "Норильский никель" АО "Кольская ГМК" в настоящее время осваивается процесс рафинирования в хлоридных средах восстановленной закиси никеля, полученной из никелевого концентрата от разделения файнштейна. Более подробно эта технология описывается в разделе 2.
Рафинирование файнштейна в сульфатных средах
Технологические схемы рафинирования файнштейна в сульфатных средах более распространены в мире и ближе друг к другу по идеологии, нежели хлоридные. Обычно они представляют собой комбинацию процессов атмосферного и автоклавного выщелачивания, организованную в противоточном режиме. При получении катодного никеля электроэкстракцией используются ящичные ванны с диафрагменными катодными ячейками и общим анодным пространством, в котором расположены нерастворимые аноды из сплава на основе свинца. Чистый продукционный раствор подается в каждую катодную ячейку.
В качестве примеров рассмотрим технологии рафинирования файнштейна на заводе Harjavalta (Финляндия) и предприятиях Южной Африки.
На гидрометаллургическом заводе Harjavalta (Норильский никель, Финляндия) в настоящее время перерабатывается немагнитная фракция никелевого концентрата от флотации файнштейна российских предприятий ПАО "ГМК "Норильский никель".
Согласно технологической схеме, материал подвергается двухстадийному атмосферному окислительному выщелачиванию. Целью первой стадии - медеочистки - является глубокая очистка оборотного раствора от меди и железа, второй - повышение извлечения в раствор никеля за счет частичного разложения сульфидов.
Более глубоко разложение сульфидов протекает на стадии автоклавного выщелачивания, реализуемой под давлением кислорода. Полученная пульпа, содержащая в жидкой части достаточное количество меди для растворения никеля, подается без разделения жидкого и твердого на автоклавное рафинирование, которое проводится в атмосфере паров воды без подачи окислителя. На этой стадии происходит взаимодействие сульфидной составляющей с присутствующим в растворе сульфатом меди с получением медного кека, коллектирующего драгоценные металлы. Этот кек для дальнейшей переработки направляется на медерафинировочные предприятия. Раствор автоклавного рафинирования после автоклавной железоочистки, осуществляемой с использованием в качестве нейтрализатора натриевой щелочи, направляется на первую атмосферную стадию (медеочистку).
Из раствора медеочистки жидкостной экстракцией выделяется кобальт, а также малые примеси меди, железа, цинка, марганца и др. Серной кислотой из промытого экстракта реэкстрагируют кобальт с получением раствора сульфата кобальта, из которого после дополнительной очистки от малых примесей получают товарные кобальтовые соли.
Товарную никелевую продукцию - катодный никель и никелевые брикеты, получаемые из порошка автоклавного водородного осаждения в аммиачно-сульфатных средах, - производят из никелевого рафината в двух цехах: электролизном и цехе водородного восстановления. Из относительно небольшой части никелевого рафината в цикле жидкостной экстракции никеля получают более чистый никелевый реэкстракт, который направляется на производство никелевых солей. Побочной продукцией предприятия является сульфат аммония, получаемый из растворов после водородного восстановления никеля.
Гидрометаллургическая технология рафинирования файнштейна на заводах ЮАР представляет собой многостадийную противоточную схему сернокислотного автоклавного выщелачивания файнштейна.
На заводе Springs (Impala Platinum, ЮАР) измельченный файнштейн проходит через три противоточных стадии автоклавного окислительного выщелачивания. На первой и второй стадиях в раствор переходит до 85% никеля. На третьей стадии автоклавного окислительного выщелачивания в раствор извлекают остатки цветных металлов и серы и получают концентрат ДМ, который передают на аффинаж. Богатый раствор первой стадии выщелачивания очищают от меди осаждением гидросульфидом натрия, что обеспечивает полноту осаждения ДМ. Кек после осаждения меди направляется на вторую стадию автоклавного окислительного выщелачивания, фильтрат которой после железоочистки направляется на электроэкстракцию меди. Из очищенного от меди раствора первой стадии автоклавного окислительного выщелачивания также гидролитическим способом осаждают железо. Затем из него автоклавным водородным восстановлением получают чистый никелевый порошок, который непосредственно отправляют на продажу или предварительно брикетируют. Водородное восстановление осуществляют в аммиачно-сульфатных средах, а из растворов после осаждения никеля регенерируют аммиак подачей извести, что позволяет выводить сульфат-ион в форме отвального гипса. Остаток никеля и кобальта осаждают из раствора гидросульфидом натрия в виде смешанных никель-кобальтовых сульфидов, которые перерабатывают по технологии, предусматривающей применение жидкостной экстракции для разделения никеля и кобальта.
В отличие от завода Springs, на рафинировочном заводе базовых металлов BMR (Anglo American Platinum, ЮАР) файнштейн, как упоминалось выше, перед рафинированием проходит через магнитную сепарацию, которая отделяет магнитную фракцию, содержащую основное количество металлов платиновой группы, от немагнитной, обедненной по ДМ-фракции.
Магнитная фракция выщелачивается в отдельном трехстадийном цикле с получением богатого концентрата ДМ, который направляется на аффинажное предприятие. Растворы выщелачивания магнитной фракции передаются на стадию автоклавного рафинирования цикла переработки немагнитной фракции.
Немагнитная фракция файнштейна растворяется в отдельном противоточном цикле выщелачивания, включающем атмосферную стадию медеочистки файнштейном, атмосферную стадию окислительного выщелачивания, автоклавное рафинирование и автоклавное окислительное выщелачивание медного сульфидного кека стадии автоклавного рафинирования. Фильтрат автоклавного выщелачивания медного кека после очистки от селена и теллура направляется на производство товарной меди электроэкстракцией. Железо из раствора цикла выщелачивания выводится автоклавным окислением с использованием раствора каустика. Очистке от железа подвергается фильтрат второй стадии атмосферного выщелачивания перед его подачей на первую стадию, где осуществляется очистка от меди.
Никелевый раствор после стадии очистки от меди очищается от свинца добавкой гидроксида бария. Далее фильтрат очищается от кобальта полученным электрохимическим окислением черным гидратом никеля.
Очищенный от примесей никелевый раствор поступает на электроэкстракцию никеля. Анолит из цеха электроэкстракции никеля возвращается на атмосферное выщелачивание никеля и частично отсекается на передел осаждения карбоната никеля, производимого для операций гидролитических очисток. Из фильтрата карбонатного передела производится товарный сульфат натрия.
Рафинирование файнштейна в аммиачных средах
Рафинирование по методу Sherritt в аммиачных средах реализовано на заводах Fort Saskatchewan (Sherritt, Канада) и Kwinana (BHP Billiton, Австралия), при этом Sherritt в свое время модифицировала исходный процесс в связи с изменением характера сырья на заводе Fort Saskatchewan - с переходом в 1990-е годы с рафинирования файнштейна на переработку смешанных Ni-Co сульфидов с завода Моа (Куба). Технологическая схема рафинирования в аммиачной среде включает в себя стадии автоклавного окислительного выщелачивания в аммиачных средах и переработку растворов с водородным осаждением никеля и кобальта.
С другой стороны, широкое распространение имеют технологические схемы, использующие в качестве головных операций сернокислотное автоклавное выщелачивание, а на завершающих стадиях - водородное осаждение из аммиачных сред (Harjavalta, Финляндия и Impala Platinum, ЮАР). В последнем случае разделение никеля и кобальта, а также очистка от примесей реализуются на стадии работы с кислыми сульфатными растворами, а осаждение производится из чистых индивидуальных растворов никеля и кобальта.
На заводе Fort Saskatchewan смешанные сульфиды выщелачивают в автоклавах в аммиачных растворах под давлением кислорода. При этом порядка 99% никеля и 98 + % кобальта переходят в раствор в форме комплексных солей - аммиакатов, сера (в виде сульфата) переходит в раствор на 75%. Железо образует гидроксид и выпадает в осадок.
Полученный раствор перерабатывается гексаминовым методом, суть которого заключается в осаждении смешанной соли: гексамин сульфат кобальта (III)/гексамин сульфат никеля (II)/сульфат аммония, которая является исходным сырьем для получения рафинированного кобальта.
Переработка гексамина кобальта (III) - никеля (II) включает в себя выщелачивание водой и слабым оборотным раствором для удаления никеля, а затем перекристаллизацию в аммиачно-сульфатном растворе. Полученная соль характеризуется соотношением Co:Ni > 10000:1 и направляется на получение товарного кобальта. Для этого ее растворяют, кобальт восстанавливают до степени окисления 2+ оборотным кобальтовым порошком и серной кислотой, а затем полученный раствор обрабатывают водородом для получения товарного металла в виде порошка чистотой 99,8%. Этот порошок сушат и упаковывают либо компактируют с получением брикетов и спекают с получением продукта Co 99,9%, обычно содержание S < 0,002%, C < 0,002%.
Из богатого никелевого раствора, оставшегося после выделения кобальта, удаляют медь в две стадии: на первой стадии за счет отгонки аммиака, на второй - путем введения элементарной серы и SO2. Осадок сульфида меди (~ 70% Cu) отфильтровывают и в итоге отправляют на медеплавильные предприятия.
Раствор после оксигидролиза поступает на восстановление никеля водородом в автоклаве. При 250 °C и давлении 35 бар осаждают порошок никеля. Никелевый порошок брикетируют и спекают в атмосфере водорода. В типичном случае брикеты содержат 99,8% Ni, 0,1% Co, < 0,01% S, < 0,005% C.
Раствор от операции восстановления никеля водородом кристаллизуют с получением сульфата аммония для продажи в качестве удобрения.
Электролитическое рафинирование файнштейна
Электролитическое рафинирование файнштейна реализовано на двух заводах - Thompson компании Vale (Канада) и Jinchuan компании Nonferrous Metals (Китай). При электролитическом рафинировании черновых анодов используются ящичные ванны с общим анодным пространством и катодными диафрагменными ячейками, в каждую из которых подается очищенный никелевый раствор.
На заводе Thompson (остановленном в 2018 году) маломедистый файнштейн разливается в горизонтальные изложницы для получения анодов размером 1,1 x 0,7 x 0,045 м, которые затем помещают в полипропиленовые мешки и завешивают в электролизные ванны. Анолит, образующийся в процессе растворения черновых анодов, очищается от примесей в гидрометаллургическом отделении, а затем подается в катодное.
На комбинате Jinchuan измельченный файнштейн проходит через магнитную сепарацию для выделения обогащенного ДМ металлического сплава (магнитной фракции), который направляют в шламовый цех для извлечения драгоценных металлов. Немагнитная фракция файнштейна флотацией разделяется на никелевый и медный концентраты. Никелевый концентрат от флотационного разделения файнштейна плавится в отражательных печах на аноды, которые подвергаются электролитическому рафинированию.
Карбонильный процесс
Около четверти всего объема файнштейна превращается в никель высокой чистоты с помощью газофазного процесса карбонилирования. Этот процесс применяется в Канаде (завод Copper Cliff), России (Кольская ГМК), Китае (Jinchuan) и Великобритании (завод Clydach).
Процесс карбонилирования может проходить при атмосферном давлении (Clydach), при высоком давлении (Кольская ГМК), а также при среднем давлении (Copper Cliff).
Vale производит по карбонильной технологии порошки и дробь на рафинировочных заводах в Великобритании (Clydach) и Канаде (Copper Cliff) суммарной мощностью более 100 тыс. т/год, из которых около 25 тыс. т/г. приходится на порошки.
В настоящее время Vale производит 2 типа никелевых порошков: тип 123 - дискретные квазисферические частицы со средним размером частиц (по Фишеру) 8 - 10 мкм и тип 255 - частицы с трехмерной цепочечной структурой со средним размером цепочек 15 - 20 мкм.
Основным сырьем для никелевого рафинировочного завода Clydach компании Vale служит оксид никеля (синтер 75), поставляемый с канадского комплекса Copper Cliff, также принадлежащего Vale. Суммарная мощность завода оценивается примерно в 40 тыс. т/год. В 2015 году выпуск завода Clydach составил ~ 9 - 10 тыс. т карбонильного порошка, остальное - карбонильная дробь.
Компания Jilin Jien Nickel (Китай) производит никелевый порошок по технологии, предоставленной канадской компанией CVMR (карбонилирование при атмосферном давлении). Основным сырьем служит промпродукт - гидроксид никеля, из которого получается оксид никеля и далее восстановлением водородом никель металлический. Никель затем взаимодействует при атмосферном давлении с CO с образованием газообразного карбонила никеля, в результате термического разложения которого получают как дискретные, так и нитеобразные порошки в реакторах, аналогичных установленным у компании Vale. Мощность по никелевым порошкам - около 2000 т/год.
Канадский рафинировочный никелевый завод Copper Cliff Nickel Refinery (CCNR) компании Vale работает с 1972 года по технологии карбонилирования под средним давлением, запатентованной компанией Inco. Синтез тетракарбонила никеля при среднем давлении реакционного газа (70 бар) и повышенных температурах осуществляется из-за необходимости извлекать никель в присутствии меди в сравнительно больших концентрациях, а также существенного ускорения реакции и, соответственно, увеличения производительности оборудования.
На заводе CCNR перерабатывают промпродукты от разделения файнштейна с плавильно-рафинировочного комплекса Copper Cliff в Садбери, а также Ni-содержащие (и содержащие драгоценные металлы) остатки других предприятий компании, которые для получения однородного по составу нерафинированного расплава никеля переплавляют в TBRC конвертере и гранулируют с образованием маленьких пористых гранул.
Выделенные при флотации немагнитной фракции сульфиды никеля (с низким содержанием меди) обжигают в кипящем слое до NiO и отправляют на завод Clydach для извлечения никеля по карбонильной технологии при атмосферном давлении.
В зависимости от состава сырья и аппаратурного оформления в процессе карбонилирования параллельно с образованием карбонила никеля, Ni(CO)4, протекают реакции синтеза карбонилов железа, кобальта, серы. Этот продукт - карбонил-сырец - подвергают ректификации для получения чистого карбонила никеля.
Разложение чистого карбонила никеля с получением дроби осуществляется в разложителях с циркулирующими в нем частицами никелевой дроби, предварительно подогретыми до 240 - 270 °C. Часть Ni(CO)4 после перегонки конденсируют и затем повторно переводят в газовую фазу, но с более высокой концентрацией. Этот газ поступает в разложитель для порошков с наружным электрообогревом стенок. Тетракарбонил подвергается тепловому удару, в результате нуклеации образуется множество никелевых частиц, которые впоследствии лишь немного увеличиваются в размерах. Размер и морфологию (например, сферическую форму или нитевидную) можно контролировать изменением скорости подачи сырья, концентрации и температуры внутри разложителя, а также путем добавок небольших количеств химических агентов, затрудняющих или способствующих разложению карбонила на различных участках.
Некоторое время назад китайская компания Jinchuan ввела в строй завод по "стандартной" карбонильной технологии мощностью ~ 5000 т/год никелевого порошка. Известно лишь, что процесс включает синтез при среднем давлении. В настоящее время Jinchuan выпускает два типа порошков: с нитеобразными частицами - тип N06, аналог T255 (Vale), и с дискретными частицами N24 - аналоги T123 (Vale). Другие нитеобразные порошки Jinchuan N04 и N09, грубо говоря, аналогичны порошкам T210 и T287, производство которых Vale было прекращено.
Комбинированные пирогидрометаллургические способы
Электрорафинирование черновых металлических никелевых анодов, полученных пирометаллургическим способом из сульфидного никелевого продукта от разделения файнштейна, до чистых никелевых катодов ранее было распространенным способом получения товарного никеля. На сегодняшний день оно сохранилось на одном предприятии, расположенном на территории Российской Федерации, - комбинате Североникель АО "Кольская ГМК". Однако и на нем происходит его постепенная замена на метод электроэкстракции из хлоридных растворов.
Комбинированная технологическая схема получения товарного никеля в Российской Федерации будет рассмотрена ниже.
Переработка кобальто-мышьяковых руд
Как упоминалось выше, единственным рудником, где в настоящее время добывают кобальтовую мышьяковистую руду, является рудник Bou-Azzer (Марокко) компании CTT Managem, остальные по экологическим соображениям были закрыты. Из руды с ~ 1 + % Co получают флотационный концентрат, содержащий ~ 10 - 11% Co. Руды, подобные марокканским, традиционно перерабатывали по схеме, включающей обжиг и выщелачивание кислотой. Концентрат обжигают в печи с кипящим слоем с целью удаления 60 - 70% мышьяка в виде As2O5.
Огарок можно обрабатывать либо соляной кислотой и хлором, либо серной кислотой. Раствор выщелачивания очищается от примесей гидрометаллургическими методами, а из очищенного раствора кобальт извлекают электроэкстракцией или осаждением в виде карбоната CoCO3.
По проекту Idaho Cobalt (США) австралийской компании Jervois Mining для переработки рудного концентрата по ТЭО 2017 года предусматривается использование автоклавного кислотного выщелачивания в присутствии кислорода и катализатора - азотсодержащих частиц (~ 2 г/л азотной кислоты). На этапе выщелачивания кобальт, медь и часть золота переходят в раствор, а основная часть железа и мышьяка гидролизуются с образованием скородита и гидрониоярозита в стабильном остатке выщелачивания [25].
Переработка медно-кобальтовых руд
Медно-кобальтовые руды (сульфидные, окисленные и смешанные) характерны для месторождений Замбии и ДРК. Традиционная схема переработки включает обжиг-выщелачивание-электроэкстракцию.
Сульфидные руды обогащают и флотационные концентраты подвергают сульфатизирующему обжигу, позволяющему перевести сульфиды меди и кобальта в хорошо выщелачиваемые сульфаты, а соединения железа - в оксид (гематит Fe2O3), который не растворяется в мягких условиях выщелачивания.
Так, на рафинировочном заводе Luilu (ДРК) компании Katanga Mining (75,2% у Glencore) до недавнего времени окисленный концентрат после репульпации отработанным электролитом и огарок сульфидного концентрата в виде пульпы с отработанным электролитом объединяли и выщелачивали при атмосферном давлении серной кислотой с добавками метабисульфита натрия Na2S2O5 (для улучшения растворения кобальта). Полученный раствор направляют на электроэкстракцию меди. Извлечение кобальта осуществляется из отсечного электролита цеха электролиза меди. После очистки раствора от алюминия, железа, и меди, никеля и цинка раствор поступает на электроэкстракцию кобальта [29].
В конце 2017 года на заводе Luilu начался ввод в строй новых гидрометаллургических мощностей по выщелачиванию всей массы руды ('WOL'), ликвидирующих затратный, требующий ряда реагентов (все импортные) и не слишком эффективный процесс обогащения окисленной руды с получением концентрата.
Как и раньше, обезвоженный сульфидный концентрат обжигают. Пульпу огарка и пульпу обезвоженного оксидного концентрата объединяют и выщелачивают при атмосферном давлении разбавленной серной кислотой, полученной при рециклинге рафината из цеха SX меди. При необходимости к рафинату добавляется концентрированная серная кислота. К пульпе добавляют метабисульфит в качестве восстанавливающего агента для улучшения растворения кобальта. Кобальт выпускается в виде гидроксида.
Поскольку при флотации медно-кобальтовых руд извлечение кобальта ранее обычно составляло 40 - 80%, хвосты обогащения, накопленные за десятилетия добычи/обогащения, можно рассматривать как техногенный источник кобальта. Так, ERG Africa (входит в группу ERG, Казахстан) в конце 2018 года ввела в строй проект переработки гидрометаллургическим способом лежалых хвостов (112,8 млн. т с 0,32% Co, 1,49% Cu), известном ранее как "проект Kolwezi". По этапу I планируется получать 77 тыс. т/г. катодной меди и 14 тыс. т/г. кобальта в гидроксиде с возможным расширением впоследствии до 120 тыс. т/г. и 24 тыс. т/г., соответственно.
В качестве техногенных источников кобальта следует рассматривать и шлаковые отвалы старых медеплавильных предприятий. Так, в шлаковых отвалах завода Nkana (Замбия) содержится порядка 0,65% Co.
Одним из вариантов переработки шлака (заводе Chambishi) является плавка в дуговой печи постоянного тока с добавками восстановителя (угля) с получением богатого по кобальту сплава, который затем после диспергирования выщелачивается под давлением, полученный раствор после соответствующих очисток направляется на получение катодного кобальта [29].
В 2008 году в Замбии компания Konkola Copper Mines ввела в строй новый медный завод Nchanga на ~= 300 тыс. т/год меди по технологии Outotec взвешенной плавки прямо на черновую медь - 'direct-to-blister' для переработки обогащенных кобальтом медных концентратов из района Медного пояса Замбии.
Получаемый в результате богатой плавки (~= 17 - 18% Cu) расплавленный шлак направляется на двухстадийное обеднение в двух последовательно соединенных электропечах. В первой (основной) обеднительной печи идет процесс восстановления с использованием металлургического кокса с целью извлечения меди в черновую медь. Во второй, "кобальтовой" электропечи проходят восстановление коксом шлака из первой обеднительной печи и взаимодействие со свежим концентратом. В результате плавки образуются малосульфидный сплав (63,3% Cu, 23,8% Fe, 6,3% Co, 6,2% S) и сильно восстановленный шлак.
Россия обладает значительной сырьевой базой никеля, основу российской сырьевой базы никеля составляют комплексные месторождения сульфидного медно-никелевого типа, помимо никеля, продуктивные на медь, драгоценные металлы, кобальт, некоторые рассеянные элементы. Доля объектов других геолого-промышленных типов, представленных большей частью силикатными кобальто-никелевыми месторождениями, в сырьевой базе никеля страны не превышает пятой части, а качество их руд в сравнении с мировыми аналогами невысоко. Сульфидные руды обеспечивают и практически всю добычу никеля страны, составляющую 15% мировой (табл. 1.27, 1.28) [30].
Таблица 1.27
Состояние сырьевой базы никеля Российской Федерации
Таблица 1.28
тыс. т
Государственным балансом запасов полезных ископаемых Российской Федерации учтено 59 коренных месторождений никеля, среди которых 52 собственно никелевых и семь никельсодержащих; на 15 месторождениях учтены только забалансовые запасы. В 2016 году в категорию забалансовых переведены запасы Черемшанского силикатного месторождения в Свердловской области. Кроме того, учтены три техногенных месторождения.
Распределение запасов и прогнозных ресурсов никеля на территории России весьма неравномерно (рис. 1.5).
![]() Рисунок 1.5 - Основные месторождения никеля и распределение
его запасов, % и прогнозных ресурсов категории Р1 (тыс. т)
по субъектам Российской Федерации
Для российской сырьевой базы никеля характерна высокая степень концентрации - 85% запасов металла заключено в недрах Сибирского и Северо-Западного федеральных округов, что обусловило возникновение в этих регионах крупных горнорудных кластеров.
Около трех четвертей запасов никеля страны сосредоточено в пределах Сибирского ФО. Почти 72% их приходится на долю Красноярского края, в арктической зоне которого находятся месторождения Норильского рудного района, составляющие основу сырьевой базы никеля страны. Особое место занимают Октябрьское и Талнахское месторождения - каждое из них заключает более четверти запасов страны категорий A + B + C1.
В пределах рудного района находятся еще ряд месторождений с сульфидными рудами, представленными преимущественно вкрапленными убогими разностями. Среднее содержание никеля в месторождениях Норильск-1, Масловское и Черногорское не превышает 0,35%, общее количество запасов - 7% российских.
На юге Красноярского края в пределах Канской металлогенической зоны в рудах месторождений Кингашское и Верхнекингашское аналогичного типа, содержащих 0,4 - 0,5% никеля, суммарно заключено еще около 8% запасов страны категорий A + B + C1.
В Республике Тыва незначительные запасы никеля учитываются в арсенидных никель-кобальтовых рудах Ховуаксинского месторождения, содержащих в среднем 2,9% металла.
На территории Забайкальского края в убогих сульфидных рудах комплексного Чинейского месторождения разведано небольшое количество никеля при содержании, не превышающем 0,05%.
Прогнозные ресурсы никеля Сибирского ФО категории Р1 целиком локализованы на флангах и глубоких горизонтах Октябрьского месторождения и составляют 0,5 млн. т. Ресурсы остальных перспективных площадей оценены в менее достоверных категориях.
Вторым центром сосредоточения запасов никеля является Северо-Западный ФО. В недрах Мурманской области заключено более 13% металла страны. При этом почти 12% приходится на сульфидные руды месторождений Печенгского рудного района. Объекты подобны норильским, однако сложены в основном вкрапленными рудами - среднее содержание никеля в наиболее значимом по запасам Ждановском месторождении составляет 0,67%. Вместе с тем на двух месторождениях рудного района с запасами менее сотой доли процента - Аллареченское и Восток - учтены запасы массивных руд, содержащих в среднем 4,2 и 7,3% никеля соответственно.
На территории Мурманской области и Республики Карелия учитываются запасы малосульфидных собственно платиноидных руд с попутным никелем, составляющие почти 2% российских. Руды крупных по запасам месторождений - Вуручуайвенч и Федорова Тундра - отличаются низким средним содержанием никеля (0,4 и 0,1% соответственно).
Перспективы прироста запасов в Северо-Западном ФО связаны также с сульфидными рудами Мурманской области - прогнозные ресурсы категории Р1 локализованы на трех объектах в количестве 0,3 млн. т никеля.
Менее значительные запасы никеля учтены в недрах Приволжского, Уральского, Центрального и Дальневосточного федеральных округов.
Сырьевые базы никеля Приволжского и Уральского ФО представлены в основном месторождениями собственно никелевого силикатного кобальт-никелевого геолого-промышленного типа, однако учтены и никельсодержащие руды - бурые железняки с асболанами и бобово-конгломератовые железные руды. На территории Оренбургской, Свердловской и Челябинской областей в пределах Восточно-Уральской металлогенической провинции заключено 6,2, 4,6 и 1,1% российских запасов металла соответственно. Российские силикатные руды обеднены никелем - среднее содержание металла при естественной влажности руд в единичных объектах незначительно превышает 1%. Крупными запасами, около 5% российских, обладает Буруктальское месторождение в Оренбургской области, содержание никеля в его рудах не превышает 0,7%. В Свердловской области в недрах комплексного железо-никелевого Серовского месторождения заключено порядка 4% запасов никеля страны. На месторождении развиты два типа руд - никелевые, силикатные, кобальтсодержащие и бобово-конгломератовые железные руды с попутными хромом, никелем и кобальтом. Содержание никеля в среднем по месторождению для каждого типа руд составляет 0,7 и 0,16% соответственно.
Возможности расширения сырьевой базы никеля Уральского ФО связаны с никелевыми силикатными рудами - в пределах областей, входящих в Восточно-Уральскую металлогеническую провинцию, сосредоточено 0,26 млн. т прогнозных ресурсов категории Р1.
Менее 2% российских запасов никеля разведано в объектах Воронежского кристаллического массива в Центральном ФО. Здесь учтены запасы двух месторождений сульфидных медно-никелевых руд: Еланского и Елкинского. Концентрация никеля во вкрапленных рудах этих объектов составляет 1,4 и 0,85% соответственно. Перспективы прироста запасов округа связаны с флангами Еланского месторождения, где выявлены прогнозные ресурсы категории Р1 в количестве 0,2 млн. т.
Незначительное количество российских запасов никеля - 1,3% - сосредоточено в пределах Дальневосточного ФО. В Камчатском крае разрабатывается среднее по запасам Шанучское сульфидное медно-никелевое месторождение, сложенное в основном массивными рудами, в которых содержание никеля варьирует в пределах 2,7 - 5,5%, запасы объекта не превышают 0,2% по стране в целом. В Амурской области осваивается крупное месторождение Кун-Манье, в рудах которого заключено более 1% российских запасов никеля, однако его содержание не превышает 0,7%. Прогнозные ресурсы в округе значительны и связаны в основном с рудопроявлениями Камчатского края, однако оценены пока только по категории Р2. Кроме того, локализованы прогнозные ресурсы никеля категории Р1 в количестве 225,9 тыс. т российского разведочного района в Тихом океане, связанные с железо-марганцевыми осадочными образованиями, где никель является попутным компонентом.
Еще почти 51 тыс. т запасов никеля учтена в техногенных образованиях Красноярского края и Мурманской области (табл. 1.29).
Таблица 1.29
Основные месторождения никеля
Основная часть никелевых месторождений страны передана в освоение, разрабатываются только 10 из них. В нераспределенном 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 месторождений никеля, девять из них - сульфидные медно-никелевые и четыре - силикатные кобальт-никелевые. Самые крупные объекты находятся в Красноярском крае - Верхнекингашское, Кингашское, Черногорское и южная часть месторождения Норильск-1.
Геологоразведочные работы ведутся не только на существенно никелевых месторождениях, но и на объектах с никельсодержащими рудами. Однако основная доля прироста 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 Талнахском (22,9 тыс. т) месторождениях. Кроме того, доразведана западная часть залежи Северная 3 Октябрьского месторождения и утверждены 129,9 тыс. т запасов никеля категории C1 и 222,9 тыс. т категории C2. 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 A + B + C1 увеличены на 185,7 тыс. т, категории C2 - на 2,5 тыс. т.
В 2016 году на государственный учет впервые поставлены запасы никельсодержащих бобово-конгломератовых руд Серовского железорудного месторождения в Свердловской области; работы по переоценке были проведены ФГБУ "ВИМС". Запасы никеля категории C1 составили 359,3 тыс. т, категории C2 - 521,7 тыс. т.
Прирост запасов никеля категорий A + B + C1 в 2016 году в целом по стране по результатам разведки и переоценки составил 843,6 тыс. т. Количество запасов категорий A + B + C1 по сравнению с 2015 годом увеличилось на 3%, запасов категории C2 - на 12%.
По предварительным данным, в 2017 году прирост запасов никеля категорий A + B + C1 составил 285 тыс. т, при этом почти 202 тыс. т получено в результате доразведки Еланского и Елкинского месторождений Воронежской области.
На Октябрьском месторождении в Норильском рудном районе утверждены запасы никеля (залежи Северная 4 категорий C1 и C2 (83 тыс. т и 179,3 тыс. т соответственно)). Впервые учтены запасы Мончетундровского малосульфидного собственно платиноидного месторождения в Мурманской области в количестве 0,4 тыс. т категории C1 и 14,9 тыс. т категории C2 и Шаргадыкского комплексного месторождения фосфорно-редкоземельно-урановых руд с попутным никелем в количестве 8,2 тыс. т категории C2. В целом, по оперативным данным, запасы никеля категорий A + B + C1 в 2017 году незначительно сократились, категории C2 - уменьшились на 1%.
Кроме того, по результатам эксплуатационно-разведочных работ на месторождении Хвостохранилище N 1 НОФ ООО "Медвежий ручей" получен прирост техногенного никеля - 181 тыс. т категорий B + C1 и 24,9 тыс. т категории C2.
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 остается Сибирский ФО, где за счет эксплуатации норильских месторождений было получено почти 83% металла; еще около 13% извлечено из недр месторождений Печенгской группы в Мурманской области.
Практически монополистом в отечественной никелевой горнорудной и металлургической промышленности остается 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 Октябрьского месторождения, остальное - на Талнахском и Норильск-1. Годовая производственная мощность комплекса по руде - 17,5 млн. т.
В Мурманской области дочерней структурой холдинга, АО "Кольская ГМК" на объектах Печенгского рудного района получено еще 37 тыс. т металла. Производственная 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 ведет компания ЗАО "НПК "Геотехнология" с последующей переработкой на дробильно-сортировочном комплексе промышленной площадки месторождения до медно-никелевого концентрата. В 2016 году добыча руд в пересчете на никель составила 3,9 тыс. т, после переработки с учетом складированной руды получено 4 тыс. т никеля в концентрате. 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 месторождения в Свердловской области компанией ОАО "Уфалейникель" (входит в структуру ООО "Русникель"). В 2016 году добыча открытым способом составила 9,3 тыс. т в пересчете на никель. Помимо первичных руд, велась переработка никельсодержащих отходов и штейна завода ЗАО "ПО "Режникель". За 2016 год выпущено 9,95 тыс. т гранулированного никеля и 2 т закиси никеля. В апреле 2017 года предприятие было остановлено, 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 пересчете 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 еще на 17%, до 157,4 тыс. т, что обусловлено временным переводом части производства ПАО "ГМК "Норильский никель" на мощности финского филиала. Кроме того, компания осталась единственным продуцентом рафинированного металла в стране после выбывания мощностей уральских заводов (табл. 1.30).
Таблица 1.30
Процессы, используемые в никелевой отрасли России
Никель отечественного производства обеспечивает до 15% мирового рынка, при этом Россия является ведущим поставщиком высокосортного рафинированного никеля с чистотой более 99,99%.
Предприятия ПАО "ГМК "Норильский Никель", выпускающие порядка 12% мирового 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,
зарегистрированные на ЛБМ
Прочие формы товарной никелевой продукции, выпускаемой российскими подразделениями 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)
Размеры для марок полноразмерных катодов H-1 у и H-1: с обрезанной кромкой 895 - 915 x 1145 - 1165 мм, толщина 2 - 10 мм, вес 30 - 80 кг. Размеры для марок полноразмерных катодов H-3 и H-4: Кольская - необрезанный 935 x 1135, толщина 2 - 6 мм, вес 30 - 70 кг.
Кроме того, Кольская ГМК выпускает резаные катодные листы: H-1 у и H-1 2 x 2 и 4 x 4 дюйма, толщина пластины 2 - 6 мм, а также брикеты H-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
Кольской ГМК, ПАО "ГМК "Норильский никель"
Таблица 1.34
Кольской ГМК, ПАО "ГМК "Норильский никель"
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 оборудованием, но и составом сырья. Так, при переработке на Кольской ГМК и в Заполярном 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.
--------------------------------
2.1.1.1. Технология гидрометаллургического обогащения бедного никель-пирротинового концентрата
Гидрометаллургическое обогащение никель-пирротинового концентрата является уникальным в своем роде процессом и преследует цель повышения содержания цветных металлов за счет 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 °C) 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 пленкой 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 потерь ценных компонентов с отвальными хвостами.
Химизм процесса окисления пирротина при выщелачивании описывается реакцией, по которой порядка 80% серы пирротина переходит в элементарную форму. Перешедшее в раствор в процессе окисления сульфидов железо далее подвергается окислению и гидролизу с формированием твердой железоокисной фазы.
Учитывая последовательно-параллельное протекание реакций окисления сульфидов цветных металлов и пирротина, для обеспечения глубокого окисления последнего 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 переработки пирометаллургическими методами сульфидного концентрата цветных металлов, из растворов автоклавного выщелачивания производится осаждение частично растворившихся цветных металлов.
В качестве осадителя используются металлизированные железистые окатыши и присутствующая в пульпе элементарная сера. Осажденные на этой операции вторичные сульфиды меди, никеля и кобальта, а также не вскрытые на головном выщелачивании первичные сульфиды цветных металлов вместе с элементарной серой извлекаются в серосульфидный концентрат методом флотации.
Учитывая флотационные свойства компонентов пульпы и задачи процесса, флотацию ведут в кислой среде при использовании в качестве собирателя бутилового ксантогената. 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 операций: дезинтеграции, серной флотации и автоклавной выплавки серы.
Целью дезинтеграции - высокотемпературной обработки серосульфидного концентрата - является разрушение сростков сульфидов цветных металлов и железа с элементной серой. При этом происходит выделение серы и сульфидов из их мелкодисперсных конгломератов в самостоятельные частицы и агрегации - укрупнение капель выделенной серы до размеров, обеспечивающих оптимальные показатели последующих операций. 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 расплавленной серой.
Полученную пульпу вместе с хвостами серной плавки направляют на серную флотацию, концентрат которой - на автоклавную выплавку серы, а хвосты, являющиеся товарным концентратом ЦМ - в пирометаллургическое производство.
Хвосты плавки передаются на серную флотацию, расплавленная сера - в аппараты отстойники, где происходит окончательное отделение зольной составляющей (сульфидов). Зола вместе с частью серы гранулируется и передается 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.
Таблица 2.1
Основное оборудование
При гидрометаллургическом обогащении никель-пирротинового концентрата в качестве основных технологических материалов и реагентов используются: осадитель металлизированный, лигносульфонат технический, кислородо-воздушная смесь, сжатый воздух, пульпа известняка, пульпа извести технической, раствор гидроксида натрия, металлизированные железистые окатыши, моторное топливо регенерированное, бутиловый ксантогенат калия.
При гидрометаллургическом обогащении никель-пирротинового концентрата в качестве основных технологических материалов и реагентов используются: осадитель металлизированный, лигносульфонат технический, кислородо-воздушная смесь, сжатый воздух, пульпа известняка, пульпа извести технической, раствор гидроксида натрия, металлизированные железистые окатыши, моторное топливо регенерированное, бутиловый ксантогенат калия.
Основными источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферу являются отходящие газы автоклавов окислительного выщелачивания и аппаратов участка выплавки элементарной серы (табл. 2.2).
Таблица 2.2
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу
Пульпа нейтрализованных отвальных хвостов, являющаяся отходом производства, откачивается на складирование в хвостохранилище по пульпопроводу. Осветленная вода (слив хвостохранилища) возвращается в цех для повторного использования в технологии (табл. 2.3).
Таблица 2.3
Отходы производства и потребления
2.1.1.2. Технологии производства штейна
Технология получения штейна в руднотермической печи РТП
В настоящее время сульфидный медно-никелевый концентрат подвергают брикетированию и направляют на электроплавку без обжига.
Схема переработки пульпы концентрата на стадии приготовления брикетов включает 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 приведен в табл. 2.4.
Таблица 2.4
Основное оборудование передела брикетирования концентрата
Со склада готовой продукции готовые брикеты железнодорожным или автомобильным транспортом транспортируются на склад привозного сырья участка подготовки сырья и шихты (УПСиШ), где шихтуется со флюсом и восстановителем и транспортером по тракту подачи шихты подаются в расходные бункера РТП.
Основным сырьем для электроплавки является шихта, состоящая из: сульфидной медно-никелевой руды, брикетов, собственных и привозных оборотных никельсодержащих 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 °C в ней протекают процессы термического разложения сложных сульфидов, сульфатов, карбонатов и гидратов, а также процессы взаимодействия между различными химическими соединениями, наиболее важными из которых являются реакции между сульфидами и окислами. При повышении температуры шихты до 1000 - 1300 °C эти процессы получают активное развитие.
Сульфиды никеля, меди, кобальта, железа расплавляются, частично разлагаются (общая десульфуризация при электроплавке составляет около 20 - 35%) и, взаимно растворяясь, образуют основной продукт электроплавки - штейн, в котором также растворяются 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 состоянии, образуют другой продукт электроплавки - шлак. Выход шлаков при электроплавке составляет 85 - 110% от общей массы загруженной шихты. Основу шлаков электроплавки (97 - 98%) составляют кремнезем (SiO2), закись железа (FeO), окись магния (MgO), глинозем (Al2O3) и окись кальция (CaO). 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 °C, состоят из азота (N2), кислорода (O2), сернистого газа (SO2), углекислого газа (CO2) и паров воды (H2O), эвакуируются через систему газоходов и подаются в пылевую камеру, а затем - в трубу. Улавливаемая в пылевой камере и газоходах металлосодержащая пыль выгружается 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-никелевого сырья на штейн в руднотермической печи
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 электрообеднительных печах;
- грануляцию шлака обеднительных печей и его транспортирование на склад временного хранения.
![]() цеха плавки в ПВ
Печь взвешенной плавки является головным агрегатом в цепи переработки сульфидных концентратов.
Степень обогащения дутья кислородом на печах взвешенной плавки может достигать 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 никелевое конвертирование для переработки до файнштейна.
Шлак ПВП представляет собой многокомпонентный сплав оксидов и в значительной степени обогащен цветными металлами (табл. 2.6), в связи с чем подается (в расплавленном состоянии) в обеднительные печи (вместе с конвертерными шлаками).
Таблица 2.6
Химический состав шлаков ПВП, %
Основными реакциями, протекающими в реакционной шахте печи, являются реакции диссоциации и окисления сульфидов. Эта реакция экзотермическая, ее тепловой эффект обеспечивает самопроизвольный ход процесса без затрат тепла извне. Неокислившиеся сульфиды формируют штейн.
В отстойнике ПВП проходят основные реакции шлакообразования, обменные реакции и процесс физического разделения расплава на штейновую и шлаковую фазы, связанный с разностью их удельных весов. С учетом высокого содержания ценных компонентов в шлаках их направляют на обеднение.
При обеднении в печи периодически заливают жидкий шлак, производят загрузку твердой шихты: руду, песчаник, антрацит, коксовый орешек, дробленые обороты. Руда используется в качестве извлекающей фазы (сульфидизатора) для процесса штейнообразования, дробленый песчаник - в качестве флюсующего материала, антрацит, коксовый орешек - в качестве восстановителя, дробленые бедные обороты - для регулирования состава штейна ОЭП по содержанию цветных металлов, а также в качестве металлосодержащего сырья.
Перечень основного технологического оборудования участка обезвоживания и складирования концентратов и комплекса печи взвешенной плавки приведен в табл. 2.7. Параметры электропечей, используемых для обеднения шлаков ПВП и шлаков конвертирования, приведены в табл. 2.8.
Таблица 2.7
Характеристики основного технологического оборудования
обезвоживания и сушки концентратом и комплекса печи
взвешенной плавки
Таблица 2.8
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 получения штейна (до очистки)
Таблица 2.10
На величину выбросов загрязняющих веществ в технологии производства штейна влияют:
1. Состав сырья. Так, при большем содержании серы и неизменном целевом составе штейна выброс серы будет возрастать; при росте содержания свинца и мышьяка в концентрате растет 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 учетом конструкции печи. Например, переработка в рудно-термических печах обычной конструкции влажного, мелкодисперсного материала приводит к повышенному пылевыносу.
4. Особенности технологии подготовки сырья к плавке. Интенсивное перемешивание материала при сушке, низкая его остаточная влажность способствуют росту пылевыноса.
При переработке сульфидного медно-никелевого сырья в руднотермических электропечах и на комплексе ПВП-обеднительные печи образуется отвальный шлак (табл. 2.11), который подвергается грануляции. Кроме того, твердые 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
Технология получения медного штейна в ПВ
Рудный медный концентрат и концентрат от разделения медно-никелевого файнштейна подвергаются плавке на медный штейн в печи Ванюкова.
Процесс Ванюкова представляет собой плавку сульфидного сырья в интенсивно перемешиваемой шлако-штейновой ванне с использованием тепла окислительных реакций. 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%. Подача окислительного дутья осуществляется через боковые фурмы в слой шлако-штейновой эмульсии, что позволяет использовать в наиболее теплонагруженной части агрегата водоохлаждаемые кессоны, которые являются основным конструктивным элементом 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 подфурменную. В надфурменной, интенсивно перемешиваемой дутьем области, происходят, в основном, процессы испарения воды, диссоциации, плавления и окисления шихты, образования продуктов плавки и коалесценции капель штейна. В более спокойной подфурменной области происходит, главным образом, разделение продуктов плавки по плотности на донную штейновую фазу и верхнюю шлаковую.
Штейн и шлак выдаются из печи непрерывно через соответствующие сифоны и по обогреваемым водоохлаждаемым 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, протекающими при конвертировании штейнов, являются реакции окисления, обменного взаимодействия, восстановления и шлакообразования (табл. 2.12).
Таблица 2.12
Характеристика процесса конвертирования
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 обогащенной массы сокращается. В этот период идет активная загрузка в конвертер кварцевого песка и холодных материалов для поддержания теплового баланса процесса. После прекращения набора штейна начинается период варки файнштейна. В задачу этого периода входит почти полное удаление железа из обогащенной конвертерной массы. Полученный файнштейн содержит 22 - 24% S и до 3,7% железа.
Полученный медно-никелевый файнштейн перевозится в разливочный пролет цеха и разливается в стальные формы - изложницы, зафутерованные блоками из графита, для медленного охлаждения и раскристаллизации расплава, обеспечивающих хорошие показатели разделения на никелевый и медный концентраты.
Отходящие от горловины конвертера газы содержат 7 - 11% SO2, однако за счет подсосов воздуха через напыльник и неплотности газохода концентрация SO2 снижается. На комбинате Печенганикель очищенные от пыли газы частично передаются в сернокислотное производство, частично выбрасываются в трубу; в ЗФ - выбрасываются в трубу.
Химический состав продуктов конвертирования - в табл. 2.13, перечень основного оборудования передела конвертирования штейнов приведен в табл. 2.14.
Таблица 2.13
Химический состав продуктов конвертирования
Таблица 2.14
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
2.1.2.1. Технология разделения медно-никелевого файнштейна с получением никелевого 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 N 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 магнитной сепарации, что обеспечивало не только получение более бедного по меди никелевого концентрата, но и извлечение в отдельный, обогащенный продукт основного количества содержащихся в файнштейне платиновых металлов.
Впервые процесс был внедрен на Норильском горно-металлургическом комбинате в 1957 году, и без особых изменений способ дошел до сегодняшних дней, однако за счет оптимизации реагентного режима, параметров операций и организации технологической схемы удалось достичь более низких, чем заявлено в АС, содержаний вторых металлов в концентратах.
Химическими основами флотационного разделения файнштейна являются различные условия формирования и устойчивости пленок ксантогенатов меди и никеля на поверхности соответствующих минералов. Регулированием концентрации гидроксид-ионов в водной части пульпы обеспечиваются условия для подавления процесса образования ксантогената никеля и образования на поверхности пленки гидроксида.
Технологический процесс разделения файнштейна на никелевый и медный концентраты включает в себя следующие технологические операции: крупное дробление, шихтовка, дробление и измельчение и собственно флотацию. Перечень основного технологического оборудования представлен в табл. 2.16.
Таблица 2.16
Основное оборудование
Разделение файнштейна, предварительно измельченного до крупности 85 - 95% - 45 мкм, происходит во флотомашинах основной флотации с получением пенного и камерного продуктов, представляющих собой черновые медный и никелевый концентрат, соответственно, которые затем подвергаются дополнительной очистке.
Никелевый очищается от меди за счет добавки свежего ксантогената, который повышает флотируемость медных сульфидов, медный - от никеля на 1 - 4 перечистных флотациях за счет повышения щелочности пульпы и снижения плотности камерных продуктов от первой до последней перечистки.
Для обеспечения эффективного разделения медных и никелевых сульфидов часть пенных и камерных промпродуктов объединяется и направляется на классификацию, пески которой доизмельчаются. Точки рецикла промпродуктов и объединения потоков пенных и камерных продуктов выбираются, исходя из их состава, в первую очередь, из содержания в них вторых металлов.
Существующая технологическая схема флотационного разделения файнштейна позволяет достичь извлечения никеля в никелевый концентрат до 92%, меди в медный - до 91%.
Получаемый медный концентрат содержит 67 - 68% меди и 3,2 - 4,2% никеля, никелевый - 68 - 69% никеля и 2,3 - 2,9% меди.
При разделении медно-никелевого файнштейна в качестве основных технологических 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 технологического оборудования. Вредности удаляются с вентвыбросами естественным путем через дефлекторы и вентшахты (табл. 2.17).
Таблица 2.17
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу
Жидкая фаза, образующаяся при обезвоживании продуктов флотации (никелевого и медного концентратов), наплавляется в систему оборотного водоснабжения участка. Избыточное количество воды передается в производственную канализацию; сброс воды в природные объекты отсутствует (табл. 2.18).
Таблица 2.18
Состав и способ утилизации сточных вод
Твердые 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 - порошка никелевого трубчатых печей) включает в себя операции обезвоживания никелевого 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, ведется при температуре 1050 - 1250 °C. Загрузку шихты регулируют по температуре в слое, по концентрации диоксида серы (SO2) в отходящих газах, по заданному расходу воздуха (или воздуха, обогащенного кислородом).
Основная часть полученного огарка передается на восстановление в трубчатые вращающиеся печи, часть подается в бункер "горячего" огарка для использования его без восстановления при доводке анодного металла по углероду.
Газы после прохождения через систему газоочистки, включающей в себя охладитель газов, циклоны испарительного охлаждения и электрофильтр, передаются в сернокислотное производство. Газы аспирационных систем передаются в общий газоход и выбрасываются в трубу.
В процессе (1050 - 1150 °C) происходит дальнейшее укрупнение огарка и восстановление 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 приведен в табл. 2.19, выбросы 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
Таблица 2.20
Таблица 2.21
Твердые отходы процесса получения ПНТП образуются в ходе ремонтных и строительных работ - выломки футеровки печей, бой кирпича, бетон, теплоизоляция, металлолом.
2.1.2.3. Технология производства черновых никелевых анодов
На сегодняшний день основная часть никелевого порошка трубчатых печей поступает на анодную плавку в дуговые электропечи, часть - на хлорное растворение для восполнения дефицита никеля. Шихта печей включает в себя, помимо порошка, восстановитель и анодный скрап.
При расплавлении шихты свободный углерод и закись никеля растворяются в расплавленном металле, при этом происходит "науглероживание" ванны металла по реакции с образованием карбида никеля (Ni3C), который при растворении в металле взаимодействует с закисью никеля.
Растворимость углерода в металле высока, и на начальных этапах плавки, с учетом положительного влияния науглероживания расплава на температуру плавления металла, процесс ведут с избытком восстановителя, который на финальных этапах удаляют присадкой огарка в жидкий металл. Доводка металла по содержанию углерода может также осуществляться кислородной продувкой.
К моменту полного расплавления шихты в печи образуются шлаковая и металлические фазы. В основном шлак состоит из окислов, содержание которых может достигнуть 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 путем наклона печи. При этом богатая часть шлака возвращается на плавку, а бедная отправляется на переработку в РТП. Готовый металл разливается по изложницам карусельной машины и направляется на электролитическое рафинирование с получением катодного металла. Запыленные отходящие газы очищаются в электрофильтрах и выбрасываются в атмосферу.
Перечень основного технологического оборудования приведен в табл. 2.22, выбросы загрязняющих веществ - в табл. 2.23.
Таблица 2.22
Перечень основного технологического оборудования
Таблица 2.23
Шлак анодной плавки, выломки футеровки, улавливаемая в электрофильтрах пыль не являются отвальными продуктами и направляются на переработку на другие переделы технологического цикла. Прочие твердые отходы передела связаны с проведением 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 драгметаллсодержащего сырья.
В процессе многолетней эксплуатации технология рафинирования черновых никелевых анодов непрерывно совершенствовалась, и к настоящему времени пути ее дальнейшего улучшения практически исчерпаны и экономически бесперспективны. Именно поэтому эта технология, имевшая ранее широкое распространение, повсеместно замещена более современными способами. Основные недостатки технологии рафинирования черновых никелевых анодов определяются собственно необходимостью их производства. Альтернативные гидрометаллургические способы рафинирования файнштейна или продуктов его переработки предполагают в качестве товарного передела 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 металлизированная фракция от разделения файнштейна. Очевидны следующие общие преимущества подобных решений:
- ликвидация затрат на производство промежуточных продуктов, а именно черновых 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 незавершенного производства (срок растворения черновых анодов составляет приблизительно 30 сут, кроме того, он увеличивается за счет наличия оборотного скрапа).
В настоящее время на Кольской ГМК, единственном отечественном предприятии, выпускающем товарный никель высокой чистоты, начался переход от технологии рафинирования черновых никелевых анодов к гидрометаллургической технологии рафинирования восстановленного никелевого порошка (ПНТП).
Эта технология предусматривает получение товарного никеля электроэкстракцией из хлоридных растворов. На первом этапе в качестве исходного сырья предусматривается использование ПНТП. В дальнейшей перспективе представляется целесообразным использование в качестве обособленного сырья металлизированной фракции от разделения файнштейна и далее никелевого концентрата от разделения файнштейна. Замена ПНТП никелевым концентратом позволит полностью ликвидировать переделы окислительного и восстановительного обжига, что позволит существенно сократить в том числе потери ценных компонентов, трудозатраты, энергозатраты и эмиссию вредных веществ.
Организационно производство электролитного никеля включает в себя три основных отделения: электролизное, гидрометаллургическое (ГМО) и отделение готовой продукции.
Процесс перехода на новую технологию осуществляется постепенным переводом действующих электрорафинировочных ванн на технологию электроэкстракции. С учетом одновременной эксплуатации электрорафинирования черновых никелевых анодов и рафинирования ПНТП в технологической цепочке используется основное технологическое оборудование электролизного отделения рафинирования черновых никелевых анодов. Также, в соответствии с проектом реконструкции никелевого производства, устанавливается 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 черновых анодах содержится широкий спектр различных микропримесей, включая драгоценные металлы. Рафинирование черновых никелевых анодов осуществляется в электролизных ваннах (электролизерах ящичного типа) с разделением катодного и анодного пространств проточной тканевой диафрагмой. При этом используется сульфат-хлоридный никелевый электролит. Катоды внутри ванн помещены в диафрагменные ячейки, а аноды находятся в общем анодном пространстве. За счет прохождения постоянного тока на анодах происходит растворение никеля и примесей с получением загрязненного никелевого раствора - анолита. На катодах в эквивалентном пропущенному току количестве осаждается чистый катодный никель. В каждую катодную ячейку непрерывно подается очищенный от примесей никелевый раствор - католит. За счет его подачи уровень раствора в катодных ячейках превышает уровень в анодном пространстве. Католит просачивается через поры диафрагмы в анодное пространство ванны, препятствуя попаданию в катодное пространство примесей из анолита. После прохождения через диафрагму католит объединяется с анолитом и самотеком удаляется из ванны на очистку. Часть анодных примесей не растворяется и преимущественно осаждается в донной части анодного пространства ванны. Часть нерастворенных примесей формирует на поверхности анода нерастворимый шлам, в котором, в частности, концентрируются драгоценные металлы.
Осаждение товарного никеля осуществляется на никелевые основы, которые производятся в отдельных электролизных ваннах путем катодного осаждения никеля на титановые матрицы. Такие ванны, в отличие от ванн производства товарного никеля, называются матричными. Срок наращивания основ составляет 12 - 24 ч. Катоды с осажденными на них основами выгружаются, промываются, основы сдираются и правятся. К ним контактной сваркой привариваются вырезанные из основ ушки. Никелевые основы с приваренными ушками загружаются в товарные ванны для наращивания на них товарных никелевых катодов. Срок наращивания товарных катодов (катодная кампания) составляет 3 - 4 сут. По завершении катодной кампании товарные катоды выгружаются, промываются 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 осуществляется чистка ванн. Перед чисткой ванны шунтируются. Из ванн выгружаются анодный скрап и катодные ячейки, ванны опорожняются и очищаются от шлама, который отправляют на переделы производства драгоценных металлов. Не растворившаяся часть анодов из ванн - скрап - после промывки от шлама направляется на анодную плавку. Анодная 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.
Загрязненный примесями анолит из ванн очищается от примесей гидрометаллургическими способами, включающими в себя последовательное удаление железа путем его окисления воздухом в присутствии основного карбоната никеля в качестве нейтрализатора, 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 католита подается 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 нем никеля и после фильтрования направляется на производство катодного кобальта.
Содержащая никель и иные примеси цементная медь передается в производство меди. Дефицит водорастворимого никеля восполняется хлорированием ПНТП. Основной карбонат никеля для очистки от примесей получают на карбонатном переделе с использованием бедных никелевых растворов от репульпации первичных кеков примесей. Осаждение карбоната осуществляется раствором кальцинированной соды. В производство вовлекаются никельсодержащие растворы и иные полупродукты смежных медного и кобальтового производств, а также продукты участка переработки шламов. На репульпациях и для регулирования кислотности по операциям очисток используется серная 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 (сульфат и хлорид натрия) (табл. 2.24).
Таблица 2.24
Основное технологическое оборудование цеха
электролиза никеля
Технология рафинирования ПНТП
Исходным сырьем процессов гидрометаллургического рафинирования в производстве электролитного никеля в КГМК является восстановленный порошок трубчатых печей ПНТП.
По химическому составу ПНТП близок к черновым никелевым анодам, однако содержит 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 растворение в обедненном никелевом растворе, очистку от примесей и электроэкстракцию никеля.
Основным отличием процесса электроэкстракции от электрорафинирования черновых анодов является то, что в процессе используются нерастворимые аноды, и никель, осаждающийся из раствора под действием тока на катоды, не восполняется в электролите за счет растворения никеля из анодов. Таким образом, в раствор не переходят и соответствующие примеси.
Хлорное выщелачивание ПНТП в обедненном по никелю растворе после электроэкстракции осуществляется в аппаратах с псевдоожижением - цементаторах. В процессе хлорного растворения в жидкую часть пульпы извлекаются никель и основные примеси, при этом сульфидная сера и драгоценные металлы коллектируются в нерастворимом остатке, который направляется в производство драгоценных металлов. Раствор после хлорного растворения очищают от основной части поступающей с ПНТП меди на операциях предварительной и дополнительной медеочистки в цементаторах. Цементная медь передается в производство меди.
Далее обогащенный никелем раствор хлорного выщелачивания очищается от примесей совместно с анолитом от рафинирования черновых анодов. Поскольку в растворах после хлорного выщелачивания содержание железа более высокое (сравнительно с черновыми никелевыми анодами), в качестве окислителя в процессе железоочистки используют кислородо-воздушную смесь с содержанием кислорода до 40%). В связи с повышенным содержанием в ПНТП цинка (сравнительно с черновыми никелевыми анодами) раствор после железоочистки подвергается экстракционной очистке от цинка. После очистки от остаточной меди (цементацией) и кобальтоочистки (операции описаны выше) раствор передается 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 католита поступает в ванны электроэкстракции.
Электроэкстракция никеля осуществляется в полимербетонных электролизных ваннах с разделением катодного и анодного пространств проточной тканевой диафрагмой. Конструкция и расположение электродов внутри ванн электроэкстракции, а также обвязка этих ванн по растворам принципиально отличается от ванн электрорафинирования.
В каждой ванне 61 стационарный нерастворимый титановый анод с активным покрытием типа ОРТА и 60 катодов, рабочей поверхностью 935 x 1340 мм. Вдоль борта ванны проходит коллектор для совместной эвакуации анолита и хлора. Сохраняется попарная группировка ванн в блоки с последовательным подключением ванн по току в серии. 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 диафрагменные ячейки, а катоды находятся в общем катодном пространстве ванны. За счет прохождения постоянного тока на анодах выделяется хлор. На катодах в эквивалентном пропущенному току количестве осаждается чистый катодный никель. Католит непрерывно подается в общее катодное пространство ванны.
Основным отличием процесса электроэкстракции от электрорафинирования черновых анодов является то, что в процессе используются нерастворимые аноды, и никель, осаждающийся из раствора под действием тока на катоды, не восполняется в электролите за счет растворения никеля из анодов. Таким образом, в раствор не переходят и соответствующие примеси, вследствие чего часть раствора, выходящего из электролизной ванны, поступает обратно на переделы электролиза без очистки от металлов-примесей.
Часть обедненного 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 счет разрежения в бортовой коллектор ванны, где происходит разделение водной и газовой 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 разрежение в анодных ячейках, бортовых коллекторах и хлоропроводе, а также необходимое сжатие хлор-газа. На хлоропроводах установлены охлаждаемые водой емкости-конденсаторы для осушки хлор-газа, поступающего на компримирование. Осушенный и сжатый газ (давление 1,0 - 1,5 бар) собирают в емкость, откуда по системе хлоропроводов он дозируется 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) создается 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 (восстановление остаточного хлор-газа в электролите раствором сульфита натрия) его объединяют с католитом, поступающим в электролизные ванны.
При рафинировании черновых никелевых анодов и ПНТП используются следующие основные материалы и реагенты: кислота серная, хлор, сода кальцинированная, борная кислота (будет исключена по завершении переходного этапа), ткани диафрагменная (хлопколавсановая) и фильтровальные (лавсановая, полипропиленовая и смесовые).
При производстве катодного никеля основными вредными веществами, выбрасываемыми в атмосферу, являются никель (в том числе в водорастворимой форме), серная кислота в виде аэрозолей, а также хлор. Удаление аэрозолей осуществляется через аэрационные фонари и систему вытяжной вентиляции электролизного отделения (табл. 2.25).
Таблица 2.25
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве
никелевых катодов
Удаление паровоздушной хлорсодержащей смеси производится с помощью аспирационных систем из емкостного оборудования с последующей очисткой в пенных аппаратах.
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 вследствие использования на очистных операциях основных реагентов - серной кислоты, соды каустической и хлора.
В настоящее время внедрена новая технология утилизации солевых стоков. Процесс 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 продуктами технологии.
Твердые отходы передела получения товарного электролитного никеля образуются в процессе эксплуатации электролизных ванн и очистки никелевого анолита от железа. Железистый кек, отходы диафрагменных тканей и кек отстойников складируют совместно 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%.
2.1.2.5. Технология производства карбонильного никеля
Сырьем для карбонильного производства служат никелевые гранулы, выплавляемые из продуктов обжигового отделения и собственных оборотов ЭПО РЦ, а также различных видов привозных металлосодержащих материалов других цехов в рафинировочном 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 газификацией пекового кокса в газогенераторе. Полученный оксид углерода очищают от пыли водой в пенном аппарате и в скрубберах, при этом коксовая пыль смывается водой в водяные баки.
Передел синтеза предназначен для получения тетракарбонила никеля (ТКН), осуществляющийся при взаимодействии твердых никельсодержащих материалов с оксидом углерода при высоких давлении и температуре.
Передел синтеза ТКН состоит из технологических секций, где расположены установки синтеза, коридор разводки трубопроводов, помещения пароперегревателя, камер приточной, вытяжной и аварийной вентиляции, узла производственного водоснабжения, пульта управления, административных и бытовых помещений, понизительной подстанции с пультом управления, помещений РП и ремонтных мастерских.
В состав установки синтеза входят реакционные колонны, подогреватели реакционного газа, пылевой фильтр, холодильник-конденсатор, сборник-отделитель и контрольный 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 переделе газовых компрессоров.
После окончания загрузки сырья в колонны и закрытия верхних затворов система трубопроводов и аппаратов установки синтеза ТКН опрессовывается азотом, затем после полного сброса давления промывочного газа включаются в работу циркуляционный компрессор и подогреватель газа. Подогретый реакционный газ (оксид углерода) подается в нижнюю часть колонны, проходит через слой сырья и извлекает из него никель в виде карбонила никеля. Кроме карбонила никеля, в процессе синтеза происходит образование карбонилов железа и кобальта.
Для восполнения убыли оксида углерода, который расходуется на образование карбонилов и частично растворяется в жидком карбониле, система непрерывно или периодически 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 типа "труба в трубе"), где за счет 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 подается в подогреватели и поступает вновь в колонны синтеза.
В сырой карбонил извлекается до 96 - 97% никеля, до 15% кобальта, до 70% железа. Практически вся медь, сера и благородные металлы остаются в остатках синтеза, которые затем направляются на обжиг в трубчатой печи для полной дегазации и сульфатизирующего обжига остатков синтеза, обеспечивающего подготовку материала к переработке в цикле основного производства.
Передел ректификации предназначен для производства дистиллята тетракарбонила никеля, получаемого путем отгонки его из смеси нагретых карбонилов никеля, железа и кобальта, с последующей термической обработкой кубовых остатков с образованием остатков дожигания.
При нагревании исходного продукта в кубе карбонил никеля полностью испаряется, карбонил железа испаряется частично и в основном остается 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 собой чистый легколетучий компонент смеси, конденсация которого дает готовый продукт - дистиллят, основная часть которого направляется в соответствующие сборники для производства готовой продукции, а другая часть в виде флегмы остается в ректификационной колонне. Из нижней части куба отбирается продукт, богатый высококипящим компонентом, который является кубовым остатком, и дополнительно перегоняется в колоннах II ректификации.
Установки ректификации размещены в помещениях четырех технологических секций, в том числе четыре установки I ректификации, две установки II ректификации, промежуточные аппараты, сборники и емкости. Все аппараты соединены с газгольдерами оксида углерода уравнительными трубопроводами.
Очищенные пары карбонила никеля конденсируются и охлаждаются в дефлегматоре (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 колонны 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 подаются на дополнительную перегонку в колонны II ректификации. Дистиллят II ректификации направляют в сборники I ректификации на повторную очистку.
Кубовые остатки II ректификации направляют в сборник, из которого их передавливают в промежуточный аппарат и далее, самотеком, продукт поступает на термическую дегазацию в печь дожигания N 1.
Передел разложения тетракарбонила никеля предназначен для производства карбонильных никелевых порошков и карбонильной никелевой дроби путем термического 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, разделенных по горизонтали перекрытиями на три уровня. В каждой секции расположены четыре установки разложения, связанные через общий коллектор парообразного ТКН с башней, где установлены два напорных бака, два испарителя, буферная емкость, две газодувки и система обогрева испарителя.
Получение никелевых порошков с комплексом заданных физико-технологических свойств обеспечивается ведением процесса разложения паров ТКН при различных температурных режимах и различных количествах подачи паров ТКН в реторту разложителя.
Карбонильная никелевая дробь (ДНК) является одним из наиболее чистых продуктов никелевого производства. Благодаря исключительно низкому содержанию легкоплавких примесей ДНК используется для выплавки специальных жаропрочных сталей и сплавов для атомной и авиационной промышленностей.
Наращивание дроби осуществляют термическим разложением паров карбонила никеля на нагретой поверхности непрерывно циркулирующей исходной загрузки, составленной из дроби разных фракций размерами от -1 до +10 мм. Постоянно работающий вертикальный ковшовый элеватор забирает дробь внизу на выходе из аппарата и поднимает ее 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 параметров на всех переделах.
Выпуск конкретных марок карбонильной продукции не зависит от причин, связанных с технологией, и определяется плановым заданием.
Выбросы загрязняющих веществ при производстве тетракарбонила никеля приведены в таблице 2.26.
Таблица 2.26
Выбросы загрязняющих веществ при производстве
тетракарбонила никеля
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 предприятие 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 действующих рудников: комбинат Южуралникель - в г. Орске (Оренбургская обл.), Режский никелевый завод - в г. Реже (Свердловская обл.), комбинат Уфалейникель - в г. Верхний Уфалей (Челябинская обл.).
На всех трех предприятиях применялась шахтная плавка агломерированной руды на штейн.
Сырьем 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 приведен в табл. 2.27.
Таблица 2.27
Примерный химический состав Буруктальской и Сахаринской руды
На переработку поступала смесь руд двух месторождений (примерно в соотношении 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 колчеданом) и флюсом (известняком) плавят в шахтной печи на штейн. Штейн шахтных печей 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 дробится, измельчается и обжигается в две стадии.
Первая стадия осуществляется в печах КС при температуре 900 - 950 °C, 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 огарок печей КС в горячем состоянии смешивают с 10 - 15% сильвинита и обжигают при температуре 700 - 750 °C. Образующиеся при этом хлориды и сульфаты меди хорошо выщелачиваются горячим (70 - 80 °C) слабым раствором серной кислоты. Выщелоченный огарок вместе с газоходной пылью, пылью электрофильтров и другими оборотными материалами поступает на вторую стадию окислительного обжига в трубчатой вращающейся печи (750 - 800 °C в хвостовой части, куда идет загрузка, и 1250 - 1300 °C 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 восстановлена 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", содержащий 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 трех шахтных печах никелевой руды Серовского рудника с получением никелевого штейна, который отправлялся на "Уфалейникель". Мощности Режского никелевого завода позволяли перерабатывать до 700 тысяч т руды в год. За счет ряда технических мероприятий 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 перерабатывались отработанные железоникелевые аккумуляторы и другие никельсодержащие ломы и отходы с выпуском гранулированного ферроникеля и других сплавов на железоникелевой основе. В 2005 году электротермический цех освоил выпуск никеля Н-3 из закиси никеля "Уфалейникеля".
Мощности комбината "Уфалейникель" составляли около 15 тыс. т/г никеля. Производство никеля было основано на шахтной плавке предварительно подсушенной окисленной никелевой руды. В качестве серосодержащего 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 завода, 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 твердого остатка (не более 0,05% кислотнорастворимой меди). Фильтрат направляется на гидрометаллургическое извлечение никеля, кобальта и меди.
Твердый остаток далее подвергается второму обжигу в трубчатых печах до полного удаления серы. Полученная закись никеля (76% никеля) является товарной продукцией или идет 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 приведен в табл. 2.28, выбросы вредных веществ в атмосферу - в табл. 2.29.
Таблица 2.28
Основное оборудование
Таблица 2.29
В Советском Союзе существовал единственный кобальтовый комбинат - "Тувакобальт", перерабатывавший гидрометаллургическим способом до богатого концентрата местные бедные кобальтовые мышьяковистые рудные концентраты. В настоящее время он закрыт. На остальных отечественных предприятиях в ходе комплексной переработки никельсодержащих руд, в которых кобальт присутствует в подчиненном количестве, производился огневой кобальт либо оксид кобальта. Технология производства огневого кобальта устарела и не имела действующих мировых аналогов.
С закрытием Никелевого завода ЗФ ПАО "ГМК "Норильский никель" производство огневого кобальта в России прекращено.
При производстве никеля из кобальтсодержащих никелевых руд сырье для производства 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. Сырьем для этого производства является пульпа первичного кобальтового кека гидролитической очистки никелевых растворов. Технология предусматривает производство катодного кобальта электроэкстракцией из хлоридных растворов и находится на стадии промышленного освоения. Организационно кобальтовое производство является отделением цеха электролиза никеля.
Готовой продукцией кобальтового производства является электролитный (катодный) кобальт, который должен соответствовать ТУ 24.45.30-231-48200234 "Кобальт электролитный. Технические условия".
Предусматривается выпуск четырех марок кобальта, различающихся по виду изготовления 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"
Кобальт выпускают в виде катодных листов, пластин установленного размера, полос произвольного размера, нарезанных из катодных листов толщиной от 1,5 до 10,0 мм, 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 x 25 мм.
Таблица 2.31
Размеры пластин и полос товарного кобальта согласно
ТУ 24.45.30-231-48200234-2017 "Кобальт электролитный.
Технические условия"
Пульпа первичного кобальтового кека после водной отмывки и репульпации в оборотном 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. Последующая регенерация восстановителя осуществляется за счет восстановления ионов железа и меди на сопряженной с операцией растворения кобальта операции растворения ПНТП. Одновременно за счет 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 реэкстрактом примесей из цикла экстракции кобальта.
Никель-кобальтовый рафинат смешивается с рафинатом экстракции кобальта и упаривается. Из упаренного раствора осуществляется основная, грубая экстракция кобальта, и большая часть рафината возвращается на упаривание, а меньшая часть подвергается глубокой экстракции кобальта и далее передается на гидролитическую очистку от железа и малых примесей. Полученный при глубокой экстракции кобальта экстракт смешивается с оборотным экстрагентом и подается на основную экстракцию кобальта. Из экстракта основной кобальтовой экстракции после промывки кобальтовым раствором от электроэкстракции (католитом) реэкстрагируют кобальт с получением богатого кобальтового реэкстракта. Основное количество экстрагента после этого возвращается в цикл экстракции, а из меньшей части, после дополнительной отмывки от кобальта, реэкстракцией водой выделяют примеси меди, железа и цинка. Полученный реэкстракт примесей далее используется для реэкстракции меди.
На всех экстракционных операциях используется экстрагент на основе третичных алкиламинов фракции C7 - C9 в разбавителе из технической смеси ароматических и насыщенных алифатических углеводородов с модификатором из алифатических спиртов фракции C8 - C10.
В результате растворения ПНТП и очисток от примесей образуется ряд направляемых на переработку в гидрометаллургическое отделение производства рафинированного 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. Никелевый раствор передается на передел кобальтоочистки ЦЭН, а кек очистки направляется на передел репульпации железистых кеков ЦЭН. Таким образом, обеспечивается канал вывода из сопряженного никелевого производства в отвальный железистый кек проблемных микропримесей свинца и марганца.
Богатый кобальтовый реэкстракт после контрольной гидролитической очистки от железа и микропримесей, где в качестве нейтрализатора используется основной карбонат кобальта собственного производства, смешивается с частью отходящего из ванн электроэкстракции кобальтового анолита и в качестве католита поступает в ванны электроэкстракции.
Электроэкстракция кобальта осуществляется в аналогичных никелевому производству полимербетонных электролизных ваннах с разделением катодного и анодного пространств проточной тканевой диафрагмой. При этом используется хлоридный электролит. 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 счет прохождения постоянного тока на анодах выделяется хлор. На катодах в эквивалентном пропущенному току количестве с учетом пониженного выхода по току кобальта осаждается чистый катодный кобальт. Осаждение товарного кобальта осуществляется на кобальтовые основы, которые наращиваются отдельно на титановых матрицах. Католит непрерывно подается в общее катодное пространство ванны. Из каждой анодной ячейки анолит совместно с анодным хлором эвакуируется за счет разрежения в бортовой коллектор. Католит просачивается через поры диафрагмы в анодные ячейки, препятствуя попаданию в катодное пространство хлора. Анодный хлор-газ отделяется от анолита вне ванны в коллекторе и сепараторах и направляется в никелевое производство на очистку от кобальта никелевого анолита. Анолит частично направляется на дегазацию и далее возвращается в цикл электроэкстракции вместе с переливом католита. Часть католита направляется 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 партиями на склад готовой продукции.
Основное оборудование производства катодного кобальта включает в себя реакционное, фильтровальное, экстракционное оборудование, электролизные ванны.
Основное реакционное оборудование: аппараты с пневматическим перемешиванием (пачуки) емкостью 170 м3, аппараты с механическим перемешиванием и плоским или коническим днищем различного объема (до 20 м3), аппараты с псевдоожижением (цементаторы) емкостью 11 м3. Основное емкостное оборудование - баки (аппараты) емкостью от 0,23 до 200 м3.
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 предварительным пластинчатым нагревателем-теплообменником F = 10 м2.
Транспортирующее оборудование. Центробежные насосы (станции) типа AXH Q/H.21, XM-8/40.
Система компримирования хлора и хлорной безопасности компании ERG (Англия) на базе водокольцевого компрессора хлора Q = 180 нм3/ч, Pизб = 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 поверхностью 935 x 1340 мм. Вдоль борта ванны проходит коллектор для совместной эвакуации анолита и хлора. По току ванны последовательно включены в серию с максимальной токовой нагрузкой до 35 кА.
Подъемно-транспортное оборудование включает мостовой кран (Q = 10 т, H = 13 м, L = 21 м) и спецкран (Q = 3,2/30 т, L = 10,5 м) для обслуживания ванн. Обработка 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 предусмотрено:
- установка герметичного, оснащенного аспирационными отсосами оборудования;
- общеобменная приточно-вытяжная вентиляция помещений в требуемых объемах;
- оборудование аспирационных систем газоочистными установками, позволяющими сократить выбросы на 98,0 - 99,97%;
- аварийная вентиляция насосных помещений склада соляной кислоты с автоматическим 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 емкостного оборудования (с хлоридными растворами металлов, с растворами соляной кислоты) устанавливается пенный газоочиститель, 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 (степень очистки - 98%), где происходит их нейтрализация содовым раствором. Прошедшие очистку газы сбрасываются в атмосферу через существующую свечу.
Для аспирации экстракторов, насадочных колонн, емкостей 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 аварийного, орошаемых щелочным раствором (15 - 20%-ным раствором NaOH). Скрубберы включены в комплектную поставку системы хлороудаления, дехлорирования анолита, очистки хлорсодержащих газов. Расчетная степень очистки газов на скрубберах (99,97%) определена исходя из немецких нормативов по содержанию хлора в очищенных сбросных газах - не более 3 мг/м3. На постоянно работающий аспирационный скруббер поступают аспирационные отсосы от укрытий электролизных ванн, ванн регенерации, емкостного и фильтровального оборудования электролизного участка, продувочные газы, а также "бедные" хлорсодержащие газы аварийной вентиляции из помещений.
Абгазы емкостей 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 кобальта
Термин "наилучшие доступные технологии" определен в Федеральном законе "Об охране окружающей среды" N 7-ФЗ [1].
Под технологией понимается как используемая технология, так и способ, с помощью которого объект спроектирован, построен, эксплуатируется и выводится из эксплуатации; это не только и не столько технология производства, но и различные технические и нетехнические методы (экологический менеджмент, управленческие решения) повышения экологической результативности.
Под "доступной" понимается экономически целесообразная и неуникальная технология, которая достигла уровня, позволяющего обеспечить ее внедрение в никель-кобальтовой промышленности с учетом экономической и технической обоснованности, принимая во внимание затраты и преимущества; при этом технология должна быть реализована хотя бы на двух предприятиях отрасли.
Под "наилучшей" понимается технология, в максимальной мере обеспечивающая охрану окружающей среды и сбережение ресурсов (сырья, воды, энергии).
Порядок определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии определен постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 года N 1458 "О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям", на основании которого Министерство промышленности и торговли Российской Федерации разработало "Методические рекомендации по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии".
Согласно этим документам, при отнесении технологических процессов, оборудования, технических способов и методов к НДТ необходимо учитывать следующие критерии:
а) наименьший уровень негативного воздействия на окружающую среду в расчете на единицу времени или объем производимой продукции (товара), выполняемой работы, оказываемой услуги, либо соответствие другим показателям воздействия на окружающую среду, предусмотренным международными договорами Российской Федерации; приоритетным, оказывающим наименьшее отрицательное воздействие на окружающую 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 экономической эффективности заключается в оценке затрат на внедрение и эксплуатацию технологии и выгоды от ее внедрения путем применения метода анализа затрат и выгод; в процессе оценки рекомендуется разделять объекты (предприятия) на новые и действующие;
в) применение ресурсо- и энергосберегающих методов;
г) период внедрения;
д) промышленное внедрение технологических процессов, оборудования, технических способов, методов на двух и более объектах в Российской Федерации, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.
В качестве источников информации о применяемых на практике технологиях, относящихся к НДТ, были использованы окончательный проект второй редакции справочника ЕС по НДТ для предприятий цветной металлургии (октябрь 2014 года), сведения, полученные в результате анкетирования предприятий отрасли, результаты научно-исследовательских работ, публикаций, а также информация, полученная в ходе консультаций с профильными экспертами.
Наилучшие доступные технологии и методы, а также, в необходимых случаях, соответствующие им технологические показатели (значения концентрации эмиссий) определялись 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 следующих 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
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 соответствующая технология. Также для каждой НДТ, где необходимо, указаны ограничения применимости включенных в описание НДТ методов.
НДТ 1. Повышение общей результативности природоохранной деятельности. Внедрение и поддержание системы экологического менеджмента (СЭМ), соответствующей требованиям ГОСТ Р ИСО 14001 или ISO 14001 <7>.
--------------------------------
<7> Соответствие систем менеджмента указанным стандартам не означает ее обязательную сертификацию.
НДТ 2. Повышение эффективности использования энергии: использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 4.1.
Таблица 4.1
Методы повышения эффективности использования энергии
НДТ 3. Обеспечение стабильности производственного процесса. Внедрение системы автоматизированного контроля и использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 4.2.
Таблица 4.2
Методы обеспечения стабильности производственного процесса
Таблица 4.3
Методы расхода реагентов за счет внедрения новых процессов
НДТ 5. Предотвращение или уменьшение неорганизованных выбросов пыли: разработка и реализация в качестве составной части СЭМ (см. НДТ 1) плана мероприятий по неорганизованным выбросам, предусматривающего, в том числе, использование методов, приведенных в таблице 4.4.
Таблица 4.4
Методы предотвращения или уменьшения неорганизованных
выбросов пыли
НДТ 6. Предотвращение или уменьшение неорганизованных эмиссий в воздух и водные объекты: организация местных систем аспирации, замена реагентов и материалов менее летучими и токсичными, ликвидация складов хранения токсичных реагентов и материалов или сокращение объема их хранения и потребления за счет улучшения логистики производства или изменения технологии производства.
Таблица 4.5
Методы уменьшения неорганизованных выбросов, образующихся
при хранении сырья
НДТ 8. Уменьшение неорганизованных эмиссий, образующихся при обработке и транспортировке сырья (таблице 4.6).
Таблица 4.6
Методы уменьшения неорганизованных эмиссий, образующихся
при обработке и транспортировке сырья
НДТ 9. Предупреждение или уменьшение неорганизованных выбросов: оптимизация параметров эффективности улавливания и очистки отходящих газов (таблица 4.7).
Таблица 4.7
Методы предупреждения или уменьшения
неорганизованных выбросов
НДТ 10. Уменьшение неорганизованных выбросов при реализации гидрометаллургических процессов (таблица 4.8).
Таблица 4.8
Методы уменьшения неорганизованных выбросов при реализации
гидрометаллургических процессов
НДТ 11. Сокращение выбросов пыли и металлов. Поддержание в качестве составляющей СЭМ (см. НДТ 1) подсистемы, обеспечивающей эффективность эксплуатации систем пылеподавления и пылеулавливания.
НДТ 12. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от пирометаллургических процессов производства никеля, кобальта и меди. Использование газоочистного оборудования, в т.ч. "сухих" и "мокрых" электрофильтров (таблица 4.9).
Таблица 4.9
Технологический показатель: выбросы пыли и металлов
НДТ 13. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от процессов сушки концентрата и шихтовых материалов. Использование газоочистного оборудования (таблица 4.10).
Таблица 4.10
Технологический показатель: выбросы пыли и металлов
НДТ 14. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от процесса плавки концентрата в ПВП. Использование газоочистного оборудования (таблица 4.11).
Таблица 4.11
Технологический показатель: выбросы пыли и металлов
НДТ 15. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от процесса обеднения шлака ПВП в обеднительных электропечах. Использование газоочистного оборудования (таблица 4.12).
Таблица 4.12
Технологический показатель: выбросы пыли и металлов
НДТ 16. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от процесса конвертирования медно-никелевого штейна. Использование газоочистного оборудования (таблица 4.13).
Таблица 4.13
Технологический показатель: выбросы пыли и металлов
НДТ 17. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от процесса окислительного обжига сульфидного никелевого концентрата в печах кипящего слоя. Использование газоочистного оборудования (таблица 4.14).
Таблица 14.14
Технологический показатель: выбросы пыли и металлов
НДТ 18. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от анодной плавки (никель). Использование газоочистного оборудования (таблица 4.15).
Таблица 4.15
Технологический показатель: выбросы пыли и металлов
НДТ 19. Сокращение выбросов пыли и металлов от первичного и вторичного производства медных анодов: использование одной или нескольких газоочистных установок.
Таблица 4.16
Технологические показатели: пыль и металлы в первичных
и вторичных выбросах, образующихся при первичном и вторичном
производстве медных анодов
НДТ 20. Снижение выбросов SO2 за счет направления отходящих газов (с предварительной 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
НДТ 21. Снижение выбросов SO2 за счет направления отходящих газов (с предварительной 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
НДТ 22. Снижение выбросов SO2 за счет направления отходящих газов (с предварительной очисткой от пыли) на установки по производству серной кислоты с последующей 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
Таблица 4.20
Методы снижения выброса в воздух кислых газов
от гидрометаллургических операций
Таблица 4.21
Технологический показатель: выбросы загрязняющих веществ
в атмосферу при производстве электролитного никеля методом
электроэкстракции из НПТП
Таблица 4.22
Технологический показатель: выбросы серной кислоты
от процесса электролитического рафинирования, промывочной
камеры машин для обдирки катодов и машины для промывки
отработанных анодов в производстве меди
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 эффективностью не ниже 90% при условии соблюдения санитарных нормативов в селитебной зоне.
Технология утилизации диоксида серы определяется с учетом концентрации диоксида серы в перерабатываемом газе, наличия рынка производимого продукта, условий для его долговременного хранения и/или продажи. Выбор технологии должен учитывать положения п. 4 Статьи 28.1. Наилучшие доступные технологии Федерального закона от 10.01.2002 N 7-ФЗ.
Таблица 4.23
Технологический показатель: выбросы SO2 от первичного
производства никеля и меди из сульфидных медно-никелевых руд
и концентратов (после утилизации диоксида серы)
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 эффективностью не ниже 90%.
Необходимость утилизации диоксида серы от вторичного производства никеля и меди определяется с учетом 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 производимого продукта, условий для его долговременного хранения и/или продажи. Выбор технологии должен учитывать положения п. 4 Статьи 28.1. Наилучшие доступные технологии 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 диоксида серы)
Таблица 4.25
Технологический показатель: выбросы SO2 от вторичного
производства никеля и меди из сульфидных медно-никелевых руд
и концентратов (после утилизации диоксида серы) <*>
Таблица 4.26
Методы уменьшения неорганизованных сбросов в водные объекты
Таблица 4.27
Технологические показатели для сбросов загрязняющих веществ
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 эксплуатации хвостохранилищ
Таблица 4.29
Технологические показатели для сбросов загрязняющих веществ
НДТ 28. Предотвращение загрязнения почвы и подземных вод электролитом при производстве никеля, кобальта и меди: использование комбинации двух или более методов, приведенных в табл. 4.30.
Таблица 4.30
Методы предотвращения загрязнения почвы и подземных
вод электролитом
Таблица 4.31
Технологические показатели для сбросов загрязняющих веществ
НДТ 29. Предотвращение образования сточных вод: использование одного из или комбинации методов, приведенных в табл. 4.32.
Таблица 4.32
Методы предотвращения образования сточных вод
Таблица 4.33
Технологические показатели для сбросов загрязняющих веществ
НДТ 30. Очистка сточных вод, образующихся при производстве никеля, кобальта и меди с целью удаления металлов и сульфатов на основе применения методов, приведенных в табл. 4.34.
Таблица 4.34
Методы очистки сточных вод
НДТ 31. Уменьшение количества отходов, направляемых на утилизацию при производстве никеля, кобальта и меди: организация обращения с отходами, промежуточными и побочными продуктами, способствующая их повторному использованию, а в случае невозможности - вторичной их переработке (табл. 4.35).
Таблица 4.35
Методы уменьшения количества отходов, направляемых
на утилизацию
Раздел 5. Экономические аспекты применения наилучших доступных технологий при производстве никеля и кобальта
Ресурсы, которые предприятия отрасли могут направить на модернизацию производств и реализацию природоохранных мероприятий, напрямую зависят от конъюнктуры рынка никеля - основного металла, определяющего доходность никелевых предприятий. 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 понесенные в связи с реализацией природоохранных мероприятий и внедрением экологически эффективных технологий затраты на потребителя.
Это означает, что возможности по компенсации любых существенных затрат, понесенных в связи с реализацией природоохранных мероприятий компаниями - производителями никеля, ограничены и преимущественно могут быть реализованы за счет внедрения новых способов производства и расширения номенклатуры выпускаемой продукции, прежде всего с высокой добавленной стоимостью. Оба варианта связаны с технологическими и экономическими рисками и требуют значительных капитальных затрат, срок окупаемости которых весьма высок.
Усовершенствования "на конце трубы" в большинстве случаев приводят к увеличению эксплуатационных расходов и не дают такого повышения эффективности производственного процесса, которое может быть получено в результате внедрения мер, интегрированных в технологический процесс производства продукции. Это также свидетельствует в пользу выбора проектов коренной модернизации производственного процесса при определении мер, направленных на сокращение эмиссий загрязняющих веществ в окружающую среду. Причем при ранжировании мотиваций последние находятся в подчиненном положении. Вместе с тем такой подход связан со значительными капитальными вложениями и иными потерями ввиду необходимости временной остановки производства и перестройки производственного процесса в целом, что обусловливает снижение привлекательности полномасштабной модернизации производства при неблагоприятной рыночной конъюнктуре.
Собственный экономический потенциал природоохранных мероприятий, таких как, например, внедрение малоотходных технологий, производство побочной продукции и (или) полезное использование образующихся в основном производственном процессе отходов, в российских условиях следует признать скорее незначительным. С одной стороны, природоохранные технологии во многих случаях характеризуются высокой энергоемкостью, а поддержание оборудования в функциональном состоянии требует регулярных затрат на расходные материалы и комплектующие и иных эксплуатационных 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 стороны, низкая емкость российских рынков и территориальная удаленность от них никелевых 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.
Таким образом, наибольшим потенциалом с точки зрения возмещения затрат, понесенных в связи с внедрением на предприятии новых природоохранных методов и технологий, обладают комплексные меры, увязывающие экологическую модернизацию производства с перенастройкой производственного процесса в целом, оптимизацией отдельных его звеньев и расширением номенклатуры выпускаемой продукции, в том числе с высокой добавленной стоимостью.
"Процесс плавки в жидкой ванне" (переименованный после смерти его создателя, профессора Андрея Владимировича Ванюкова, в "Процесс Ванюкова") является конкурентоспособной 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.
![]() печи Ванюкова
Однозонная печь состоит из плавильной камеры, аптейка, штейнового и шлакового сифонов. В плавильную камеру через отверстия в своде печи подается шихта, состоящая из концентрата (руды) и флюса. При необходимости в шихту может добавляться уголь с целью улучшения теплового баланса печи и восстановления магнетита. Через фурмы нижнего ряда, находящиеся в шлаковом слое печи, подается 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 используется 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 дальнейшего производства. Отходящие концентрированные по SO2 газы дожигаются в плавильной камере с помощью воздушно-кислородной смеси, подаваемой через верхний ряд фурм, расположенных над расплавом шлака.
Дожигание газов производят в случае необходимости. Цель дожигания - не допустить попадания в газоходную систему газов с высокой концентрацией S2. Сифоны служат для отстаивания расплавов, после чего шлак и штейн по желобам перетекает в миксеры. Для поддержания температуры продуктов плавки в сифонах и миксерах используют горелки, работающие на газообразном или жидком углеводородном топливе (природный газ, пропан-бутан, мазут и пр.). В конструкции миксеров печей Ванюкова Балхашского горно-металлургического комбината вместо горелок используется электроподогрев с помощью графитированных электродов (площадь пода одного миксера - 50,5 м2, мощность трансформатора - 9 МВт).
Технология плавки сульфидных концентратов в печах Ванюкова имеет следующие 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 счет использования сифонов.
Печь Ванюкова может быть размещена в действующих производственных помещениях, так как занимает небольшую площадь и не требует значительной высоты здания.
Процесс Ванюкова постоянно улучшается, как в направлении повышения технико-экономических показателей, так и в плане совершенствования конструкции металлургических агрегатов. Наиболее важным шагом в совершенствовании плавки Ванюкова в последние годы является разработка двухзонных печей Ванюкова, конструктивные разновидности 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 подтвержден тестовыми испытаниями в 2008 году [35], показавшими преимущества данной технологии по сравнению с существующей на комбинате шахтной плавкой. Важным положительным моментом этих испытаний 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 по перерабатываемому сырью. Проект выполнен ООО "Институт Гипроникель". В процессе 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 реализации процесса переработки сульфидных концентратов с получением богатых штейнов и отвальных шлаков предложена двухзонная печь, схематически изображенная на рис. 6.2.
![]() промышленной печи Ванюкова
Конструктивно двухзонная печь для плавки медных и медно-никелевых руд и концентратов состоит из окислительной зоны, восстановительной зоны и совмещенного сифона, предназначенного для выпуска как штейна, так и отвального шлака. Рабочие пространства зон печи разделены водоохлаждаемыми перегородками; системы газоудаления - раздельные. Концентрированные по SO2, газы окислительной зоны могут быть использованы для производства серной кислоты, элементной серы или жидкого диоксида серы. Газы восстановительной зоны, содержащие CO и H2, дожигаются кислородно-воздушной смесью через специально установленные в верхнем ряду кессонов фурмы, очищаются 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 случае дефицита тепла, образующегося в результате окисления сульфидов. Шлак окислительной зоны поступает в восстановительную зону печи, где ведется его восстановление газовой смесью, образующейся в результате сжигания газообразного или жидкого топлива в условиях дефицита кислорода, и углем. Образующийся в процессе восстановления 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 накапливаются конечные продукты плавки: штейн и отвальный шлак.
Основные преимущества двухзонных печей Ванюкова:
- возможность увеличения качества штейна по содержанию цветных металлов без роста их потерь со шлаком (как следствие обеднения последнего во второй зоне);
- перевод большего количества серы в концентрированные по SO2 газы, снижение затрат на ее 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 переменного тока или электроотстойниках (недостатки такого обеднения хорошо известны) к технологии барботажного обеднения шлаков подтверждается мировыми тенденциями в совершенствовании процесса обеднения шлаковых расплавов. В настоящее время одним из основных направлений в технологии обеднения шлаков является создание процессов, основанных на продувке шлаковых расплавов восстановительными газовыми смесями, образующимися при разложении жидкого или газообразного топлива или продуктами их сжигания при недостатке кислорода.
В табл. 6.1 представлено сравнение результатов работы опытно-промышленной двухзонной ПВ с технологией плавки обожженных никелевых концентратов с повышенным содержанием MgO в рудно-термических печах.
Таблица 6.1
Распределение цветных металлов в рудно-термической печи
в сравнении с двухзонной печью Ванюкова
Видно, что при переработке никелевого сырья качество штейна увеличилось более 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 общую штейновую (металлическую ванну). Оригинальная конструкция печи, создающая крайне ограниченное взаимодействие между конечным продуктом плавки и обедненным 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 Надеждинского металлургического завода (ГМП НМЗ) ЗФ ПАО "ГМК "Норильский никель", перерабатываются по классической пирометаллургической технологии. Переработка рудных пентландит-пирротиновых концентратов в Норильске по автоклавной технологии связана с выделением на стадии обогащения относительно бедного продукта, переработка которого по пирометаллургической технологии не оправдана.
Используемая в настоящее время в ГМП НМЗ технология гидрометаллургического обогащения имеет потенциал для развития.
Применяемые для окисления пульпы пирротинового концентрата условия, с одной 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 ее рентабельности. Этот факт, а также отсутствие в мире других подобных производств связаны с тем, что до настоящего момента не было готовых к промышленной реализации гидрометаллургических технологий, обеспечивающих низкие потери платиновых металлов, соизмеримые с достигаемыми на действующих пирометаллургических предприятиях.
Высокие потери ценных компонентов в действующей технологии гидрометаллургического обогащения во многом обусловлены свойствами формирующихся при автоклавном выщелачивании гидратных форм железа, обладающих развитой поверхностью и, соответственно, высокой сорбционной способностью по отношению к драгоценным металлам. Кроме того, оксиды железа формируют пленки на поверхности недоразложенных на АОВ сульфидов, что препятствует полноте их извлечения на стадии серосульфидной флотации. Еще одной причиной потерь ценных компонентов является использование в действующей технологии ПАВ - ЛСТ, что неизбежно при ведении 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 учетом всех этих обстоятельств в ООО "Институт Гипроникель" разрабатываются технологические приемы, позволяющие многократно снизить потери ценных компонентов, в том числе и платиновых металлов, при гидрометаллургической переработке никель-пирротинового сырья. В основе предложенных решений лежит создание условий, обеспечивающих формирование на стадии автоклавного окислительного выщелачивания крупнокристаллических частиц окисленных железистых фаз с пониженной по отношению к цветным и драгоценным металлам сорбционной способностью - например, натроярозита (пат. RU N 2573306, RU N 2626257).
Результаты проведенных экспериментов, обзор научно-технической литературы и анализ действующей технологии гидрометаллургического обогащения показали, что разработанные ООО "Институт Гипроникель" технические решения весьма конкурентоспособны по сравнению как с действующим производством, так и с ближайшим аналогом - 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
Таблица 6.3
по перспективной технологии
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 ценных компонентов.
![]() для богатого (а) и бедного (б) сырья
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 сульфидных 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;
- 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 незавершенного производства (срок растворения черновых анодов составляет приблизительно 30 суток, кроме того, оно увеличивается за счет наличия оборотного скрапа).
В отечественной практике получения катодного никеля по состоянию на сегодняшний день электроэкстракция имеет ограниченное применение, а хлорное растворение выступает как вспомогательный процесс для восполнения дефицита никеля и переработки оборотных полупродуктов. Однако в ближайшее время планируется полный перевод 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 дехлорированным анолитом ванн электроэкстракции, объединяется с переливом католита из ванн электроэкстракции и в качестве католита питания направляется в напорные баки электролизного отделения для дальнейшей подачи в ванны электроэкстракции.
Первичные железистый и кобальтовый кеки подвергаются дальнейшей переработке 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 никель" концепция постепенного перехода от способа рафинирования черновых анодов к способу рафинирования ПНТП с использованием хлоридных сред решение обеспечивает постепенный переход к новой технологии с минимальными капитальными затратами и без остановки основного производства. Это объясняется близостью существующих и требуемых операций очистки никелевых растворов и возможностью использования действующего оборудования, включая основное оборудование очистных отделений и существующих электролизных ванн.
Дополнительный бонус может быть получен при организации обособленной переработки хлорным выщелачиванием магнитной фракции от разделения файнштейна. Тогда эта, коллектирующая в себя основную массу драгоценных металлов, фракция перерабатывается хлорным выщелачиванием, минуя операции окислительного и восстановительного обжига. Кроме того, богатый драгоценными металлами остаток ее выщелачивания 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 исходного сырья для подупарки растворов непосредственно на операции хлорирования открывает принципиальную возможность безреагентной экстракционной очистки от кобальта, которая становится целесообразной после разработки эффективного не гидролитического способа очистки никелевого раствора от свинца и марганца. Внедрение экстракционной очистки от кобальта позволит существенно сократить расход основного реагента - соды, одновременно значительно упростить новое кобальтовое производство, ликвидируя в нем основные головные переделы, и пропорционально сокращению расхода соды сократить количество направляемых на утилизацию солевых стоков.
Перечисленные мероприятия и потенциальные пути дальнейшего усовершенствования технологии иллюстрируют преимущества предлагаемого способа рафинирования 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 файнштейна российских предприятий является переход от рафинирования ПНТП (см. п. 6.3) к рафинированию никелевого концентрата флотации файнштейна. В этом случае дополнительно ликвидируются связанные с потерями затратные и экологически не совершенные переделы окислительного и восстановительного обжига. Присутствующая в никелевом концентрате сера не отгоняется в газовую фазу, а практически полностью сохраняется в остатке выщелачивания, переходя в элементарную.
Упрощенно процесс переработки никелевого концентрата методом хлорного выщелачивания можно представить состоящим из трех блоков: блока выщелачивания и медеочистки, блока получения продукционного никелевого раствора и блока электроэкстракции.
В свою очередь, блок выщелачивания и медеочистки состоит из трех стадий. На первой стадии проводят хлорное выщелачивание НК и оборотного медного кека, на второй стадии - очистку никелевого раствора от меди никелевым концентратом с получением 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 переходят в раствор, а в твердой фазе, содержащей до 85 - 90% элементной серы, концентрируются платиновые металлы. Пульпу после хлорного выщелачивания фильтруют, никелевый раствор направляют на выделение медного продукта из технологической схемы и на стадию медеочистки. Влажный кек после отмывки от хлор-иона направляют 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 различными способами с получением металлизированного либо сульфидного медистого полупродукта.
Очистка никелевого раствора от примесей может быть также организована различно. Кроме очистки от меди, она включает в себя стадии гидролитической железоочистки, экстракционную либо гидролитическую кобальтоочистку. В варианте сохранения гидролитической кобальтоочистки очистка от свинца и марганца сохраняется в кобальтовом производстве. Условия безреагентной экстракционной кобальтоочистки и ее преимущества описаны в разделе 6.2.
Очищенный раствор поступает в электролизеры в качестве католита для производства товарного никеля.
По сравнению с процессом рафинирования ПНТП переработка никелевого концентрата флотации файнштейна сопряжена с рядом трудностей, главными из которых являются организация рациональной многостадийной очистки и необходимость переработки остатка хлорного выщелачивания на основе элементарной серы с получением концентрата драгметаллов.
Организация производства, аналогичного получению серы при переработке никель-пирротинового концентрата, в данном случае представляется не самым лучшим решением ввиду громоздкости, создающей предпосылки к повышенным потерям платиновых 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 выщелачивания сульфидных полупродуктов.
В варианте рафинирования никелевого концентрата, так же как в варианте рафинирования ПНТП, сохраняется актуальность обособленной переработки металлизированной фракции файнштейна. В этом случае дополнительный экономический эффект возникает за счет 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.
За рубежом синтез ТКН реализуют при атмосферном и среднем давлении. В отечественной металлургии карбонилирование осуществляют в колоннах высокого давления, карбонильное производство России не превышает 5600 т/год.
В табл. 6.4 проведено сравнение эффективности работы промышленных реакторов синтеза. На мировом рынке карбонильного никеля доминирующее положение занимает 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 осуществляется на трех горизонтально-вращающихся реакторах. Реакторы рассчитаны на рабочее давление 70,2 атм. и температуру 175 °C. Диаметр реактора - 3,65 м, длина - 20,4 м. Реакторы работают в периодическом режиме: 28 часов - синтез, 14 часов - перезагрузка. Общее время одной операции - 42 часа. Выбранный режим обеспечивает равномерное потребление оксида углерода, так как в работе постоянно находятся два реактора, а третий перезагружается. Реакторы изготовлены из углеродистой стали, толщина стенки - 127 мм. Внутренний объем реакторов разделен 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 пылеулавливающим устройством с установленными фильтрами.
Таблица 6.4
синтеза в мировом производстве карбонила никеля и железа
Исходным сырьем для карбонилирования является материал, в основе которого находится магнитная фракция файнштейна, шихтуемая шламами электролиза и платиносодержащей 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; C < 0,1; остальное примеси. Насыпная плотность исходного сырья - 4,0 т/м3. На одну операцию в каждый из реакторов загружается примерно 136 т сырья. Общий вес реактора с загрузкой - 500 т.
Твердые остатки синтеза обезвреживаются смесью азота и кислорода. Содержание кислорода в газовой смеси составляет 8 - 10%, об. Химический состав остатков синтеза %, масс.: Ni - 7,0; Cu - 59,0; Fe - 8,0; Co - 4,0; S - 17,0. Извлечение никеля составляет не менее 95%, железа - не более 30%, Co - не свыше 1%. Остатки синтеза поступают на дальнейшую переработку.
Высокая производительность процесса синтеза ТКН достигается при использовании горизонтально-вращающихся реакторов. Причина, обуславливающая резкий рост скорости реакции синтеза во вращающихся реакторах по сравнению с карбонилированием в стационарных колоннах, заключается в организации эффективного отвода тепла реакции из движущегося слоя карбонилируемого сырья. При этом избыток тепла в горизонтально-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 скоростью циркуляции в синтезе среднего давления 77 нм3/т·час не приводит к сокращению времени карбонилирования.
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 "жесткие", чем при 70 атм. Таким образом, для организации высокопроизводительного синтеза ТКН необходимо обеспечить интенсивный отвод тепла из зоны реакции. При движении и интенсивном перемешивании загруженного сырья во вращающихся реакторах коэффициент теплопередачи от встроенных холодильников значительно выше теплосъема циркулирующим газом через неподвижный слой материала. Съем тепла обеспечивает выигрыш в скорости синтеза в движущемся слое материала. В неподвижном 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 продувке больших газовых потоков.
В существующем в России карбонил-процессе высокого давления наиболее дорогостоящим и энергоемким переделом является синтез карбонила никеля. Анализ результатов 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 реакционного газа до 70 кгс/см2 с использованием горизонтально-вращающихся реакторов. Такой переход позволит повысить производительность отделения синтеза на существующих промышленных площадях в результате:
- использования принципиально новой конструкции реактора синтеза, обеспечивающего высокую скорость извлечения никеля за счет утилизации тепла реакции, быструю загрузку исходного сырья и выгрузку твердых остатков синтеза;
- увеличения избирательности процесса карбонилирования при снижении давления и сохранения железа в твердых остатках синтеза на 50 - 70%, кобальта - 98 - 99%.
Обзор научно-технической литературы и анализ работы действующих предприятий показал многообразие способов производства товарных никелевых продуктов, в том числе и различных форм рафинированного никеля. Каждый из способов включает в себя множество взаимосвязанных производств, состоящих из отдельных переделов, в свою очередь объединяющих последовательность отдельных операций.
Особенности сырья различных месторождений, экономические и инфраструктурные особенности региона обусловливают применение различных способов для переработки однотипного сырья. Практически не существует полностью совпадающих по способу и аппаратурному его оформлению рафинировочных предприятий.
Следует отметить, что настоящий справочник НДТ включает в себя только типовые многотоннажные способы производства и не упоминает отдельные уникальные или пилотные проекты, которые непрерывно создаются и эксплуатируются, как правило, ограниченное время.
Действующие производства никеля также непрерывно совершенствуются, что объясняется не только разнообразием вовлекаемых в производство руд и концентратов, но и прежде всего конкуренцией производителей на мировом никелевом рынке.
Совершенствование действующих и создание новых способов производства никеля определяются существующим уровнем техники и требуют значительных инвестиций, часто сопряженных с высокими рисками. При прочих равных условиях, основные критерии успешной производственной деятельности имеют исключительно экономическую основу. Эти критерии, в свою очередь, являются интегральными характеристиками совокупности различных обычно разнонаправленных технологических факторов, в том числе и факторов ресурсо- и энергоэффективности, а также экологической безопасности производства.
Мировая практика показывает, что любой соответствующий достигнутому уровню науки и техники способ производства никеля может быть доступен, но наилучшие способы производства оказываются совершенно различны и могут быть определены только с помощью учитывающих возможные риски экономических расчетов в привязке к конкретным условиям предполагаемого производства.
Справочник НДТ "Производство никеля и кобальта" подготовлен в соответствии с распоряжением от 30 апреля 2019 г. N 866-р "Об утверждении поэтапного графика актуализации информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям", и правилами определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям, утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. N 1458.
При подготовке настоящего справочника НДТ в максимально возможной степени были учтены положения окончательного проекта второй редакции справочника Европейского союза по наилучшим доступным технологиям для предприятий цветной металлургии (Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Non-Ferrous Metals Industries, final draft, October 2014), включая краткие описания (заключения) по НДТ.
Состав ТРГ 12 "Производство никеля и кобальта" был утвержден приказом Министерства промышленности и торговли от 2 июля 2019 г. N 2343 "О создании технической рабочей группы "Производство никеля и кобальта".
Также активное участие в работе над справочником НДТ приняли следующие специалисты:
Публичное обсуждение проекта настоящего справочника НДТ было проведено на официальном сайте Бюро НДТ в срок с 27.09.2019 г. по 27.10.2019 г.
Замечания и комментарии были рассмотрены ТРГ 12 в рамках заседаний, по каждому из них вынесено решение о принятии или отклонении.
Экспертиза проекта справочника НДТ была проведена профильным техническим комитетом по стандартизации ТК 113 "Наилучшие доступные технологии".
При оценке используемых на российских предприятиях по производству никеля и кобальта методов/технологий и соответствующих им технологических показателей необходимо было собрать информацию об используемых методах, а также данные о текущих показателях экологической результативности, ресурсо- и энергоэффективности. Для сбора информации о применяемых на промышленных предприятиях технологических процессах, оборудовании, об источниках загрязнения окружающей среды, технологических, технических и организационных мероприятиях, направленных на снижение загрязнения окружающей среды и повышение энергоэффективности и ресурсосбережения, а также соответствующих технологических показателях были подготовлены и направлены для заполнения производителям меди специальные анкеты для предприятий.
Технологические показатели НДТ определялись на основе результатов обработки данных, представленных предприятиями при анкетировании и по специальным дополнительным запросам. Учитывалась также информация, содержащаяся в окончательном проекте второй редакции Справочника ЕС по НДТ для предприятий цветной металлургии, в отдельных научно-исследовательских работах, а также в других российских и зарубежных материалах, рассматривавшихся ТРГ 12.
Проведенный анализ представленных данных и информации позволил также сформулировать рекомендации относительно направлений дальнейшей работы над настоящим справочником НДТ и над процессом внедрения НДТ. К ним, прежде всего, относятся следующие:
1) предприятиям - производителям никеля рекомендуется целенаправленно накапливать информацию об уровнях эмиссий маркерных веществ, потреблении сырья и энергоресурсов, проведении модернизации основного и природоохранного оборудования, а также экономических аспектах внедрения НДТ;
2) для оценки экологических характеристик методов, интегрированных в производственные процессы, может оказаться полезным сбор конкретных данных и информации об используемом сырье, объемах производства и удельных характеристиках;
3) для уточнения технологических показателей по выбросам металлов и их соединений необходимы подготовка описаний и сбор детальных данных по конкретным методам предупреждения и снижения выбросов этих веществ и по соответствующим им показателям;
4) при проведении модернизации технологического и природоохранного оборудования на предприятиях приоритетное внимание следует уделять повышению эффективности методов и технологий улавливания диоксида серы, вторичным и третичным методам улавливания неорганизованных выбросов неорганической пыли.
(обязательное)
А.1. Перечень маркерных веществ
А.2. Перечень технологических показателей
Технологические показатели для сбросов загрязняющих веществ
(обязательное)
(обязательное)
В.1. Краткая характеристика отрасли с точки зрения ресурсо- и энергопотребления
Основной тенденцией современной металлургии в области переработки высокосернистых концентратов является применение автогенных процессов. К наиболее распространенным относится технология и печь взвешенной плавки, разработанная и внедренная в производство в конце 1940-х годов фирмой Outokumpu для плавки медных концентратов. Начиная с 1960-х годов этот процесс начал свое победоносное шествие по миру и на сегодняшний день реализован на многих предприятиях медной и никелевой подотраслей.
В.2. Основные технологические процессы, связанные с использованием энергии
В автогенных процессах большая часть потребности в тепле удовлетворяется за счет окисления железа и серы, содержащихся в концентрате, в результате чего расходы топлива или электричества малы. Производительность печей взвешенной плавки по сырью (в пересчете на сухой вес) обычно составляет 100 - 150 т/час. В печах Outotec содержание кислорода в реакционном газе меняется от 30 - 40 об. % до 70 об. %; печи Inco (завод Copper Cliff) работают на кислородном дутье.
В.3. Уровни потребления
Информация об уровнях потребления энергии для основных технологических процессов приведена в разделе 1 (табл. 1.20, 1.21, 1.22) и разделе 2 (табл. 2.23).
В.4. Наилучшие доступные технологии, направленные на повышение энергоэффективности и оптимизацию и сокращение ресурсопотребления
НДТ 2. Повышение эффективности использования энергии: использование комбинации двух или более методов, приведенных в табл. В.1.
Таблица В.1
НТД 4. Сокращение расхода реагентов за счет внедрения новых процессов (табл. В.2).
Таблица В.2
В.5. Экономические аспекты реализации НДТ, направленные на повышение энергоэффективности и оптимизацию и сокращение ресурсопотребления
Совершенствование действующих и создание новых способов производства никеля определяется существующим уровнем техники и требует значительных инвестиций, часто сопряженных с высокими рисками. При прочих равных условиях основные критерии успешной производственной деятельности имеют исключительно экономическую основу. Эти критерии, в свою очередь, являются интегральными характеристиками совокупности различных обычно разнонаправленных технологических факторов, в том числе и факторов ресурсо- и энергоэффективности, а также экологической безопасности производства.
Собственный экономический потенциал природоохранных мероприятий, таких как, например, внедрение малоотходных технологий, производство побочной продукции и (или) полезное использование образующихся в основном производственном процессе отходов в российских условиях, следует признать скорее незначительным. С одной стороны, природоохранные технологии во многих случаях характеризуются высокой энергоемкостью, а поддержание оборудования в функциональном состоянии требует регулярных затрат на расходные материалы и комплектующие и иных эксплуатационных затрат; в некоторых случаях при производстве побочной продукции, например, такой как серная кислота, значительные издержки могут возникать и в связи с необходимостью хранения и транспортировки агрессивного вещества. С другой стороны, низкая емкость российских рынков и территориальная удаленность от них никелевых 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.
Таким образом, наибольшим потенциалом с точки зрения возмещения затрат, понесенных в связи с внедрением на предприятии новых природоохранных методов и технологий, обладают комплексные меры, увязывающие экологическую модернизацию производства с перенастройкой производственного процесса в целом, оптимизацией отдельных его звеньев и расширением номенклатуры выпускаемой продукции, в том числе с высокой добавленной стоимостью.
Можно выделить следующие перспективные технологии, направленные на повышение энергоэффективности и оптимизацию и сокращение ресурсопотребления:
- технология двухзонной печи Ванюкова;
- усовершенствование технологии гидрометаллургического обогащения бедного никель-пирротинового концентрата;
- производство никеля электроэкстракцией рафинированием ПНТП;
- производство никеля электроэкстракцией растворов выщелачивания никелевого концентрата от разделения файнштейна;
- технология производства карбонильного никеля с использованием синтеза среднего давления.
ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ
"ПРОИЗВОДСТВО НИКЕЛЯ И КОБАЛЬТА"
Область применения
Настоящий справочник НДТ "Производство никеля и кобальта" распространяется на процессы производства первичных никеля и кобальта, т.е. получаемых из рудного сырья.
Поскольку производство никеля, кобальта и меди из сульфидных медно-никелевых руд включает ряд последовательных операций в едином взаимосвязанном производственно-технологическом процессе, справочник также распространяется на процессы производства меди из такого сырья.
Справочник НДТ также распространяется на процессы, связанные с основными видами деятельности по производству первичного никеля и кобальта, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий и (или) масштабы загрязнения окружающей среды:
- хранение, подготовку и транспортировку сырья;
- хранение и подготовку топлива, материалов, реагентов и продукции;
- производственные процессы (пирометаллургические, гидрометаллургические).
Справочник НДТ не распространяется на:
- добычу и обогащение никелевых и полиметаллических руд на месторождениях (область действия ИТС НДТ 23);
- вопросы, которые касаются исключительно обеспечения промышленной безопасности или охраны труда.
Вопросы обеспечения промышленной безопасности и охраны труда частично рассматриваются только в тех случаях, когда оказывают влияние на виды деятельности, включенные в область применения настоящего справочника НДТ.
Дополнительные виды деятельности при производстве никеля и кобальта, а также соответствующие им справочники НДТ приведены в таблице 1.
Таблица 1
Дополнительные виды деятельности при производстве никеля
и кобальта и соответствующие им справочники НДТ
Сфера распространения настоящего справочника НДТ приведена в таблице 2.
Таблица 2
Сфера распространения ИТС НДТ
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 соответствующая технология. Также для каждой НДТ, где необходимо, указаны ограничения применимости включенных в описание НДТ методов.
1.1. Системы экологического менеджмента (СЭМ)
НДТ 1. Повышение общей результативности природоохранной деятельности. Внедрение и поддержание системы экологического менеджмента (СЭМ), соответствующей требованиям ГОСТ Р ИСО 14001 или ISO 14001 <8>.
--------------------------------
<8> Соответствие систем менеджмента указанным стандартам не означает ее обязательную сертификацию.
1.2. Энергоменеджмент и энергия
НДТ 2. Повышение эффективности использования энергии: использование комбинации двух или более методов, приведенных приведенных в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Методы повышения эффективности использования энергии
1.3. Контроль технологических процессов и мониторинг эмиссий
НДТ 3. Обеспечение стабильности производственного процесса. Внедрение системы автоматизированного контроля и использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 1.2.
Таблица 1.2
Методы обеспечения стабильности производственного процесса
1.4. Сокращение расхода реагентов и материалов
НДТ 4. Сокращение расхода реагентов за счет внедрения новых процессов (таблица 1.3).
Таблица 1.3
Методы расхода реагентов за счет внедрения новых процессов
1.5. Неорганизованные эмиссии
НДТ 5. Предотвращение или уменьшение неорганизованных выбросов пыли: разработка и реализация в качестве составной части СЭМ (см. НДТ 1) плана мероприятий по неорганизованным выбросам, предусматривающего, в том числе, использование методов, приведенных в таблице 1.4.
Таблица 1.4
Методы предотвращения или уменьшения неорганизованных
выбросов пыли
НДТ 6. Предотвращение или уменьшение неорганизованных эмиссий в воздух и водные объекты: организация местных систем аспирации, замена реагентов и материалов менее летучими и токсичными, ликвидация складов хранения токсичных реагентов и материалов или сокращение объема их хранения и потребления за счет улучшения логистики производства или изменения технологии производства.
НДТ 7. Уменьшение неорганизованных выбросов, образующихся при хранении сырья (таблица 1.5).
Таблица 1.5
Методы уменьшения неорганизованных выбросов, образующихся
при хранении сырья
НДТ 8. Уменьшение неорганизованных эмиссий, образующихся при обработке и транспортировке сырья (таблица 1.6).
Таблица 1.6
Методы уменьшения неорганизованных эмиссий, образующихся
при обработке и транспортировке сырья
НДТ 9. Предупреждение или уменьшение неорганизованных выбросов: оптимизация параметров эффективности улавливания и очистки отходящих газов (таблица 1.7).
Таблица 1.7
Методы предупреждения или уменьшения
неорганизованных выбросов
НДТ 10. Уменьшение неорганизованных выбросов при реализации гидрометаллургических процессов (таблица 1.8).
Таблица 1.8
Методы уменьшения неорганизованных выбросов при реализации
гидрометаллургических процессов
1.6. Организованные эмиссии
НДТ 11. Сокращение выбросов пыли и металлов. Поддержание в качестве составляющей СЭМ (см. НДТ 1) подсистемы, обеспечивающей эффективность эксплуатации систем пылеподавления и пылеулавливания.
НДТ 12. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от пирометаллургических процессов производства никеля, кобальта и меди. Использование газоочистного оборудования, в т.ч. "сухих" и "мокрых" электрофильтров (таблица 1.9).
Таблица 1.9
Технологический показатель: выбросы пыли и металлов
НДТ 13. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от процессов сушки концентрата и шихтовых материалов. Использование газоочистного оборудования (таблица 1.10).
Таблица 1.10
Технологический показатель: выбросы пыли и металлов
НДТ 14. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от процесса плавки концентрата в ПВП. Использование газоочистного оборудования (таблица 1.11).
Таблица 1.11
Технологический показатель: выбросы пыли и металлов
НДТ 15. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от процесса обеднения шлака ПВП в обеднительных электропечах. Использование газоочистного оборудования (таблица 1.12).
Таблица 1.12
Технологический показатель: выбросы пыли и металлов
НДТ 16. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от процесса конвертирования медно-никелевого штейна. Использование газоочистного оборудования (таблица 1.13).
Таблица 1.13
Технологический показатель: выбросы пыли и металлов
НДТ 17. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от процесса окислительного обжига сульфидного никелевого концентрата в печах кипящего слоя. Использование газоочистного оборудования (таблица 1.14).
Таблица 1.14
Технологический показатель: выбросы пыли и металлов
НДТ 18. Сокращение выбросов пыли (взвешенных веществ) и металлов от анодной плавки (никель). Использование газоочистного оборудования (таблица 1.15).
Таблица 1.15
НДТ 19. Сокращение выбросов пыли и металлов от первичного и вторичного производства медных анодов: использование одной или нескольких газоочистных установок.
Таблица 1.16
Технологические показатели: пыль и металлы в первичных
и вторичных выбросах, образующихся при первичном и вторичном
производстве медных анодов
НДТ 20. Снижение выбросов SO2 за счет направления отходящих газов (с предварительной 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 1.17
Технологический показатель: выбросы SO2 после утилизации
диоксида серы
НДТ 21. Снижение выбросов SO2 за счет направления отходящих газов (с предварительной 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 1.18
Технологический показатель: выбросы SO2 после утилизации
диоксида серы
НДТ 22. Снижение выбросов SO2 за счет направления отходящих газов (с предварительной очисткой от пыли) на установки по производству серной кислоты с последующей 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 1.19
диоксида серы
НДТ 23. Снижение выброса в воздух кислых газов от гидрометаллургических операций (таблица 1.20).
Таблица 1.20
Методы снижения выброса в воздух кислых газов
от гидрометаллургических операций
Таблица 1.21
Технологический показатель: выбросы загрязняющих веществ
в атмосферу при производстве электролитного никеля методом
электроэкстракции из НПТП
Таблица 1.22
Технологический показатель: выбросы серной кислоты
от процесса электролитического рафинирования, промывочной
камеры машин для обдирки катодов и машины для промывки
отработанных анодов в производстве меди
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 эффективностью не ниже 90% при условии соблюдения санитарных нормативов в селитебной зоне.
Технология утилизации диоксида серы определяется с учетом концентрации диоксида серы в перерабатываемом газе, наличия рынка производимого продукта, условий для его долговременного хранения и/или продажи. Выбор технологии должен учитывать положения п. 4 Статьи 28.1. Наилучшие доступные технологии Федерального закона от 10.01.2002 N 7-ФЗ.
Таблица 1.23
Технологический показатель: выбросы SO2 от первичного
производства никеля и меди из сульфидных медно-никелевых руд
и концентратов (после утилизации диоксида серы)
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 эффективностью не ниже 90%.
Необходимость утилизации диоксида серы от вторичного производства никеля и меди определяется с учетом 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 производимого продукта, условий для его долговременного хранения и/или продажи. Выбор технологии должен учитывать положения п. 4 Статьи 28.1. Наилучшие доступные технологии Федерального закона от 10.01.2002 N 7-ФЗ.
Таблица 1.24
Технологический показатель: выбросы SO2 от вторичного
производства никеля и меди из сульфидных медно-никелевых руд
и концентратов (до утилизации диоксида серы)
Таблица 1.25
Технологический показатель: выбросы SO2 от вторичного
производства никеля и меди из сульфидных медно-никелевых руд
и концентратов (после утилизации диоксида серы) <*>
1.7. Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты
НДТ 26. Уменьшение неорганизованных сбросов в водные объекты (табл. 1.26).
Таблица 1.26
Методы уменьшения неорганизованных сбросов в водные объекты
Таблица 1.27
Технологические показатели для сбросов загрязняющих веществ
НДТ 27. Предотвращение загрязнения почвы и подземных вод при эксплуатации хвостохранилищ (таблица 1.15).
Таблица 1.28
Методы предотвращения загрязнения почвы и подземных вод
при эксплуатации хвостохранилищ
Таблица 1.29
Технологические показатели для сбросов загрязняющих веществ
НДТ 28. Предотвращение загрязнения почвы и подземных вод электролитом при производстве никеля и кобальта и меди: использование комбинации двух или более методов, приведенных в таблице 1.30.
Таблица 1.30
Методы предотвращения загрязнения почвы и подземных
вод электролитом
Таблица 1.31
Технологические показатели для сбросов загрязняющих веществ
НДТ 29. Предотвращение образования сточных вод: использование одного из или комбинации методов, приведенных в таблице 1.32.
Таблица 1.32
Методы предотвращения образования сточных вод
Таблица 1.33
Технологические показатели для сбросов загрязняющих веществ
НДТ 30. Очистка сточных вод, образующихся при производстве никеля и кобальта и меди с целью удаления металлов и сульфатов на основе применения методов, приведенных в таблице 1.19.
Таблица 1.34
Методы очистки сточных вод
НДТ 31. Уменьшение количества отходов, направляемых на утилизацию при производстве никеля, кобальта и меди: организация обращения с отходами, промежуточными и побочными продуктами, способствующая их повторному использованию, а в случае невозможности - вторичной их переработке (табл. 1.21).
Таблица 1.21
Методы уменьшения количества отходов, направляемых
на утилизацию
2. Производственный экологический контроль
Производственный экологический контроль эмиссий проводится с целью подтверждения соблюдения требований КЭР в части обеспечения соответствия фактических технологических показателей технологическим нормативам.
2.1. Показатели воздушных выбросов, соответствующие НДТ
Показатели воздушных выбросов, соответствующие НДТ, указанные в соответствующих заключениях по НДТ, приведены для нормальных условий: сухой газ при температуре 0 °C и давлении 101,3 кПа.
2.2. Периоды усреднения показателей воздушных выбросов
Для периодов усреднения показателей воздушных выбросов применяются следующие определения:
--------------------------------
<9> Для периодических процессов могут использоваться средние значения из представительного числа замеров, выполненных за соответствующий период производственного цикла.
2.3. Периоды усреднения показателей сбросов в водные объекты
Для периодов усреднения показателей сбросов в водные объекты применяется следующее определение:
--------------------------------
<10> Для прерывистых потоков может использоваться иная процедура пробоотбора, обеспечивающая репрезентативные результаты (например, отбор разовых проб).
2.4. Измеряемые показатели эмиссий и их нормативные значения
Перечень маркерных веществ, определенных для производства никеля и кобальта в качестве технологических показателей, приведен в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Перечень маркерных веществ
Нормативные значения указанных технологических показателей приведены в таблицах, включенных в заключения по НДТ (см. выше раздел 1).
2.5. Периодичность измерений
Периодичность измерений определяется исходя, как минимум, из следующих факторов:
- положений методических указаний (руководящих документов - РД) по взятию проб и измерению концентрации соответствующих загрязняющих веществ;
- практической целесообразности с учетом свойств и объемов соответствующих загрязняющих веществ;
- экономической эффективности (неизбыточности затрат).
Кроме того, выбор методов и периодичности контроля зависит от наличия соответствующих аппаратных методов. Соответствующая информация для технологических показателей выбросов и сбросов приведена ниже в табл. 2.2 и 2.3.
Таблица 2.2
Наличие методов контроля технологических показателей
для выбросов
Наиболее характерными технологическими показателями выбросов для производства никеля и кобальта являются пыль неорганическая (с содержанием кремния менее 20, 20 - 70, а также более 70 процентов) и серы диоксид, которые рекомендуется, когда это предусмотрено нормативными документами, контролировать с помощью АПК. Остальные показатели должны контролироваться на основе отбора периодических проб в рамках программы производственного экологического контроля.
Производственный экологический контроль технологических стоков, сбрасываемых в природные водные объекты, должен предусматривать следующие параметры и частоту контроля:
Наиболее характерными технологическими показателями сбросов для производства никеля и кобальта являются концентрации твердых взвешенных веществ и показатель кислотности pH, которые рекомендуется, когда это предусмотрено нормативными документами, контролировать с помощью АПК. Прочие показатели должны контролироваться на основе отбора периодических проб в рамках программы производственного экологического контроля.
Вернуться в "Каталог нормативных документов"
Источник информации: https://internet-law.ru/documents/prod/zaklyuchenie/0/its_14064.html
На правах рекламы:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||