ООО «Институт Гипроникель», Санкт-Петербург, Россия:

В. А. Попов, ведущий научный сотрудник лаборатории пирометаллургии, канд. техн. наук
Ю. А. Савинова, старший научный сотрудник лаборатории пирометаллургии, канд. техн. наук

АО «Кольская ГМК», Мончегорск, Россия:

М. И. Рябушкин, первый заместитель генерального директора – главный инженер, эл. почта: RyabushkinMI1@kolagmk.ru

ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель», Норильск, Россия:
Л. В. Крупнов, заместитель начальника научно-технического управления – главный металлург, канд. техн. наук, эл. почта: krupnovlv@nornik.ru

Процессы окислительного обжига сульфидных концентратов в печах кипящего слоя находят широкое применение в практике переработки сульфидных медных, медно-никелевых и пиритных концентратов. Огарок после обжига обычно подвергают плавке или гидрометаллургической переработке. В литературе опубликованы результаты различных лабораторных исследований и промышленной практики обжига сульфидов. Настоящая статья посвящена термодинамическому моделированию процесса обжига медно-никелевого рудного концентрата. С помощью программы FactSage выполнено термодинамическое моделирование окислительного обжига рудного медно-никелевого концентрата в интервале температур 300–1200 ^oC и lgpO₂ от –20 до –2. Показаны области существования возможных продуктов обжига — сульфатов, оксидов, сульфидов и металлических цветных металлов. По результатам расчета при низких температурах наблюдается образование сульфатов цветных металлов, область их существования сдвигается к высоким температурам при увеличении окислительной способности газовой фазы. При средних температурах наблюдаются оксидные фазы, включая ферриты. Сульфидные и металлические фазы существуют на верхней границе исследованного диапазона температур. Выполнено сравнение результатов расчета с данными исследования реальных огарков от обжига медно-никелевого концентрата методами растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа. Видно, что процессы в реальных печах можно успешно рассчитывать исходя из предположения о термо динамическом равно весии в слое материала. Установлено, что расчет процесса окисления с помощью алгоритмов и баз данных FactSage достаточно корректен и может быть использован, помимо прочего, при создании систем управления промышленными печами.

Авторы выражают благодарность за участие в подготовке работы Л. Ш. Цемехману и Л. Б. Цымбулову.

1. Цемехман Л. Ш., Парецкий В. М. Современные методы переработки сульфидных медно-никелевых концентратов : обзор // Цветные металлы. 2020. № 1. С. 24–31. DOI: 10.17580/tsm.2020.01.04.
2. Блатов И. А., Клементьев В. В., Портов А. Б., Цемехман Л. Ш. Исследование кинетики окисления медно-никелевого сульфидного концентрата // Цветные металлы. 1995. № 4. С. 48–50.
3. Блатов И. А., Клементьев В. В., Портов А. Б., Цемехман Л. Ш., Паршуков А. Б. Некоторые особенности кинетики и механизма протекания процессов при окислительном обжиге рудных медно-никелевых концентратов // Металлы. 1999. № 2. С. 21–28.
4. Habashi F. Chalcopyrite, its chemistry and metallurgy. Ch. 5. — New York, 1978. P. 45–62.
5. Wu B., Chen X., Huang J. Kinetic study of oxidation of pentlandite // Kuangye Gongcheng. 1986. Vol. 6, No. 2. Р. 49–53.
6. Zheng X., Chen X. Kinetic study on oxidation of pentlandite // Youse Jinshu. 1983. Vol. 35, No. 3. Р. 42–47.
7. Mao C., Lin J. Kinetic study of roasting of nickel sulfide concentrates // Zhongnan Kuangye Xuegnan Xuebao. 1988. Vol. 19, No. 3. Р. 333–339.
8. Tanabe T., Kawaguchi K., Asaki Z., Kondo Y. Oxidation kinetics of pentlandite // Journal of Japan Institute of Metals. 1986. Vol. 50, No. 8. Р. 720–726.
9. Dunn J. G., Kelly C. E. A TG/MS and DTA study of the oxidation of pentlandite // Journal of Thermal Analysis. 1980. Vol. 18, No. 1. P. 147–154.
10. Asaki Z., Matsumoto K., Tanabe T., Kondo Y. Oxidation of dense iron sulfide // Metallurgical Transactions: B. 1983. Vol. 14, No. 2. P. 109–116.
11. Ванюков А. В., Зайцев В. Я., Быстров В. П., Бруж В. Н., Васкевич А. Д. О механизме окисления пирротинов // Известия АН СССР. Металлы. 1975. № 5. С. 55–61.
12. Портов А. Б., Яценко В. Н., Клементьев В. В., Цемехман Л. Ш. О кинетике окислительного обжига рудных медно-никелевых концентратов в условиях отсутствия внешнедиффузионных торможений // Металлы. 2000. № 3. С. 21–24.
13. Маргулис Е. В. К теории окислительного обжига сульфидных материалов. Металлургия цветных металлов и методы их анализа // Труды ВНИИцветмета : сб. науч. трудов. 1962. № 7. C. 9–30.
14. Ерцева Л. Н. Механизм окисления сульфидной медно-никелевой руды в процессе обжига и автогенной плавки : автореф. дис. … канд. техн. наук. — Л., 1983. — 25 с.

15. Маковей К. К. Исследование процессов окисления медно-никелевых и пирротиновых концентратов, получаемых при обогащении медно-никелевых руд : автореф. дис. … канд. техн. наук. — Л., 1977. — 20 с.
16. Маргулис Е. В. Адсорбционно-диссоционная теория окисления сульфидов // Труды ВНИИцветмета : сб. науч. трудов. 1968. № 17. С. 5–10.
17. Diaz C., Conard B. R., Gordon J. R., Marcuson S.W., Burgess K. I. Deep roasting of nickel concentrate // CIM Bulletin. 1994. Vol. 87, No. 981. P. 72–78.
18. Портов А. Б., Озеров С. С., Савинова Ю. А., Цемехман Л. Ш. Отработка технологии обжига рудного медно-никелевого концентрата на укрупненно-лабораторной установке кипящего слоя // Цветные металлы. 2014. № 9. С. 44–51.
19. Савинова Ю. А., Портов А. Б., Цемехман Л. Ш. Исследование влияния параметров обжига сульфидного медно-никелевого концентрата на вещественный состав получаемого огарка // Цветные металлы. 2014. № 6. С. 23–28.
20. Orr R., Warner A. Fluid bed roasting in the Thompson smelter // The 13th Annual Conference of Metallurgists. Toronto (Ontario, Canada). 1974. — 21 p.
21. Серебренникова Э. Я. Применение кипящего слоя в медной, никелевой и кобальтовой промышленности. — М. : Цветметинформация, 1969. — 67 с.
22. Френц Г. С. Окисление сульфидов металлов. — М. : Наука, 1964. — 191 c.
23. Барам И. И. Макрокинетические закономерности окислительного обжига сульфидов // Комплексное использование минерального сырья. 1984. № 6. С. 14–17.
24. Окунев А. И., Галимов М. Д. Окисление железа и серы в оксидно-сульфидных системах. — М. : Наука, 1983. — 128 c.
25. Bale C. W., Bélisle E., Chartrand P., Decterov S. A., Eriksson G. et al. FactSage Thermochemical Software and Databases – 2010–2016 // Calphad. 2016. Vol. 54. P. 35–53.
26. Попов В. А., Савинова Ю. А. Термодинамическое моделирование окислительного обжига медного концентрата от разделения файнштейна // Цветные металлы. 2020. № 9. С. 14–18. DOI: 10.17580/tsm.2020.09.02.
27. Криштал М. М., Ясников И. С., Полунин В. И., Филатов А. М., Ульянинков А. Г. Сканирующая электронная микроскопия и рентгено спектральный микроанализ в примерах практического применения. — М. : Техносфера, 2009. — 206 с.
28. Гоулдстейн Дж., Ньюбери Д., Эчлин П. и др. Растровая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ / пер. с англ. под ред. В. И. Петрова. — М. : Мир, 1984. Ч. 1. — 296 с.; Ч. 2. — 348 с.
29. Цемехман Л. Ш., Фомичев В. Б., Ерцева Л. Н., Кайтмазов Н. Г., Козырев С. М. и др. Атлас минералогического сырья, технологических продуктов и товарной продукции ЗФ ОАО ГМК «Норильский никель». — М. : Издательский дом «Руда и Металлы», 2010. — 336 с.
30. Ерцева Л. Н., Цемехман Л. Ш., Цымбулов Л. Б. и др. О строении твердых штейнов никелевого производства // Цветные металлы. 2008. № 3. С. 21–23.
31. Савинова Ю. А. Разработка технологии переработки рудных сульфидных концентратов цветных металлов с применением окислительного обжига в печах кипящего слоя : дис. … канд. техн. наук. — СПб., 2018. — 154 с.