ООО «Институт Гипроникель», Санкт-Петербург, Россия

Д. М. Богатырев, научный сотрудник лаборатории пирометаллургии, эл. почта: BogatyrevDM@nornik.ru
О. С. Новожилова, младший научный сотрудник лаборатории пирометаллургии, эл. почта: NovozhilovaOS@nornik.ru
Л. Б. Цымбулов, директор Департамента по исследованиям и разработкам, член-корреспондент РАЕН, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: TsymbulovLB@nornik.ru
С. С. Озеров, ведущий научный сотрудник лаборатории пирометаллургии, канд. техн. наук, эл. почта: OzerovSS@nornik.ru

В настоящее время активно ведутся работы по освоению новых способов пирометаллургического обеднения шлаков медного и медно-никелевого производства. В частности, к данным технологиям относятся плавка в двухзонной печи Ванюкова, а также комплекс непрерывного конвертирования медных штейнов. Данные технологии предполагают проведение обеднения в восстановительных условиях с получением металлического сплава в качестве донного продукта. В связи с этим актуальной задачей является определение агрегатного состояния образующегося сплава, а также его влияния на потери металлов со шлаками. Кроме того, необходимо установить оптимальные температурные условия для ведения восстановительной плавки шлаков, обеспечивающие минимальные потери металлов с отвальными шлаками. Методика проведения исследований заключалась в осуществлении восстановительной плавки в барботажных условиях железосиликатного расплава с растворенными в нем оксидами меди и никеля при различных температурах. Температура ликвидуса полученных сплавов имеет высокую сходимость с данными, представленными в опубликованных ранее работах. Методами растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа (РЭМ – РСМА) исследованы размеры и химический состав включений металлической фазы, а также химический состав силикатной составляющей шлаков, что позволило определить распределение форм потерь цветных металлов со шлаком. На основании измерений крупности корольков построена гистограмма распределения металлических включений по крупности в области исследуемых температур. Установлено значение эквивалентной крупности корольков при различных температурах. Выявлена тенденция увеличения размера металлической взвеси в объеме расплава с ростом температуры процесса. При помощи формулы Стокса вычислена скорость осаждения королька эквивалентного размера при различных температурах. На основании проведенных исследований даны рекомендации по оптимальным температурным параметрам ведения восстановительных пирометаллургических процессов.

1. Кайтмазов Н. Г. Производство металлов за Полярным кругом : технологическое пособие. — Норильск : Антей лимитед, 2007. — 296 с.
2. Глазатов А. Н., Блехштейн Б. Л., Лукашова М. В., Моргослеп В. И., Шабунина Н. А. Совершенствование методики опробования отвального шлака печей обеднения Надеждинского металлургического завода ОАО «ГМК «Норильский никель» // Цветные металлы. 2011. № 8-9. С. 189–193.
3. Нус Г. С. Обеднительная шлаковая электропечь — технологическое долголетие // Цветные металлы. 2009. № 2. С. 59–61.
4. Цемехман Л. Ш., Князев М. В., Беркутов С. В., Рыжов О. А., Чумаков Ю. А. Плавка медно-никелевых концентратов комбината «Печенганикель» в двухзонной печи Ванюкова // Цветные металлы. 2004. № 12. С. 32–35.
5. Цымбулов Л. Б., Князев М. В., Цемехман Л. Ш. Двухзонная печь Ванюкова. Перспективы применения в цветной металлургии // Цветные металлы. 2009. № 9. С. 36–42.
6. Цемехман Л. Ш., Цымбулов Л. Б., Князев М. В., Кайтмазов Н. Г., Фомичев В. Б. Непрерывное конвертирование медных и медно-никелевых штейнов. Современное состояние и результаты исследований // Цветные металлы. 2009. № 9. С. 43–48.
7. Озеров С. С., Цемехман Л. Ш., Тозик В. М., Пахомов Р. А. Исследование процесса непрерывного конвертирования сульфидных медно-никелевых материалов с получением «сырой» меди // Цветные металлы. 2020. № 12. С. 70–76.
8. Ванюков А. В., Зайцев В. Я. Шлаки и штейны цветной металлургии. — М. : Металлургия, 1969. — 408 с.
9. Ступин В. А., Федоров А. Н., Разумовская Н. Н. О взаимодействии сульфидов со шлаковыми расплавами // Цветные металлы. 1991. № 10. С. 14–16.
10. Богатырев Д. М., Петров Г. В., Цымбулов Л. Б. Пирометаллургические технологии переработки сульфидных медно-никелевых руд с высоким содержанием металлов платиновой группы: современное состояние и перспективы развития // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2022. Т. 20, № 1. С. 14–24. DOI: 10.18503/1995-2732-2022-20-2-14-2
11. Jones R. T. ConRoast: DC arc smelting of dead-roasted sulphidesociety concentrates // Sulfide Smelting 2002. TMS (The Minerals, Metals & Materials). Seattle. 17–21 February 2002. P. 435–456.
12. Богатырев Д. М., Цымбулов Л. Б., Озеров С. С. Исследование распределения металлов платиновой группы и золота при обеднении шлака медно-никелевого производства газовыми смесями // Цветные металлы. 2022. № 12. С. 14–21.
13. Цемехман Л. Ш., Фомичев В. Б., Ерцева Л. Н. и др. Атлас минералогического сырья, технологических продуктов и товарной продукции ЗФ ОАО ГМК «Норильский никель». — М. : Издательский дом «Руда и Металлы», 2010. — 336 с.
14. Девочкин А. И. и др. Атлас минерального сырья, технологических промышленных продуктов и товарной продукции ЗФ ПАО «ГМК «Норильский Никель» / под общ. ред. Л. Б. Цымбулова. — СПб. : Политех-пресс, 2021. — 398 с.
15. Allibert M., Gaye H. Slag Atlas. 2^nd edition. — Dusseldorf : Stahleisen, 1995. — 634 p.
16. Цымбулов Л. Б., Пигарев С. П., Жак Е. Термодинамиский анализ процесса конвертирования медных штейнов и концентратов в двухзонной печи Ванюкова // Цветные металлы. 2011. № 8-9. С. 62–72.
17. Синёва С. И., Старых Р. В., Фроленкова М. В., Захряпин С. Б. Исследование поверхностей ликвидуса и солидуса четырехкомпонентной системы Fe – Ni – Cu – S. I. Построение диаграммы плавкости трехкомпонентной системы Fe – Ni – Cu // Металлы. 2009. № 3. С. 99–106.
18. Bale C. W., Belisle E., Chartrand P. et al. FactSage thermochemical software and databases recent developments // Calphad. 2009. Vol. 33, Iss. 2. P. 295–311. DOI: 10.1016/j.calphad.2008.09.009
19. Ерцева Л. Н., Старых Р. В., Цемехман Л. Ш. Особенности вещественного состава остатков хлорного растворения никелевого огарка и продуктов его плавки на штейн // Цветные металлы. 2015. № 2. С. 36–41.

20. Ванюков А. В., Зайцев В. Я. Теория пирометаллургических процессов. — М. : Металлургия, 1973. — 504 с.
21. Ванюков А. В., Быстров В. П., Васкевич А. Д. Плавка в жидкой ванне / под общ. ред. А. В. Ванюкова. — М. : Металлургия, 1988. — 208 с.
22. Кочеткова Е. А., Цепелев В. С., Вьюхин В. В., Конашков В. В., Поводатор А. М. Разработка рекомендаций по улуч шению выплавки сплава мельхиора марки МН19 // Вестник Пермского национального исследовательского поли тех ни чес кого университета. Машиностроение, материаловедение. 2020. Т. 22, № 1. С. 33–39. DOI: 10.15593/2224-9877/2020.1.04
23. Cherne F. J., Baskes M. I., Deymier P. A. Properties of liquid nickel: a critical comparison of EAM and MEAM calculations // Physical Review B. 2002. Vol. 65, Iss. 2. 024209. DOI: 10.1103/PhysRevB.65.024209