Раздел 2. Основные технологические процессы и оборудование, применяемые в настоящее время при производстве никеля и кобальта в Российской Федерации. Текущие уровни эмиссий

Раздел 2. Основные технологические процессы и оборудование, применяемые в настоящее время при производстве никеля и кобальта в Российской Федерации. Текущие уровни эмиссий

2.1 Производство никеля из сульфидных медно-никелевых концентратов*(15)

2.1.1 Головные переделы

2.1.1.1 Гидрометаллургическое обогащение 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°С) выщелачивания (ВТВ) при использовании кислородо-воздушной смеси (80% ) 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 железные 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.

Подавление побочных процессов (растворение в кислоте, восстановление до ), по которым расходуется необходимое для сульфидирования меди и никеля металлическое железо, возможно за счет постепенного введения в пульпу восстановителя и поддержания технологических параметров процесса (в первую очередь кислотности пульпы и температуры) на заданном уровне.

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 таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Основное оборудование

N	Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
1	Сгуститель П-50 (Ц-50)	Сгущение пирротинового концентрата	Сгуститель с периферическим (центральным) приводом в кислотостойком исполнении, диаметр - 50 м, глубина чана - 4,5 м, площадь сгущения - 1800
2	Реактор	Приготовление пульпы автоклавного выщелачивания, осаждение ЦМ из раствора автоклавного выщелачивания	Из двухслойной стали (титана), емкость - 80
3	Автоклав	Автоклавное окислительное выщелачивание	геометрическая емкость без футеровки - 125 , рабочее давление - 15 , с перемешивающими устройствами
4	Сгуститель П-25	Сгущение пульпы серосульфидного концентрата, сгущение пульпы серного концентрата	Сгуститель с периферическим приводом в кислотостойком исполнении, диаметр - 25 м, площадь сгущения - 500 , глубина чана - 3,6 м,
5	Механическая флотомашина ФМР - 63К, 8-камерная	Серосульфидная флотация	Объем камеры - 6,3 , производительность по потоку пульпы - до 12
6	Механическая флотомашина ФМР - 63К, 12-камерная	Серная флотация	Объем камеры - 6,3 , производительность по потоку пульпы - до 12
7	Пачук для нейтрализации	Нейтрализация хвостов серосульфидной флотации	Объем - 225 , из стали Х18Н10Т
8	Смеситель-подогреватель	Нагрев пульпы серосульфидного концентрата	Емкость - 40 , из стали Х18Н10Т, с перемешивающими устройствами
9	Автоклав дезинтеграции	Дезинтеграция пульпы серосульфидного концентрата	Емкость - 50 , из титана ВТ1-0, рабочее давление - 5 , с перемешивающим устройством
10	Реактор-охладитель	Отстаивание расплавленной серы	Емкость - 80 , из титана ВТ1-0, с перемешивающим устройством
11	Реактор-подогреватель	Нагрев пульпы серного концентрата	Емкость - 50 , из титана ВТ1-0, рабочее давление - 5 , с перемешивающим устройством
12	Автоклав сероплавильный	Выплавка серы	Емкость - 32 , из титана ВТ1-0, рабочее давление - 5 , с перемешивающим устройством

При гидрометаллургическом обогащении никель-пирротинового концентрата в качестве основных технологических материалов и реагентов используются: осадитель металлизированный, лигносульфонат технический, кислородо-воздушная смесь, технический азот, сжатый воздух, пульпа известняка, известковое молоко, моторное топливо регенерированное, бутиловый ксантогенат калия, натр едкий, нефелиновый шлам.

Основными источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферу являются отходящие газы автоклавов окислительного выщелачивания и аппаратов участка выплавки элементарной серы (таблица 2.2).

Таблица 2.2 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Источники выбросов	Выбрасываемые вредные вещества	Метод очистки, повторного использования	Валовый выброс, г/т Ni-сульфидного концентрата
Автоклавы окислительного выщелачивания, пачуки нейтрализации	Ni, Cu, Co, Fe и их соединения, серная кислота	Улавливание брызг в каплеотбойниках	4,4
Смесители, подогреватели, самоиспарители, дезинтеграторы, автоклавы		Очистка в газопромывателе типа "труба Вентури", улавливание брызг в каплеотбойниках	4280

Пульпа нейтрализованных отвальных хвостов, явялющаяся# отходом производства, откачивается на складирование в хвостохранилище по пульпопроводу. Осветленная вода (слив хвостохранилища) возвращается в цех для повторного использования в технологии (таблица 2.3).

Таблица 2.3 - Отходы производства и потребления

Наименование	Объем или масса образующихся отходов, т/т Ni	Метод очистки, повторного использования	Объем или масса размещенных отходов, т/т Ni
Нейтрализованные хвосты серосульфидной флотации (твердая часть пульпы)	70 - 75	-	70 - 75

2.1.1.2 Производство штейна

Получение 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 таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Основное оборудование передела брикетирования концентрата

N	Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
1	Контактные чаны	Приемка концентрата	Емкость - 50
2	Ленточные сита	Удаление инородных тел	Площадь фильтрации - 0,825 , полимерный материал
3	Фильтр-пресс	Первичное обезвоживание концентрата	Площадь фильтрации - 96 , количество фильтрующих плит - 16 шт., фильтровальная ткань - полипропилен, потребляемая мощность - 90 кВт, давление: подача пульпы - 0,2 - 1,0 МПа, прессование - 0,5 - 1,6 МПа, сушка - 0,4 - 1,2 МПа, вода для промывки ткани - 1,0 - 1,4 МПа
4	Приемные бункера	Приемка первично обезвоженного концентрата	Емкость - 50 т
5	Двойной ленточный конвейер	Транспортировка первично обезвоженного концентрата
6	Смеситель интенсивного действия	Формирование шихты из Cu-Ni-концентрата и ЛСТ заданной консистенции	Полезный объем - 1,5 м3, длина - 3 м, диаметр - 1,1 м, число оборотов мешалки - 107, число оборотов завихрителя - 1500
7	Барабанная сушилка	Предварительная сушка концентрата	Диаметр - 3 м, длина - 25 м, температура: материала при загрузке - 10°C - 20°C, продукта на выходе - 70°C - 90°C, отходящих газов - 190°С
8	Рукавный фильтр	Очистка газов сушильного барабана	Площадь фильтрации 1642 , рабочий объемный расход газа - 100 000 , максимальная температура газов - 250°С, расход воздуха на регенерацию - 100 , материал рукавов PTFE
9	Приемный бункер сухого материала	Приемка сухого материала
10	Ковшовый элеватор	Подъем материала в смеситель
11	Шнековый смеситель	Усреднение материала и смешение с ЛСТ	Число оборотов шнека - 15 - 40
12	Валковый брикет-пресс	Брикетирование материала
13	Система конвейеров	Транспортировка брикетов на склад готовой продукции

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°С 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°C - 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 , образуют силикаты типа mMeO , 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 (), закись железа (FeO), окись магния (MgO), глинозем () и окись кальция (СаО). Содержание в шлаке - 37% - 42%, Ni - не более 0,25%, Co - не более 0,1%.

Газы, отходящие из печного пространства при температуре 500°C - 600°C, состоят из азота (), кислорода (), сернистого газа (), углекислого газа () и паров воды (), 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 таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Основное оборудование процесса переработки сульфидного медно-никелевого сырья на штейн в руднотермической печи

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Руднотермическая печь	Электроплавка руды, брикетов	Установленная мощность - 45 МВт, число электродов - 6 шт., площадь пода - 150 - 160 , количество штейновых шпуров - 3 шт., количество шлаковых шпуров - 4 шт., два торцевых и четыре боковых футерованных газохода
Руднотермическая печь	Электроплавка руды, брикетов	Установленная мощность - 30 МВт, число электродов - 3 шт., площадь пода - 80 , количество штейновых шпуров - 3 шт., количество шлаковых шпуров - 2 шт., два водоохлаждаемых патрубка, соединяющие свод печи с вертикальными футерованными газоходами (штейновым и шлаковым)

Получение штейна в печи взвешенной плавки

Технологическая схема получения штейна в печи взвешенной плавки включает в себя (рисунок 2.3):

- 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.

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 - 25,2% - 28,5%, Cu - 11,5% - 13,6%, Co - 0,65%, Fe - 29,5% - 31,8%, S - 26,3% - 27,0%), 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.

Рисунок 2.1 - Аппаратурно-технологическая схема плавильного цеха N 1

Шлак ПВП представляет собой многокомпонентный сплав оксидов и в значительной степени обогащен цветными металлами (таблица 2.6), в связи с чем подается (в расплавленном состоянии) в обеднительные печи (вместе с конвертерными шлаками).

Таблица 2.6 - Химический состав шлаков ПВП, %

Никель	Медь	Кобальт	Железо	Сера	Диоксид кремния
0,46 - 0,6	0,31 - 0,35	0,175 - 0,178	42,0 - 44,5	1,12 - 1,40	32,0 - 34,0

Основными реакциями, протекающими в реакционной шахте печи, являются реакции диссоциации и окисления сульфидов. Эти реакции экзотермические, их 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, коксовый орешек, дробленые обороты. Руда рудников "Комсомольский" и "Октябрьский" используется в качестве извлекающей фазы (сульфидизатора) для процесса штейнообразования, дробленый песчаник - в качестве флюсующего материала, 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 сушки концентратов и комплекса печи взвешенной плавки приведен таблице 2.7. Параметры электропечей, используемых для обеднения шлаков ПВП и шлаков конвертирования, приведены в таблице 2.8.

Таблица 2.7 - Характеристики основного технологического оборудования обезвоживания и сушки концентратом и комплекса печи взвешенной плавки

	Наименование	Назначение	Технические характеристики
1	Сгуститель	Сгущение концентратов	С центральным приводом в кислотостойком исполнении, диаметр - 12 м, глубина чана - 3 м
2	Керамический фильтр СС-60	Фильтрация пульпы концентратов	Площадь фильтрации (1 фильтра) - 60 , влажность после фильтрации - до 12%
3	Барабанная сушилка концентрата	Сушка концентратов	Диаметр - 3,2 м, длина - 27000 мм, с газовым воздухоподогревателем и системой газоочистки
4	Смеситель "Денвер"		В кислотостойком исполнении, с перемешивающим устройством, диаметр - 7,2 м, высота - 7,2 м
5	Сушилки распылительные "Ниро-Атомайзер"	Сушка концентратов	Диаметр - 14 м, высота - 18 м, с центробежным распылителем и газовым воздухоподогревателем "ПибодиГольмс" с горелкой кольцевого типа
6	Электрофильтры "Элекс"	Очистка газового потока распылительных сушилок	Двухпольные, производительность по газу - 375000 , КПД - 99,8%
7	Сушилки барабанные		Диаметр - 2,5 м, длина - 19500 мм, с газовым воздухоподогревателем и системой газоочистки
8	Печи взвешенной плавки "Оутокумпу"	Плавка концентратов	Площадь зеркала ванны - 245 , с устройствами распыления шихты и подачи кислородо-воздушной смеси с обогащением кислорода до 70%. Печь оборудована газогорелочными устройствами и выпускными шпурами штейна и шлака
9	Котел-утилизатор для печи взвешенной плавки	Охлаждение газов ПВП	Производительность по газу - до 125 000 , по утилизационному пару - до 100 т/час
10	Электрофильтры "Флект"	Очистка газового потока печи ПВП	Пятипольные, производительность по газу - 65000 , каждый, КПД - 99,8%
11	Обеднительные электропечи "Крупп"	Обеднение шлаков печи ПВП
	Обеднительные электропечи Outokumpu Technology Ou - ОЭП-1,3	Обеднение шлаков печи ПВП
12	Установки грануляции отвального шлака	Грануляция шлака обеднительных печей	Производительность - до 250 т/ч. Тип - водная грануляция. Оборудованы системой замкнутого оборотного водоснабжения

Таблица 2.8 - Основные характеристики обеднительных электропечей НМЗ

N	Наименование параметра	Значение параметра
		ОЭП-1,3	ОЭП-2,4
1	Мощность трансформатора,	35	30
2	Площадь зеркала ванны,	175	176
3	Диаметр электрода, мм	1272	1272
4	Распад электродов, мм	4850	4850
5	Тип электродов	Самоспекающиеся	Самоспекающиеся
6	Охлаждение корпуса	Кессонированное	Кессонированное

В таблице 2.9 приведены выбросы загрязняющих веществ при производстве штейна в печах РТП и на комплексе ПВП-обеднительные электропечи.

Таблица 2.9 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при плавке в РТП на медно-никелевый штейн (на тонну никеля в штейне)

Источники выбросов	Наименование	Метод очистки, повторного использования	Масса выбросов ЗВ после очистки г/т Ni
Участок сушки и брикетирования перед РТП	Пыль неорганическая - <20%	Рукавный фильтр, фильтры аспирационных систем	<20
Руднотермические печи (дымовая труба)	Пыль неорганическая - <20%	Пылевая камера	62441
	Никель		3602
	Кобальт		187
	Медь		2758
	Мышьяк		457
	Свинец		96
	Диоксид азота		1379
	Оксид азота		224
	Диоксид серы		632324
Участок подготовки шихты, обезвоживания и сушки концентратов перед ПВП	Пыль неорганическая - <20%	Выхлопные газы от различного оборудования очищаются разными методами. В технологии очистки используются: рукавные фильтры, электрофильтры, циклоны, скрубберы	5
	Пыль неорганическая - >70%		937
	Оксид никеля		307
	Оксид меди		57,9
	Оксид кобальта		5
	Свинец		95399
	Диоксид серы		2002
	Диоксид азота
Комплекс печей ПВП и обеднительных печей	Пыль неорганическая <20%	Выхлопные газы от различного оборудования очищаются разными методами. В технологии очистки используются: котел-утилизатор, электрофильтр, камера дожига, скруббер, рукавный фильтр	5065
	Оксид никеля		52
	Оксид меди		37
	Оксид кобальта		12
	Свинец		10
	Диоксид серы		5855762
	Диоксид азота		797
	Серная кислота		45058

При переработке сульфидного медно-никелевого сырья в руднотермических электропечах и на комплексе ПВП-обеднительные печи образуется отвальный шлак, который подвергается грануляции. Кроме того, твердые отходы образуются в результате обслуживания и ремонта оборудования - выломки футеровки печей, бой кирпича, бетон, теплоизоляция, металлолом (таблица 2.10). Гранулированный отвальный шлак НМЗ используется для приготовления закладочных смесей и как материал для дорожного строительства, для отсыпки дамб, насыпей и т. д.

Таблица 2.10 - Шлаки штейновой плавки, направляемые в отвал

Наименование отхода	Средний состав, %	Способ утилизации	Количество, т/т Ni в штейне
Шлак РТП	Ni - 0,198; Cu - 0,123; Co - 0,091; Fe - 27,71; - 37,4; CaO - 2,3; MgO - 12,5; S - 1,15	В отвал	12
Шлак обединительных печей	Ni - 0,13; Cu - 0,24; Co - 0,14; Fe - 40,3; - 36,0; CaO - 2,7; MgO - 1,4; S - 1,0	В отвал	15

2.1.1.3 Производство файнштейна

При конвертировании штейнов в конвертер могут быть загружены штейн, песок, медный шлак и другие оборотные холодные материалы (таблица 2.11). Основными реакциями, протекающими при конвертировании штейнов, являются реакции окисления, обменного взаимодействия, восстановления и шлакообразования.

2.2 Характеристика процесса конвертирования

Предприятие	Тип штейна	Тип окислителя
Комбинат "Печенганикель"	Штейн РТП	Воздух
ЗФ ПАО "ГМК "Норильский Никель"	Штейн ПВП, штейн обеднительных электропечей	Воздух, при недостатке тепла - кислород

При конвертировании штейнов выделяют следующие технологические операции:

- зарядка конвертера;

- период выбора 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 23% - 24% S и до 3,5% железа.

Полученный медно-никелевый файнштейн перевозится в разливочный пролет цеха и разливается в стальные формы - изложницы, зафутерованные плитами 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% , однако за счет подсосов воздуха через напыльник и неплотности газохода концентрация 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 приведен в таблице 2.12, перечень основного оборудования передела конвертирования штейнов - в таблице 2.13.

Таблица 2.12 - Химический состав продуктов конвертирования

Предприятие	Продукт	Массовая доля, %
		Ni	Cu	Co	Fe	S		MgO		CaO
Комбинат "Печенганикель"	Шлак	0,88	0,62	0,249	49,1	3,15	26	1,1		1,4	14,7
	Файнштейн	43	28	0,9	2,8	23,6
ЗФ ПАО "ГМК "Норильский Никель"	Шлак	2,0 - 2,5	1,5 - 2,0	0,8 - 1,0	50,0 - 52,0	1,2 - 1,6	18,0 - 20,0	0,3	2,2	0,6	29
	Файнштейн	46	25	1,4	3,5	23	0,095

Таблица 2.13 - Характеристика основного оборудования конвертерного передела

Предприятие	Наименование	Назначение	Технические характеристики
ЗФ ПАО "ГМК "Норильский Никель"	Конвертертипа Пирса - Смита	Конвертирование штейна	Емкость - 80 т, на воздушном дутье, число фурм - 48
	Котел-утилизатор для конвертеров	Утилизация тепла, охлаждение газов	Производительность по газу - до 65000 , по утилизационному пару - до 13 т/час
	Электрофильтры "Флект"	Очистка газов от тонкой пыли	Двухпольные, производительность по газу - 65000 каждый, КПД - 99,8%
Комбинат "Печенганикель"	Конвертер Пирса - Смита	Конвертирование штейна	Емкость - 100 , длина кожуха - 12 м, внутренний диаметр кожуха - 3,96 м, число фурм - 44, диаметр фурм - 0,05 м, расход воздуха - 10 - 12,5
1.	Пылевая камера	Очистка конвертерных газов крупной пыли	Д х Ш х В - 7,2 х 4,0 х 15,6 м, пропускная способность - 27 - 42 , КПД - 30%
1.	Электрофильтр	Очистка газов от тонкой пыли	Площадь сечения электрофильтра по осадительным электродам - 60 , КПД - 92%

Выбросы основных загрязняющих веществ в атмосферу при конвертировании штейна показаны в таблице 2.14.

Таблица 2.14 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при конвертировании медно-никелевого штейна (на тонну никеля в файнштейне) (за исключением газов, передаваемых на сернокислотное производство на комбинате "Печенганикель")

Предприятие	Метод очистки	Наименование	Масса выбросов ЗВ после очистки г/т Ni файнштейна
Комбинат "Печенганикель"	Пылевая камера, электрофильтр	Пыль неорганическая - <20%	14320
		Диоксид азота	851
		Кобальт	117
		Никель	1703
		Медь	2112
		Мышьяк	95
		Свинец	24,5
		Диоксид серы	870593
		Серная кислота	681
		Оксид азота	138
ЗФ ПАО "ГМК "Норильский Никель"	Котел-утилизатор, электрофильтр	Пыль неорганическая - <20%	1830
		Никель	129
		Медь	635
		Кобальт	6
		Свинец	8
		Диоксид серы	970317
		Диоксид азота	337
		Серная кислота	7391
		Оксид углерода	501

2.2.1 Рафинировочные переделы

2.2.1.1 Разделение медно-никелевого файнштейна с получением никелевого сульфидного концентрата

Флотационное разделение файнштейна на медный и никелевый концентраты было предложено в конце 1940-х - начале 1950-х годов 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 таблице 2.15.

Таблица 2.15 - Основное оборудование

N пп	Наименование оборудования	Назначение оборудования
1	Агрегат первичного дробения# Rammer G 90	Первичное дробление
2	Щековые дробилки ЩДП-9 х 12 и СМД-118	Крупное дробление
3	Конусные дробилки КСД - 2200Т и КМД-2200Т	Мелкое дробление
4	МШР - 3200 х 3100	Измельчение
5	Классификатор Тип I КСН-20
6	Гидроциклон Кребса	Гидравлическая классификация промпродуктов
7	Флотационные машины ФМР-10	Флотация
8	Флотационные машины WEMCO	Флотация
9	Сгустители тип Ц-6МI, тип Ц-9МI, тип Ц-12МI	Сгущение конечных и промежуточных продуктов
10	Свечевые фильтры ПАР-80-248М и ПТЖ-80-3Т-41

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 объединяют и направляют на классификацию, пески которой доизмельчаются. Точки рецикла промпродуктов и объединения потоков пенных и камерных продуктов выбирают, 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 (таблица 2.16).

Таблица 2.16 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Наименование	Масса выбросов ЗВ до очистки, г/т Ni	Источники выбросов	Метод очистки, повторного использования	Масса выбросов ЗВ после очистки, г/т Ni
Кобальт и его соединения (в пересчете на кобальт)		Дробилки, транспортеры, мельницы, классификаторы, сгустители, флотомашины
	5,7		-	5,7
Никель и его соединения (в пересчете на никель)	192,8		-	192,8
Медь и ее соединения (в пересчете на медь)	44,7		-	44,7
Пыль неорганическая	406,1		-	406,1

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 (таблица 2.17).

Таблица 2.17 - Состав и способ утилизации сточных вод

Наименование	Масса сбросов ЗВ до очистки, г/т Ni	Источники сброса	Направление сброса (водный объект, канализация)	Метод очистки, повторного использования	Масса сбросов ЗВ после очистки, г/т Ni
Никель в/р	<4,1	Верхний слив отстойников, фильтрат свечевых фильтров	Оборотное водоснабжение участка, производственная канализация	Оборотное водоснабжение участка	<4,1
Медь в/р	<0,08				<0,08
Взвешенные вещества	<123				<123
Ксантогенат	<0,008				<0,008

Твердые отходы процесса образуются в ходе ремонтных и строительных работ.

2.2.1.2 Получение 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°C - 1250°C. Загрузку шихты регулируют по температуре в слое, по концентрации диоксида серы () в отходящих газах, по заданному расходу воздуха (или воздуха, обогащенного кислородом).

Основная часть полученного огарка передается на восстановление в трубчатые вращающиеся печи, часть - 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°C - 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 таблице 2.18, выбросы основных загрязняющих веществ в атмосферу при получении ПНТП - в таблице 2.19, характеристика сточных вод - в таблице 2.20.

Таблица 2.18 - Перечень основного технологического оборудования

N	Наименование оборудования	Назначение оборудования	Характеристика оборудования
1	Сгустители Ц9	Сгущение пульпы никелевого концентрата	Площадь поверхности 60 м
2	Сгустители Ц12	Сгущение пульпы никелевого концентрата	Площадь поверхности 110 м
3	Барабанный вакуумный фильтр	Фильтрация сгущенного никелевого концентрата	Площадь фильтрации - 40 , содержание влаги в кеке - 6% - 9%
4	Печь кипящего слоя	Обжиг концентрата	Площадь пода - 24
5	Трубчатая вращающаяся печь (ТВП)	Восстановление огарка окислительного обжига	Длина печи - 20 м, диаметр печи - 2,2 м, диаметр в свету - 1,688 м

Таблица 2.19 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при получении ПНТП

Источники выбросов	Наименование	Метод очистки	Масса выбросов ЗВ после очистки г/т Ni в анодах
Трубчатые печи, печи кипящего слоя	Диоксид азота	Охладители газов, циклоны, электрофильтры, струйно-пенные аппараты	20,7
	Кобальт		140
	Никель		7 124
	Медь		367
	Мышьяк		35
	Пыль неорганическая		21 284
	Свинец		395
	Диоксид серы		6 718

Таблица 2.20 - Сточные воды, образующиеся при получении ПНТП

Наименование сточных вод по переделам	Нормируемое количество в сутки, Ni	Содержание вредных примесей	Место сброса
Оборотная вода комбината	0,005	Не более уровня в оборотной системы	Самотечные коллекторы оборотной системы

В ходе ремонтных и строительных работ образуются твердые отходы процесса получения ПНТП: выломки футеровки печей, бой кирпича, бетон, теплоизоляция, металлолом.

2.2.1.3 Производство 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 свободной углерод и закись никеля растворяются в расплавленном металле, при этом происходит "науглероживание" ванны металла по реакции с образованием карбида никеля (), 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 таблице 2.21, выбросы загрязняющих веществ - в таблице 2.22.

Таблица 2.21 - Перечень основного технологического оборудования

N	Наименование оборудования	Основные характеристики
1	Бункер восстановленной закиси	Емкость - 40 т
1		Емкость - 60 т
2	Бункер невосстановленной закиси	Емкость - 10 т

N	Наименование оборудования	Основные характеристики
1		Емкость - 5 т
3	Бункер восстановителя	Объем - 25
4	Питатель тарельчатый	Диаметр тарелки - 1000 мм
1		Диаметр тарелки - 800 мм
5	Питатель шнековый	Диаметр шнека - 450 мм
6	Электропечь РКЗ N 1	Мощность трансформатора - 12500 кВА
7	Электропечь ОКБ N 2	Мощность трансформатора - 9000 кВА
8	Электропечь РКЗ N 3	Мощность трансформатора - 15000 кВА
9	Индукционный миксер ИЧТМ-16	Мощность трансформатора - 1300 кВА
10	Индукционный миксер ИЧТМ-16	Мощность трансформатора - 1600 кВА
11	Разливочная машина	Диаметр - 10 м

Таблица 2.22 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при анодной плавке

Источники выбросов	Наименование	Метод очистки	Масса выбросов ЗВ после очистки, г/т Ni в анодах
Печи, карусельно-разливочные машины, загрузочные бункера	Никель	Циклоны, электрофильтр	1985
	Кобальт		38,8
	Медь		228
	Мышьяк		4,8
	Пыль неорганическая		4105
	Свинец		25,7
	Диоксид серы		402

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.

2.2.1.4 Получение катодного никеля

Электролитическое рафинирование черновых никелевых анодов - достаточно старая технология, обеспечивающая получение товарного никеля в том числе из драгметаллсодержащего сырья. В настоящее время производство сохранилось только на Кольской ГМК. Следует отметить, что и на КГМК также предусматривается постепенная замена технологии рафинирования черновых анодов рафинированием никелевого порошка трубчатых печей (ПНТП).

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 осаждаясь в донной части анодного пространства ванны, 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 компания) составляет 3 - 4 сут. По завершении катодной компании 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 компании осуществляется чистка ванн. Перед чисткой ванны шунтируются. Из ванн выгружаются анодный скрап и катодные ячейки, ванны опорожняются и очищаются от идущего на производство драгоценных металлов шлама. 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 при окислении хлором в присутствии нейтрализатора - основного карбоната никеля.

После корректировки кислотности очищенный от кобальта раствор в качестве католита подается в ванны рафинирования. Первичный железистый кекрепульпируется для удаления из него никеля и получения отвального гидратного железистого кека.

Кобальтовый кек также репульпируется для удаления присутствующего в нем никеля и 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. В качестве основных отходов производства образуются очищенные от цветных металлов сульфат-хлоридные сливы карбонатного передела и отвальный железистый кек.

Организационно производство электролитного никеля включает в себя три основных отделения: электролизное, гидрометаллургическое (ГМО) и отделение готовой продукции. Основное технологическое оборудование (таблица 2.23), трубопроводы и запорная арматура преимущественно выполнены в титановом исполнении либо из стали с кислотоупорной футеровкой.

Таблица 2.23 - Основное технологическое оборудование цеха электролиза никеля

Наименование оборудования	Назначение	Характеристика
Электролизное отделение
Ванны электролизные	Получение катодного никеля	Полимербетонные ванны, 51 - 51 анодов, 49 - 50 катодов, с рабочей поверхностью 935 х 1085
Мостовые краны		Q = 10 т, Н = 13 м, L = 21 м
Спецкраны	Обслуживание ванн	Q = 3,2/30 т, L = 10,5 м
Гильотинные и дисковые ножницы	Резка основ на уши, резка заготовок основ
Машины точечной сварки	Приварка ушей	МТ-1222 (МТ-2202)
Гидрометаллургическое отделение
Баковое оборудование	Сборники католита и анолита	Емкость - до 400
Аппараты с пневматическим перемешиванием (пачуки)	Реакционное оборудование	Емкость - до 170
Аппараты с механическим перемешиванием, с коническим и плоским днищем	Репульпация осадков, проведение технологических процессов	Емкость - до 20
Аппараты с перемешиванием в псевдоожиженном слое (цементаторы)	Очистка анолита от примесей	Емкость - до 90
Патронные фильтры	Разделение жидкого и твердого
Дисковые вакуумные фильтры	Разделение жидкого и твердого
Фильтр-прессы рамные	Разделение жидкого и твердого
Ленточный вакуумный фильтр	Разделение жидкого и твердого
Гидроциклон	Разделение жидкого и твердого
Сгуститель одноярусный, с центральным приводом	Разделение жидкого и твердого
Двухспиральные классификаторы	Разделение жидкого и твердого	Диаметр спиралей - 280 мм, шаг спиралей - 300 мм
Отделение готовой продукции
Мостовые краны	Транспортировка готовой продукции	Q = 5/20 т
Аккумуляторные погрузчики, электрические моторные тележки	Транспортировка готовой продукции	Q = 10 т
Гильотинные ножницы кривошипные, линии автоматической резки	Резка катодов
Приспособления для фасовки и упаковки товарного никеля	Упаковка катодов

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. 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).

Кроме того, в зависимости от состава перерабатываемого сырья, основы рафинировочного раствора, конфигурации рафинировочных мощностей и принципа конкретных рафинировочных операций используются различные реагенты и энергоносители и формируются различные отходы.

Исходным сырьем процессов гидрометаллургического рафинирования может быть как собственно файнштейн, так и продукты его переработки, в частности никелевый концентрат и/или металлизированная фракция от разделения файнштейна.

В настоящее время на Кольской ГМК - единственном отечественном предприятии, выпускающем товарный никель высокой чистоты, начался постепенный переход от технологии рафинирования черновых никелевых анодов к гидрометаллургической технологии рафинирования. Эта технология предусматривает получение товарного никеля электроэкстракцией из хлоридных растворов. На первом этапе в качестве исходного сырья предусматривается использование НПТП. В дальнейшей перспективе представляется целесообразным использование в качестве обособленного сырья металлизированной фракции от разделения файнштейна и далее никелевого концентрата от разделения файнштейна. Замена НПТП 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.

На сегодняшний день хлорное растворение ПНТП играет вспомогательную роль в производстве товарного никеля и преследует цель восполнения дефицита никеля и сокращения оборотов цеха электролиза, однако в ближайшей перспективе данный процесс должен полностью вытеснить морально и физически устаревшее электрорафинирование черновых анодов.

По химическому составу ПНТП близок 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.

В процессе хлорного растворения в жидкую часть пульпы извлекаются никель и основные примеси, при этом сера и драгоценные металлы коллектируются в нерастворимом остатке. Хлорное выщелачивание осуществляется в аппаратах с псевдоожижением - цементаторах.

Обогащенный никелем раствор хлорного выщелачивания очищается от примесей совместно с анолитом от рафинирования черновых анодов, при этом данный факт следует рассматривать как временную меру. 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. При этом используется общий с рафинировочными ваннами никелевый электролит. Нерастворимые титановые аноды с активным покрытием типа ОРТА помещены в оборудованные колпаками и работающие под разряжением 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. Из каждой анодной ячейки анолит совместно с анодным хлором эвакуируется за счет разряжения 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 бортовом коллекторе, и направляется на хлорное выщелачивание ПНТП. Анолит направляется на совместную с анолитом рафинировочных ванн очистку от примесей.

Обслуживание электролизных ванн не требует их остановки, чистки и замены анодов. Осаждение катодного никеля осуществляется на никелевых основах. Операции изготовления никелевых основ и обработки товарных катодов при электроэкстракции никеля и рафинировании черновых никелевых анодов совпадают.

С учетом одновременной эксплуатации электрорафинирования черновых никелевых анодов и рафинирования ПНТП в технологической цепочке используется основное технологическое оборудование электролизного отделения рафинирования черновых никелевых анодов. Принципиально отличается лишь конструкция и расположение электродов внутри электролизных ванн, а также обвязка ванн по растворам. В каждой ванне 61 стационарный нерастворимый титановый анод с активным покрытием типа ОРТА и 60 катодов, рабочей поверхностью 935 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.

Основное технологическое оборудование гидрометаллургического отделения и отделения готовой продукции является общим с технологией производства никеля через рафинирование черновых никелевых анодов.

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, является 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 (таблица 2.24).

Удаление паровоздушной хлорсодержащей смеси производится с помощью аспирационных систем из емкостного оборудования с последующей очисткой в пенных аппаратах.

Таблица 2.24 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при производстве никелевых катодов

Наименование	Источники выбросов	Метод очистки, повторного использования	Масса выбросов ЗВ после очистки г/т Ni
Никель и его соединения (в пересчете на никель)	Электролизные ванны, емкостное оборудование	-	9,0
Серная кислота	Емкостное оборудование	-	10,6
Хлор	Очистка анолита от кобальта, восполнение дефицита никеля/рафинирование ПНТП	Очистка содовыми растворами в пенных газоочистителях	77,6

Сточные воды образуются в результате получения карбоната никеля и вследствие использования на очистных операциях основных реагентов - серной кислоты, соды каустической и хлора.

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.

2.2.1.5 Производство 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 9-052-48200234-2010: 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 ; крупность - не более 75 мм.

Основными переделами процесса являются передел газификации пекового кокса, синтеза, ректификации и разложения тетракарбонила никеля.

Передел газификации пекового кокса 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) способом карбонилирования твердых никельсодержащих материалов оксидом углерода под высоким давлением.

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 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°C - 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 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 разной насыпной плотности обеспечивается ведением процесса разложения паров ТКН при различных температурных режимах и различных количествах подачи паров ТКН в реторту разложителя.

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.

2.3 Производство никеля из окисленных руд

Плавкой окисленных никелевых руд в России занимаются три уральских предприятия: комбинаты "Южуралникель" и "Уфалейникель", а также Режский никелевый завод (см. ниже).

Все три предприятия находятся на значительном удалении (200 - 500 км) от действующих рудников: комбинат "Южуралникель" - в г. Орск (Оренбургская обл.), Режский никелевый завод - в г. Реж (Свердловская обл.), комбинат "Уфалейникель" - в г. Верхний Уфалей (Челябинская обл.).

На всех трех предприятиях все еще применяется шахтная плавка агломерированной руды на штейн.

Производственные мощности комбината "Южуралникель" (с 2001 гогда# комбинат входит в ОАО "Мечел") были законсервированы в декабре 2012 г. 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.

Сырьем для комбината 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 перевозят в Орск. Примерный состав руд приведен в таблице 2.25.

Таблица 2.25 - Примерный химический состав Буруктальской и Сахаринской руд

	Ni	Co		MgO	CaO
Буруктальская	1,02	0,115	23,1	11,8	0,8	41,5	3,5	1,7
Сахаринская	1,09	0,055	20,6	10,5	0,7	41,4	5,0	1,9

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; - 22,5 - 24,5; - 45 - 48; MgO - 12 - 13; CaO - 0,7 - 1,2; - 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°C - 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°C - 750°C. Образующиеся при этом хлориды и сульфаты меди хорошо выщелачиваются горячим (70°C - 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°C - 800°C в хвостовой части, куда идет загрузка, и 1250°C - 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 - 0,7%, а в маложелезистом ферроникеле - до 3%).

С 2015 г. двумя уральскими предприятиями Уфалейникель и Режский завод управляет ООО "Русникель". Серовский рудник является структурным подразделением Уфалейникель

Добыча окисленной руды осуществляется на Серовском руднике. В последние годы рудник сталкивается с массой нерешенных проблем, в результате чего на начало 2016 года запасы промышленного склада были полностью выбраны, а запасы руды на "Уфалейникеле" и "Режникеле" составляли от 1 до 3 дн. В январе 2016 г. была разработана комплексная программа выхода из сложившейся ситуации и начата ее реализация. С марта 2016 г. Серовский рудник осуществляет суточную добычу руды сверх плановых показателей, на промышленном складе началось формирование новых объемов руды.

Руда с Серовского рудника поставляется на промышленные предприятия компании - заводы "Уфалейникель" и "Режникель", где путем использования технологии шахтной плавки производится конечный продукт - высококачественный гранулированный никель марок Н-3 и Н-4.

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 в настоящее время - это плавка в трех шахтных печах никелевой руды Серовского рудника с получением никелевого штейна, который отправляется на "Уфалейникель". Мощности Режского никелевого завода позволяют перерабатывать до 700 тыс. т руды в год. За счет ряда технических мероприятий и налаживания снабжения завода рудой выпуск штейна может составлять примерно до 7 тыс. т никеля в штейне в год.

Кроме того, завод располагает 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" - около 15 тыс. т/г никеля.

Производство никеля основано на шахтной плавке предварительно подсушенной окисленной никелевой руды. В качестве серосодержащего агента используется колчедан.

Полученный отвальный шлак гранулируется и выводится в отвал, газы очищаются от пыли и выбрасываются в атмосферу. Штейн поступает на конвертирование, куда также добавляется 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% кислотно-растворимой 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 таблице 2.26, выбросы вредных веществ в атмосферу - в таблице 2.27.

Таблица 2.26 - Основное оборудование

Наименование оборудования	Назначение оборудования	Технологические характеристики
Сушильный барабан	Сушка руды	Прямоточный, топливо - газ или мазут, регулируемая скорость вращения
Шахтная печь	Плавка на штейн	Площадь сечения в области фурм - 20 , число фурм - 28, диаметр фурм - 273 мм, производительность - 25 - 35 , топливо - кокс металлургический, воздушное дутье - 55000 - 75000 , число газоотводящих труб - 4, диаметр газоотводящих труб - 1812 мм
Горизонтальный конвертор	Конвертирование штейна	Вместимость по файнштейну - 3,6  (30 т), количество фурм - 16 - 18 шт., диаметр фурм - 50 мм, площадь сечения фурм - 294,37 , расход воздуха - 120 , давление дутья - 0,7 - 0,9 атм, расход электроэнергии - 50 кВт на 1 т файнштейна
Печь кипящего слоя	Окислительный обжиг файнштейна	Тип печи - цилиндрическая с раструбом вверху, высота печи - 9900 мм, расход воздуха - 3500 - 5000 , удельная производительность - 5 - 7,3 , давление воздуха под слоем - 0,25 - 0,4 атм, производительность - 65 т/сутки
Трубчатый реактор	Сульфатохлорирующий обжиг файнштейна	Тип - вращающийся, трубчатый, длина - 12500 - 14000 мм, диаметр - 2000 - 2200 мм, длина реакционной зоны - 10,5 м
Нутч-фильтры	Обезмеживание - сернокислотное выщелачивание хлорированного огарка	Тип - механический, вакуумный, опрокидывающийся, номинальная вместимость - 1950 - 2600 кг, фильтрующая поверхность - 4 , разрежение - до 80 Па, объем заливаемого раствора - 1,5 - 2,0
Трубчатая печь	2-я стадия обжига (обжиг твердого остатка и оборотных материалов)	Тип - трубчатая, вращающаяся, частота вращения - 1,2 - 1,5 об./мин, топка - откатная, трубчатого типа, топливо - газ, расход природного газа - 250 - 350 , расход воздуха - 1600 - 1950 , электродвигатель АО 2-52-6, 7,5 кВт, 1000 об./мин
Электропечь	Электроплавка закиси никеля	Мощность трансформаторов - 3000 кВА, номинальный линейный ток с высокой стороны - 288 А, номинальное линейное напряжение с низкой стороны - 135 В, номинальный линейный ток с низкой стороны - 12773 А, футеровка хромомагнезитовая или периклазовая

Таблица 2.27 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Источники выбросов	Метод очистки, повторного использования	Наименование	Масса выбросов загрязняющих веществ после очистки, г/т Ni
Шахтная плавка	Скруббер, бат. циклон	Диоксид азота	5660
		Оксид азота	919,7
		Кобальт	193,0
		Никель	4825,1
		Медь	97,1
		Мышьяк	40,3
		Неорганическая пыль	664200
		Диоксид серы	4633000
Конвертирование штейна	Электрофильтр	Диоксид азота	49,9
		Оксид азота	8,1
		Кобальт	28,2
		Никель	457,4
		Медь	14,1
		Мышьяк	8,1
		Неорганическая пыль	6100
		Диоксид серы	594900
Окислительный и сульфатхлорирующий обжиг	Электрофильтр	Диоксид азота	119,1
		Оксид азота	19,4
		Кобальт	6,4
		Никель	564,3
		Медь	60,8
		Мышьяк	30,9
		Неорганическая пыль	3500*
		Диоксид серы	400000*
Обжиг в трубчатой вращающейся печи	ЦБУ-6Т-2	Кобальт	0,5
		Никель	21,1
		Медь	130,7
		Мышьяк	0,1
		Пыль неорганическая	3500*
		Диоксид серы	400000*
Электроплавка	Циклоны	Кобальт	11,8
		Никель	1942,8
		Медь	23,5
		Неорганическая пыль	1300
		Диоксид серы	2000
* Общий выброс для печей КС и ТВП.

2.4 Производство кобальта

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 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. Качество электролитного кобальта регламентируется документом Кольской ГМК - ТУ 1731-231-48200234-2014. Организационно кобальтовое производство является отделением цеха электролиза никеля.

Готовой продукцией кобальтового производства является электролитный (катодный) кобальт, который должен соответствовать ТУ 1731-231-48200234-2014 "Кобальт электролитный. Опытные партии".

Предусматривается выпуск трех сортов кобальта, различающихся по внешнему виду и химическому составу, согласно таблице 2.28.

Таблица 2.28 - Химический состав электролитного кобальта согласно ТУ 1731-231-48200234-2014 "Кобальт электролитный. Опытные партии"

Компонент	Массовая доля, %*
	I сорт	II сорт	III сорт
Co, не менее	99,8	99,8	99,25
Примеси, не более
Ni	0,02	0,05	0,3
Fe	0,003	0,05	0,4
Cu	0,003	0,02	0,03
Mn	0,0005	-	-
Si	0,001	-	-
Al	0,001	-	-
As	0,0005	0,001	0,002
Bi	0,0003	0,0004	-
Sb	0,0003	0,0006	-
Sn	0,0003	0,0004	-
Pb	0,0003	0,0005	-
Zn	0,0003	0,002	-
Cd	0,0001	0,001	-
P	0,0003	0,003	-
Mg	0,0005	-	-
S	0,001	0,004	0,004
С	0,005	0,02	0,03

Кобальт выпускают в виде пластин или полос произвольного размера, нарезанных из катодных листов толщиной от 1,5 до 10,0 мм. Размеры пластин и полос приведены в таблице 2.29. Основную массу готовой продукции (сорт I) составляет кобальт в виде пластин размером 100 100 мм.

Таблица 2.29 - Размеры пластин и полос товарного кобальта согласно ТУ 1731-231-48200234-2014 "Кобальт электролитный. Опытные партии"

Сорт	Форма изготовителя	Размер, мм
I, II, III	Пластины	2510 x 2510 5010 x 5010 10010 x 10010 55010 x 55010
I, II, III	Полосы произвольного размера	Длина - не более 200, ширина - не менее 20

Пульпа первичного кобальтового кека после водной отмывки репульпацией 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 окислителя 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 в разбавителе из технической смеси ароматических и насыщенных алифатических углеводородов с модификатором из алифатических спиртов фракции .

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 хлорное выщелачивание ПНТП, а кек очистки направляется на гидратный передел никелевого производства. 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 разряжением 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 разряжения 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 выпарку и растворение исходного сырья, а частично - на реэкстракцию хлорида кобальта.

По завершении катодной компании 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 , аппараты с механическим перемешиванием и плоским или коническим днищем различного объема (до 20 ), аппараты с псевдоожижением (цементаторы) емкостью 11 . Основное емкостное оборудование - баки (аппараты) емкостью от 0,23 до 200 .

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  и аналогичные экстракторы с выносной камерой смешения и площадью камер отстаивания 17,5 .

Выпарная станция вакуумная, двухкорпусная с выносными теплообменниками F = 37,6 и 48,5 , кожухотрубным поверхностным конденсатором F = 37,9  и предварительным пластинчатым нагревателем-теплообменником F = 10 .

Транспортирующее оборудование. Центробежные насосы (станции) типа АХН Q/H.21, ХМ-8/40.

Система компримирования хлора и хлорной безопасности компании EGR (Англия) на базе водокольцевого компрессора хлора Q = 180 , = 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 катод, рабочей поверхностью 935 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, Н = 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 новые свечи. 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 . 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).

Производственные (солевые) стоки ЦЭН отводятся на очистные сооружения общего стока комбината, где подвергаются известковой очистке и сбрасываются в озеро Нюд.

Ввод в работу кобальтового производства уменьшает сброс в озеро Нюд сульфат-иона на 6807 т/год и увеличивает сброс хлорид-иона на 1004 т/год.