13.01.2021

Совершенствование техники и технологии металлургического передела


Основными направлениями технического прогресса в черной металлургии до последнего времени являлись рост концентрации производства и увеличение единичной мощности агрегатов. Это способствовало ускоренному росту выплавки металлов, снижению удельных капитальных затрат, расхода топлива, огнеупоров и воды, улучшению условий труда и повышению его производительности, снижению себестоимости продукции. Осуществлялась интенсификация доменного процесса путем улучшения металлошихты, применения природного газа и кислородного дутья и повышения КИПО доменных печей.

В последнее время в черной металлургии усилилась тенденция к переходу от мартеновского способа производства стали к более экономичным и совершенным — кислородно-конверторным и электросталеплавильным. Удельные капиталовложения при конверторном способе на 1 т установленной производственной мощности почти в 10 раз ниже, чем при мартеновском способе. Кроме того, при выплавке стали в кислородных конверторах значительно снижаются эксплуатационные расходы. Удельный вес стали, выплавленной кислородно-конверторным способом, достиг в Японии 81%, США 48%, ФРГ 69%, Италии 31% и Франции 28%. Увеличивается емкость кислородных конверторов, внедряются машины непрерывной разливки стали. Развивается и совершенствуется прямое получение металла из руд, обусловленное общим недостатком в мире коксующихся углей и ростом цен на них, значительным увеличением размеров и капиталоемкости доменных печей и резким повышением цен на стальной лом.

Становится более экономичным сооружение небольших металлургических заводов с установками для производства губчатого железа и электропечами с непрерывной загрузкой в них металлизованного продукта, чем строительство металлургических заводов с полным циклом. Так, в условиях США экономия капиталовложений может составить 30—35% для заводов мощностью I—2 млн. т/год; в условиях ФРГ капитальные затраты снижаются на 40% для установки мощностью 500 тыс. т/год и па 36% — для завода мощностью 2 млн. т/год. Для завода производительностью 500 тыс. т/год стоимость металла, полученного по схеме «доменная печь — конвертор», на 4,65 долл./т выше, чем стоимость металла, произведенного в электропечах из губчатого железа.

В связи с развитием электропечей и применением непрерывного литья широкое распространение за рубежом получило строительство так называемых минизаводов, на которых производится плавка скрапа или предварительно восстановленных окатышей с использованием природного газа и бурых углей. Строительство таких заводов представляет большой интерес для многих развивающихся стран, которые при сравнительно умеренных затратах могут создать у себя сталелитейную промышленность и не только обеспечивать внутреннюю потребность в стали, но и ее экспортировать. Снижение потребления кокса имеет важное значение для охраны от загрязнения окружающей среды, так как коксовые печи, несмотря на установку дорогостоящего очистного оборудования, выбрасывают в атмосферу значительное количество вредных газов.

Выплавка стали в электропечах в 1974 г. в капиталистических странах составила 71 млн. т, или 19% общего ее производства. Широкое развитие в ряде стран приобретает производство железного порошка, применяемого в основном в металлокерамическом и сварочном производстве. Перспективным направлением является использование порошка для изготовления проката. Основные мощности по производству железного порошка (около 500 тыс. т/год) сосредоточены в США, Канаде, Швеции и ФРГ.

Решениями XXV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР предусматривается совершенствовать и более широко внедрять выплавку стали в кислородных конверторах, электропечах, применять ваккумный, электро-шлаковый, плазменный, электроннолучевой переплавы, непрерывную разливку, обработку жидкой стали синтетическими шлаками, инертными газами и методом внепечного вакуумирования, а также обеспечить дальнейший рост использования кислорода и природного газа в металлургическом производстве и освоить в промышленных масштабах технологию получения железа из руд методом прямого восстановления.

На сооружаемом Оскольском электрометаллургическом комбинате предусматривается получение стали очень хорошего качества путем прямого восстановления железа из руды без использования кокса. Сырые окатыши после обжига и металлизации вместо чугуна и металлолома непрерывно без остановки производственного процесса будут загружаться в сталеплавильные печи, сокращая время плавки.

Зарубежные эксперты считают, что в капиталистическом мире оптимальная мощность металлургических предприятий в перспективе будет порядка 10—26 млн. т в год, что позволит сконцентрировать все производство в какой-то сотне промышленных центров, расположенных на морском побережье. Будут распространены металлургические комбинаты, комплексирующиеся с многочисленными вспомогательными и смежными производствами, и образованы крупные национальные и международные объединения по производству стали.

На металлургических заводах цветной металлургии все более широко применяется электротермия, интенсивно развиваются гидрометаллургические методы. Широкое внедрение этих методов обусловлено в первую очередь комплексным использованием ценных компонентов перерабатываемого сырья, а также целями охраны окружающей среды от вредного воздействия газообразных отходов производства. Применение этих методов позволяет перерабатывать низкопроцентные коллективные концентраты с более высокими технико-экономическими показателями, чем при пирометаллургическом способе производства в успешно решать проблему охраны природы, оздоровления воздушного и водного бассейнов и использования серы.

В бывш. Советском Союзе и за рубежом накоплен большой опыт на использованию в гидрометаллургии цветных металлов автоклавных процессов, бактериального выщелачивания, сорбционной к экстракционной технологии.

Непрерывный процесс автоклавного выщелачивания применяется на многих заводах по производству глинозема; кислотное, карбонатное и аммиачное автоклавное выщелачивание широко используется при переработке окисленных и сульфидных никель-кобальтовых, а также вольфрам-молибденовых концентратов и промпродуктов. Успешно осуществляется сернокислотное автоклавное выщелачивание латеритовых никель-кобальто-вых руд, внедрен в промышленном масштабе автоклавно-содовый процесс получения вольфрамового ангидрида из низкосортных шеелит-молибденитовых концентратов. Разрабатываются автоклавные методы переработки сульфидных никелевых, медных, молибденовых, цинковых и различных коллективных полиметаллических концентратов.

Гидрометаллургическая переработка золото-сурьмяных концентратов с последующей переработкой кеков на свинцовых предприятиях позволяет извлекать сурьму в электролитный металл с учетом оборотов на 98—99%, а золото в готовый продукт — на 88—90%.

Решение задачи комплексной переработки сложного медноникелевого сырья с получением элементарной серы и высоким извлечением всех ценных компонентов возможно в первую очередь с использованием гидрометаллургической автоклавно-сорбционной или экстракционной технологии.

Патентное ведомство Канады опубликовало патент на гидрометаллургический процесс получения никеля, меди и элементарной серы из содержащих эти металлы сложных сульфидов. Намечается строительство опытного завода, на котором будет применяться новый гидрометаллургический способ получения меди из сульфидных концентратов без загрязнения окружающей среды, При использовании новой технологии не происходит выделения сернистого газа. Особенно удачен этот способ для переработки низкосортных и комплексных концентратов. При этом получают медь высокой чистоты, а сера переходит в элементарную форму.

Особенностью нового метода является избирательное извлечение золота, серебра, цинка, молибдена и других ценных металлов, часто присутствующих в медных концентратах. Железо в первоначальном концентрате превращается в нерастворимое соединение, которое может накапливаться в неограниченном количестве в прудах для хвостов без риска загрязнения окружающей среды.

В мире имеется около 50 предприятий, использующих гидрометаллургические способы получения меди, причем 19 из них находятся в США. С 1963 по 1973 г. производство меди в США гидрометаллургическими методами возросло с 7 до 20% при общем объеме производства 1,5—1,7 млн. т/год. Получение экстракционным способом 1 кг меди на 12,9 центов дешевле, чем при использовании метода цементации. Экономическая эффективность экстракционной схемы значительно возрастает при получении порошкообразной меди из реэкстракта путем ее восстановления водородом в автоклавах.

Широкая программа исследовательских работ по применению методов гидрометаллургии для обогащения руд золота, урана, платины, меди, никеля и цинка проводится в Южно-Африканской Республике. Разработаны новые процессы на основе ионного обмена для извлечения урана и создана опытная установка, обеспечивающая извлечение 99,5% растворенного урана. Другая опытная установка создана для извлечения урана из пульпы с раствором смолы. Первые опыты показали возможность значительного снижения стоимости такого урана по сравнению с полученным путем использования обычных фильтрационных устройств. Разработана методика извлечения серы из продуктов выщелачивания.

Применительно к процессам обогащения медно-никелевых руд исследования ведутся в области технологии получения хлоридов, являющейся высокоэффективным и относительно недорогим методом. Исследуется эффективность извлечения меди из раствора хлорида с помощью ионообменного реагента. Развиваются методы на основе амальгамирования — электролиза для извлечения цинка.

В Австралии разработаны два способа получения цветных металлов из руд с использованием бурого угля. По первому способу к аммиачному раствору металла добавляют порошковый бурый уголь, на котором адсорбируется металл. Для восстановления таких металлов, как никель, свинец и медь, уголь сжигают. Металлы с большей летучестью (цинк, кадмий и др.) восстанавливают при нагревании угля; при этом образуются пары металлов, которые охлаждают и конденсируют. При взаимодействии с различными растворами металлов бурый уголь адсорбирует до 15% меди и никеля, до 36% серебра и около 46% свинца, т. е. обеспечивает более высокую степень экстракции сравнительно с использованием металлургического кокса, древесных опилок и др.

Второй способ, использованный для экстракции золота, является модификацией широко известного процесса цементации. При этом вместо порошкообразного металлического цинка к раствору золота добавляют бурый уголь, содержащий ранее адсорбированные цинк или медь. Последние растворяются, а золото осаждается на угле. С помощью этого метода добиваются почти полного осаждения золота из раствора в течение нескольких минут. Высокая степень извлечения достигается также для кадмия и цинка.

Полагают, что в будущем эти методы позволят рентабельно переработать бедные руды при условии применения дешевой технологии выщелачивания.

Новый процесс рафинирования металлов платиновой группы и золота разработан в Южно-Африканской Республике. Он значительно экономит время и обеспечивает почти полное извлечение платины и палладия и на 90% — остальных металлов. При этом получают металлы высокой чистоты (не менее 99,95% для платины, палладия и золота и 99,9% для других металлов). Новый метод патентуется во всех крупных странах, включая бывш. СССР.

Существующие рафинировочные предприятия можно без особых трудностей приспособить для работы этим методом. При этом, в отличие от прежних методов, первым извлекается палладий, а не платина, что упрощает последующую сепарацию платины и получение других металлов. Это особенно важно, поскольку классический процесс выделения родия, рутения, иридия и осмия очень сложен и дорог и только немногие заводы могут заниматься их извлечением.

Высокоэффективным процессом является получение анодного никеля в вертикальных конверторах, заменяющее несколько переделов. Значительную экономию (в том числе капитальных затрат), а также повышение производительности труда обеспечивает применение процесса получения черновой меди в вертикальных конверторах.

Для переработки силикатных никелевых руд разработана технология, в основе которой лежит электроплавка предварительно подготовленной руды на ферроникель, с последующей переработкой па металлический никель с извлечением кобальта в отдельный продукт. При этом извлечение металлов в товарные продукты значительно выше, чем на заводах, применяющих шахтную плавку. Ведутся испытания способа переработки силикатных руд, основанного па комбинации гидро- и пирометаллургического методов.

В США разработана новая технология электролиза алюминия с применением карбоната лития в форме окатышей. Это позволяет повысить производительность алюминиевых электролизных ванн на 7—10%, увеличить процент использования карбоната лития на 50% и уменьшить эмиссию фтора на 25—50%, а эксплуатационные издержки — на 2,2—4,4 долл./т.

Основным способом производства свинца в мире (96%) продолжает оставаться шахтная восстановительная плавка предварительно обожженных и агломерированных сульфидных концентратов. При этом в мировой практике свинцового производства наметилась четко выраженная тенденция к увеличению единичной мощности агломерационных машин и шахтных печей.

В целях повышения комплексности использования перерабатываемого сырья и улучшения технико-экономических показателей на свинцовых заводах, получающих шлак с содержанием цинка 10% и выше, ведут его переработку преимущественно методом фьюмингования с извлечением цинка и других ценных компонентов.

На заводе «Хобокен» (Бельгия), где достигнуто самое высокое извлечение серы в серную кислоту (99%), газы предварительно обогащают до 4,5—5% путем их рециркуляции. Завод «Трейл» (Канада) непосредственно использует бедные газы для производства жидкого сернистого ангидрида методом сорбции сернистого ангидрида из бедных газов и последующей десорбции с получением практически чистого сернистого ангидрида. Извлечение серы при этом из аглогазов составляет 80—90%.

На заводах цветной металлургии бывш. Советского Союза в десятой пятилетке в результате ввода новых мощностей, внедрения новых технологических процессов и оборудования, повышения комплексности использования сырья значительно возросло производство всех металлов и заметно улучшились технико-экономические показатели предприятий и отрасли в целом. Интенсифицировались технологические процессы путем применения кислорода подогретого дутья и природного газа. Объем потребления кислорода в технологических процессах возрос более чем в 6 раз, природного газа — в 3 раза; в результате получены десятки миллионов рублей годовой экономии, увеличен выпуск продукции, повысилась производительность труда и улучшены условия работы металлургов.

На Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате с 1957 г. применяется метод подачи в шахтные печи дутья, обогащенного кислородом до 28—30%. Это позволило при переработке сложного по составу свинцового сырья с повышенным содержанием цинка снизить расход кокса на 14—17%, флюсов — на 40—50%, уменьшить выход шлаков на 37—48% и повысить удельную производительность шахтных печей на 6—10%. Кроме того, за счет уменьшения количества дутья и концентрации фокуса печи уменьшился выход свинцовой пыли на 20—25%, что дало возможность повысить прямое извлечение свинца в черновой металл.

Чимкентский свинцовый завод с 1966 г, применяет дутье, обогащенное кислородом до 25—27% и подогретое до 300—400°, что позволяет увеличить удельный проплав печей на 30% и снизить расход кокса на 17,5%. Обогащенное кислородом дутье (22—23%) применяется и при агломерирующем обжиге свинцовых шихт, что обеспечивает стабилизацию содержания сернистого ангидрида в газах, направляемых на производство серной кислоты.

На металлургических заводах в истекшей пятилетке среднеотраслевое извлечение металлов в готовую продукцию по сравнению с 1970 г. возросло на 0,7—2,1%, в том числе меди — на 0,78%, цинка — на 0,7%, свинца — на 1,8%, никеля — на 2,1%, олова — на 1,5%. Наибольшего роста извлечения металлов добились металлурги Балхашского, Усть-Каменогорского, Лениногорского комбинатов, Среднеуральского медного и Челябинского цинкового заводов.

Балхашский комбинат повысил извлечение меди на 0,19%, свинца на 7,06% и улучшил использование серы; извлечение меди достигло 97,04%, при среднеотраслевом показателе 96,67%. В медной промышленности возросло извлечение всех сопутствующих элементов.

На Усть-Каменогорском комбинате по сравнению с 1972 г. выросло извлечение в готовую продукцию на 0,37% Pb, на 0,82% Zn, на 1,70% Cu. Больше стали извлекать редких и рассеянных элементов, повысился коэффициент использования серы отходящих газов в производстве серной кислоты.

В свинцово-цинковой промышленности в увеличенных количествах вовлекаются в производство полупродукты и отходы металлургических заводов. Доля окисленного цинксодержащего сырья в шихте цинкового производства возросла более чем вдвое и превышает 20%. На Лениногорском полиметаллическом комбинате в промышленном масштабе освоена технология гидрометаллургической переработки цинковых кеков. Значительно повысилось извлечение цинка, кадмия, меди и рассеянных элементов.

В 1975 г. в 1,5 раза больше, чем в начале пятилетки, переработано шлаков, содержащих цинк, свинец и олово. Доля оборотного и повторного использования воды на свинцовых и цинковых заводах возросла с 30 до 64%. Практически на всех заводах построены очистные сооружения. За счет усовершенствования технологии производства и организации использования вторичных энергорссурсов удельный расход топлива в 1975 г. по отношению к 1965 г. уменьшился на производство свинца на 11%, а на производство цинка — на 14%.

Большое народнохозяйственное значение имеет прогрессивный способ производства глинозема из низкокачественных бокситов. Благодаря радикальному изменению химико-технологической основы производства (внедрению и освоению процесса спекания красного шлама), а также применению и совершенствованию новых эффективных аппаратов и технологических процессов на Павлодарском алюминиевом заводе получены высокие технико-экономические показатели при получении глинозема этим способом.

Текущие затраты па сырье, содопродукты, вспомогательные материалы, теплоэнергию в сумме приведенных затрат для промышленно освоенного способа производства байер-спекания находятся на одном уровне с таковыми для чисто байеровского способа получения глинозема из высококачественных бокситов.

В США разработана новая технология производства алюминия, более экономичная, чем при традиционном способе Байера. Она основана на химической реакции между треххлористым алюминием, полученным путем хлорирования глии, и марганцем (способ Тота). Эта технология допускает использование, помимо бокситов, также низкокачественных алюминийсодержащих пород.

Отказ от электролиза дает возможность сократить расход электроэнергии примерно на 30%. Новый процесс исключает промежуточную стадию получения глинозема и дает возможность использовать в качестве топлива низкосортный уголь, что значительно уменьшает издержки производства (до 22—30 центов по сравнению с 41 центом за 1 кг при электролитическом способе производства). По подсчетам стоимость строительства алюминиевого завода, работающего по способу Тота, на 50— 70% ниже стоимости сооружения электролизного завода. Реализация предложенной технологии в промышленном масштабе, помимо резкого снижения энергозатрат и уменьшения загрязнения среды фтористыми соединениями, образующимися при байеровском способе производства, позволит США значительно снизить импорт бокситов, глинозема и алюминия и использовать отечественные источники сырья.

В 1973 г. в штате Колорадо началось строительство опытного завода по производству глинозема из алунитов по способу, разработанному в университете г. Гуанахуато в Мексике. Источником сырья явится месторождение алунитов Сидар-Сити в штате Юта, запасы которого оцениваются в 680 млн. т руды, содержащей около 100 млн. т Al2O3. При переработке алунитов указанным способом одновременно с глиноземом получают как побочный продукт калийные удобрения. Опытный завод рассчитан на переработку 12 т алунитовой руды в сутки и соответственно получение 1—2 т глинозема. Предполагается построить промышленное предприятие, которое будет поставлять глинозем для металлургического завода в штате Кентукки, мощностью 180 тыс. т первичного алюминия в год.

Исследуется также возможность получения глинозема из песков, обогащенных гидраргиллитом. Разработан метод, который позволит уменьшить содержание в песках кремнезема (до 4% и менее) и увеличить содержание Al2O3 до 50%. Полученный при этом продукт близок по качествам к бокситам.

Технологический институт штата Джорджия предложил способ получения в промышленном масштабе глинозема из каолина, используя азотную кислоту для его извлечения. Полагают, что стоимость 1 т Аl2О3, полученной таким путем, составит 54 долл., что на 4 долл. выше существующей цены на глинозем, полученный из бокситов. В настоящее время каолин штата Джорджия используется в бумажной, резиновой, лакокрасочной и других отраслях промышленности и только 10% — в производстве глинозема. Запасы каолина в месторождениях штата превышают 5 млрд. т, и добывающие предприятия заинтересованы в его более широком использовании.

В Японии разработана технология производства глинозема из коллоидальных почв, содержащих примерно по 40% Al2O3 и кремнезема, запасы которых оцениваются примерно в 1 млрд, т. Учитывая, что в качестве побочного продукта из кремнезема получают листовое стекло, можно предположить, что себестоимость глинозема при новой технологии будет ниже, чем получаемого по технологии Байера.





Яндекс.Метрика