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

С. С. Озеров, ведущий научный сотрудник лаборатории пирометаллургии, канд. техн. наук, эл. почта: OzerovSS@nornik.ru

Р. А. Пахомов, ведущий научный сотрудник лаборатории пирометаллургии, канд. техн. наук

ПАО «ГМК «Норильский никель», Москва, Россия:

В. М. Тозик, главный инженер Департамента управления стратегическими проектами

Л. Ш. Цемехман, член редколлегии журнала «Цветные металлы», докт. техн. наук, профессор, эл. почта: lev.tsem1@gmail.com

Традиционная технология конвертирования медных штейнов с использованием горизонтальных конвертеров имеет известные недостатки и не удовлетворяет современным экологическим требованиям к металлургическим процессам. На смену ей должна прийти экологически эффективная. Рассмотрены результаты исследований в лабораторном масштабе и на пилотной установке способа конвертирования медных никель содержащих материалов с получением «сырой» меди и жидкотекучего никельсодержащего шлака. Показано, что процесс непрерывного конвертирования может устойчиво протекать как в трехслойном режиме (шлак – белый матт – медь), так и в двухслойном (шлак – медь). С использованием методов растровой электронной микроскопии и рентгено-спектрального микроанализа установлено, что основной формой потерь меди, никеля, кобальта с конвертерными шлаками является растворимая. Существенное влияние на показатели процесса оказывает рациональный подбор флюсов. Суммарное содержание SiO₂ и CaO в шлаке поддерживали на уровне 32 % путем добавки флюсов, при этом SiO₂/CaO варьировали в зависимости от режима работы — на чистый ферритно-кремнистый до чистого ферритно-кальциевого шлака. Отмечено, что увеличение SiO₂/CaO приводит у росту извлечения никеля в шлак. Ведение процесса на чистый ферритно-кремнистый шлак вызывает его вспенивание. Результаты лабораторных исследований подтверждены проведенными плавками на опытной печи Ванюкова. Полученная черновая медь в «сыром» виде содержит, % (мас.): 3,6–4,2 Ni; 0,6–1,2 S; 0,006–0,06 Fe и требует дополнительного «финишного» конвертирования для более глубокого удаления примесей.

Авторы выражают благодарность Л. Б. Цымбулову за консультации и творческую помощь.

1. Mechev V. V. Converting of nickel-bearing copper mattes. Moscow : Metallurgiya, 1973. 184 p.
2. Southwick L. M. William Peirce and E. A. Cappelen Smith and their amazing copper converting machine. JOM. 2008. Vol. 60, Iss. 10. pp. 24–34.
3. Converter performance demonstrated by foreign copper and nickel smelters. Moscow : TsNIIEI TsM, 1981. 40 p.
4. Grechko A. V., Mechev V. V., Makarova A. N. New developments in matte converting technology and equipment. Moscow : TsNIIEI TsM, 1987. 43 p.
5. Ivši-Bajeta D., Kamberovi Ž., Rogan J., irkovi M. et al. Analysis of copper losses throughout weak acid effluent flows generated during off-gas treatment in the new copper smelter RTB BOR. Metallurgical and Materials Engineering. 2013. Vol. 19, Iss. 3. pp. 217–231.
6. Wang Jin-liang, Chen Ya-zhou, Zhang Wen-hai, Zhang Chuan-fu. Furnace structure analysis for copper flash continuous smelting based on numerical simulation. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013. Vol. 23, Iss. 12. pp. 3799–3807.
7. Newman C. J., Collins D. N., Weddick A. J. Recent operation and environmental control in the Kennecott Smelter. Copper 99-Cobre 99 Proceedings of the Fourth International Conference. 1999. Vol. 5. pp. 29–45.
8. Wilkomirsky I., Parra R., Parada F., Balladares E. Continuous converting of copper matte to blister copper in a high-intensity molten-layer reactor. JOM. 2014. Vol. 66, Iss. 9. pp. 1687–1693.
9. Wood J., Hoang J., Hughes S. Energy efficiency of the Outotec Ausmelt process for primary copper smelting. JOM. 2014. Vol. 69, Iss. 6. pp. 1013–1020.
10. Bakker M. L., Nikolic S., Alvear G. R. F. ISACONVER — continuous converting of nickel/PGM matte with calcium ferrite slag. JOM. 2011. Vol. 63, Iss. 5. pp. 60–65.
11. Kojo I., Lahtinen M., Miettinen E. Flash converting – sustainable technology now and in the future. International Peirce-Smith Converting Centennial: held during TMS 2009 annual meeting & exhibition. San Francisco, California, USA, February 15–19, 2009. pp. 383–395.
12. Queneau P. E., Marcuson S. W. Oxygen pyrometallurgy at Сopper Сliff – half century of progress. JOM. 1996. Vol. 48, No. 1. pp. 14–21.
13. Roumeliotis I. J. Desulfurization on INCO semi-blister copper: Master of Engineering thesis, Department of Mining and Metallurgical Engineering, McGill University, Montreal, Canada. 1999. 104 p.
14. Abramov N. P., Ermakov G. P., Miroevskiy G. P., Onishchin B. P. et al. Nickel plants of the People’s Republic of China. Moscow : “Ore and Metals” Publishing House, 1998. 80 p.
15. Onishchin B. P., Cheng Chuanchua, Lingsao Gu, Tsemekhman L. Sh. et al. Adoption of autogenous copper smelting process at the Tingchuang Integrated Copper-Nickel Works. Tsvetnye Metally. 1998. No. 1. pp. 26–29.
16. Onichshin B., Tsemekhman L. et al. Implementation of copper concentrate autogenous smelting at Tin-Chuan copper-nickel combine. Tsvetnye Metally. 1998. No. 1. pp. 26–29.
17. Golov A. N. Understanding and developing an environmentally friendly autogenous technique for processing low-iron high-grade copper concentrates and producing copper with desired composition: PhD dissertation. Monchegorsk, 2001. 200 p.
18. Tsymbulov L. B., Knyazev M. V., Tsemekman L. Sh., Golov A. N. Pilot testing of a process treatment of Ni-containing copper concentrate after high-grade matte separation resulting in blister copper production in two-zone Vaniukov furnace. Proceedings of the Sixth International Copper-Cobre Conference, The Carlos Diaz Symposium on Pyrometallurgy. Toronto, Ontario, Canada, August 25–30, 2007. Vol. III (Book 1). pp. 397–409.
19. Nornickel to enhance its copper facility. Nornickel. Available at: https://www.nornickel.ru/news-and-media/press-releases-and-news/nornikelusovershenstvuet-mednoe-proizvodstvo/ (Accessed: 18.08.2020).
20. Morachevskiy A. G., Tsemekman L. Sh., Tsymbulov L. B. The copper-nickel-sulphur system. Phase diagram and thermodynamic properties. Saint Petersburg : Izdatelstvo Politekhnicheskogo universiteta, 2007. 96 p.
21. Vanyukov A. V., Zaytsev V. Ya. Non-ferrous metallurgy slags and mattes. Moscow : Metallurgiya, 1969. 408 p.
22. Vanyukov A. V., Zaytsev V. Ya. Theory of pyrometallurgical processes. Moscow : Metallurgiya, 1993. 384 p.
23. Golov A. N. Understanding and developing an environmentally friendly autogenous technique for processing low-iron high-grade copper concentrates and producing copper with desired composition: PhD dissertation. Monchegorsk, 2001. 200 p.
24. Abramov N. P. Basic research and optimization of autogenous processes designed for processing of sulphide concentrates and semiproducts containing copper and nickel: Doctorate dissertation. Moscow, 2000. 374 p.
25. British Columbia copper smelting and refining technologies seminar. November 5–6, 1980. Vancouver. 253 p.
26. Davenport W. G., King M., Schlesinger M., Biswas A. K. Extractive metallurgy of copper. Fourth edition. Hardbound, 2000. 433 p.
27. Pigarev S. P. The structure and properties of slags resultant from continuous converting of nickel-bearing copper mattes and concentrates: PhD dissertation. Saint Petersburg, 2013. 209 p.
28. Fedorov A. N., Lukavyi S. L. Understanding the physico-chemical properties of the copper oxide-wustite-silica-calcium oxide system (Part II). High-potential innovations in science, education, industrial production and transport. 2012. Vol. 8. UkrNI-IMF Conference Proceedings. Odessa, 2012. pp. 38–42.