cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2020-1-4-12cvmet-1062Research ArticleОбогащение руд цветных металловMineral Processing of Non-Ferrous MetalsВлияние времени охлаждения слитков медно-никелевого файнштейна на показатели селективности его флотационного разделенияEffect of copper-nickel matte ingot cooling time on its floatation separation selectivity indicatorsИндейкинИ. А.IndeykinI. A.

Главный специалист Центра инженерного сопровождения производства 

663319, Красноярский кр., г. Норильск, Ленинский пр-т, 8.

Chief specialist of the Center for engineering support of production �. металлург

663319, Russia, Krasnoyarsk region, Norilsk, Leninskii pr., 8

IndeykinIA@nornik.ruСтарыхР. В.StarykhR. V.

Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник 

195220, г. Санкт-Петербург, Гражданский пр-т, 11

Cand. Sci. (Tech.), leading scientific researcher 

195220, Russia, St. Petersburg, Grazhdanskii pr., 11

StarykhRV@nornik.ruСалимжановаЕ. В.SalimzhanovaE. V.

Кандидат химических наук, заместитель директора Центра инженерного сопровождения производства 

г. Норильск

Cand. Sci. (Chem.), deputy director of the Center for engineering support of production

Norilsk

SalimzhanovaEV@nornik.ruФомичевВ. Б.FomichevV. B.

Кандидат технических наук, доцент кафедры металлургии цветных металлов

663310, Красноярский кр., г. Норильск, ул. 50 лет Октября, 7

Cand. Sci. (Tech.), associate prof., Department of non-ferrous metals metallurgy

663310, Russia, Krasnoyarsk region, Norilsk, 50 Let Oktyabrya str., 7

nii@noruz.ruКрупновЛ. В.KrupnovL. V.

Кандидат технических наук, заместитель начальника Научно-технического управления, главный металлург 

г. Норильск

Cand. Sci. (Tech.), deputy head of the Scientific and Technical Management, chief metallurgist

Norilsk

KrupnovLV@nornik.ruЗаполярный филиал ПАО «ГМК «Норильский никель»РоссияPJSC «MMC «Norilsk Nickel»Russian FederationООО «Институт Гипроникель»РоссияGipronickel Institute LLCRussian FederationНорильский государственный индустриальный институтРоссияNorilsk State Industrial InstituteRussian FederationЗаполярный филиал ПАО «ГМК «Норильский никель»РоссияPJSC«MMC «Norilsk Nickel»Russian Federation20201802202001412Copyright © Индейкин И.А., Старых Р.В., Салимжанова Е.В., Фомичев В.Б., Крупнов Л.В., 20202020Индейкин И.А., Старых Р.В., Салимжанова Е.В., Фомичев В.Б., Крупнов Л.В.Indeykin I.A., Starykh R.V., Salimzhanova E.V., Fomichev V.B., Krupnov L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1062

При флотационном разделении файнштейнов на никелевый и медный концентраты критерием оценки эффективности процесса является индекс селективного разделения, основанный на сумме извлечений металлов в целевые концентраты, что, в свою очередь, определяет суммарное количество загрязняющих (вторых) металлов в них. Известно, что помимо различных факторов, влияющих на технологический процесс разделения файнштейна в промышленном масштабе (соблюдение плотностных и реагентных режимов, параметров измельчения и т.д.), значимое влияние оказывает дли тельность предшествующей операции охлаждения слитков. Для оценки влияния условий кристаллизации файнштейна были проведены лабораторные исследования процесса разделения при соблюдении постоянства режимных параметров измельчения и флотации. В промышленных условиях были получены слитки файнштейна, характеризующиеся различным временем охлаждения. Образцы файншейна в лабораторных условиях измельчали и флотировали в замкнутом цикле согласно действующей схеме флотации. Проведенные исследования позволили исключить многофакторность системы и рассматривать процесс разделения файнштейна только в зависимости от времени охлаждения расплава файнштейна, поскольку все остальные факторы в ходе лабораторных испытаний выдерживались неизменными. Проведены измерения температурного поля в теле слитка файнштейна при его охлаждении в условиях действующего производства – это отражается на химическом и фазовом составах различных участков слитка. Температура слитка, вследствие его массивности, достаточно сильно изменяется по объему материала. Малое изменение температуры поверхностей слитка может сопровождаться значительными изменениями температуры в его теле. Результаты измерения показали, что градиент температур от центра к периферии слитка превышает 400 °С. В связи с этим сокращение времени охлаждения файнштейна может приводить к значительным нарушениям режима охлаждения центральных зон слитка. Оптико-минералогический анализ образцов показал, что по мере увеличения времени остывания слитков закономерно повышается его раскристаллизация – образуются крупнозернистые структуры сульфидов меди и никеля с четкими границами раздела фаз. По результатам химического анализа определено, что максимальный индекс разделения меди и никеля файнштейна с получением медного и никелевого сульфидных концентратов, соответственно, достигается при охлаждении слитков файнштейна плавильного цеха Надеждинского металлургического завода в течение 72 ч.

A criterion used to evaluate the efficiency of converter matte foam separation into nickel and copper concentrates is a selectivity index based on the total recoveries of metals into target concentrates that in turn defines their cumulative impurities (secondary metals) content. In addition to various factors (meeting density and reagent flow charts, comminution parameters, etc.), the time of preceding cooling of ingots is also known to have a substantial effect on the process of converter matte separation at commercial scale. Laboratory studies on selective separation were made to evaluate the influence of converter matte crystallization conditions at constant comminution and floatation parameters. Commercial converter matte ingots produced at different cooling rates were ground and floated in the closed circuit under laboratory conditions according to the existing floatation flowsheet. The lab studies allowed to exclude the multifactor nature of the system and to examine the commercial converter separation process only from the viewpoint of converter matte melt cooling rate since the other factors were kept constant during the laboratory tests. The temperature field in the body of the converter matte ingot was measured during its cooling in the conditions of the current production – this is reflected in the chemical and phase composition of various ingot sections. The temperature of the ingot, due to its massiveness, varies considerably throughout the material volume. A small change in the ingot surface temperature can be accompanied by significant changes in the temperature in its body. The measurement results showed that the temperature gradient from the center to the periphery of the ingot exceeds400 °C. In this regard, reducing the time of converter matte cooling can lead to significant violations of the cooling mode in the central zones of the ingot. In accordance with the optical mineralogical analysis of samples, the longer was the ingot cooling time, the higher was its decrystallization implying the formation of coarse-particle structures of copper and nickel sulfides with sharp interface boundaries. The chemical analysis revealed that the highest possible selectivity index of converter matte copper and nickel separation with resulting copper and nickel sulfide concentrates, respectively, is reached after 72 h of cooling for converter matte ingots from the smelting shop of the Nadezhdinsky Metallurgical Plant.

флотационное разделение файнштейнамедно-никелевый файнштейнникелевый концентратмедный концентратиндекс селективного разделениякристаллизацияпродолжительность охлажденияградиент температурфазовый составconverter matte floatation separationcopper-nickel mattenickel concentratecopper concentrateselectivity indexcrystallizationcooling timetemperature gradientphase compositionReferencesKullerud G., Moh G. High-temperature phase relations in the Сu—Ni—S system. Carnegie Inst. Wash. Year Book. 1967. Vol. 66. Р. 409—413.Kullerud G., Moh G. High-temperature phase relations in the Сu—Ni—S system. Carnegie Inst. Wash. Year Book. 1967. Vol. 66. Р. 409—413.Bethke P.M., Barton P.B. Distribution of some minor elements between coexisting sulfide minerals. Econ. Geol. 1971. Vol. 66. P. 140—163.Bethke P.M., Barton P.B. Distribution of some minor elements between coexisting sulfide minerals. Econ. Geol. 1971. Vol. 66. P. 140—163.Barton P.B. Solid solutions in the system Cu—Fe—S. Part 1. The Cu—S and CuFe—S joins. Econ. Geol. 1973. Vol. 68. No. 4. P. 455—465.Barton P.B. Solid solutions in the system Cu—Fe—S. Part 1. The Cu—S and CuFe—S joins. Econ. Geol. 1973. Vol. 68. No. 4. P. 455—465.Schlitt W.J., Craig R.H., Richards K.J. The miscibility gap and distribution of nickel in the molten system Cu—Ni—S. Met. Trans. B. 1973. Vol. 4B. P. 1994— 1996.Schlitt W.J., Craig R.H., Richards K.J. The miscibility gap and distribution of nickel in the molten system Cu—Ni—S. Met. Trans. B. 1973. Vol. 4B. P. 1994— 1996.Lee S.L., Larrian М.J., Kellogg H.H. Thermodynamic properties of molten sulfides. III. The system Cu—Ni—S. Met. Trans. B. 1980. Vol. 11В. P. 251—255.Lee S.L., Larrian М.J., Kellogg H.H. Thermodynamic properties of molten sulfides. III. The system Cu—Ni—S. Met. Trans. B. 1980. Vol. 11В. P. 251—255.Chuang Y.Y., Chang Y.A. Extension of the associated solution model to ternary metal-sulfur melts: Cu—Ni—S. Met. Trans. B. 1980. Vol. 11В. P. 251—255.Chuang Y.Y., Chang Y.A. Extension of the associated solution model to ternary metal-sulfur melts: Cu—Ni—S. Met. Trans. B. 1980. Vol. 11В. P. 251—255.Рябко А.Г., Гродинский Г.И., Серебряков В.Ф. Исследование системы Cu-Cu2S—NiS—Ni. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 1980. No. 4. С. 23—26.Ryabko A.G., Grodinskii G.I., Serebryakov V.F. A study of the system Cu—Cu2S—NiS—Ni. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya. 1980. No. 4. P. 23—26 (In Russ.).Potter R.W. The low temperature phase relations in the system Cu~S derived from an electrochemical investigation. Geol. Soc. Am. Abstr. Prog. 1974. No. 6. P. 915—916.Potter R.W. The low temperature phase relations in the system Cu~S derived from an electrochemical investigation. Geol. Soc. Am. Abstr. Prog. 1974. No. 6. P. 915—916.Sineva S.I., Starykh R.V., Zakhryapin S.B. Study of the liquidus and solidus surfaces in the quaternary Fe—Ni— Cu—S system. III. Constructing a meltability diagram and determination of miscibility gap boundaries for the ternary Cu—Ni—S sulfide system. Russ. Metallurgy. 2010. No. 5. P. 448—455.Sineva S.I., Starykh R.V., Zakhryapin S.B. Study of the liquidus and solidus surfaces in the quaternary Fe—Ni— Cu—S system. III. Constructing a meltability diagram and determination of miscibility gap boundaries for the ternary Cu—Ni—S sulfide system. Russ. Metallurgy. 2010. No. 5. P. 448—455.Травничек М.Н., Масляницкий И.Н. Изменение структуры медно-никелевых файнштейнов в зависимости от режима охлаждения. Цвет. металлы. 1970. No. 10. С. 31—34.Travnichek M.N., Maslyanitskii I.N. Changes in the structure of copper-nickel Feinstein depending on the cooling mode. Tsvetnye metally. 1970. No. 10. P. 31—34 (In Russ.).Власов О.А. Подготовка медно-никелевого файнштейна к разделению на концентраты. Фазовый состав промышленного медно-никелевого файнштейна. В кн.: Процессы сульфидирования в металлургии. Saarbrucken: LAP Lambert Acad. Publ., 2012. С. 136—138.Vlasov O.A. Preparation of copper-nickel Feinstein for separation into concentrates. The phase composition of the industrial copper-nickel Feinstein. In: Sulfidation processes in metallurgy. Saarbrucken: LAP Lambert Acad. Publ., 2012. Р. 136—138 (In Russ.).Рябко А.Г., Гродинский Г.И., Серебряков В.Ф. Оптимизация процесса охлаждения медно-никелевых файнштейнов. В сб. науч. тр.: Новые направления в пирометаллургии никеля. Ленинград: Гипроникель, 1980. С. 22—25.Ryabko A.G., Grodinskii G.I., Serebryakov V.F. Optimization of the cooling process, the copper-nickel Feinstein. In: New directions in Nickel pyrometallurgy. Leningrad: Gipronikel’, 1980. P. 22—25 (In Russ.).Ерцева Л.Н., Серегин П.С., Фокеева И.Г., Короткова О.В. Изучение распределения микропримесей в файн штейнах комбината «Печенганикель». Цвет. металлы. 2002. No. 10. С. 22—25.Ertseva L.N., Seregin P.S., Fokeeva I.G., Korotkova O.V. The study of the distribution of micro-impurities in the Feinstein plant «Pechenganickel». Tsvetnye metally. 2002. No. 10. Р. 22—25 (In Russ.).Фокеева И.Г., Цымбулов Л.Б., Ерцева Л.Н. Исследование закономерностей кристаллизации файнштейнов с повышенным содержанием меди. Цвет. металлы. 2005. No. 7. С. 42—46.Fokeeva I.G., Tsymbulov L.B., Ertseva L.N. Investigation of regularities of crystallization of Feinstein with high copper content. Tsvetnye metally. 2005. No. 7. P. 42—46 (In Russ.).Selivanov E.N., Gulyaeva R.I., Udoeva L.Yu., Verchinin A.D. The effect of the microstructure on oxidation of sulfidemetal alloys of cooper and nickel. Defect Diffus. Forum. 2011. Vol. 312. Р. 306—311.Selivanov E.N., Gulyaeva R.I., Udoeva L.Yu., Verchinin A.D. The effect of the microstructure on oxidation of sulfidemetal alloys of cooper and nickel. Defect Diffus. Forum. 2011. Vol. 312. Р. 306—311.Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Флотационное разделение медно-никелевых файнштейнов. В сб.: Оборудование промышленных предприятий: Справ. изд. в 6 т. Т. 1. Развитие цветной металлургии. Тяжелые цветные металлы. М.: Теплотехник, 2008. С. 143—146.Lisienko V.G., Shchelokov Ya.M., Ladygichev M.G. Flotation separation of copper-nickel Feinstein. In: Equipment of industrial enterprises. Vol. 1. Development of nonferrous metallurgy. Heavy non-ferrous metals. Moscow: Teplotekhnik, 2008. P. 143—146 (In Russ.).Иванов В.А., Цымбулов Л.В., Мироевский Г.П. Совершенствование методик опробования файнштейна АО «Норильская горная компания» в расплавленном и твердом состоянии. М.: ВИНИТИ, 2000. No. 5. С. 64—25.Ivanov V.A., Tsymbulov L.V., Miroevskii G.P. Improvement of Feinstein testing technique of JSC «Norilsk Mining Company» in molten and solid state. Moscow: VINITI, 2000. No. 5. Р. 64—25 (In Russ.).Юсупов Т.С., Кириллова Е.А., Шумская Л.Г. Структурно-химические особенности минеральных сростков в связи с процессом их дезинтеграторного раскрытия. В сб.: Ресурсосбережение и охрана окружающей среды при обогащении и переработке минерального сырья. Новосибирск: Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН, 2016. С. 38—40.Yusupov T.S., Kirillova E.A., Shumskaya L.G. Structural and chemical features of mineral accretions in connection with the process of their disintegrator disclosure. In: Resource-saving and environmental protection for the enrichment and processing of mineral raw materials. Novosibirsk: Institut geologii i mineralogii SO RAN, 2016. Р. 38—40 (In Russ.).Бочаров В.А., Игнаткина В.А., Юшина Т.И. Флотационное обогащение полезных ископаемых. М.: Горн. книга, 2017.Bocharov V.A., Ignatkina V.A., Yushina T.I. Flotation enrichment of minerals. Moscow: Gornaya kniga, 2017 (In Russ.).Mark E. Schlesinger, Matthew J. King, Kathryn C. Sole, William G.I. Davenport. Extractive metallurgy of copper. Amsterdam: Elsevier, 2011. P. 441—445.Mark E. Schlesinger, Matthew J. King, Kathryn C. Sole, William G.I. Davenport. Extractive metallurgy of copper. Amsterdam: Elsevier, 2011. P. 441—445.Власов О.А. Производственные испытания файнштейна, обработанного серой с целью повышения его качества. В сб.: Процессы сульфидирования в металлургии. Saarbrucken: LAP Lambert Acad. Publ., 2012. С. 170—183.Vlasov O.A. Production tests of Feinstein treated with sulfur to improve its quality. In: Sulfidation processes in metallurgy. Saarbrucken: LAP Lambert Acad. Publ., 2012. Р. 170—183 (In Russ.).Карамзин В.В., Младецкий И.К., Пилов П.И. Показатель обогатимости руд. Расчеты технологических показателей обогащения полезных ископаемых: Учеб. пос. 2-е изд. М.: Горн. книга, 2018. С. 53—57, 119—124.Karamzin V.V., Mladetskii I.K., Pilov P.I. Indicator of ore beneficiation. Calculations of technological indicators of mineral enrichment. Moscow: Gornaya kniga, 2018. P. 53—57, 119—124 (In Russ.).Peng Y., Grano S., Fornasiero D., Ralston J. Control of grinding conditions in the flotation of chalcopyrite and its separation from pyrite. Int. J. Miner. Process. 2003. Vol. 69. No. 1/4. P. 87—100.Peng Y., Grano S., Fornasiero D., Ralston J. Control of grinding conditions in the flotation of chalcopyrite and its separation from pyrite. Int. J. Miner. Process. 2003. Vol. 69. No. 1/4. P. 87—100.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.