Пирометаллургическая переработка дезактивированных никелевых катализаторов на Al2O3-носителе

Рассмотрено использование дезактивированных никельсодержащих катализаторов на основе Al2O3 в качестве значимого сырьевого ресурса одного из важнейших металлов – никеля. Отмечены особенности такого источника вторичного никеля, определяющие приемлемые способы переработки подобного сырья. Проведено исследование влияния флюсующих добавок на свойства расплава, содержащего предварительно подготовленные катализаторы, при условии ограничений на их перечень (известь, плавиковый шпат) с целью реализации пирометаллургического способа извлечения металла, отличающегося относительно небольшим количеством самих добавок. При использовании индукционного нагрева в сочетании с графитовым тиглем добавление близкого по массе общего количества плавикового шпата и мрамора обеспечивало получение расплава при температуре, незначительно превышающей температуру плавления никеля. При этом уровень потерь металла составлял около 2 %, что указывает на применимость данного способа в лабораторных условиях для выполнения корректного входного анализа. Предложено использовать пирометаллургический метод в промышленном масштабе с применением нагрева закрытой дугой. Для подтверждения этого вывода были проведены эксперименты с представительным (более 100 кг) количеством катализатора с помощью специально изготовленной дуговой печи. В качестве восстановителя была выбрана графитовая крошка. Необходимость электрического согласования нагрузки с источником питания привела к некоторой корректировке отношения флюсующих добавок в сторону уменьшения содержания оксида кальция. В результате серии опытов был получен никель с примесью до 5 % железа, аналогичный по составу металлу, образующемуся в графитовом тигле. Наличие железа вызвано принципиальной особенностью пирометаллургической технологии восстанавливать нестойкие соединения. Поэтому было предложено использовать такой металл для производства ферроникеля. Применение дефицитного плавикового шпата оправдывается тем, что полученный шлак может быть востребован в производстве флюсов для процесса электрошлакового переплава.

1. Голосман Е.З., Ефремов В.Н. Промышленные катализаторы гидрирования оксидов углерода. Катализ в промышленности. 2012. No. 5. С. 36—55. Golosman E.Z., Efremov V.N. Industrial catalysts for the carbon oxides hydrogenation. Kataliz v promyshlennosti. 2012. No. 5. P. 36—55 (In Russ.).

2. Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. Развитие никелевой промышленности в СССР. Подготовка руд и концентратов к металлургическому переделу. Т. 1. Обогащение окисленных никелевых руд. М.: Наука и технологии, 2000. Reznick I.D. Ermakov G.P., Shneerson Y.M. Nickel. Development of the nickel industry in the USSR. Preparation of ores and concentrates for metallurgical processing. Vol. 1. Enrichment of oxidized nickel ores. Mosсow: Nauka i tekhnologii. 2000 (In Russ.).

3. Бурлов В.В., Алцыбеева А.И., Парпуц И.В. Защита от коррозии оборудования НПЗ. СПб.: Химиздат, 2005. Burlov V.V., Alcybeeva A.I., Parpuc I.V. Corrosion protection of equipment NPZ. Sankt-Peterburg: Khimizdat, 2005 (In Russ.).

4. Мечев В.В., Быстров В.П., Тарасов А.В., Гречко А.В., Мазурчук Э.Н. Автогенные процессы в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1991. Mechev V.V., Bystrov V.P., Tarasov A.V., Grechko A.V., Mazurchuk E.N. Autogenic processes in non-ferrous metallurgy. Moscow: Metallurgiya, 1991 (In Russ.).

5. Цымбулов Л.Б., Князев М.В., Цемехман Л.Ш., Кудабаев Е.А., Головлев. Ю.И. Анализ различных вариантов технологической схемы переработки окисленных никелевых руд на ферроникель с применением двухзонной печи Ванюкова. Цветные металлы. 2010. No. 10. С. 15—21. Tsymbulov L.B., Knyazev M.V., Tsemekhman L.Sh., Kudabaev E.A., Golovlev Yu.I. The analysis of various variants of the technological scheme of processing of oxidized nickel ores on ferronickel with application of dual chamber vanukov furnace. Tsvetnye metally. 2010. No. 10. P. 15—21 (In Russ.).

6. Matinde E., Simate G.S., Ndlovu S. Mining and metallurgical wastes: a review of recycling and re-use practices. J. S. Afr. Inst. Min. Metall. 2018. Vol. 118. No. 8. P. 825— 844.

7. Чукин Г.Д. Строение оксида алюминия и катализаторов гидрообессеривания. Механизмы реакций. М.: Типография Паладин, 2010. Chukin G.D. The structure of aluminum oxide and hydro desulfurization catalysts. Mechanisms of reactions. Moscow: Tipografiya Paladin, 2010 (In Russ.).

8. Fittok J. QNI limited cobalt refinery — process development, installation and operation. In: Proc. 36-th Сonference of metallurgists of CIM (Nickel-Cobalt 97). Vol. 1. Hydrometallurgy and refining of nickel and cobalt. Québec City, Canada, 1997. P 329—338.

9. Букин В.И., Игумнов М.С., Сафонов В.В., Сафонов Вл.В. Переработка производственных отходов и вторичных сырьевых ресурсов, содержащих редкие, благородные и цветные металлы. М.: Издательский дом «Деловая столица», 2002. Bukin V.I., Igumnov M.S., Safonov V.V., Safonov Vl.V. Processing of industrial waste and secondary raw materials containing rare, precious and non-ferrous metals. Moscow: Izdatel’skii dom «Delovaya stolitsa», 2002 (In Russ.).

10. Hidayat T., Rhamdhani M.A., Jak E., Hayes P.C. Mechanisms and kinetics of nickel oxide reduction in hydrogen and implications for industrial practice. Met. Soc. Pyrometallurgy of Nickel and Cobalt. 2009. P. 591—600.

11. Вольский А.Н., Сергиевская Е.М. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия, 1978. Volsky A.N., Sergievskaya E.M. Theory of metallurgical processes. Moscow: Metallurgiya, 1978 (In Russ.).

12. Goodall G. Nickel recovery from reject laterite. Montreal. Canada: Department of Metals and Materials Engineering McGill University, 2007.

13. Калмыков А.В., Карасев В.П. Способ разделения многокомпонентного материала, содержащего металлические компоненты: Пат. 2201978 (РФ). 2003. Kalmykov A.V., Karasev V.P. Method of separation of multicomponent material containing metal components. Pat. 2201978 (RF). 2003 (In Russ.).

14. Plascencia G., Utigard T., Vahed A. Effect of morphology on the reducibility of commercial nickel oxides. Met. Soc. Pyrometallurgy of Nickel and Cobalt. 2009. P. 533— 542.

15. Pakhomov R.A., Starykh R.V. Preliminary reduction of oxidized nickel ores. Russ. Metall. (Metally). 2014. No. 11. P. 853—860.

16. Pakhomov R.A., Starykh R.V. Melting of oxidized nickel ores in a barbotage unit: I. Thermodynamic analysis of melting. Russ. Metall. (Metally). 2015. No. 9. P. 675—684.

17. Zevgolis E.N., Zografidis C. Phase transformations of nickeliferous laterites during preheating and reduction with carbon monoxide. J. Therm. Anal. Calorimetry. 2009. P. 133—139.

18. Mills C., Keene B.J. Physicochemical properties of molten CaF2 — based slags. Inter. Met. Rev. 1981. Vol. 26. No. 1. P. 21—69.

19. King M.G. Nickel laterite technology — finally a new dawn? JOM. 2005. Vol. 57. P. 35—39.

20. Lis T., Nowacki K., Elichowska M., Kania H. Innovation in metallurgical waste management. Metalurgiya. 2015. Vol. 54. No. 1. P. 283—285.

21. Проворова И.Б., Комаров О.С., Барановский К.Э., Волосатиков В.И. Технологии легирования чугунов через шлаковую фазу с использованием отработанных никель- и медьсодержащих катализаторов. Литье и металлургия. 2015. No. 2. С. 58—63. Provorova I.B., Komarov O.S., Baranovski K.E., Volosatikov V.I. Technologies of doping of cast iron through the slag phase with using of the spent nickel- and coppercontaining catalysts. Litiyo i metallurgiya. 2015. No. 2. P. 58—63 (In Russ.).

22. ГОСТ 30756-2001. Флюсы для электрошлаковых технологий: Общие технические условия. М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. GOST 30756-2001. Fluxes for electroslag technologies: General technical conditions. Moscow: Izdatelstvo Standartov, 2001 (In Russ.).