Никель кенін Ұсату

                                             ЖОСПАР

 

 

1. Никель туралы жалпы түсінік
0.      1.1 Химиялық, физикалық қасиеттері
0.      1.2 Алынуы, байыту әдістері
2. Никель кенін ұсақтау

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           Никель(Nіccolum), Nі – элементтердің периодтық жүйесінің VІІІ тобындағы хим. элемент, атомдық нейтроны 28, атомдық массасы 58,70. Күмістей ақ, иілгіш, созылғыш металл. Тығыздығы 8,90 г/см3, балқу t 1400ӘC, қайнау t 2900ӘC, кристалдық торы куб тәрізді, қырлары орталықтандырылған. Табиғатта 5 тұрақты изотопы бар. Никель атауы 17 ғасырда кеншілерді мыс кентастарына ұқсастығымен шатастырған купферникель (NіAs) минералымен байланысты. Алғаш 1751 ж. швед химигі А.Кронстедт (1722 – 1765), ал таза металл күйінде 1804 ж. неміс химигі И.Рихтер (1824 – 1898) алған. Негізгі минералдары пентландит, никелин, тағы басқа Тотығу дәрежелері +2, сирек жағдайларда +3, +4. 500ӘС- тан жоғары темп-рада тотығып, ұсақ дисперсті күйінде ауада өздігінен тұтанады (маңызды оксиді NіO-бунзенит минералы), қатты қыздырғанда галогендермен (NіHl2), күкіртпен (Nі3S2), фосформен (Nі3P2), тағы басқа әрекеттеседі. Никель азотпен (1455ӘС-қа дейін), сілтімен мүлде әрекеттеспейді.

  Сұйытылған тұз және күкірт қышқылдарында баяу еріп, сутек бөледі және ІІ валентті тұздарын түзеді. Олар суда жақсы ериді, гидролизі қышқылдық орта көрсетеді. Азот қышқылымен жылдам әрекеттесіп, концентрліде баяулайды. Өте ұсақталған Никельге CO-мен әсер етсе, карбонил Nі(CO4) түзіледі. Никельді электрпештерде NіO тотықсыздандыру, Nі(CO4)-ті термиялық жолмен ыдырату, NіCl2 немесе NіSO4 ерітінділерін электролиздеу және қысым қатысында аммиакты ерітінділерін H2-мен тотықсыздандыру арқылы алады. Көп мөлшері Fe, Cu, Cr, т.б. металдармен магниттілігі, коррозия мен ыстыққа төзімділігі жөнінен ерекшеленетін құймалар алуға (мыс., хромникель құймасы атом реакторында қолданылады), арнайы химиялық қондырғылар жасауда, көптеген химиялық процестерде катализатор, қорғағыш материал ретінде қолданылады.

 

                                Никель өнеркәсібі

Тотыққан никель кендерін өңдеуді шахталы пештерде (Орал кәсіпорыны) және электро пештерінде (Побужский зауыты) алдына ала байытусыз өндіреді. Кендерді шахталы пештерде штейнде балқыту никель мен кобальттың қалдықты қождармен (сәйкесінше    16 және 55 %) ұлкен жоғалымдарды тудырады, ал штейнді конвертерлеген кезде ауау бассейнін ластайтын атмосфераға тасталған әлсізконцентрленген күкірт газдарының едәуір мөлшері түзіледі. Осыған байланысты никельді алу шамамен 75 % , кобальт – 30 % құрайды. Күкірт пен темір толығымен жоғалады.

Тотыққан никель кендерін ферроникельге балқыту  прогрессивті үрдіс болып табылады, себебі никель алу 10 – 15 % - ға жоғарылайды  және темірдің едәуір мөлшері жаратылады. Кокстың шығындалуынсыз табиғи газда  іске астын тиелген факелді пештерде тотыққан кендерді ферроникельге балқытудың бірқатар артықшылықтары бар. Осы үрдіске Уфалейский никель зауыты берілген. Тотыққан никель кендерін сегрегациялау арқылы күйдіру әдісімен байыту үрдісін іске асыру назар аударарлық. Осы бағыттағы зерттеулер шет елдерде сияқты СНГ де жүріп жатыр.

Сульфидті мысты  – никельді кендерді кешенді пайдаланудың негізгі мәселесі болып никельді, мысты, кобальтты, бағалы металдарды алудың жоғарылауы және күкіртті жарату табылады.

Осы мәселе бірнеше бағыттарда шешілуде. Норильск ауданындағы Талнахск және Октябрь кен орындарындағы кендердегі темір мен күкірттің көп мөлшері болғандықтан флотация кезінде жоғары пайызды күкірт пен темір бар кедей никельді концентраттарын алады, күйдіру мен балқыту үрдістерінде күкірт пен темірді жою үшін көп құралдар мен флюстерді шығындауға тура келеді.

Мехонобр құрамы төмендегідей болып келетін бай никельді концентраттары алынатын мысты – никельді кендерді байыту технологиясын жасады, %: 9,8 Ni; 5,5 Cu; 48 Fe; 33 S және Fe: Ni=4,85; S: Ni=3,35 қатынасымен және тазаланған пирротин концентрациясының құрамы, %: 2,53 Ni; 0,5 Cu; 52 Fe; 33,8 S; Fe: Ni=20,6 және S: Ni=13,6 қатынасымен. Пирротин концентратының құрамынана көрініп тұрғандай оңтайлы технологиялық сұлбалар бойынша көрсетілген материалдарды бөлек өңдеуді ұйымдастыруға мүмкіндік беретін темір мен күкірттің негізгі мөлшері осы байыту өнімінде шоғырланады.

Бай никельді концентраттарды  өңдеуді автогенді үрдістермен  іске асырылады (өлшенген, оттекті –  факельді балқыту және басқа да тәсілдермен). Сонымен қатар металдарды алудың көрсеткіштерін жақсарту мен бірге қарапайым түрінде алатын күкіртті пайдалану дәрежесі едәуір артады.

Жоғарыда айтылғандай  пирротин концентрактын өңдеу үшін Надаждинский металлургиялық зауытында  автоклавты қайта өңдеуді салып  жатыр. Қайта өңдеудің міндеті – қарапайым күкіртті алу арқылы пирротин өнімін гидрометаллургиялық байыту.

Пирротин концентратын автоклавты өңдеудің технологияның жартылай өнеркәсіптік сыналуының нәтижесі никельді концентраттарды  олардан пирротиндердің бөлінбеуісіз өңдеудің гидрометаллургиялық технологиясын құруға, келешекте орындалуына үміт артуға мүмкіндік береді. Осы бағыттағы тәжірибелік жұмыстар жалғасуда.

Сульфид шикізатын өңдеу  кезінде күкіртті пайдалану ең маңызды  мәселе болып табылады. Қазіргі уақытта  осы көрсеткіштер бойынша никель өнеркәсібі салада соңғы орында тұр, бұл Норильск ауданынан күкірт қышқылын тасудың мүмкін еместігінен ғана емес, сонымен қатар Кольский түбегіндегі кәсіпорнындағы күкірт қышқылы өндірісінің қуаттылығының жеткіліксіздігі және Орал зауытындағы күкіртті жаратуға арналған қондырғылардың қатыспауымен түсіндіріледі.

Бұл мәселе Норильск комбинатында қарапайым күкіртке дейін күкіртті ангидридін тотықсыздандырудың метанды  тәсілін енгізу және Кольский түбегіндегі  кәсіпорындарындағы жаңа күкірт қышқылды қуаттарды енгізу мен Орал зауытындағы әлсізконцентраттарын күкіртті газдарды тазалау үшін құрылысты салу және оларды өңдеу жолымен шешіліп жатыр.

Осы жұмыс жасап жатқан никель өнеркәсібінде конвертер  қождарын электрпештерде кедейлету  масштабы кеңейтіледі және никель мен кобальтты алуды жоғарлатуға мүмкіндік беретін тік конвертердегі анод никелін алу үрдісі енгізіледі. Кенді байыту мен дайын өнімді шығаруға дейңнгі барлық өндіріс циклы бойынша бағалы металдардың жоғалымдарының қысқаруына платина тобының металдарын алудың артуы бойынша арнайы шаралар іске асырылып жатыр.

 Кен мен жынысты бөлек бөлуді қолданудың техника экономикалық артықшылықтары Қазақстанның кен орындарындағы жұмыс тәжірибесімен анықталды, әр түрлі тау кен геологиялық жағдайларда байқалды. Бұл тәсілді енгізу нәтижесінде тек қана қорғасын мырыш кен орындарында жылына 1,5 млн.теңге құрайтын экономикалық тиімділік алынды. Кен мен жынысты бөлек бөлу бірқатар никель-кобальтты, мыс және вольфрам-молибден өндірісінің кен орындарында енгізілді.

Кен денелерінің аз қуаттылығы бола тұрып, кен мен жыныс  контактілерінің  күрделі пішіні, жұмыс майданының аз болуы, бөлек бөлу қолданысы шектеулі болғанда жер қойнауынан кен орындарында  кенді алудың ең жақсы көрсеткіштерді кертпештеп қазып алуды береді. Бұл әдістің ерекше артықшылықтары қысылған ортада тау массасын бөлумен сәйкестірілгенде көрінеді. Қысымдағы бөлу жарылыс кезіндегі кен мен жыныстың араласуын азайтуға мүмкіндік береді, ал кертпештеп қазып алу тиеу кезінде кенді сұрыптау үшін жақсы жағдай жасады. Қысым кезінде бөлуді қолдану қазба жұмыстарын 10-12 % қымбаттатады, ұңғымалар желісін қоюлату, жарылғыш заттарының шығынының өсуі және тиеу кезіндегі сұрыптауда экскаваторды қолдану арқасында қымбаттау жүзеге асады. Бірақ бұл қымбаттау кеннің босаңсуы және шығындардың азаюынан үнемдеу арқасында орнын толтырады.

Бұл жерде алмалық тау  кен металлургиялық комбинатының кен  орындарында кеннің босаңсуымен  шығындардың төмендетуге қатысты  оң тәжірибелері қызықтырады. Кеннің үйіндігі, ал жыныстың фабрикаға түсуін алдын алу үшін жаңа жарылыстың тау кен массасын тиеуді жарылыс төлқұжатын құру және бұрғылау жарылыс ұңғымаларын сынау нәтижелерін алғаннан кейін ғана бастайды.

Контактілі аймақтарын жұмыс  істеу кезіндегі кеннің босаңсуы және шығындардың нормативтік өлшемдерін келесі иәсілмен анықтайды. Алдымен жоспарланған кезеңде істелінетін контурдағы көлденең жоспарлар бойынша сұрыптар бойынша алғашқы мәліметтерді анықтайды (кен денелерінің параметрлері, контактілердің ұзындығы мен саны, кендегі, жыныстағы контакт маңындағы аймақтардағы металлдың құрамы, бұл контурдағы баланстық қорлардың саны). Одан кейін ақаулық құрамын анықтайды және әрбір контакт үшін мүмкін босаңсуларды есептейді. Осы екі өлшеммен арнайы графика арқылы әр контакт үшін қазып алу шекарасын анықтайды. Босаңсыған массадағы жоғалатын кен санын жасалған формула арқылы анықтайды.

Жер асты тау кен жұмыстарында жер қойнауынан кен алудың көрсеткіштерін жоғарылататын ең тиімді бағыттардың  бірі өңделіп болған кеңістікке қатырушы қоспаларды қалау жүйесі ең тиімді деп мойындалған. Бұл технология ең үлкен дамуын бай кендерді қазу кезінде алды. Никель кобальтты өндірісінде қалау жүйесі көмегімен бүкіл кеннің 60 % жуығын алады. Қату қалауы бар жүйені қолдану басқа да артықшылықтарға ие, жекелеп алғанда табиғи және өндірістік объектілер астында қорғау кең діңгегінде консервацияланған қорлармен жұмыс істеуге мүмкіндік береді, сондай ақ аралас әдіспен (ашық және жер асты) кен орындарын игеруге мүмкіндік береді. Осылай бұл технологияны пайдалану арқылы Лениногор комбинатында Филипповка және Быструха өзендерімен шахталарын қорғау кең діңгегінде кен денелері өңделді.

 Кендегі металл құрамы  аз болатын кен орындарында  қату немесе басқа да қалаулармен  жүйелерді тиімді қолдануға мүмкіндік  бермейтін жағдайда кеннің босаңсуы мен шығынның төмендеуін қамтамасыз ететін басқа тәсілдер қолданыла алады.

Миргалямсай кенішінде БНИИ түсті металл жасап шығарылған жатпа  жұмыстарын құлататын бағаналы жүйе ендірілген. Бұл кен шығындарын 1,5 босаңсуды 1,4 есе азайтуға мүмкіндік  берді, сондай ақ қорғасынның үлкен шығындарына әкеліп соғатын бұрынғы камералы бағаналы жүйемен салыстырғанда жұмыс өнімділігінің және қазбаның өзіндік құн көрсеткіштерін жақсартуға мүмкіндік берді.

Кеннің босаңсуымен шығындарын төмендету үшін тау кен жұмыстарын дұрыс ұйымдастырылған жоспарлау үлкен маңызға ие болады. Тау кен жұмыстарын жоспарлау екі кезеңнен тұрады. Бірінші кезеңде жылдық жоспар құрайды. Мұнда пайдалану барлауының мәліметтерін нақтылап зерттейді, олардың негізінде кен денелерінің өндірістік контурларын айқындайды, қазба тереңдігі, пайдаланған фланг аймақтарының бөлігіне, жобалық шешімдерге түзетулер енгізеді және т.б. Бұл кезеңде қазба кезінде босаңсу мен шығындардың жоспарлы көрсеткішін анықтайды, бұлар жоғары тұрған ұйыммен бекітіледі.

Екінші кезең кәсіпорын басшыларымен бекітілген тау кен жұмыстарының айлық жоспарын құру болып табылады. Бұл жоспарлар экскаваторлық бригада, ауысым, участке ұжымы үшін жұмыс құжаты болып табылады; олар бойынша материалдық сый өлшемін анықтайды. Айлық жоспарларды құрастыру үшін бастапқы мәліметтер ретінде барлаудың барлық кезеңдерінде болған нәтижелер, сондай ақ кертпеш сынағының нәтижесі, бір-екі айлық асуы бар торы 10x25 м болатын шнекті ұңғымалардың көмегімен жүзеге асырады.

Айлық жоспардың  артықшылығы, оны құрастыру кезінде  өткен айдағы геолог маркшейдер қызметтерінің жұмыс нәтижелерінің мәліметтерін ескере отырып тез арада құрастыруға болады, жылдық жоспарға түзетулер енгізуге, босаңсу мен шығындарды азайтуға арналған қосымша шараларды қарастыруға болады.

Мыс – никельді кендер. Никель өндірісі үшін сульфидті мыс – никельді және тотыққан никельді кендер шикізат ретінде қызмет етеді. Металлургиялық зауыттарда тотыққан кендерді алдын – ала байытусыз қайта өңдейді. Никельдің негізгі өндірісі сульфидті мыс – никельді кендерге негізделген. Осы кендер құрамында никель және мыспен қатар кобальт, селен, теллур және платиналық топтың металдары бар. Сол себепті олар кешенді кендер болып саналады және барлық қымбат компоненттерді толығымен не кешенді алу үшін сәйкесінше технологияларды талап етеді.

Кенделу түріне байланысты мыс – никельді кендер тұтас (сплошной) және қосылған (вкрапленные) болып бөлінеді. Сульфидті минералдар пентландит, халькопирит, кубанит, пирротин түрінде кездеседі.

Мыстанған мысты  – никельді кендер (мыстың никельге қатынасы 3:1) бірнеше минерологиялық әртүрлікке ие. Осы кендерге сульфидтің қосылуы мен екінші минералдардың көп мөлшерде болуы жарасымды. Қосылған кендердегі сульфидті минералдардың құрамы 5 – 6 % аспайды, мыстың никельге қатынасы 2:1 .

Мысты – никельді кендердің ең көп тараған минералы пирротин болып табылады. Ол никельді концентраттың сапасын, байыту және металлургиялық технико – экономикалық көрсеткішін анықтаушы үш кристалдық модификацияда кездеседі.

Мысты – никель кен орындарына Нориль, Талнах және Коль түбек кен орындары жатады.

 

 

                                  Ұсақтау процесі

 

Ұсақтау мен  ұнтақтау байыту фабрикаларындағы кендерді қайта өңдеудің қымбат операциялары болып табылады. Олар көп эксплуатационық  шығындарды талап етеді. Сонымен  қоса осы операциялар байытудың сапалық көрсеткіштеріне әсер етеді, себебі олар минералдарды ашуда сәтті флотация өткізуге қажетті жағдайды қамтамасыздандырады.

Ұсақтау мен  ұнтақтау цехтарының құрылысына жұмсалатын қаржыны қысқарту, олардың технологияларын  жетілдіру және эксплуатационық шығындарды төмендету басты тапсырма болып табылады. Қазіргі уақыттағы осы мәселенің шешімі «Каскад» диірменіндегі ірі ұнтақты кендердің өздігінен кенді үгітілуі болып табылады. Таза түрдегі кеннің өздігінен үгітілуі ұсақ және орташа ұнтақ кендердің ірілеу кесектерінің фракциялары түрінде болады. Кендердің өздігінен үгітілу үрдісі әмбебап болмағанымен, оны қолдану аясы кеңейіп келеді. Әлемдік тәжірибеде кенді өздігінен  үгіту фабрикалары мен салынып жатқан кәсіпорынның жалпы саны 10 есе көбейді, ал шарлы үгітудің дәстүрлі екі кезеңдік сызбасы бойынша салынып жатқан фабрикалар саны 5 есеге азайды.

Қазіргі уақытта  түсті металл кендері үшін таза түрдегі  кенді өздігінен үгіту үрдісін  кей жағдайда ғана қолданады, себебі көптеген кендер үшін әдетте технологиялық реттеуді қолдану немесе басқалардың көмегімен осы үрдісті интенсификациялау талап етіледі.