Постановка задачи. Потребность металлургической промышленно- сти в никеле, являющемся необходимым элементом при выплавке специ- альных сталей, постоянно растет.

В Украине основным производителем ферроникеля является ОАО

«Побужский ферроникелевый комбинат» (ПФК). ПФК перерабатывает как отечественную, так и импортную латеритовую руду. На разных этапах технологического передела – при подготовке руды к плавке, в процессе плавки в рудотермической печи, при рафинировании ферроникеля в ки- слородном конвертере – образуются мелкодисперсные никельсодержащие отходы, большей частью выбрасываемые в отвалы. Это, в конечном счете, приводит не только к потере дорогостоящего металла, но и представляет значительную экологическую опасность. Канцерогенное действие никель- содержащих соединений при проникновении в организм человека связано с нарушением ферментных и обменных процессов в клетках.

Наиболее важной, в плане повышения степени использования ценного никельсодержащего сырья и улучшения экологической обстановке на комбинате, является утилизация сухой пыли, образующейся ежегодно в количестве 80–100 т при работе вращающихся обжиговых печей.

Исследования специалистов ИЧМ в направлении утилизации пыли ПФК обусловлены участием в работах по проекту Украинского научно- технологического центра (УНТЦ) «Ликвидация экологической опасности от мелких отходов, содержащих никель, путем их обработки черновым ферроникелем», который выполняется (совместно с представителями Ин- ститута газа и Физико-технологического института металлов и сплавов НАНУ) в соответствии с программой научных проектов НАН Украины и УНТЦ.

Методика исследования. В проекте рассматриваются 2 варианта утилизации никельсодержащей пыли ПФК – обработка жидким черновым ферроникелем и обжиг совместно с кусковой рудой во вращающейся печи с последующей переработкой по принятой на комбинате схеме. Для обоих вариантов необходимо предварительное окускование пыли.

Проводившиеся ранее, в частности, в институте «Механоборчермет», опыты показали, что, несмотря на очень развитую поверхность, при оком- ковании пыли ПФК имеются существенные трудности. Кроме того, учитывая предполагаемое в проекте введение в окускованный материал, ко- торый будет обрабатываться черновым ферроникелем, углеродистого вос- становителя, возникает проблема его сохранения в процессе упрочняюще- го обжига окатышей. Поэтому более перспективным методом окускован- ная пыли представляется брикетирование, позволяющее получить сырье заданной формы и размера, ввести в его состав различные полезные до- бавки.

Исследования процесса брикетирования пыли ПФК, получение опыт- ных партий брикетов проводились в лаборатории ИЧМ с использованием методик и оборудования, описанных ранее [1,2].

Доставленная из комбината пыль даже при нулевой влажности харак- теризуется очень плохой сыпучестью. В ней содержится, в % мас.: Ni – 2,90; Fe – 23,50; SiO₂ – 37,10; CaO – 1,10; MgO – 18,21; Al₂O₃ –1,62; Co –

0,09; Cr₂O₃ – 0,75.

Технологические режимы брикетирования пыли отрабатывались на лабораторной установке, позволяющей уплотнять шихту в цилиндриче- ской прессформе с автоматической регистрацией усадки в процессе уп- лотнения. Записанные диаграммы прессования перестаивали в координа- тах К_у = f(Р), где Р – давление прессования, а К_у – коэффициент уплотне- ния материала. Сравнительную оценку прочностных свойств прессовок производили по величине прочности на сжатие (s_сж.) при приложении разрушающего усилия к торцевой поверхности цилиндрических образцов диаметром 30 и высотой 17,5 мм.

Исходя из прогнозных требований к свойствам и составу брикетов, предназначенных как для обработки черновым ферроникелем, так и для обжига во вращающейся печи, были проанализированы возможные свя- зующие добавки и определен их круг с учетом вяжущих свойств, техноло- гичности применения и доступности.

В частности, в опытах использовали хорошо зарекомендовавшее себя в ряде разрабатываемых в ИЧМ технологий органическое связующее (ОС) в виде низкосортной муки [3]. Шихта с таким связующим приобретает высокие пластические свойства и хорошо брикетируется после кратко- временной тепловой обработки при температуре 70–75⁰С. В качестве свя- зующих использовались также меласса (М) – отход развитого на Украине сахарного производства, материал недефицитный и относительно деше- вый, а также широко применяемый лигносульфонат технический (ЛСТ). Учитывая требование сохранения брикетами прочностных свойств в про- цессе обжига и высокотемпературной обработки, применяли также ком- бинированные связующие, добавляя спекающиеся при повышении темпе- ратуры компоненты – бентонит и каолин.

После проведения пробных опытов было решено сравнительные ис- пытания на лабораторной установке по влиянию связующих добавок на прочность прессовок проводить при давлении прессования 50 МПа. Оп- ределяли прочность на сжатие (s_сж.) прессовок сырых и высушенных при 150⁰С. Чтобы в какой–то степени смоделировать температурное воздейст- вие на брикеты при высокотемпературной обработке во вращающейся обжиговой печи ПФК, сырые прессовки загружали на 30 мин. в муфель- ную печь с температурой 370⁰С, затем вынимали образцы и часть их горя- чими помещали в печь, нагретую до 800⁰С. Термообработанные образцы также испытывали на сжатие.

Прочность прессовок после «ударного» приложения тепловой нагруз- ки оценивали по величине s_сж. образцов, помещаемых на 10 мин в разо- гретую до 1000⁰ печь.

Результаты исследования. В табл.1 приведены характеристики ших- ты и прессовок из никельсодержащей пыли ПФК. Приведены результаты только по тем из опробованных связующих, применение которых, после проведения предварительных опытов, представляется наиболее техноло- гичным и экономически целесообразным. Используемый жидкий ЛСТ имел плотность 1,16 г/см³, меласса – 1,20 г/см³. Такие значения плотности выбраны из условий хорошего смешивания с пылью и сохранения свя- зующими высоких вяжущих свойств.

Анализ результатов по прессованию пыли на лабораторной установке дает основание сформулировать следующие соображения по выбору свя- зующих добавок:

1.   Применение органического связующего позволяет получать проч- ные сырые брикеты, которые, за счет высокой пластичности, не будут разрушаться до попадания в печь. Однако при термообработке брикеты будут разупрочняться, в основном превращаясь в пыль.

2.  Применение ЛСТ и мелассы дает возможность получать достаточно прочные сырые и термообработанные брикеты. Лигносульфонат можно использовать как жидкий, так и порошкообразный (при правильно вы- бранном количестве влаги, добавляемой к сухой смеси). Более техноло- гичным представляется использование жидкого ЛСТ.

3.   На прочностные свойства брикетов как сырых, так и, особенно, термообработанных положительно влияют спекающие глинистые добавки

– бентонит и каолин. Особенно хорошо видно преимущество брикетов с глинистыми добавками при «термоударе».

4.  Условия формирования и прочностные свойства брикетов будут оп- тимальными при влажности шихты 10–12%. При этом такая влажность должна обеспечиваться за счет добавления необходимого количества жидкого связующего с высокими вяжущими свойствами, а не за счет до- полнительного увлажнения материала водой.