CC BY
18
л гт ттгп гг потш^пта
3 (39). 200В
/81
ПРОИЗВОДСТВО
The influence of technological factors on degree of recovery of Ni out of dead catalysts containing about 20% of NiO is studied. It is determined that they can be used without enrichment for low alloying of iron-carbon alloys at casting in usual casting houses.
О. С. КОМАРОВ, К Б. ПРОВОРОВА,
Н. И. УРБАНОВИЧ, В. И. ВОЛОСАТИКОВ, БИТУ
УДК 621.74; 699.131.7
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗВЛЕЧЕНИЯ НИКЕЛЯ ИЗ НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ
Расширение объема производства отливок из высококачественных сплавов требует привлечения в металлооборот дефицитных и дорогостоящих легирующих элементов в больших количествах. Это обусловливает необходимость разработки эффективных ресурсосберегающих технологий получения высококачественных сплавов. Для получения низколегированных сталей и высокохромистого чугуна, содержащего около 2% никеля, Беларусь импортирует до 400 т никеля. Вместе с тем на предприятиях нефтеперерабатывающей и химической промышленности РБ ежегодно собирается свыше 1000 т отходов катализаторов, содержащих от 5 до 50% ценных металлов (N1, Мо, Си, Сг, Ъъ и др.). Использование при производстве сплавов отработанных катализаторов позволяет экономить валюту за счет рециклинга металлов в промышленный оборот, а также уменьшает вредное воздействие отходов на окружающую среду.
В химической промышленности широко используются следующие никельсодержащие катализаторы [1] : ГИАП-8 (6%№0, 94%А12Оэ); ГИАП-16 (25%№0, 57%А12Оэ, 8%МеО, 9%СаО, 1%ВаО); НКМ-4А (35%№0, 55% А1203); ТО-2 (38% N10, 12%Сг203, 44% А1203). Они могут быть использованы для легирования сплавов через шлаковую фазу [2], а также для получения ферроникеля в плазменных печах [3]. Для процессов, происходящих в плазменных печах, характерны неравновесные условия взаимодействия шлак-металл, которые обусловлены интенсивным динамическим перемешиванием фаз газовым потоком и высокой температурой шлака.
Целью исследования является изучение влияния технологических факторов на степень извлечения никеля из никельсодержащих отработанных катализаторов в условиях, характерных для плавки в печах, применяемых в литейных цехах Беларуси.
Проведена серия экспериментов, в которых плавку осуществляли в лабораторной селитовой печи. Масса одной плавки составляла 50 г. В качестве шлаковых материалов использовали отработанный никельсодержащий катализатор ГИАП-16 (21,3% №0, 60,2% А1203, 12,6% СаО, 2,13% 8Ю2, 3,94% прочих), известь, плавиковый шпат, электродный бой и ваграночный шлак (55% 8Ю2, 25% СаО, 15% А1203, 5% прочих), которые предварительно прокалили и измельчили до размера частиц 0,1—2,0 мм. Указанные выше ингредиенты смешивали в расчетных пропорциях со стружкой серого чугуна и помещали в тигель (алундовый или кварцевый). Технология эксперимента включала загрузку тигля с навеской смеси в разогретую до заданной температуры печь, расплавление и выдержку расплава в течение определенного времени. После этого тигли извлекали из печи, охлаждали, а затем выполняли спектральный анализ химического состава сплава и шлака.
В процессе проведения лабораторных плавок изучали влияние различных технологических параметров (температуру процесса, время выдержки расплава в печи, содержание оксида никеля в шихте, основность шлака) на процентное извлечение никеля из отработанного катализатора.
На рис. 1 показано влияние температурного режима плавки на содержание никеля в слитке и степень его извлечения из отработанного катализатора. Плавку осуществляли в кварцевых тиглях, время выдержки тиглей в печи составило 20 мин. Шихта состояла из 40% отработанного катализатора, 40% чугунной стружки, 16,6% ваграночного шлака, 2% электродного боя, 0,8% извести и 0,6% плавикового шпата.
Анализ полученных результатов показывает, что повышение температуры способствует увеличению степени усвоения и содержания никеля в
82
; ГСТТгП гг
(39), 2006 -
слитке, но перегрев расплава свыше 1450—1500 °С нецелесообразен. Такой температурный интервал легко достигается в электродуговых и индукционных печах.
Результаты экспериментов по изучению влияния времени плавки на степень извлечения никеля и его содержание в чугуне представлены на рис. 2. Состав шихты приведен выше, выдержку расплава в печи осуществляли при температуре 1450 °С.
Анализ полученных результатов показал, что максимальная степень извлечения никеля (75%) достигается при выдержке в течение 25 мин. Дальнейшее увеличение времени плавки приводит к снижению содержания никеля в слитке, что связано с его окислением и обратным переходом в шлак (см. таблицу).
На рис. 3 показаны экспериментальные результаты по изучению влияния количества оксида никеля в шихте на степень извлечения никеля и его содержания в слитке. Плавку осуществляли в кварцевых тиглях при температуре 1450 °С, время выдержки сплава в печи 25 мин.
По мере увеличения количества введенного в шлаковую фазу отработанного катализатора (в пересчете на N10) возрастает степень из-
1300
1350
1400 1450 Температура, °С
1500
1550
Рис. 1. Зависимость степени извлечения никеля из отработанного катализатора и содержания никеля в слитке от температуры процесса: ■ — степень извлечения никеля; • — содержание никеля в слитке
20 25 30
Время плавки, мин
9,5
9Д>
8,5
8,0
7,5
7,0
о4
6 ей
I
с? о Я
«
с* 8.
о
и
Рис. 2. Влияние времени плавки на степень извлечения никеля из отработанного катализатора и содержание никеля в слитке: ■ - степень извлечения никеля; • — содержание никеля в слитке
Время плавки, мин Химический состав слитка, %
№ С Р Б Сг Мл Ре
25 8,5 2,5 0,76 0,21 0,07 0,40 0,32 Ост.
35 7,1 2,5 0,63 0,23 0,08 0,38 0,41 Ост.
влечения никеля. После достижения содержания никеля в шихте 8,5% наблюдается обратная тенденция. Это объясняется тем, что по мере увеличения содержания катализатора в шихте растет количество вводимого А1203, при этом вязкость шлака увеличивается, что затрудняет отделение металлических компонентов от шлака.
Исследуя влияние основности шлака на процесс восстановления оксида никеля из отработанного катализатора, изменяли соотношение СаО/8Ю2 в шлаке в пределах 0,8—4,0 путем увеличения содержания СаО и уменьшения количества ваграночного шлака. Так как температура плавления основного шлака выше, чем кислого, плавку вели
7,0 7,5 8,0 8,5 9,0
Содержание №0 в шихте, мае. % Рис. 3. Влияние содержания оксида никеля в шихте на степень никеля и его содержание в слитке: ■ — степень извлечения никеля;
жание никеля в слитке
извлечения • - содер-
шТТгГ-ГГ ГГ.тМУГП'Р,
3 (39). 2006
/83
при температуре 1500 °С в течение 25 мин. Плавку образцов с кислым и нейтральным шлаком проводили в кварцевых тиглях, а с основным — в алундовых.
На рис. 4 приведены результаты по изучению основности шлака на степень извлечения никеля из отработанного катализатора и содержание никеля в слитке. Максимальная степень извлечения (91%) получена при основности шлака, равной 2. Превышение этого предела приводило к повышению вязкости шлака, что затрудняло седиментацию корольков восстановленного никеля и отрицательно сказывалось на его извлечении из шлака.
Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:
• в условиях производства при наличии вагранок или электропечей высокой эффективностью (степень
100
£ X
9
9>
г
л
X «
С й
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Основность шлака
Рис. 4. Влияние основности шлака на степень извлечения никеля из отработанного катализатора и содержание никеля в слитке: ■ — степень извлечения никеля; • — содержание никеля в слитке
можно с
извлечения
свыше 90%) добиться низкого легирования литейных железоуглеродистых сплавов за счет использования отработанных катализаторов со средним содержанием N10 около 20% без предварительного их обогащения;
• для ускорения процесса перехода никеля из шлаковой фазы в расплав необходимо в состав шихты вводить ваграночный шлак, чугунную стружку и восстановители (С, 81, Мп), а основ-
ность шлаковой 1,5-2,0.
смеси поддерживать на уровне
Литература
1. Катализаторы, применяемые в азотной промышленности. Каталог. Чебоксары, 1979.
2. Экономное легирование железоуглеродистых сплавов / С.Н.Леках, М.Н.Мартынюк, А.Г.Слуцкий и др.; Под общ. ред. С.Н.Лекаха. Мн.: Навука 1 тэхшка, 1996.
3. Костяков В.Н., Найдек А.Л., Полетаев Е.Б. и др. Особенности технологии выплавки сплавов из отработанных никельсодержащих катализаторов // Металлургия машиностроения. 2002. №5. С. 3-4.
