CC BY
26
3. Перовскитовый концентрат — перспективное нетрадиционное сырье для производства титановой и редкометалльной продукции / А. И. Николаев и др. // Комплексное использование минерального сырья (КИМС). 2015. № 2. C. 26-34.
4. Линкевич Е. Г., Соколов С. В. Поведение перовскита в процессе гидрометаллургического передела // Технологическая минералогия природных и техногенных месторождений: сб. ст. IX Российского семинара по технологической минералогии (Магнитогорск, 22-24 апреля 2014 г.). Петрозаводск, 2015. С. 33-37.
Сведения об авторах Хохуля Михаил Степанович
кандидат технических наук, Горный институт ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
mike@goi.kolasc.net.ru
Герасимова Лидия Георгиевна,
доктор технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия gerasimova@chemy.kolasc.net.ru Николаев Анатолий Иванович
член-корреспондент РАН, доктор технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья
им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
nikol_ai@chemy.kolasc.net.ru
Khokhulya Mikhail Stepanovich
PhD (Engineering), Mining Institute of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia mike@goi.kolasc.net.ru Gerasimova Lidia Georgievna
Dr. Sc. (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia gerasimova@chemy.kolasc.net.ru Nikolaev Anatoly Ivanovich
Corresponding Member of the RAS, Dr. Sc. (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia nikol_ai@chemy.kolasc.net.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.200-203 УДК 338.45 : 001.895 (985)
СОЗДАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ АРКТИКИ: ПРОБЛЕМЫ И ВОЗМОЖНОСТИ
В. А. Цукерман
ФГБУН ФИЦ Кольский научный центр РАН, г. Апатиты, Россия Аннотация
Показан низкий уровень инновационной активности на арктических предприятиях. На примере создания и реализации инновационной технологии переработки медно-никелевых файнштейнов на комбинате «Североникель» показаны возможности решения проблем инновационно-промышленного развития предприятий Арктики. Ключевые слова:
технология, инновации, предприятие, Арктика, файнштейн, переработка, измельчение, методика.
CREATION AND IMPLEMENTATION OF INNOVATION TECHNLOGIES FOR ENTERPRISES OF THE ARCTIC: CHALLENGES AND POTENTIALITIES
V. A. Tsukerman
Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia Abstract
The work shows the level of innovation activities at the Arctic enterprises. Using the example of creating and implementing an innovative technology for processing copper-nickel feinsteins at "Severonickel" plant, the potentialities for solving the problems of innovation and industrial development of the Arctic enterprises, are shown. Keywords:
technology, innovations, enterprise, Arctic, feinstein, processing, crushing, methods.
Создание и реализация инновационных технологий для предприятий Арктической зоны Российской Федерации (Арктики) чрезвычайно трудоёмкая, творческая и организационная работа. От авторского коллектива требуется не только широкий круг профессиональных знаний, но и специальных компетенций в вопросах проблем североведения, специфики работы арктических промышленных предприятий, теории и практики менеджмента и целого ряда других наук. Следует отметить, что на арктических предприятиях наблюдается низкий уровень инновационной активности (табл. 1).
Таблица 1
Инновационная активность организаций, %
Регион 2010 г. 2011 г. 2012 г. 2013 г. 2014 г. 2015 г. 2016 г.
Ненецкий АО 5,3 11,4 10,5 6,3 3,1 5,0 6,2
Мурманская область 9,7 8,5 9,0 13,5 10,2 9,4 7,2
Ямало-Ненецкий АО 10,9 10,1 7,6 5,1 7,8 7,4 9,0
Чукотский АО 12,5 12,5 17,9 25,0 29,2 17,8 7,2
Российская Федерация 9,5 10,4 10,3 10,1 9,9 9,3 8,4
В целом по арктическим организациям инновационная активность наблюдается на уровне 9-12 %, при этом в 2016 г. произошло значительное снижение показателя до 7 %. Результативность инновационной деятельности арктических предприятий сохраняется в основном на уровне не выше 2 % (табл. 2).
Таблица 2
Объем инновационных товаров, работ, услуг организаций промышленного производства от общего объема
отгруженных товаров, выполненных работ, услуг, %
Регион 2010 г. 2011 г. 2012 г. 2013 г. 2014 г. 2015 г. 2016 г.
Ненецкий АО - - - - - - 0,0
Мурманская область 0,5 0,2 0,1 0,8 3,6 1,7 1,5
Ямало-Ненецкий АО 1,4 1,5 1,3 - 0,0 0,2 0,1
Чукотский АО 0,6 - 1,2 1,7 0,0 0,1 0,7
Российская Федерация 4,8 6,3 8,0 9,2 8,7 8,4 8,5
Показатели инновационного развития российской Арктики отличаются не только от аналогичных показателей в среднем по Российской Федерации, но и в значительной мере уступают показателям приарктических стран. Так, в Финляндии и Дании этот показатель превышает 15 %. Это открывает широкие возможности для научных организаций разрабатывать и содействовать реализации различных инновационных технологий [1-3]. Основой для стратегии создания таких проектов являются результаты фундаментальных исследований (изобретений, патентов). Исключительно важно правильно сформулировать цель проекта, изучить состояние современных технологий производства продукции, разработать методику исследований и определить экономическую эффективность.
Ответственным этапом является выполнение экспериментальных лабораторных и промышленных исследований, если это принципиально возможно. При этом потребуется большой объем финансовых и трудовых ресурсов. Заключительным этапом можно считать промышленное испытание и внедрение. В качестве примера приведу опыт создания и реализации инновационной технологии переработки медно-никелевых файнштейнов на комбинате «Североникель» — основного ресурса предприятия.
Эффективность процесса разделения медно-никелевого файнштейна зависит от качества подготовки материала и определяется в значительной мере рациональным способом дезинтеграции и увеличением глубины разделения файнштейна на медный и никелевый концентраты при одновременном улучшении их качества. Существует два принципиально различных способа переработки медно-никелевого файнштейна: механический (флотационный) и гидрометаллургический.
Процесс механического разделения медно-никелевого файнштейна, применяющийся в России, был разработан в 1942-1943 гг. ленинградскими учеными И. Н. Масленицким и Л. А. Кричевским. Позже разделение файнштейна флотацией было запатентовано фирмой «ИНКО» в 1944-1945 гг. в Канаде и США и в 1945 г. в Великобритании.
Решение задачи механической переработки во многом связано с разработкой рациональной схемы и режимов измельчения файнштейна и технологии последующего разделения. Схема разделения файнштейна, реализованная на Норильском ГМК, включала двухстадиальное измельчение с частично замкнутым циклом в первой стадии [4]. При реализации механического способа разделения файнштейна на комбинате «Североникель» была предусмотрена аналогичная двухстадиальная схема измельчения [5].
Передача нагрузки (песков классификаторов) с первой стадии на вторую осуществлялась с помощью шнековых конвейеров. Таким же образом было выполнено замыкание цикла измельчения в обеих стадиях. Необходимо отметить ряд общих технологических особенностей, присущих схемам с частично замкнутым циклом: нагрузка по исходному питанию резко сказывается на циркулирующей нагрузке второй стадии; металлизированная фракция файнштейна, имеющая плотность 8-9 г/см3, концентрируется в песках классификатора и поступает с ними на последующую стадию измельчения. При этом степень концентрации
сплава возрастает в каждой последующей стадии приблизительно в (1 + т) / т раз, где т — соотношение приведенных объемов измельчения в последующей и предыдущей стадиях.
Нерациональное распределение работы измельчения по стадиям, повышенное содержание металлизированной фазы и низкая эффективность классификации резко ограничивали возможности регулирования процесса измельчения, а при повышении производительности или содержания металлизированной фазы в файнштейне процесс становился практически неуправляемым. Это приводило к перегрузкам шнековых конвейеров и их выходу из строя. Такие аварии дестабилизируют процесс флотационного передела. Аритмичная работа передела измельчения сказывается на качестве получаемых концентратов. С целью интенсификации процесса переработки были поставлены следующие задачи:
• исследование медно-никелевого файнштейна как объекта измельчения с учетом его сложного вещественного состава;
• разработка рациональной схемы измельчения;
• разработка методики, позволяющей для рациональной схемы решать вопрос оптимального распределения работы измельчения по стадиям и определения на ее основе рационального режима измельчения медно-никелевого файнштейна;
• исследование возможности использования современного дробильно-размольного оборудования и определение оптимальных параметров их эксплуатации.
По результатам исследований разработана модель, описывающая процесс дезинтеграции файнштейна как бинарную смесь, состоящую из сульфидной и металлизированной фракций, которые измельчаются независимо друг от друга [6].
Предложен и реализован принципиально новый способ мокрого помола, и разработана методика, позволяющая рационально распределять работу измельчения по стадиям и определять крупность помола по разработанной математической зависимости, при этом передавать нагрузку на последующую стадию через слив, а не через пески классификатора. Технология предусматривает выделение металлизированной фазы в отдельный продукт. На предложенную технологию получено авторское свидетельство и впоследствии — патент [7].
Внедрение инновационной технологии позволило повысить производительность передела на 40 %; стабилизировать процесс как измельчения, так и флотационного разделения; снизить сумму загрязняющих металлов в концентратах с 13 до 7 %. Годовой экономический эффект от внедрения технологии составил более 3 млн долл. США.
За тридцать лет внедренная технология доказала эффективность и надежность. При этом качество медного и никелевого концентратов постоянно повышалось за счет совершенствования последующих стадий обогащения. Появились и новые идеи переработки файнштейна. Так, различными исследователями и организациями предпринимались попытки разработать технологию выделения и переработки металлизированной фракции (сплава). Были проведены исследования, связанные с выделением металлизированной фракции. При этом предпринимались различные варианты вывода сплава и в цикле измельчения, и из концентратов методами магнитной сепарации.
Основная цель выделения металлизированной фракции — получение концентратов драгметаллов и уменьшение их потерь за счет вывода из длительного технологического цикла рафинирования никеля, а также улучшение качества разделения файнштейна. Объем магнитной фракции может достигать 8-10 % файнштейна, что повышает актуальность этой задачи.
С учетом инновационной компетентности, проведенных исследований и испытаний представляется целесообразной реализация гидрометаллургической или карбонильной технологий переработки металлизированной фракции. Для окончательного выбора варианта необходима разработка детального технико-экономического расчета.
С целью дальнейшего совершенствования процесса измельчения медно-никелевого файнштейна следует продолжить исследования разработки проекта гидрометаллургической переработки.
Статья подготовлена на основе научных исследований, выполненных при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда «Программно-целевое управление комплексным развитием Арктической зоны РФ (проект № 14-38-00009)», Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого.
Литература
1. Цукерман В. А. Состояние, проблемы и перспективы инновационного развития минерально -сырьевого комплекса Севера и Арктики России // Записки Горного института. 2011. Т. 191. С. 212-217.
2. Цукерман В. А., Горячевская Е. С. Оценка финансово-экономической и инновационной деятельности промышленных предприятий Арктики минерально-сырьевой направленности // Север и рынок: формирование экономического порядка. 2015. № 4. С. 71-86.
3. Горячевская Е. С. Пути осуществления инновационной деятельности промышленными предприятиями Арктической зоны Российской Федерации // Север и рынок: формирование экономического порядка. 2014. Т. 1, № 38. С. 100-106.
4. Масленицкий Л. В., Кричевский Л. А. Разделение медно-никелевых файнштейнов методом механического обогащения // Цветные металлы. 1955. № 3. С. 6-11.
5. Прокофьева М. А., Болотская Н. А. Флотационное разделение файнштейна // Технический прогресс на комбинате «Североникель». М., 1964. С. 43-47.
6. Цукерман В. А., Быков М. Е., Гончаров В. В. Влияние состава медно-никелевого файнштейна на его измельчаемость // Цветные металлы. 1988. № 8. С. 37-39.
7. А. с. 1629100 МКИ В 02 С 19/00. Способ мокрого помола руд и материалов / В. А. Цукерман, М. Е.Быков; Кол. фил. "Механобр". № 4662599; заявл. 20.03.1989.
Сведения об авторе
Цукерман Вячеслав Александрович
кандидат технических наук, ФГБУН ФИЦ Кольский научный центр Российской академии наук, г. Апатиты, Россия tsukerman@iep.kolasc.net.ru
Tsukerman Viacheslav Alexandrovich
PhD (Engineering), Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia tsukerman@iep.kolasc.net.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.203-207 УДК 661.824
ПОЛУЧЕНИЕ ДИОКСИДА ТИТАНА ПРИ СЕРНОКИСЛОТНОМ РАЗЛОЖЕНИИ МЕХАНИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОГО ИЛЬМЕНИТОВОГО КОНЦЕНТРАТА
Е. А. Щелокова, Е. К. Копкова, П. Б. Громов
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Аннотация
Предложен новый способ переработки ильменита для получения диоксида титана, основными стадиями которого являются: механическая активация, выщелачивание, экстракция, гидролиз и обжиг. Исследовано влияние основных технологических параметров. Установлены оптимальные условия проведения процесса разложения ильменита, при которых достигается максимальная степень разложения ильменита (92,6 %) и извлечения титана (94,2 %) и железа (88,7 %) в раствор выщелачивания: активация пробы в течение 8-10 мин, Т : Ж = 1 : 4, t = 120 °С, т = 2 ч, CH2S04 = 750 г/л. Определен оптимальный состав экстракционной смеси на основе Cyanex 925, и установлены оптимальные условия для процессов экстракции, промывки и реэкстракции для извлечения титана из фильтратов после разложения ильменита. Содержание TiO2 в конечном продукте составило > 99,9 мас. %. На основании полученных результатов предложена принципиальная технологическая схема переработки ильменита. Сквозное извлечение железа по схеме составило 75,4 %, титана — 91,6 %. Регенерация серной кислоты по схеме более 80 %. Ключевые слова:
ильменит, механическая активация, серная кислота, выщелачивание, экстракция, Cyanex 925.
PROD UCTION OF TITANIUM DIOXIDE IN SULPHURIC ACID DECOMPOSITION OF MECHANICALLY ACTIVATED ILMENITE CONCENTRATE
E. A. Shchelokova, E. K. Kopkova, P. B. Gromov
I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
Abstract
A new method involving ball milling, with subsequent leaching, solvent extraction, hydrolysis, and calcination stages, has been proposed for the preparation of titanium dioxide from ilmenite. The effects of the process parameters were systematically investigated. The result showed that the optimum milling conditions were a mass ratio of ilmenite to ball of 4 and time of 8 min. For acid leaching, the optimum conditions were 750 g/L H2SO4, ore / acid ratio of 1 g / 4 ml, 120 °C and 120 min. Under those conditions, 94,2 % Ti and 88,7 % Fe was dissolved with a maximum degree of ilmenite decomposition > 92 %. The optimal composition of the extraction mixture based on Cyanex 925 and the optimum conditions for the extraction, washing and stripping processes for recovering titanium from the leaching solution produced in the sulfuric acid leaching of the ilmenite were determined. The content of TiO2 obtained in the product is up to 99,9 wt. %. Based on these results, a schematic flowsheet was proposed. Total extraction of iron was 75,4 %, titanium — 91,6 %. Sulfuric acid regeneration was 80 %. Keywords:
ilmenite, mechanical activation, sulfuric acid, leaching, solvent extraction, Cyanex 925.
