Инновации в цветной и черной металлургии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Доклад

Инновации в цветной и черной металлургии

Выполнила:

Трофимова В.Н.

Группа: р-322

Преподаватель:

Тульверт В.Ф.

СПБГЭУ

2013

Черная металлургия является одной из базовых отраслей национальной промышленности и одним из немногих секторов, который может внести весомый вклад в обеспечение экономического роста в России в XXI веке.

Черная металлургия занимает устойчивые позиции в структуре российской экономики. Согласно статистическим данным, ее удельный вес в общем объеме промышленной продукции составляет примерно 10,5%, а в структуре валового внутреннего продукта - около 4,4%. Данная отрасль - одна из наиболее прибыльных в России. Ее доля в общем объеме прибыли по промышленности увеличилась до 16,5% в 2007 году. Черная металлургия является крупным налогоплательщиком и обеспечивает 14,5% поступлений в бюджетную систему нашей страны. На предприятиях отрасли сконцентрировано около 6% основных производственных фондов и 4,9% численности персонала, работающего в промышленности.

В развитие приведенных инновационных направлений были реализованы следующие конкретные разработки:

Карусельная печь.

Карусельная печь для использования в черной металлургии содержит печь, которая имеет в плане форму кольца и снизу закрыта вращающимся подом, облицованным сверху огнеупорным материалом, и основание этой печи. Под содержит одинаковые кольцевые секторы, которые соединены с образованием кольца, комплементарного кольцу внутренней планировки печи, и которые вращаются вокруг центральной оси этого кольца посредством двух концентрических наборов колес, установленных на двух окружностях на равных расстояниях друг от друга, закрепленных с помощью опор на основании или снизу пода и комплементарных двум окружным рельсам, закрепленным соответственно снизу пода или на основании. Оба указанных набора колес и указанные два рельса установлены с обеспечением распределения поровну действующей на них нагрузки. При использовании изобретения уменьшаются напряжения в конструкции вращающегося пода.

Комплексный синтетический легкоплавкий флюс для черной металлургии. Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для металлургических процессов выплавки чугуна и стали. Флюс содержит 30-60% углерода, 5-30% оксида кальция 25-65% фторидов натрия, алюминия, кальция и магния, 0,5-5% примесей, в том числе оксиды алюминия, железа, кремния. Изобретение позволит повысить рафинирующую способность металлургических шлаков за счет увеличения в составе флюса содержания легкоплавких и высокоактивных компонентов и оптимизации их соотношения.

Универсальный динамический нанотестер.

Нанотестеры представляют собой микрозондовые системы, предназначенные для проведения комплексного исследования физико-механических параметров различных материалов (от биологических до твердых сплавов и керамик) в субмикрообъемах и тонких приповерхностных слоях методом динамического индентирования на основе анализа зависимости «нагрузка-деформация». Помимо непрерывного индентирования, позволяет реализовывать следующие виды испытаний: определение коэффициента трения, нанотвердости, модуля Юнга, вязкости разрушения; осуществление микропрофилирования, царапанья, моделирования фреттинга и абразивного износа; определение степени адгезии пленок и покрытий.

Исследовательский комплекс для диагностики сыпучих, пористых наноматериалов и жидкостей.

Программно-аппаратный комплекс включает в себя измерительно-силовую головку, контроллер для управления, сбора и первичной обработки потоков данных и программное обеспечение, организующее все циклы работы комплекса.

Может использоваться в двух направлениях:

идентификация продукции в насыпном виде на основе специально созданной базы;

экспресс-контроль свойств, характеристик продукта и их стабильности на разных стадиях производственного цикла.

Объектом диагностики могут быть нанотрубки, металлические порошки (для катализа, для спекания), лекарственные средства, тонкодисперсные пигменты и др., а также различные жидкости.Оригинальный метод диагностики основан на микромеханическом тестировании пористых и слабосвязанных материалов в насыпном виде.Характеризация жидкостей базируется на контроле амплитуды и фазы колебаний зонда в среде.

Инновационные технологии систем производственного водоснабжения заводов черной металлургии.

1. Разработана технологическая модель с математическим описанием сложных, имеющих сетевую структуру систем производственного> водоснабжения. Модель позволяет рассчитать концентрации солей во всех подсистемах, оптимизировать структуру и водно-химический режим систем производственного водоснабжения предприятия.

2. Системно изучены физико-химические и технологические свойства, разработана систематизация окалиномаслосодержащих вод и осадков -- трехфазных микрогетерогенных систем, содержащих жидкую полярную дисперсионную среду, твердую и жидкую аполярную дисперсные фазы. Предложено дополнить существующую классификацию микрогетерогенных дисперсий шестью теоретически возможными трехфазными системами с жидкой дисперсионной средой -- эмульсионно-суспензионными системами.

3. Широко применяется математическая модель для анализа и оптимизации водно-химического режима, и. структуры сложных систем производственного водоснабжения, как при проектировании новых объектов, так и при поэтапном (ступенчатом), возрастании степени замыкания- существующих систем, которое приводит к снижению и прекращению сброса сточных вод.

4. Разработаны и внедреныфеагентные и безреагентные методы и оборудование для. интенсивных процессов глубокой очистки оборотных вод и обезвоживания осадков, основанные на результатах изучения их физико-химических свойств, в т.ч. эффекта гидрофобной ортокинетической флокуляции.

5. Разработаны и внедрены на 4-х заводах России и Украины аппараты типа «0КУД» для глубокого гравитационного обезвоживания окалиномаслосодержащего осадка до влажности' 15% (сыпучее состояние). Технологические особенности процесса обезвоживания определяют минимальную, в сравнении с аналогами, себестоимость получаемого продукта.

Инновации в цветной металлургии России

Цветная металлургия имеет в последние годы один из самых высоких темпов роста производства. Показано, что повышение технологического уровня производства в рыночных условиях определяется ускоренным переводом отрасли на инновационный путь развития.

Технологический уровень металлургических производств в России низок в сравнении с промышленно развитыми странами. Средний износ активной части (машин и оборудования) в металлургической промышленности достиг 70%. Только 30% применяемых технологических схем соответствуют современному мировому уровню, а 28% являются устаревшими и не имеют резервов для модернизации. Недостаточно высокий технологический уровень производств обусловливает значительное отставание по ряду основных технико-экономических показателей российской металлургии от металлургии развитых стран (США, Японии): средняя энергоемкость производства алюминия выше на 20ч30%; количество отходов при выпуске проката выше в 2 раза; средняя производительность труда ниже в 2,5ч3 раза; суммарное удельное негативное воздействие на окружающую среду выше в 2 раза. В этих условиях основным направлением развития металлургии является широкое и ускоренное внедрение инноваций на основе активизации инвестиционной деятельности на всех производственных переделах. При этом государство должно создать условия для перехода металлургической промышленности на инновационный путь развития.

В развитие приведенных инновационных направлений за последние 10 лет были реализованы следующие конкретные разработки.

В области важнейших прикладных исследований:

- разработаны и приняты к внедрению на АО “Челябинский цинковый завод” технология и оборудование для получения свинца из продуктов вельцевания цинковых кеков, обеспечившая повышение извлечения свинца на 0,8%, цинка - на 0,7%, серебра - на 2,5%, индия - на 5-7%;

- разработана и внедрена на АО “Челябинский цинковый завод” флотационная технология извлечения серебра из кеков цинкового производства, позволившая повысить комплексность использования сырья, обеспечив извлечение серебра в сульфидный флотоконцентрат до 98%;

- разработана технология очистки промышленных стоков до требований хозбытовых норм; технология предложена к внедрению на ОАО “Комбинат “Североникель” и АО “Челябинский цинковый завод;

- обоснована и отработана в опытно-промышленных условиях технология извлечения рения из вторичного сырья; показана принципиальная возможность пополнения отечественной сырьевой базы рения за счет вовлечения в переработку вторичного сырья (отходы получения суперсплавов и прочие отходы авиа - и моторостроительной промышленности). Разработанная технология обеспечивает извлечение рения в товарную продукцию до 98,5%, молибдена - до 99%;

- разработана экологически чистая технология утилизации твердых бытовых и промышленных отходов для ГП “Пятигорский теплоэнергетический комплекс”;

- разработана и внедрена безотходная технология переработки чернового сплава аккумуляторного лома на АО “Рязцветмет” с целью получения из него товарной продукции - свинцово-сурьмяного сплава (УС-1, УС-1С, модифицированного селеном) для ЗАО “Подольский АЗ”;

- применительно к РАО “Норильский никель” разработан и внедрен новый технологический режим с применением модифицированного диметилдитиокарбамата (ДМДК), обеспечивший повышение извлечения никеля в одноименный концентрат на 10-12% и содержания никеля с 7,5до 10%. Разработан и предложен к внедрению на РАО “Норильский никель” сульфонатный аполярный собиратель, обеспечивающий повышение попутного извлечения золота и платиновых металлов на 1,5-2%;

- разработана и внедрена беспропарочная технология флотации медно-молибденовых руд с использованием нового флотационного реагента “Берафлот” на МРСП “Эрдэнэт” (Монголия), обеспечившая снижение энергопотребления на 20-30% при сохранении высоких технологических показателях.

В области природоохранных социально востребованных технологий:

- разработана технология очистки и утилизации сбросных газов от SO2 и NOx с использованием импульсно-частотного (стримерного разряда, обеспечивающая степень очистки газов не менее 95% и перевод диоксида серы в серную кислоту до 90%, оксида азота - в азотную кислоту до 80%;

- разработана мембранная технология переработки сложных по составу растворов металлургического производства, обеспечивающая степень очистки растворов от сульфатов тяжелых цветных металлов на 98-99%, от органических веществ - на 85%, позволяющая создать на предприятиях замкнутый водооборот;

- разработана технология переработки серосодержащих металлургических газов с получением комковой серы для производства эффективного дорожного покрытия - сероасфальта и строительного материала - серобетона.

Обогащение руд цветных металлов.

Основой разработанных комбинированных схем переработки труднообогатимых руд цветных металлов является получение на переделе обогащения высококачественных селективных концентратов, в которых сосредотачиваются легкообогатимые минералы, и коллективных промежуточных продуктов, которые перерабатывают по химико-металлургическим технологиям. По существу решение сложных задач повышения эффективности переработки рудного сырья переходит в сферу более тесной интеграции процессов обогащения и металлургии, способных не только повысить комплексность использования сырья, но и решить проблемы охраны окружающей среды и сохранения природных ресурсов. Такой подход к переработке рудного сырья обеспечивает как эффективную концентрацию ценных компонентов на стадии обогащения, так и экологически безопасное производство цветных металлов.

В институте разработаны и апробированы несколько комбинированных схем для различных типов руд с использованием новых реагентных режимов флотации.

Например, молибденсодержащие руды достаточно легко и с высоким извлечением металлов обогащаются с получением коллективного концентрата. Однако селективная флотация идет неэффективно, с высокими затратами, по сложной схеме. Установлено, что молибденсодержащие промпродукты (от 5 до 20% молибдена) могут экономически выгодно перерабатываться по схеме: автоклавное окислительное выщелачивание (с дофлотацией кека) - фильтрация - очистка - селективная сорбция молибдена и рения.

Сквозное извлечение этих металлов не менее 98%, медь остается в кеках и перерабатывается как медный концентрат.

Основной проблемой обогащения медно-цинковых руд является трудность отделения медных минералов от остальных сульфидов в силу их тонкого прорастания. Разработанная схема включает получение на этапе обогащения высококачественных медных концентратов и промпродуктов, подвергаемых окислительному автоклавному выщелачиванию отработанным цинковым электролитом. Извлечение цинка в раствор составляет 93-96%. Разработано несколько способов выделения меди из раствора применительно к различному соотношению металлов в нем.

При обогащении медно-никелевых руд получают медный и никелевый концентраты и пирротиновый продукт, содержащий железо, никель, медь и благородные металлы. Для переработки этого продукта используют химическое обогащение, в основу которого положено окисление пирротина в водной пульпе в автоклавах, осаждение перешедших в раствор цветных металлов, флотационное отделение сульфидов и элементной серы от оксидов железа с последующей селекцией пенного продукта с получением богатого сульфидного концентрата и товарной серы.

Технология позволяет извлечь из бедного продукта 85-92% никеля, меди и благородных металлов и утилизировать серу. За счет перевода в промпродукт трудноразделяемых минералов удалось существенно повысить качество медного и никелевого концентратов на стадии первичного обогащения.

Полиметаллические руды представляют собой наиболее сложное сырье для обогащения, так как необходимо получить не менее трех товарных концентратов. Разработанная для этих руд комбинированная схема включает коллективную флотацию сульфидов (при отсутствии цикла селекции суммарное извлечение трех металлов составило 270%), автоклавное окислительное выщелачивание (до сульфатов), фильтрация, флотация из кеков благородных металлов и свинца. Извлечение из концентрата меди и цинка в раствор составило 98%, свинца в ценный продукт флотации 85%. Медно-цинковый раствор может быть переработан известными способами. Аналогичные результаты получены и на свинцово-цинковых труднообогатимых рудах.

Пирометаллургические процессы

Наиболее перспективным и приоритетным направлением в развитии автогенных процессов в первую очередь в металлургии меди является плавка с получением в одну стадию “белого матта” (черновой меди).

Новым высокоэффективным процессом является усовершенствованная кислородно-факельная плавка:

- кислородно-факельная плавка (КФП) в агрегатах с вертикальными шихтово-кислородными горелками с наведением высокоосновных саморассыпающихся ферритно-кальциевых шлаков, которые затем подвергаются глубокому флотационному обезмеживанию. Для данного варианта технологии на основе специальных исследований тщательно подобран новый состав шихты для КФП при определенном соотношении Fe : SiO2 : CaO. Шлак успешно флотируется с извлечением более 87% меди в концентрат и получением отвальных хвостов с содержанием менее 0, 29% Сu.

- факельно-барботажная плавка (ФБП). Это принципиально новый способ плавки и агрегат для его реализации, сочетающий в полной мере все достоинства как факельных, так и барботажных процессов.

Технология базируется на следующих вновь предложенных и исследованных приемах: разделение реакционного объема на последовательные зоны с индивидуальным подводом газообразного окислителя, бесфлюсовое окисление сульфидов до штейна в головной факельной зоне, доокисление расплава до “белого матта” (черновой меди) в следующей барботажной зоне с подачей в нее флюсов и формированием комбинированного силикатно-кальциевого шлака, который подвергается внутрипечному барботажному обеднению в специальной зоне. Технология внедряется на Алмалыкском комбинате (Узбекистан), где сооружается печь ФБП мощностью до 120 тыс. т меди в год.

На комбинате “Североникель” сульфидные концентраты, полученные при разделении файнштейна, обжигают в печах кипящего слоя (КС). На трубчатой печи для восстановления огарка в интервале температур 850ч1100°С используется разработанная технология получения высокоактивного никеля с суммарной степенью металлизации по Ni и Со 90 %. В производстве анодов получаемого чернового никелевого порошка методом дуговой электроплавки за счет увеличения степени металлизации и активности порошка удалось снизить на 7 % удельный расход электроэнергии и на 9,3 % расход электродов.

Впервые на Рязцветмете внедрена технология переработки сурьмянистых концентратов. Извлечение золота из сырья в сплав составило 95,7 %. Получаемая на производстве металлическая сурьма соответствует марке Су-О.

В производстве свинца разработана и используется на упомянутом заводе технология переработки аккумуляторного лома в электропечах мощностью 1,8 МВА и с площадью пода 13 и 15 м2. Схема безотходной электротермической технологии переработки отработавших аккумуляторов включает: механизированную разделку аккумуляторного лома, плавку, рафинирование чернового свинца и переработку оборотов с получением товарных продуктов. На сепарационной установке дробленный аккумуляторный лом подвергается разделению на пять фракций (металлическую, оксисульфатную, полипропилен, поливинилхлорид и эбонит). Плавка ведется без образования штейна, количество шлака сокращено до минимума.

В полупромышленном масштабе отработана принципиально новая, экологичная, малоотходная технология переработки некондиционных полиметаллических концентратов, содержащих свинец, медь и цинк, и промежуточных продуктов с получением товарных продуктов: чернового свинца, содержащего благородные металлы, штейна; шлака, с содержанием более 15 % оксида цинка, его перерабатывают вельцеванием или шлаковозгонкой. Технологическая схема включает окислительный обжиг в прокалочной печи и плавку в электротермической печи с небольшим объемом отходящих газов.

Для переработки различного металлургического техногенного сырья разработана печь постоянного тока с поляризацией жидкометалльной донной фазы (штейна, металла) ПДФ (рис. 3).

Печь ПДФ позволяет перерабатывать экологически безопасным способом металлургическое техногенное сырье - забалансовые и труднообогатимые полиметаллические руды, текущие и накопленные нецелевые промпродукты с достаточно высоким содержанием ценных металлов (шлаки, шламы, кеки, клинкеры и др.), а также вторичное сырье и практически любые отходы при температуре до 1800°С с отгонкой летучих и переводом нелетучих ценных металлов и серы в донную фазу.

Технология впервые в указанной области позволяет реализовать в промышленном масштабе преимущества электролиза расплавленных сред, включая электрохимическое восстановление металлов, интенсификацию их осаждения в донную фазу и отгонки летучих компонентов, резко повысить извлечение ценных металлов, решить проблему избыточного настылеобразования в шлаковых электропечах.

Для переработки бедных окисленных никелевых руд Урала разработана хлоридовозгоночная технология. Она осуществляется во вращающейся печи, отапливаемой пылеуглем, при температуре 1050-1100 °С, уголь сгорает в нагретом до 300-400°С воздушном дутье, при этом в факел вдувается хлористый водород и водяной пар. Получаемые оксиды железа, никеля и кобальта могут быть переработаны в различные виды товарной продукции.

Переработка потерявших активность катализаторов

Катализаторы, используемые в нефтеперерабатывающей промышленности, содержат такие ценные компоненты как рений, платина, палладий, молибден, кобальт, никель.

Технологическая схема переработки катализаторов, содержащих молибден, никель, кобальт включает удаление органических веществ из сырья, селективный перевод молибдена в раствор на первичной операции с последующим сорбционным извлечением, концентрированием и очисткой от примесей, получением товарной молибденовой продукции.

На комбинате “Североникель” освоена технология переработки платинорениевых катализаторов, по которой получают платиновый концентрат и перренат аммония. Извлечение рения в перренат аммония составляет 93-94 %. Технология включает перевод рения в жидкую фазу пульпы и сорбционную переработку растворов с использованием ионитов высокой сорбционной емкости.

Разработаны новые технологии извлечения платины, палладия, родия из дезактивированных катализаторов. Эти технологии позволяют извлекать платиновые металлы совместно и раздельно в виде металлических порошков. Получение порошков платины и палладия основано на процессах реагентного восстановления солей этих металлов в условиях гетерогенной реакции. Содержание основных компонентов в порошке составляет 99,80-99,99 %. Извлечение платины - 96-99,2 %.

Гидрометаллургия

Новым направлением в гидрометаллургии является использование экстракции и сорбции для извлечения и разделения редких и рассеянных элементов, а также тугоплавких металлов.

Экстракция индия из цинковых растворов внедрена на всех цинковых заводах, а также на Чимкентском свинцовом заводе. Аналогов такой технологии в мировой практике не имеется. Внедрение экстракции позволило повысить его извлечение в товарную продукцию на 10-30 %.

На Джезказганском горно-металлургическом комбинате экстракция рения используется для его извлечения из промывной серной кислоты. На Чимкентском свинцовом заводе сорбция рения применяется при переработке свинцовых пылей. Экстракционный способ извлечения рения использовался на Скопинском гидрометаллургическом заводе при переработке молибденовых ренийсодержащих концентратов. На Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате теллур полупроводниковой чистоты получают с применением жидкостной экстракции.

В более крупных масштабах экстракция используется при получении вольфрамового ангидрида. На Нальчикском гидрометаллургическом заводе объем переработки вольфрамовых растворов экстракцией составлял 165000 м3 в год; в настоящее время объем переработки снизился до 45000 тыс. м3.

На Норильском горно-металлургическом комбинате и комбинате “Североникель” действуют экстракционные установки по получению кобальта повышенной чистоты. Ведутся проектные работы по переходу на этих комбинатах к гидрометаллургии никеля с использованием экстракции для разделения металлов.

На Челябинском цинковом заводе нашли применение новые флокулянты для повышения степени очистки сточных вод до требований санитарно-бытового и рыбохозяйственного водопользования.

Технологии очистки газов

Эти технологии предназначены для очистки газов металлургических и химических производств от оксидов серы.

Для переработки отходящих газов металлургических печей разработана технология получения серы, основанная на восстановлении сернистого ангидрида природным газом или углем. После конденсации серы восстановленные газы, содержащие сероводород, дорабатываются методом Клауса. Технология отработана на Норильском горно-металлургическом комбинате.

Разработаны принципиально новые методы очистки газов с помощью пучка ускоренных электронов и высокочастотного стримерного разряда.

Подавление выделения аэрозолей в электролизных цехах

Разработаны специальные добавки к растворам электролитов для получения катодных меди, никеля, цинка. Они подавляют выделение из ванн аэрозолей электролитов, а также способствуют улучшению качества катодных металлов. Промышленное применение данного метода, в частности, осуществлено в производстве электрорафинированного никеля на Норильском горно-металлургическом комбинате.

Среди работ направленных на решение экологических проблем можно отметить перевод соединений мышьяка в труднорастворимые соединения. Предложен новый способ глубокой очистки растворов от мышьяка, обеспечивающий ПДК. Он основан на получении арсената гидроксижелеза, растворимость которого 0,03 мг/л.

Получение высокочистых металлов

При получении металлов высокой чистоты используют, как правило, сочетание различных методов: дистилляцию в вакууме, зонную перекристаллизацию, переосаждение, фракционированное восстановление восстановительными газами, перегонку в токе водорода, электрорафинирование в расплавах и др. Контроль чистоты полученных металлов осуществляют атомно-эмиссионной спектроскопией с индуктивно связанной плазмой.

Разработанные методы обеспечивают получение металлов высокой чистоты: цинка (99,998), теллура (99,9999), индия (99,9999), висмута (99,999), сурьмы (99,99) и др.

металлургия нанотестер карусельный печь

Размещено на Allbest.ru