Добыча руды

Основные технологические процессы: проведение горных выработок; бурение, взрывание горных пород; проветривание, отгрузка горной массы; доставка горной массы электровозным транспортом; крепление и закладка выработанного пространства; подъем руды на поверхность. 

Методы обогащения

Большинство руд цветных металлов содержит полезные минералы в низких концентрациях. Повышение содержания осуществляется путем удаления большей части пустой породы . Обогащение осуществляется методом механической обработки руд , без изменения химического состава разделяемых минералов . На предприятиях ГМК «Норильский никель» основным методом обогащения является флотация.

По виду среды, в которой производят обогащение, различают обогащение: сухое обогащение , мокрое (в воде, тяжёлых средах), в гравитационном поле, в поле центробежных сил, в магнитном поле, в электрическом поле.

Обогащение медно-никелевой руды

Флотацией называется способ обогащения, основанный на избирательном прилипании минеральных частиц к пузырькам воздуха. Плохо смачиваемые водой частицы минералов прилипают к пузырькам и поднимаются с ними на поверхность пульпы, образуя пену. Хорошо смачиваемые минералы  не прилипают к пузырькам и остаются в пульпе. Таким образом достигается разделение минералов. Путем добавления в пульпу специальных веществ усиливаются или понижаются свойства смачиваемости минералов и регулируется устойчивость пены.

 В результате обогащения получают концентрат, в котором концентрируются полезные минералы, содержание которых возрастает до 10 и более раз по сравнению с рудой. 

Чтобы процесс флотации прошел эффективно руду нужно измельчить до нужного размера (<0.07 мм) . Это происходит в несколько стадий: крупное дробление(<400 мм), среднее (<100 мм), мелкое (<20 мм ). Дробление осуществляется с помощью щековых, конусных и других дробилок. 

Затем идет стадия грохочения . Сыпучие материалы разделяются по крупности на ситах.

 После грохочения идет измельчение, где дробление руды осуществляется в мельницах (стержневых, шаровых или самоизмельчения). 

 Классификация-процесс разделения измельченного материала по крупности за счет разной скорости осаждения в движущейся водной среде.

Проводится в спиральных классификаторах и гидроциклонах.

После всего этого и осуществляется  флотация во флотомашинах.

Потом концентрат отправляют на сгущение. Сгущение служит для частичного обезвоживания концентрата (40-60%). Фильтрация снижает влажность до 7-15%. 

И далее все идет на сушку в специальные печи а потом уже можно отправлять материал для дальнейшей металлургической переработки.

Плавка на штейн

Плавка - непрерывный пирометаллургический процесс, проводимый при температурах при которых перерабатываемый материал полностью расплавляется. Плавка ведется в различных печах. На ГМК «Норильский никель» плавка проводится в печах двух типов: 

- в руднотермических печах, в которых плавление осуществляется за счет теплоты, выделяющейся при пропускании электроэнергии через шлаковый расплав;

­- в печах Ванюкова и взвешенной плавки, где используются автогенные процессы. Энергия для плавки выделяется при окислении сульфидов , содержащихся в сырье , в среде , обогащенной кислородом. 

Основной задачей плавки является перевод исходного сырья в жидкое состояние, частичное удаление пустой породы и железа, которые переходят в шлаки , а также удаление серы.

Продуктом плавки является штейн.

Штейн представляет собой сплав сульфидов тяжелых цветных металлов с сульфидом железа, содержащий также некоторое количество растворенных оксидов, главным образом оксидов железа.  В большинстве случаев штейн содержит также благородные металлы. При проведении плавки в восстановительных условиях получаются металлизированные штейны, содержащие, кроме сульфидов, растворенные в них металлы. В практике цветной металлургии получают медные, медно-никелевые, никелевые и полиметаллические штейны. Они образуются в жидком состоянии и практически не смешиваются с жидкими шлаками, что позволяет отделить их друг от друга отстаиванием. Для успешного разделения штейнов и шлаков необходимо, чтобы разность их плотностей была не менее 1  . Чем она будет больше, тем быстрее идет отстаивание.

Конвертирование штейна на файнштейн

Конвертирование - автогенный процесс, при котором происходит окисление и удаление в шлаки железа и других вредных примесей, Окислительные процессы происходят при продувке расплава воздухом. Продуктом конвертирования является черновая медь ( при плавке медных концентратов) или файнштейн ( при плавке медно-никелевых концентратов).

Файнштейн - полупродукт, состоящий из сплава сульфидов никеля, меди, кобальта и драгоценных металлов. Медно-никелевый файнштейн разливается в слитки и подвергается медленному остыванию для образования как можно более крупных зерен минералов. Из-за разной температуры кристаллизации кристаллы меди и никеля обособляются образуя крупные зерна.

Флотационное разделение файнштейна

Далее файнштейн дробится в несколько стадий как и в случае с рудой. С начала в щековой дробилке затем в конусной и в шаровой. Затем все отправляется на флотацию ( где темно, грязно, жарко, громко и пахнет не очень)  с целью разделения никеля и меди. Медный концентрат отправляется в металлургический цех а никелевый в рафинировочный

Анодная плавка черновой меди и никеля

МЕДЬ

Чтобы получить анодную медь необходимы три стадии переработки: 

- плавка концентрата в отражательной печи. В рабочую область подается мазут и воздух. Сгорая, топливо разогревает свод печи, а отраженное от него тепло плавит концентрат. Через несколько часов после загрузки готовый расплав сливают в ковш. Далее медь переходит в вертикальный конвертер

-конвертирование. На второй стадии подаваемый под давлением кислород вступает в реакцию с примесями, в результате из расплава удаляется сера и др. Окисление ведут в присутствии флюсов для образования более легкоплавкой и легкоотделяемой фазы шлака, в котором концентрируются удаляемые примеси.

Введение химически активного флюса, например соды при рафинировании меди от мышьяка, сурьмы, способствует образованию более прочного химического соединения, понижая тем самым концентрацию оксида удаляемой примеси. На стадии окисления, пока не ошлакованы примеси, содержание кислорода в расплаве металла не возрастает. Окончание процесса определяют по уменьшению выхода шлака, изменению его цвета, по ряду других визуальных особенностей отбираемых ложечных проб расплава металла (усадка поверхности, кипение, цвет при охлаждении), а также по данным экспресс-анализа.

-анодная плавка. Плотную медь (0,01 % S, до 0,2 % О2) разливают в аноды на машинах карусельного типа. Масса анодов 240-320 кг, длина 800- 1000 мм, ширина 800-900 мм.  Карусель подает специальные ванны под струю горячего металла. Медь быстро остывает в ваннах и получаются аноды, содержание меди в которых 98,65%. Затем аноды отправляют на электролитическое рафинирование.

НИКЕЛЬ

Попав в рафинировочный цех после сгущения и фильтрации, никелевый концентрат поступает в обжиговые печи КС. При температуре over 1000  твердые частицы активно взаимодействуют с кислородно-воздушным дутьем, подаваемым снизу. При это образуется сернистый газ, его отправляют на производство серной кислоты,  и огарок - тугоплавкое соединение NiO. Для того чтобы это соединение было пригодно для электроплавки на аноды, огарок проходит стадию восстановления в трубчатых печах реакторах. Огарок в ней перемешивается с углем. Сгорая, каждый  атом углерода забирает два атома кислорода - получается углекислый газ и порошок с содержанием никеля в нем более 80% . Порошок засыпают в дуговую печь  и разливают на аноды  как и на медном производстве.

Электролиз меди

Медные аноды отправляются в цех электролиза и расставляются в ванны, чередуясь с катодами. Катод представляет из себя тонкий медный лист, полученный в этом же цехе наращиванием меди ,все в тех же ваннах, на титановую матрицу. Затем медь сдирают, прикрепляют ушки и ставят в ванны с анодами и электролитом. 

Пускают ток, растет катод - тает анод. На катоде нарастает чистая медь, далее её вытаскивают из ванны затем промывают, делают пакеты и готовый продукт готов к продаже. Аноды растворяются не до конца, в них остается медь и примеси. Их отправляют на переплавку.

Электролиз никеля

Никелевые аноды загружаются в ванны по 50 штук, затем ванна заполняется раствором, завешивают основы и происходит наращивание катодов. Катоды одевают в специальные мешки(диафрагмы) и внутрь этой конструкции подается электролит (католит). В мешке уровень электролита выше чем в ванне. Католит просачивается сквозь мелкие отверстия в диафрагме, и этот постоянный проток не дает примесям добраться до катода.  Анод подключается положительному полюсу цепи,  катод к отрицательному.

Под действием тока положительно  заряженные частички никеля переходят с анода на катод. Примеси частично растворяются или уходят в осадок. Затем катоды достают, промывают и пакуют, а ванны разбирают и чистят.