Андрей Тарасов
Генеральный директор ГНЦ РФ «Гинцветмет»

А.Тарасов и президент СИМ А.Лэйрд (справа)

    Во время работы международного симпозиума «Медь-95» (журнал «Металлы Евразии» подробно информировал читателей об этом событии – см. № 1, 1996 г.) ко мне подошел один из руководителей Канадского металлургического общества д-р Карлос Диас и сказал: «У нас родилась идея – провести первый международный симпозиум по никелю-кобальту в Канаде». Обсудив возможность проведения такого симпозиума в 1997 году и отдавая себе отчет в специфических трудностях его подготовки, мы договорились о сотрудничестве и разъехались по домам. В отличие от меди производство первичного никеля в основном сосредоточено в четырех странах – России, Японии, Канаде и Австралии. Причем Россия производит около одной трети мирового никеля. Возникал вопрос: сможет ли симпозиум привлечь широкий круг специалистов из различных стран мира?
    Забегая вперед, скажу, что смог. Везде, где есть даже небольшие запасы никеля, стремятся к его производству, поскольку никель – это прежде всего конструкционные материалы, начиная от нержавеющей стали и кончая суперсплавами для ответственных деталей авиационных двигателей. Япония производит более 100 тыс. т никеля в год, не имея запасов рудного никеля. Из наиболее развитых стран, «семерки» (а теперь вместе с Россией – «восьмерки») лишь Германия и Италия не производят первичного никеля. Основное количество кобальта производят в странах Центральной Африки. В России кобальт извлекают как попутный продукт в металлургическом цикле переработки никелевых руд и концентратов.

    Союз теории и практики
    Итак, по инициативе Металлургического общества Канадского института горного дела, металлургии и нефти (СИМ) в рамках 36-й ежегодной конференции металлургов состоялся первый международный симпозиум «Никель-кобальт-97».
    Несколько слов об инициаторе. Канадский институт горного дела, металлургии и нефти – по существу, общественная ассоциация, управляемая несколькими функционерами и избранным на 1 год президентом. В будущем году институту исполняется 100 лет. Деятельность его многообразна. Это – технические форумы, издания, профессиональные и социальные программы, продвижение достижений науки в промышленность, продолжение обучения, студенческие мероприятия, конкурсы. Издания, выходящие под эгидой СИМ, следующие: «Бюллетень СИМ», «Репортер СИМ», «Справочник СИМ», «Журнал технологии добычи и переработки нефти», «Ежеквартальник канадской металлургии», «Горно-геологический журнал». Все издания представляют собой востребуемые в мировом сообществе технические публикации. СИМ имеет в своем составе профессиональные объединения: четыре общества (геологическое, металлургическое, экономическое, нефтяное) и пять отделений (обогатителей, угля, практики обогащения руд, горной инженерии, добычи металлсодержащих руд). Кроме этого, работают семь постоянных комитетов (компьютеризации и автоматизации, образования, охраны окружающей среды, влияния среды обитания на человека, издательства, горной механики и безопасности).
    Вместе с Металлургическим обществом СИМ организатором симпозиума выступил и Австралийский институт горного дела и металлургии. Соорганизаторами были Общество цветных металлов Китая, Канадское отделение обогатителей СИМ, Комитет меди, никеля и кобальта Общества минералов, металлов и материалов (США), Институт развития никеля (ИРН, Канада), Институт развития кобальта (ИРК, Великобритания).
    «Никель-кобальт-97» был проведен в г. Садбери (провинция Онтарио) – главном центре производства никеля и кобальта в Канаде. Количество участников достигло 750 человек. На конференцию были представлены 125 докладов, в том числе 23 – из России, которые были распределены в пяти секциях: Гидрометаллургии и рафинирования, Основ пирометаллургии и перспективных процессов, Практики пирометаллургии, Экологии, Продукции и экономики. На пленарное заседание были представлены 3 доклада: М.Пирке (ИРН, Канада) – «Вперед к 2000 году и далее... Светлое будущее для никеля»; М. Хоукинс (Великобритания) – «Кобальт-ревью о запасах и рынке»; Б. Конард (ИНКО, Канада) – «Опасен ли никель?»
    «Никель-кобальт-97» проходил в особый для этой подотрасли момент. Мировые запасы никеля на складах увеличились как результат открытия в 1993 году крупного никель-медно-кобальтового месторождения на полуострове Лабрадор на востоке Канады. С учетом новых месторождений – на острове Ньюфаундленд и на севере провинции Квебек (Нью-Рагман) – можно констатировать дальнейшее упрочение позиций Канады по запасам никеля и кобальта в XXI веке. Продолжающееся развитие горнорудной базы в Австралии, Бразилии, на Кубе, в Индонезии и Новой Каледонии также заслуживает внимания.

    Впервые специальная дискуссия по проблемам производства никеля и кобальта состоялась в 1986 году на ежегодной конференции металлургов СИМ. Сейчас, семь лет спустя, представляется актуальным обозреть прогресс в теоретических основах и новых технологических разработках в этой области. Знаменательно, что симпозиум проходил в Садбери – одном из крупнейших и лучших технологических центров производства никеля и кобальта. Мы увидели широкую панораму разработки способов извлечения никеля и кобальта из руд и концентратов, в том числе как сопутствующих элементов. Весьма интересны сведения о развитии непрерывного конвертирования никелевых штейнов, включая термодинамические и физические модели, а также новых процессов от пилотных до промышленных стадий. В докладах, посвященных кобальту, представлены детальные исследования термодинамики окисления и восстановления соединений кобальта, практические аспекты и тенденции ценообразования. Так, недавно установленный более высокий уровень цен на кобальт обусловлен необходимостью привлечь внимание к созданию технологических приемов для повышения степени его извлечения из сырья.
    Несколько замечаний с рабочих заседаний секций симпозиума. Одна из секций занималась изучением практики пирометаллургии и экологическими проблемами, а также вопросами высокоинтенсивной плавки и конвертирования. Авторы из 16 стран объективно отразили состояние подотрасли, что характерно для ежегодных конференций металлургов СИМ в последнее время. 20 докладов о новых процессах в пирометаллургии раскрывают новшества в плавке как сульфидных продуктов, так и окисленных латеритов. Рассмотрены наиболее важные плавильные процессы, проведена дискуссия о путях интенсификации и модернизации «стареющих» заводов. Специальная секция была посвящена плавке латеритов с получением ферроникеля, изучалась практика заводов Колумбии, Доминиканской республики, Индонезии, Японии и России, что позволяет широко оценить эти технологии в мировом масштабе.
    В докладах по общим вопросам металлургии тяжелых цветных металлов освещены темы, связанные с изучением высокоинтенсивных плавок и конвертирования. Важно отметить, что сведения о скоростях процессов и физических аспектах были получены непосредственно из практических результатов. Также представляется продуктивным продолжающееся развитие математических и физических методов моделирования.
    Более десяти докладов посвящены экологии, включая пленарную лекцию Брюса Конарда о токсикологии никеля. Доклады Гинцветмета о путях утилизации сернистого газа для производства элементарной серы и использования его в гидрометаллургических процессах составили стержень работы экологической секции.

    Российская технология – в центре внимания
    Без преувеличения можно сказать, что в перечисленных разделах весьма ощутимы были роль российских докладов и активное участие российских специалистов в дискуссии.
    Российская делегация состояла из шести сотрудников Государственного научного центра «Гинцветмет», которые сделали 10 докладов, вызвавшие большой интерес аудитории. Отдельных докладчиков буквально засыпали вопросами. К сожалению, не смогли приехать докладчики (а было заявлено 11 докладов) с предприятий РАО «Норильский никель», что вызвало естественное недоумение организаторов и участников симпозиума. Особенно жаль, что в Садбери не был представлен ведущий комплексный институт в области никеля и кобальта – Гипроникель.
    На заседаниях секций был проявлен интерес к судьбе уральских никелевых заводов при обсуждении докладов И.Д. Резника, Т.А. Харлаковой «Теория и технология плавки окисленных никелевых руд на ферроникель в шахтной печи» и А.В. Тарасова, П.А. Ковгана «Технология бескоксовой плавки окисленных никелевых руд». Остановимся на этом подробнее.
    Переработка окисленных никелевых руд (ОНР) в России ведется на уральских заводах по традиционной технологии – шахтная плавка на штейн с последующей доработкой штейна конвертированием с получением двух продуктов: никелевого файнштейна и кобальтовой массы. Уральские заводы убыточны, они перерабатывают бедные руды, содержащие около 1–1,1 % никеля, используя для этого самое дефицитное и дорогое топливо – металлургический кокс. Плавка ОНР – энергоемкий процесс, и в себестоимости никеля до 60 % составляет стоимость энергоресурсов. Низкое извлечение никеля и кобальта и высокая стоимость кокса делают уральские заводы убыточными.
    Шахтная плавка ОНР цветных металлов – один из самых совершенных тепловых процессов, его КПД составляет 43–46 %. Недостатком процесса является потребность в самом дефицитном топливе – металлургическом коксе и кусковом виде шихты. Шахтные печи на уральских заводах имеют слабое энерговооружение – только обогащение дутья, не превышающее 23–24 %. Проплав в этом процессе не превышает 30–32 т/м² в сутки – самый низкий среди процессов шахтной плавки цветных металлов. Низкое извлечение никеля в шахтной плавке (70 %) объясняется особенностями штейновой технологии. Поднять извлечение можно, если вести процесс с получением ферроникеля. Реконструкция шахтной печи для получения ферроникеля из-за высоких цен на кокс является нерентабельной.
    В Гинцветмете разработана новая технология плавки ОНР в барботажном агрегате с глубокой утилизацией тепла (БАГУТе). Рабочее пространство БАГУТа состоит из двух зон: барботажной (плавка) и плазменной (доводка расплава) (см. рисунок). Барботажная зона может отапливаться любым энергетическим топливом, для этого через фурмы подается обогащенное кислородом дутье. В этой зоне происходит восстановление никеля и кобальта с получением ферроникеля. В плазменной зоне из нагретого до 1300 ^oС расплава восстанавливаются железо, кремний, хром и остатки никеля и кобальта. При этом получается природнолегированный чугун, содержащий до 1,5 % кремния и до 1,0 % хрома. Шлаки можно использовать для производства цемента или в качестве щебня.
    Применение БАГУТа позволяет снизить расход условного топлива на 35–40 %, используя самое распространенное топливо – уголь, увеличить производительность печи до 55–60 т/м² в сутки и повысить извлечение никеля и кобальта. Все эти преимущества позволят рентабельно переработать бедные по никелю руды Буруктальского, Серовского и других уральских месторождений. Это достигается интенсификацией плавления и восстановления за счет барботажно-эмульсионного процесса совместно с плазменным процессом восстановления железа и обеднения шлаков до отвальных содержаний металлов (0,03–0,05 % никеля, 0,01 % кобальта и 1,3–1,5 % железа).
    Штейновая технология получения никеля связана с большими выбросами диоксида серы. В новом процессе степень использования серы доводится до 90 %, что позволяет свести вредные выбросы до разрешенных норм.
    В таблице приведены данные по технологическим показателям действующих и перспективных способов плавки ОНР. Благодаря высокому энергетическому КПД (около 51 %) БАГУТа расход энергоресурсов в этой технологии самый низкий, так же как их стоимость. В БАГУТе кроме ферроникеля получают передельный чугун, легированный хромом, кремнием, и шлак, годный для производства цемента или наполнителей для бетонов. Получение этих трех продуктов плавки, кроме традиционного ферроникеля, позволяет снизить себестоимость каждого из них и сделать технологию безотходной.
    В настоящее время выполнено обоснование инвестиций по строительству опытно-промышленной установки БАГУТ на Орском никелевом комбинате. Стоимость установки с учетом использования инженерной периферии комбината – 8 млн. долл., срок окупаемости – 2,5–3 года.
    Проблема уральских никелевых заводов заключается в том, что сегодня нерентабельно выплавлять никель в существующих шахтных печах. Значительно могут улучшить экономические показатели современные технологии, базирующиеся на принципах плавки Ванюкова. Могут быть рассмотрены альтернативные технологии – кричный или полукричный процесс. Наилучшие показатели, несомненно, будут у БАГУТ-процесса. Но все-таки и этот процесс – полумера. Нужно воплотить основную металлургическую идею подготовки шихты к плавке – обогатить руду с 1 до 5 % никеля. Но как? Окисленные минералы плохо поддаются флотации.
    Специалистами института «Гинцветмет» разработан сегрегационный комбинированный способ обогащения окисленной руды. В первых опытах был получен концентрат с содержанием никеля 4 %, а затем последовательно 6, 8, 10 %. Это уже кардинальное решение проблемы, и выбор способа плавки никелевого концентрата становится вторичным. Об этой и других проблемах, связанных с уральским никелем, мы расскажем в одном из следующих номеров журнала.

    Это – только начало
    По окончании симпозиума состоялись технические экскурсии на заводы «Фалькомбридж» и «Коппер-Клифф». Эти заводы используют диаметрально противоположные технологии для переработки сульфидного никелевого сырья: первый – обжиг с последующей электроплавкой огарка, второй – кислородно-факельную плавку. Общим для канадских заводов является то, что богатые по сере газы от первых переделов направляют на производство серной кислоты и жидкого диоксида серы, а бедные газы от конвертеров выбрасывают в атмосферу.
    Из знаменательных событий запомнился 81-й день рождения доктора технических наук И. Д. Резника, которого стоя приветствовали 800 человек и дружно спели американскую песню «Счастливый день рождения».
    В коротких заметках по горячим следам трудно провести обстоятельный анализ докладов, систематизировать впечатления и сделать глубокие выводы, но главный из них очевиден: «Никель – кобальт-97» положил начало серии симпозиумов по проблемам никеля и кобальта и, несомненно, войдет в историю этой важной металлургической подотрасли. Отныне симпозиумы будут проводиться раз в четыре года и позволят менеджерам, производственникам, исследователям обсуждать новые идеи и технологии, прогресс в производстве никеля и кобальта из сульфидных и окисленных руд, делать обзор промышленности, применения никель-кобальтсодержащих материалов. Пленарные заседания будут посвящены ключевым проблемам использования и трансфера передовых практических достижений и контроля за техногенным воздействием на среду обитания.