Что собой представляет
алюминий, какие изделия получают из алюминия и его сплавов,
известно всем. Но не все знают, насколько велика роль алюминия
в черной металлургии, где его используют в качестве
раскислителя.
Восстановление алюминием
железа из оксидов шихты в черной металлургии по экономическим
соображениям не практикуют, так как алюминий - сравнительно
дорогой металл. Однако применение алюминия в качестве
восстановителя металлов из оксидов шихты становится
экономически выгодным, когда в ряде технологий шихта
перерабатывается как на продукцию черной металлургии, так и на
продукцию цветной металлургии.
В особенности тогда, когда в
составе оксидов шихты, направляемых на плавку, в значительном
количестве присутствует оксид металла, стоимость которого выше
стоимости алюминия.
При использовании
алюминия в качестве восстановителя металлов из оксидов
появляются следующие преимущества.
Восстановление металлов из оксидов алюминием сопровождается
выделением значительного количества тепла. Часто тепла
выделяется столько, что его хватает и на расплавление шихты, и
на нагрев расплава до необходимой температуры. В этом роль
алюминия как энергетического компонента.
В отличие от восстановления металлов из оксидов углеродом,
восстановление алюминием не сопровождается выделением газа.
Если же выделение газа и наблюдается, то сравнительно
незначительное.
Возможность вести
восстановительную плавку шихты без образования газа при
необходимости позволяет в камере специального плавильного
агрегата, после ее герметизации, быстро создавать или
безокислительную атмосферу, или необходимое для процесса
плавки разряжение.
В этом случае становится возможным
восстановление алюминием металлов практически всех основных
оксидов, которые присутствуют в разных рудах или концентратах
из руд.
Схема возможного специального плавильного агрегата,
названного «многофункциональный плавильный агрегат» (МПА),
представлена в статье Е.А. Коршунова и А.Г. Тарасова «Новые
аспекты в металлургической практике», опубликованной в журнале
«Уральский рынок металлов», ?3, 2002.
Восстановление отдельных металлов, например, цинка, магния,
кальция, кадмия из оксидов алюминием в загерметизированной
плавильной камере МПА позволяет получать незагрязненный пар
этих металлов, из которых далее может быть получен чистый
металл.
Если в соответствующих условиях
практически все металлы из оксидов будут восстановлены
алюминием, то конечный шлак будет представлять собой
практически чистый глинозем, пригодный или для переработки на
алюминий, или для получения после добавки в конечный шлак CaO
в необходимом количестве плавленого клинкера, из которого
получают дорогой высокоглиноземистый цемент ВГЦ-1, а также для
получения после добавки в конечный шлак кремнезема в таком
количестве, чтобы его в конечном шлаке было не менее 30%,
алюминиево-кремниевого сплава по запатентованной
технологии.
Приведем ряд примеров
переработки оксидосодержащей шихты, восстановление оксидов в
которой рекомендуется осуществлять алюминием.
Пример 1. Переработка ильменитового
концентрата Медведевского месторождения Южного
Урала.
Средний химсостав
концентрата примем из табл. 33, приведенной в книге Л.И.
Леонтьева, Н.А. Ватолина, С.В. Шаврина и Н.С. Шумакова
«Пирометаллургическая переработка комплексных руд», М.:
Металлургия, 1997.
В этом концентрате:
FeO - 33,8%; Fe2O3 - 13,76%; TiO2 - 42,5%; SiO2 - 3,85%; Al2O3
- 2,97%; CaO - 0,78%; MgO - 1,20%; V2O5 - 0,18% и немного
других оксидов.
Согласно специально
разработанной технологии плавку ильменитового концентрата в
МПА рекомендуется вести с добавками кремния и оксида кальция.
В результате такой плавки могут быть получены: железо с
небольшими добавками ванадия, титана и кремния; титанистая
лигатура примерно такого состава: 50-54% Ti, 20-25% Si, 23-25%
Fe; плавленый клинкер, пригодный для производства
ВГЦ-1.
В процессе плавки 1 т концентрата
необходимо будет израсходовать примерно 340 кг алюминия.
Затраты на алюминий составят примерно 0. В лигатуру из 1 т
ильменитового концентрата может перейти до 250 кг титана.
Стоимость 250 кг титана - примерно 0. Будет доход и от
получения других продуктов плавки.
Поскольку все реакции по восстановлению оксидов в шихте
экзотермичны, энергетические затраты на ведение процесса
становятся незначительными и не играют существенной роли в
этом процессе. В конечном итоге, по ориентировочному расчету с
учетом стоимости ильменитового концентрата и всех других
затрат, связанных с производством товарной продукции, прибыль
от переработки 1 т ильменитового концентрата может составить
до 0. В МПА в течение года может перерабатываться до 20 тыс. т
концентрата. Годовая прибыль может составлять до млн. Если
стоимость МПА составит, например, млн., то окупаемость будет
менее года.
Пример 2. Переработка хвостов асбестового
производства - серпентинита
В мировой металлургической
практике примерно половину магния получают электролитическим
методом, а остальное - термическим методом (см. статью Р.Е.
Браун «Обзор магниевой промышленности», опубликованную в
журнале «Цветные металлы», 2002, ?4).
В России магний
термическим методом не производят. Однако отдельную шихту,
содержащую оксид магния, например, «хвосты» асбестового
производства - серпентинит, выгоднее перерабатывать
термическим методом, при котором оксиды в хвостах
восстанавливаются алюминием.
О выгодности термического
способа производства магния в условиях жидкофазного
восстановления металла, в частности, восстановления сильным
металлическим восстановителем, сказано в статье Л.Б. Хорошавна
и Т.М. Головиной «Металлургия магния - металл ХХI века»,
опубликованной в журнале «Уральский рынок металлов», 2001,
.)
Если по разработанному термическому
методу в МПА перерабатывать серпентинит, химический состав
которого указан в статье Брауна (MgO - 40%, SiO2 - 38%, Fe -
5%, H2O - 13%, CaO и Al2O3 - остальное), то, теоретически, из
тонны серпентинита можно будет получить: 240 кг магния, 127 кг
кремния, 50 кг железа и около 1 т плавленого клинкера,
пригодного для производства ВГЦ-1. Из 1 т клинкера можно
получить товарного ВГЦ-1 не менее 800
кг.
Кремний и железо образуют
ферросилиций, близкий к ФС75, стоимость которого порядка $ 400
за тонну. Одна тонна магния в России продается по цене от 1900
до $ 2500 в Канаде - $ 4400, в США - 00-3660 , см. статью
Л.Б. Хорошавина и Т.М. Головиной.
Согласно ценнику
Подольского цементного завода на май 2001 года, ВГЦ-1
продается по цене до $ 800 за тонну.
На
восстановление оксидов, которые имеются в одной тонне
серпентинита, надо затратить примерно 425 кг алюминия. По
примерному расчету, прибыль от переработки серпентинита, как и
в первом примере, может быть до 300 долл. на тонну
серпентинита.
Примерно такой же может быть и
производительность МПА по перерабатываемой шихте. Окупаемость
- менее 1 года.
Производительность на 1
МПА по магнию 3-5 тыс. т в год. Если спрос на магний будет
большим, то этот спрос может быть удовлетворен за счет ввода
второго, третьего и т.д. МПА, но на следующие агрегаты внешних
инвестиций не потребуется, так как они будут изготовляться за
счет прибыли от работы первого и других сооружаемых
МПА.
Пример 3. Переработка небалансовых
бокситов
Принят следующий химсостав
обезвоженного небалансового боксита: Al2O3 - 50%, SiO2 - 15%,
Fe2O3 - 30%, CaO - 5%.
Чтобы конечный
шлак имел содержание CaO 20%, при переплаве 1 т боксита
следует в плавку добавить 165 кг
CaO.
На восстановление кремния и железа
из тонны боксита надо затратить не более 200 кг алюминия, при
этом будет получено 280 кг ферросилиция с содержанием кремния
25 % и более 1 т плавленого клинкера, пригодного для
производства ВГЦ-1.
При расходе 1 т
алюминия может быть получено 1400 кг ферросилиция, на сумму
примерно 0 и 5 т клинкера, из которого можно получить не менее
4 т ВГЦ-1 на сумму примерно 00, так как ВГЦ-1 стоит до 0 за
тонну. Затраты на алюминий - 00-1500.
После учета всех затрат на производство прибыль может быть
весьма значительной, и МПА может окупиться за срок менее
полгода. Однако такая прибыль может быть, если будет спрос на
дорогой ВГЦ-1. Безусловно, прибыльной будет переработка
небалансового боксита, если алюминием восстановить все оксиды,
включая оксид кальция, и далее в полученный конечный шлак
добавить измельченную руду кианита в таком количестве, чтобы в
шлаковом расплаве было не менее 30%
SiO2.
Из указанного расплава далее по
разработанной технологии (по патенту РФ ?2148670) может быть
получен алюминиево-кремниевый сплав. В этом случае не
потребуется тратить средства для покупки алюминия, так как
часть получаемого алюминия в сплаве будет
оборотной.
В заключение следует отметить
еще одно немаловажное обстоятельство: если предлагаемые
технологии переработки разных руд и концентратов найдут
широкое распространение, то может значительно возрасти расход
алюминия на внутреннем рынке металлов, что для настоящего
времени весьма актуально.
