Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II (Россия, Санкт-Петербург)

Л. В. Крупнов, доцент кафедры металлургии, канд. техн. наук, Krupnov_LV@pers.spmi.ru

Характерным признаком современного состояния горно-металлургических комплексов, перерабатывающих сульфидное медно-никелевое сырье, является истощение месторождений богатых руд. Это обусловливает необходимость вовлечения в переработку ранее накопленного техногенного сырья, доля которого в загрузке плавильных агрегатов в ряде случаев достигает 30 % и более. В результате в разных зонах печей формируются новые, атипичные продукты плавки – промежуточный слой и тугоплавкие настыли. Представлены результаты исследований атипичных продуктов плавок, образующихся в процессе переработки низкоэнергетического сырья в автогенных агрегатах. Показано, что основной фазой этих продуктов являются тугоплавкие соединения – алюмосиликаты широкого состава и шпинели. Приведены результаты термодинамических расчетов условий формирования тугоплавких фаз, образующих основу этих продуктов. На основании выполненных термодинамических расчетов образования этих фаз сформулирован механизм формирования промежуточного слоя и настылей. Определены основные факторы, влияющие на этот процесс. Показано, что основной причиной технологических срывов в процессе плавки низкоэнергетического сырья является дефицит теплового баланса. Приведены результаты сравнительных расчетов тепловых балансов плавок для разных типов сырья, выполненных на основе фактических статей расхода тепла при эксплуатации промышленных агрегатов – печи взвешенной плавки и печи Ванюкова. Обосновано преимущество процесса плавки в жидкой ванне (в печи Ванюкова). Проведенные промышленные испытания при переработке низкоэнергетического медно-никелевого сырья подтвердили выполненные расчеты и сделанные выводы.

Автор выражает благодарность канд. техн. наук С. С. Озерову, канд. техн. наук В. А. Попову, а также сотрудникам Медного завода ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель» и ООО «Институт Гипроникель», принимавшим участие в подготовке материалов.

1. Оганесян Л. В., Мирлин Е. Г. Проблема исчерпания минерально-сырьевых ресурсов земной коры // Горная промышленность. 2019. № 6 (148). С. 100–105.
2. Mudd G. M., Jowitt S. M. A detailed assessment of global nickel resource trends and endowments // Economic Geology. 2014. Vol. 109, № 7. P. 1813–1841.
3. Литвиненко В. С., Сергеев И. Б. Инновационное развитие минерально-сырьевого сектора // Проблемы прогнозирования. 2019. № 6 (177). С. 60–72.
4. Дауев Ю. М., Бакланов П. Я., Василенко В. П., Денисов М. Н. Результаты переоценки минерально-сырьевой базы металлических полезных ископаемых Российской Федерации // Минеральные ресурсы России. 2020. № 4. С. 32–39.
5. Bazhin V. Yu., Glazev M. V. Refractory materials of metallurgical furnaces with the addition of silicon production waste // Non-Ferrous Metals. 2022. № 1. Р. 32–39.
6. Новиков Н. И., Салихов В. А. Основные направления и перспективы развития минерально-сырьевой базы цветных и редких металлов в мире и России // Вестник Томского государственного университета. Экономика. 2015. № 2 (30). С. 138–150.
7. Gorlanov E. S., Popov G. G., Kopylova T. N., Gontsukov A. S., Mozulev O. A. Low-temperature synthesis of composite C-TiB2 electrodes in standard firing processes and in molten salt electrolysis // International Journal of Engineering, Transactions B: Applications. 2026. Vol. 39, No. 2. P. 485–491.
8. Gorlanov E. S., Sizyakov V. М., Popov G. G., Gontsukov A. S. et al. Study on corrosion rate of anodes with varying geometries in electrolytic production of aluminum // International Journal of Engineering Transactions C: Aspects. 2026. Vol. 39, No. 12. P. 3017–3025.
9. Martynova E. S., Martynov S. A., Bazhin V. Y., Masko O. N. Improvement of the system of thermal energy recovery of exhausted gases for the RKO-11 ore thermal furnace // Metallurgist. 2025. Vol. 68, No. 10. P. 1575–1584.
10. Быкова Е. Н., Хайкин М. М., Шабаева Ю. И., Белобородова М. Д. Развитие методологии экономической оценки земельных участков для добычи и переработки твердых полезных ископаемых // Записки Горного института. 2023. Т. 259. С. 52–67.
11. Лапинскас А. А. Влияние горной ренты на эффективность использования природного потенциала: парадокс изобилия и его российская специфика // Записки Горного института. 2023. Т. 259. С. 79–94.
12. Якубов М. М., Джумаева Х. Ю., Умаралиев И. С., Мухамеджанова Ш. А. Исследования возможности применения техногенного сырья при плавке сульфидных медных концентратов в печи Ванюкова в АО «Алмалыкский ГМК» // Цветные металлы. 2023. № 5. С. 14–19.
13. Keitshokile D. C., Mundiya C. Development and management of an uptake shaft accretion at the BCL smelter // Proceedings of the 13th International flash smelting congress. Zambia. 2–8 October 2011. P. 113–134.
14. Koochaki M., Кarimifar A., Balouchi M., Mahmoudi H. Study of effective operating parameters influencing the dust reduction in output from the flash furnace smelter at Khatoon Abad // Proceedings of the XV International Flash Smelting Congress. – Finland, Helsinki, 4–8 September 2017.
15. Sanchez A., Ramos M., Garcia J. Improvements carried out in the FSF up-take shaft and waste-heat boiler – a review over Atlantic Copper’s history // Proceedings of the XV International Flash Smelting Congress. – Helsinki, Finland, 4–8 September 2017.
16. Алтушкин И. А., Король Ю. А., Бакин А. В., Красильников Ю. В. Инновации в металлургии меди на примере реализации проекта реконструкции ЗАО «Карабашмедь». Инновации в металлургии меди на примере реализации проекта реконструкции ЗАО «Карабашмедь». Часть 2. Опыт освоения печи Ausmelt // Цветные металлы. 2012. № 8. С. 35–41.
17. Методические указания и руководство по количественному определению объема выбросов парниковых газов организациями, осуществляющими хозяйственную и иную деятельность в Российской Федерации : утверждены приказом Минприроды России от 30.06.2015 № 300.

18. Bale C. W., Bélisle E., Chartrand P., Decterov S. A. et al. FactSage thermochemical software and databases, 2010–2016 // Calphad. 2016. Vol. 54. P. 35–53.
19. Жуковский Ю. Л., Белоглазов И. И., Клебанов Д. А., Темкин И. О. Цифровая трансформация в управлении процессами и оборудованием предприятий ТЭК И МСК // Записки Горного института. 2025. Т. 275. С. 3, 4.
20. Beloglazov I. Review of advanced digital technologies, modeling and control applied in various processes // Symmetry. 2024. Vol. 16, No. 5. 536. DOI: 10.3390/sym16050536
21. Ansys Fluent Theory Guide. Version 2022.R1. – Canonsburg, PA : ANSYS, Inc., 2022.
22. Крупнов Л. В. Определение фактических параметров промышленного агрегата для расчетов теплового баланса на примере печи взвешенной плавки // Теория и технология металлургического производства. 2026. № 1 (56). С. 22–29.
23. Drorbaugh D., Loveless M., Ochoa K., Walton R., Wilde R. Recent improvements at the Kennecott copper smelter // Proceedings of the XV International Flash Smelting Congress. – Finland. Helsinki, 4–8 September 2017.
24. Крупнов Л. В. Отработка режимов переработки малосернистого никелевого сырья в промышленной печи Ванюкова // Теория и технология металлургического производства. 2026. № 1 (56). С. 30–36.
26. Набойченко С. С., Агеев Н. Г., Дорошкевич А. П. и др. Процессы и аппараты цветной металлургии. – Екатеринбург : ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. – 700 с.
27. Takamatsu G., Fujii O., Shima M. et al. Furnaces for autogenous smelting of copper // Kinzoku (Metals and Technology). 1986. Vol. 56, № 9. P. 66, 67.
28. Davenport W. G. Flash smelting: а look back and a look ahead / Metallurgical Review of the Mining and Metallurgical Institute of Japan. 1987. Vol. 4, № 2. P. 15–33.
29. Роменец В. А., Валавин В. С., Усачев А. Б. и др. Процесс Ромелт : монография / под ред. В. А. Роменца. – М. : МИСИС; Руда и Металлы, 2005. – 399 с.
30. Цветков П. С. Кластерный подход к улавливанию и транспортировке промышленного СО2: экономия за счет совместной инфраструктуры // Записки Горного института. 2025. Т. 275. С. 110–129.
31. Федосеев С. В., Цветков П. С. Ключевые факторы общественного восприятия проектов захвата и захоронения углекислого газа // Записки Горного института. 2019. Т. 237. С. 361–368.
32. Леонтьев Л. И., Тарасов А. В. Экологические проблемы «Норильского никеля» и возможные пути их решения // Экология и промышленность России. 2017. Т. 21, № 2. С. 15–19.
33. Максимова Р. И., Сизяков В. М., Бричкин В. Н., Куртенков Р. В. Рециклинг известкового компонента при комплексной переработке щелочных алюмосиликатов // Обогащение руд. 2026. № 2. С. 45–54.
34. Отчет о НИР по Договору № 021-1095н «Программа опытно-промышленных испытаний». Этап 1. – СПб. : ООО «Институт Гипроникель», 2025.
35. Атлас минерального сырья, технологических промышленных продуктов и товарной продукции ЗФ ПАО «ГМК «Норильский никель» / под ред. Л. Б. Цымбулова. – СПб. : Политех-Пресс, 2021. – 398 с.