Никитовское ртутное месторождение. Часть 10. Металлургический цех

В конце 1968 года был сдан в эксплуатацию новый металлургический цех. Здесь была осуществлена подлинная реконструкция в металлургии ртути. Технический уровень металлургического производства позволял достигать высокого извлечения металла из низкокачественных руд.

 Можно предполагать, что в древности первоначальные способы получения ртути из киновари сводились к обжигу ртутной руды в кучах, с конденсацией ртутных паров на холодных предметах. Позднее появляется реторта, изготовленная из глины. Такие реторты, заполненные полуобожженными огарками, встречаются при разработке древних рудников и, в частности, были найдены на Хайдаркане. Более поздние методы переработки относящиеся к XVI в., описаны Агриколой, приводящим пять очень примитивных способов получения ртути. На рис.1 изображен способ получения ртути возгонкой ее из руды, с конденсацией паров на зеленых свежесрубленных деревьях, помещенных в кирпичных камерах.
На рис.2 приведен способ обжига руд в керамиковых горшках на костре. К этому времени уже хорошо известны ядовитые свойства ртути и необходимость тщательной герметизации аппаратуры для предотвращения потерь ртути в парообразном виде.

Керамические реторты применялись до 1641 г., когда на смену им появились железные. В дальнейшем, с увеличением спроса на ртуть и уменьшением количества богатых руд встала необходимость перерабатывать руды с пониженным содержанием ртути. Появились шахтные печи прерывного и, позднее, постоянного действия. Начало применения отражательных печей относится к 1842 г. С 1850 г. впервые стали применять известняк в качестве флюса при ретортном переделе. Каскадные печи начали применять с 1875 г.
В таком виде ртутная промышленность существовала до первой четверти ХХ столетия, когда для переработки руд начали применять механические печи — трубчатые и многоподовые.
Конденсационные системы также претерпели значительные изменения—от весьма несовершенных кирпичных камер с низкими показателями по улавливанию ртути до трубчатых конденсаторов: вначале керамиковых, затем чугунных и из других, более устойчивых металлов.

В 1879 г. на Никитовском ртутном месторождении горный инженер А. В. Миненков обнаружил древние выработки и выходы киноварных руд Никитовского месторождения. В 1885 г. были начаты добыча и с конца 1886 г. обжиг ртутных руд. Завод начал быстро развиваться. В 1887 г. было обожжено 9850 т руды и выдано 64 т ртути, а в 1897 г. завод достиг годовой производительности по переработке 90,3 тыс. т руды; было получено 615 т ртути. В 1897 г. завод имел в своем составе 4 шахтные печи производительностью по 18 и 30 т, 2 отражательные по 8 т и 4 печи Чермака-Спирека по 50 т руды в сутки. Мощность завода по переработке руды достигала 312 т руды в сутки.
В таком составе завод проработал до 1906 г. Когда вследствие разорения владельца предприятие пришло в упадок и в 1908 г. прекратило свою деятельность. В 1911 г., предприятие перешло в ведение Азовско-Донского банка. Возобновленные разведки определили значительную перспективность месторождения, и к 1914 г. было решено строить новый завод взамен старого. Царское правительство поручило строительство австрийской фирме Аухаген. Начавшаяся война прервала деятельность этой фирмы, и поспешно были начаты работы по восстановлению завода на старом месте. В 1914 г. были построены одна шахтная печь на 30 т и одна отражательная на 8 т руды в сутки. Работа была организована на наиболее богатых рудах. В таком состоянии завод находился к моменту Великой Октябрьской революции. После окончания гражданской войны ртутный завод был восстановлен и расширен; к 1929 г. завод имел в своем составе три шахтные и пять отражательных печей.
С началом индустриализации страны и ростом потребности в металле завод по плану первой сталинской пятилетки был выстроен заново.

Переработка ртутных руд

Пирометаллургический способ получения ртути включает в себя два процесса: дестилляционный обжиг ртутной руды с избытком кислорода и последующую конденсацию ртутных паров из печных газов.

 Подготовительными операциями перед обжигом ртутных руд являются: дробление и сортировка.

Целью дробления является увеличение площади поверхности обжигаемого материала с достижением оптимального размера кусков. Этот размер зависит типа печи, в которой проводится обжиг, от характера вмещающей породы и вкрапленности киновари.

 Восстановление ртути из киновари происходит за счет окисления связанной с ней серы кислородом воздуха, при температурах до 850°С. Так как эта температура значительно выше точки кипения ртути, то последняя выделяется из печи в парообразном состоянии и затем конденсируется.
Восстановление киновари происходит по реакции:
HgS + O2 = Hg + SO2 — 60 000 кал.

При свободном доступе воздуха эта реакция начинается около 250°С; начиная с 360-370°С она протекает активно и резко ускоряется с повышением температуры.
Работами Шахова и Слободского ("Гинцветмет") установлена зависимость потерь ртути от температуры при окислительном обжиге. Это подтверждается лабораторными исследованиями по определению скорости разложения  киновари при окислительном обжиге. Так, навеска киновари в 0,5 г при температуре 400°С разлагалась за 1 час на 50%; при 450°С такое разложение происходило за 10 мин.

Металлургические печи

 Среди многочисленных типов печей для переработки ртутных руд можно выделить два основных класса.
Первый класс — печи с непосредственным нагревом обжигаемой руды. Сюда относятся шахтные печи, а также отражательные, трубчатые и другие пламенные печи. Продукты горения и продукты дестилляции в этих печах смешиваются, концентрация ртутных паров в печных газах за счет этого снижается, что является основным и существенным недостатком печей этого класса.

Второй класс — печи муфельного типа.

В свою очередь следует выделить в каждом классе группу печей для обжига только крупнокусковых руд и группу печей, приспособленных для переработки рудной мелочи.
 

В первом классе можно выделить стационарные печи для крупной руды (обычные шахтные печи и шахтные печи с выносными топками) и печи для мелкой руды, подразделяющиеся на: 

1) стационарные (отражательные, наклонные канальные, каскадные шахтные, каскадные Чермака-Спирека) и 2) механические  (трубчатые и многоподовые).
Ко второму классу относятся стационарные печи Крупы (типа коксовой) для крупной руды и ретортные — для мелкой руды. Последние могут быть стационарными (с горизонтальными и наклонными ретортами) и механическими (шнековые и печь Есипчука). 

До реконструкции завода на Никитовском ртутном комбинате применялись: для крупной руды - шахтные печи Никитовского типа (Новака), для мелкой - отражательные печи.

Шахтные печи никитовского типа (Новака), рассчитанные на работу с твердым топливом и получившие распространение в Европе, строились с шахтами прямоугольного и круглого сечения. Последние применялись на Никитовском ртутном комбинате до 1938 г.

Основной особенностью конструкции печи является наличие в нижней части шахты конуса, предназначенного для регулирования разгрузки и распределения воздуха, поступающего в печь.
Печь прямоугольного сечения изображена на рисунке. Снаружи печь имеет металлический кожух. Руда загружается сверху через специальный загрузочный конус с водяным затвором и колошами весом 150—200 кг.
По мере выпуска огарка в вагонетки через нижние разгрузочные проемы столб руды в шахте опускается и компенсируется очередной загрузкой. Техника загрузки такова: верхняя крышка, обичайка которой покоится в желобе, наполненном водой, поднимается; в загрузочную камеру, дно которой образовано подвижным в вертикальной плоскости конусом, заваливается подготовленная колоша, состоящая из руды и топлива (древесный уголь, антрацит или кокс). После этого крышка устанавливается на место и специальным рычагом опускается нижний конус. Шихта ссыпается в шахту печи через прозор между подвижным конусом и стенками шахты.
Таким образом предпринимается попытка избежать возможных потерь ртути и предохранить рабочих от отравления.
Высота столба шихты измеряется деревянной рейкой, опускаемой в шахту через специальное отверстие в верхней части печи, у загрузочного окна. Отверстие закрывается особым железным клином.
Печь, изображенная на рисунке, с объемом шахты 29 м3 имела производительность 15 т в сутки; разгрузка и загрузка производились примерно через 2,5 часа. Руда находилась в печи около 50 час.
Расход каменного угля составлял около 10%. Извлечение при обжиге колебалось в пределах 92%. Для обслуживания 11 печей требовалось 10 рабочих.

  
Отражательные печи для мелкой руды.

Отражательные печи рассчитаны на периодический обжиг мелкой руды, не пригодной для обработки в шахтных печах. На рисунке изображен блок из двух отражательных печей для обжига ртутных руд, с горизонтальным подом. Топка 1, рассчитанная для работы на твердом топливе, расположена поперек печи и несколько смещена от середины. Газы, следуя под подом печи по шести каналам 2, поворачивают вверх в печное пространство и, пройдя его, уходят на конденсацию через проем 3.
Обжигаемый материал загружается через затвор 4; руда каждые полчаса перегребается железными гребками через окна 5 и по окончании обжига сбрасывается через воронку 6 в вагонетку. По мере разгрузки огарка загружаются новые порции руды. Продолжительность обжига от 1 до 3 час. для рядовых руд и более длительная для богатых. Производительность 8-10 т руды в сутки. Расход топлива 10—12% каменного угля от веса руды.
Для предохранения кладки пода и утилизации тепла иногда печи снабжались каналами 7 для подогрева воздуха.

Конденсация ртути из газов
При обжиге ртутных руд восстановленный металл переходит в парообразное состояние и с продуктами горения и возгонки отводится в аппараты для конденсации, на которых охлажденные до критической температуры (и ниже ее) ртутные пары конденсируются.
Последний процесс осуществляется в конденсационной аппаратуре, принимающей газы обжиговых печей по газоходам, после предварительной подготовки газов.
Однако продуктом конденсации не всегда является металлическая ртуть. Только при очень богатых рудах или концентратах, при хорошо организованных очистке газов и конденсации можно ожидать прямого выхода металла, в количестве 60—80% от загруженного в печь. При рядовых рудах прямой выход металла значительно ниже, нередки случаи когда выход падает до 5—6% и даже ниже, а иногда металла как такового в конденсаторах не обнаруживается вообще, так как весь сконденсированный металл собирается в приемниках конденсационной системы в виде ступпы.
Ступпа представляет собой тонкодисперсный материал, состоящий из ртути, рудной пыли, сульфидов и сульфатов ртути, окислов сурьмы и мышьяка, углистых веществ, возможно тяжелых углеводородов и воды. Цвет ступпы от серого до черного, в зависимости от содержания в ней сажи.
При обезвоживании и сгущении ступпа образует очень липкий, трудно обрабатываемый, нетранспортабельный продукт, являющийся источником значительных потерь металла и ртутного отравления персонала, занятого на обработке ступпы.
Таким образом, полученный в конденсаторах продукт, содержащий значительное количество ртути, не является товарным и требует для выделения металла дополнительной и довольно трудоемкой обработки, так называемой «отбивки».
На Никитовском ртутном комбинате применялись вертикальные конденсаторы (батарейного типа). Система представляет собой батарею U-образных труб (звеньев), последовательно соединенных между собой. Благодаря тому, что трубы поставлены вертикально, при одной и той же длине они занимают небольшую площадь и являются компактным сооружением. Батарейная установка конденсаторов удобна еще и потому, что сосредоточенное расположение труб позволяет организовать орошение конденсаторов с целью эффективного охлаждения, более удобна для контроля за температурой, для «чистки, сбора продуктов конденсации и т.д."
Недостатком батарейных установок является увеличенный расход электроэнергии вследствие ее повышенного сопротивления.


В конце 1968 года был сдан в эксплуатацию новый металлургический цех. В мае были пущены в работу муфельные печи (переработка более богатых руд и промежуточных продуктов), в декабре — печи кипящего слоя (переработка крупнотоннажных потоков рядовой ртутной руды). Здесь осуществлена подлинная реконструкция в металлургии ртути. Большая многолетняя работа научных работников института «Гинцветмет» в содружестве с коллективом комбината позволяла внедрить в производство новый процесс обжига руд в печах кипящего стоя. Особенностью их является то, что в отличие от аналогичных печей, работающих в других отраслях цветной металлургии, обжигают более крупнокусковую руду. Под каждой печью установлены котлы-утилизаторы, которые позволяют использовать тепло от агарков, выходящих из печи. Охлажденные огарки удаляются на участок сортировки ленточными транспортерами. Такой вид транспортировки применен впервые в практике рудной промышленности.

Новый металлургический цех. 1981 г.

 Печи кипящего слоя имеют цилиндрическую или прямоугольную форму и состоят из реакционной камеры и камер для подачи воздушного или газового дутья в распределительную подину. Подина, служащая для равномерного распределения дутья по всей площади реакционной камеры, представляет собой металлическую решётку или бетонную плиту с отверстиями, иногда её изготовляют из пористых керамических блоков. Засыпаемый зернистый материал (шихта) подхватывается воздухом или газом, поступающим из подины, и образует кипящий слой, в котором происходит взаимодействие между твёрдыми и газообразными продуктами. Готовый продукт (например, огарок) выгружают из печи через окно, обычно расположенное в стене печи на верхнем уровне кипящего слоя.

Схема печи кипящего слоя: 1 — реакционная камера; 2 — воздушная камера; 3 — воздухораспределительная подина; 4 — форкамера; 5 — кипящий слой; 6 — порог; 7 — теплообменник.

Температура в печах кипящего слоя достигает 450°С . Что происходит в этом пекле, можно увидеть через небольшой светящийся глазок. В раскаленном красном мареве «плавают», совершая вращательные движения, частицы руды. Ртуть испаряется и подается на электрофильтр, где завершается очистка ее односторонних примесей. А твердые остатки, или огарок, подаются вниз на выгрузку.  Их успешно применяют затем в дорожном строительстве.
 Бросовое тепло огарков используется для подогрева воды. В цехе нет котельной — обогрев здания и душевых осуществляется за счет котлов-утилизаторов. В процессе обжига руда как бы кипит, измельчается в печах кипящего слоя. Измельченную массу просеивают на своеобразных ситах и по трубопроводам направляют в гидросооружения. Здесь же происходит намыв дешевого и очень качественного песка. Так постелено металлургическое производство становится безотходным.

С использованием печей кипящего слоя потребовалось внедрить в производство фильтры для очистки газов от пыли. Опыт показал, что применение злектрогазоочистки па ртутных заводах независимо от конструкции печей дает хорошие результаты — повышает прямой выход металла и улучшает экономические показатели. Печи кипящего слоя явились важным шагом к рациональному использованию природных ресурсов. Низкая себестоимость переработки руды на таких печах и высокий процент извлечения металла позволили рентабельно работать на рудах с низким содержанием полезного компонента.

В 1989 году на комбинате внедрена автоматизированная система эффективного использования металлургического оборудования с применением вычислительной электронной техники. Компьютер осуществляет учет и контроль расхода и обжига руды, следит за использованием поточно-транспортных средств: подвесной канатной дороги, приемного бункера.

Ртутный комбинат выпускал металлическую ртуть четырех марок, регламентируемых государственным общесоюзным стандартом ГОСТ 4658—73.

Марка          % Ртути, не менее          Нелетучий остаток,не более, %
Р0                        99,9997                            0,0003
Р1                        99.099                              0,001
Р2                        99,99                                0,01
РЗ                        99,9                                  0,1

В качестве тары приняты стальные баллоны с завинчивающейся пробкой с прокладкой из фторопластового материала, вмещающие по 34,5 кг ртути и баллон из толстостенного стекла (раньше керамические), вмещающие по 5,0 кг ртути. Стеклянный баллон закрывался металлической крышкой с прокладкой из пластиката.

Фото Максим Юдин

Фото Максим Юдин

В 1991-1992 гг. Никитовский ртутный комбинат был объявлен банкротом. Металлургическое производство остановлено. Цех полуразрушен. Бывший ртутный завод стал Меккой индустриального туризма. Гигантский скелет завода производил должное впечатление.

В ноябре 2012 года был произведен окончательный демонтаж металлургического цеха.
Цех был полностью уничтожен. Первой серией взрывов была уничтожена верхняя часть основного здания. Второй частью взрывных работ был демонтаж силосной башни.

 

Источники:

1.C.М. Мельников - Ртуть (1951); Москва: Металлургиздат, 1951. — 383 с
2.Подшивка заводской газеты "За Ртуть" (1970-80гг.)
3. ГОСТ 4658-73 Ртуть. Технические условия
4. Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

Никитовское ртутное месторождение. Часть 1. Геология рудного поля
Никитовское ртутное месторождение. Часть 2. "Ртутное дело А. Ауэрбахъ и К°"
Никитовское ртутное месторождение. Часть 3. Никитовский ордена Трудового Красного Знамени ртутный комбинат
Никитовское ртутное месторождение. Часть 4. Шахта 2-бис
Никитовское ртутное месторождение. Часть 5. Карьер "Чегарники"
Никитовское ртутное месторождение. Часть 6. Карьер "Западное Замыкание"
Никитовское ртутное месторождение. Часть 7. Карьер "Железнянка"
Никитовское ртутное месторождение. Часть 8. Карьер "Полукупол Новый"
Никитовское ртутное месторождение. Часть 9. Карьер "Черная Курганка"
Никитовское ртутное месторождение. Часть 10. Металлургический цех