Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЯ



Никель получают из окисленных никелевых и из сульфидных медно-никелевых руд. В сульфидных рудах никель представ­лен главным образом изоморфной смесью сульфидов железа и никеля (Ni, Fe)S, а пустая порода состоит из силикатов железа и магния, пирротина Fe7Sg и других соединений. В этих рудах содержится 0,3-5,5 % Ni до 2,5 % Си, до 0,2 % Со и в небольших количествах металлы платиновой группы, а также Те, Se, Ag, Au.

Медно-никелевые руды обогащают флотационными способа­ми, получая медно-никелевый концентрат. Плавку руд с сум­марным содержанием более 4-5 % меди и никеля проводят без обогащения.

В окисленных рудах никель находится как правило в виде минералов ревдинскита 3(Ni, Mg)0 • 2Si02 • 2Н20 и гарние­рита nNiSiOj ■ mMgSi03 ■ НгО. Пустая порода состоит из алюмосиликатов, гидратированных оксидов железа, кварца и талька. Содержание никеля в этих рудах составляет 1—7 %, содержание кобальта достигает 0,15 %, медь или отсутст­вует, или Находится в незначительных количествах.

Окисленные руды, как правило, глинистые и содержат около 30% влаги. Перед плавкой их необходимо окусковы-вать, применяя для этого брикетирование или агломерацию, осуществляемую на ленточных агломерационных машинах. Ших­ту для агломерации измельчают до кусков размером 3—5 мм. Топливом служит коксик, расход его составляет 7,5—8,5 % от массы шихты.

При производстве никеля применяют также гипс, пирит, известняк, кварцевый флюс и древесный уголь.

§3. ПОЛУЧЕНИЕ НИКЕЛЯ ИЗ ОКИСЛЕННЫХ РУД

Переработка окисленных никелевых руд основана на том, что никель обладает большим химическим сродством к сере, чем


(Дробление, сушка, спекание)

Кокс
Флюсы

Гипс _1

[?

Т1

Плавка на штейн

I 1

Штейн Шлак

Продувка о конвертере В отвал

Шлак _1

Белый никелевый штейн

На извлечение Со

Дробление и изнельиение

Обжиг

I

Закись никеля

Газы и шло

Древесный

IОчистка от пыли

уголь

Газы В трубу-
Пыль L

Восстановление Никель

Рис. 242. Схема выплавки никеля из окисленных руд

к кислороду. Поэтому, чтобы отделить никель от пустой породы руды, его переводят в виде сульфида в штейн и далее из штейна получают никель.

Схема переработки окисленных руд приведена на рис. 242, а отдельные ее стадии описаны ниже.

Выплавка никелевого штейна

Штейн из окускованных окисленных никелевых руд обычно выплавляют в шахтных печах. По устройству и размерам они подобны печам, предназначенным для медной шахтной полу-пиритной плавки. Ширина печи 1,6-1,7, длина 10-16, высота около 7 м. Печь обычно снабжают 12—18 щелевидными фурмами размером 70x1200 мм. В качестве дутья используют воздух. Печи оборудованы наружным горном, где происходит разделе-


 




ние шлака и штейна, непрерывно выпускаемых из нижней час­ти печи. Кессоны, из которых выполнена шахта печи, охлаж­даются проточной водой или работают на испарительном ох­лаждении.

Целью плавки является максимальное извлечение никеля в штейн и перевод пустой породы руды в шлак.

Плавка является восстановительной, ее ведут с высоким расходом кокса (25—30% от массы агломерата). В печь за­гружают шихту, состоящую из агломерата или брикетов, гип­са или пирита, известняка и кокса. Кокс служит топливом, известняк вносит необходимый для формирования шлака оксид СаО, гипс CaS04 • НаО и пирит FeS2 являются сульфидизато-рами, т.е. вносят необходимую для процесса серу.

В нижней части шахты у фурм кокс сгорает до СО с выде­лением тепла, температура • в этой зоне составляет около 1000 °С (в фокусе горения у фурм ~ 1600 °С). Газы, подни­мающиеся навстречу шихте, нагревают ее, сами охлаждаясь (их температура на выходе из печи равна 500—600 °С), а часть СО расходуется на восстановление оксидов шихты. Помимо окисления кокса в зоне высоких температур проте­кают следующие процессы:

—термическая диссоциация пирита (FS2 = FeS + l/2S2) и известняка;

—восстановление гипса после потери им гидратной влаги CaS04 + 4CO = CaS + 4С02;

—частичное восстановление газом СО никеля и железа из оксидов;

—химическое взаимодействие между составляющими шихты с образованием легкоплавких соединений, расплавление шихты;

—сульфидизация никеля ранее образовавшимися FeS и CaS:

3NiO + 3CaS = Ni3S2 + ЗСаО + l/2S2;

3NiO + 3FeS = Ni3S2 + FeO + l/2S2.

В нижней части шахты и в наружном горне расплав рас­слаивается на штейн и шлак. Получающийся никелевый штейн — это сплав сульфидов Ni3S2 и FeS, в котором в небольших количествах растворены свободные металлы — железо и никель. Выход штейна составляет 5-8 % от массы агломерата. В штейне содержится 15—20% Ni, 55—63% Fe, 17—23 % S и небольшое количество кобальта.


Вторым жидким продуктом является шлак, содержащий, %: 43-46 Si02, 4-10 А1203, 18-22 FeO, 15-20 СаО, 8-12 MgO и около 0,15 Ni, главным образом в виде корольков штейна. Выход шлака составляет 100—120% от массы агломерата.

Конвергирование никелевого штейна

Цель конвертирования — получить никелевый файнштейн (сплав Ni3S2 и Ni) путем окисления железа и связанной с ним серы. Процесс осуществляют в горизонтальных конвер­терах вместимостью 20-30 т, конструкция которых схожа с конструкцией горизонтальных конвертеров, применяемых для конвертирования медных штейнов (см. рис. 241). Дутьем служит воздух.

Штейн продувают постепенно, т.е. заливают порциями по 2—4 т с одновременной подачей кварцевого флюса для ошла-кования железа. При продувке вначале окисляется металли­ческое железо, его окисление длится до 45 мин, за это время накапливается количество штейна, соответствующее вместимости конвертера.

Основная реакция этого периода имеет вид 2Fe + 02 + + Si02 = (FeO)2 • Si02. В результате этой экзотермической реакции расплав разогревается. Температуру рекомендуется держать на уровне 1300 °С. Чтобы не превышать этот уро­вень, в конвертер дают холодные присадки (ферроникель, твердый штейн).

В дальнейшем протекает окисление сульфида железа:

2FeS + ЗОг + SiOz = (FeO)2 • SiQ2 + 2S02.

Окисляется также значительная часть кобальта. Общая дли­тельность продувки равна 8—12 ч.

Получаемый файнштейн представляет собой сплав Ni3S2 с Ni, файнштейн разливают в изложницы. Он содержит 76—78% Ni, 19-21% S, 0,2-0,4% Fe, 0,3-0,5% Со И < 2 % Си.

Конвертерный шлак содержит 26-30% Si02, 55—60% FeO, около 1 % Ni и 0,2—0,5 % Со. Такой шлак, с целью извлече­ния кобальта и никеля, подвергают обеднению (обрабатывают штейном в обогреваемом конвертере или в электропечи), по­лучая кобальтовый штейн, содержащий 4-5 % Со и 24—30 % Ni. Этот штейн направляют в кобальтовое производство для извлечения кобальта и никеля.


 




Обжиг файнштейна

Окислительный обжиг файнштейна имеет целью удалить серу до содержания < 0,02 % и перевести никель в NiO.

В связи с тем, что глубокое удаление серы требует вы-

соких температур, а
Ni3S2

легкоплавок (t„„ = 788 °С)

может при высоких температурах спекаться, обжиг проводят в две стадии.. Первую стадию осуществляют в печах кипящего слоя, окисляя серу до содержания 1-2 % и поддерживая для предотвращения спекания частиц файнштейна температуру около 1000 °С.

Печь кипящего слоя для обжига файнштейна (рис. 243) футерована, имеет площадь пода 7—8 м2 и расширяется кверху, чтобы уменьшить скорость отходящих газов и тем самым вынос пыли (частиц файнштейна). В поду из жароупор­ного бетона расположено множество (до 2000) отверстий (соцел) для подачи воздуха. Для загрузки шихты служит

воронка, а с противоположной стороны печи имеется разгру­зочное устройство.

Процесс обжига автогенный и непрерывный, через воронку в печь непрерывно загружают из­мельченный до < 0,5 мм файн-штейн. Восходящий снизу из со­пел поток воздуха поддерживает зерна файнштейна во взвешенном состоянии и они совершают дви­жение, похожее на кипение жид­кости, что обеспечивает хоро­ший контакт частиц с дутьем. Витающие в кипящем слое части­цы файнштейна окисляются по реакциям:


Рис. 243. Печь кипящего слоя для обжига файнштейна: / — под; 2 — загрузочное устрой­ство; 3 — кожух; 4 — футеровка; 5 — сопло; б — разгрузочное уст­ройство; 7 — воздухораспредели­тельная коробка


Ni3S2 + 3,502 = 3NiO + 2S02 и Ni + l/202 = NiO с выделе­нием тепла. Для повышения тугоплавкости шихты в нее до­бавляют оборотную пыль. Через разгрузочное устройство не­прерывно стекает продукт обжига— огарок. Выход огарка составляет 60—70 %, а пыли 30-40 %.

Вторую стадию обжига осуществляют в трубчатых вращаю­щихся печах. Такая печь (барабан) диаметром 2—3 и длиной до 50 м, футерована изнутри и установлена под углом 2—3° к горизонтали; благодаря наклону печи пересыпающийся при ее вращении мелкокусковой материал передвигается от верх­него конца к нижнему. Печь отапливают природным газом или мазутом, подаваемыми через горелку в нижнем ее конце.

Шихту, т.е. огарок с температурой 700—800 °С, загру­жают в верхний конец печи, двигаясь вниз, шихта нагре­вается факелом до ~ 1300 °С и высыпается из нижнего конца печи. Высокая температура и наличие в топочных газах кис­лорода (8—10 %) обеспечивают почти полное окисление серы огарка. Получаемый оксид никеля содержит, %: Ni ~ 78; Си 0,4; Со 0,4-0,5; Fe 0,2-0,4.

Огарок из обжиговой печи выходит с температурой ~950°С, ранее огарок просто охлаждали, а в настоящее время тепло используют для частичного восстановления NiO. Огарок ссыпают в трубчатый реактор, добавляя туда 4—8% нефтяного кокса. За счет физического тепла огарка проис­ходит восстановление части (до 40—50 %) NiO углеродом кокса. Предварительное восстановление ускоряет и удешев­ляет последующую плавку в электропечах.

Восстановительная плавка монооксида никеля

Целью восстановительной электроплавки является получение жидкого никеля из оксида NiO или предварительно частично восстановленного NiO. Плавку осуществляют в электродуго­вых печах за счет тепла, выделяющегося при горении элек­трических дуг между электродами и металлом. Печи по уст­ройству схожи с дуговыми сталеплавильными электропечами, вместимость печей 5—25 т, футеровка магнезитовая.

Перед этим, если огарок печи кипящего слоя содержит > 0,45 % Си, про­водят дополнительную операцию — обезмеживание. Огарок при 700—800 °С подг вергают обжигу в реакторе, подобном трубчатой печи, добавляя в него 10—15 % сильвинита (КО • NaCl), в результате чего медь переходит в растворимые в воде соединения СиС12 и CuS04> которые затем удаляют из огарка, растворяя в подкисленной воде.


Шихтой служат NiO, малосернистый нефтяной кокс (вос­становитель), известняк. Плавку проводят периодическим или полунепрерывным процессом. Плавка периодическим про­цессом длится 6—8 ч и включает загрузку шихты, расплавле­ние, доводку и выпуск металла. После слива предыдущей плавки в печь загружают смешанные в заданной пропорции NiO и коксик. При плавлении шихты происходит восстановле­ние NiO углеродом кокса:

NiO + С = Ni + СО

с образованием жидкого никеля, а также растворение угле­рода в никеле. После окончания восстановления проводят доводку с целью удаления избыточного углерода — в печь вводят NiO и углерод окисляется, реагируя с кислородом оксида. В этот период в печь загружают известняк, наводя известковый шлак, в который удаляется сера.

При полунепрерывном процессе в печи всегда имеется жидкий металл. Шихту непрерывно загружают на поверхность жидкой ванны через отверстие в своде печи. После набора требуемой массы восстановленного никеля загрузку прекра­щают и проводят доводку, после чего большую часть металла выпускают из печи, а далее вновь ведут непрерывную за­грузку шихты и наплавление ванны.

Готовый жидкий никель гранулируют, сливая в бассейн с водой, получая так называемый огневой никель в виде гра­нул, он содержит более 98,6 % Ni, менее 0,1 % С и менее 0,6% Си.

ПОЛУЧЕНИЕ НИКЕЛЯ




©2015 studenchik.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.