1.1.2 Флюсы

Флюсы - материалы, применяемые в металлургических процессах с целью образования или регулирования состава шлака, предохранения расплавленных металлов от взаимодействия с внешней газовой средой, а также служащие для связывания окислов при пайке и сварке металлов.

Кварцевый флюс (70-75% SiO₂) при конвертировании штейнов отвечает всем необходимым требованиям. Необходимо отметить, что кварцевый флюс в конверторном процессе применяют еще и в качестве регулятора температуры. Так же в качестве флюса применяется речной песок (65-68% SiO₂).

По техническим условиям содержание кремнезема SiO₂ не должно быть ниже 67 %. Обычно предпочитают флюсы с максимальным содержанием кремнезема, поскольку в этом случае расход флюса минимален, а процесс шлакообразования протекает наиболее успешно. Влажность кварцевого флюса не должно превышать 2 %.

1.2. Теоретические основы процесса конвертирования медно-никелевых штейнов

Руда с низким содержанием металлов подвергается переработке на обогатительной фабрике в городе Заполярном. Полученный медно-никелевый сульфидный концентрат поступает в цех обжига, также расположенный в Заполярном. Обожженные окатыши поступают на рудную электроплавку в плавильный цех в поселке Никель. В сернокислотном цехе перерабатывают газы конверторного передела, содержащие в среднем 3% диоксида серы.

Богатые сульфидные медно-никелевые руды перерабатываются по схеме прямой селективной флотации с последовательным получением медного, никелевого, пирротинового концентратов и отвальных хвостов. Далее производится плавка.

Конвертирование штейнов — один из основных металлургических процессов в производстве меди и никеля. Конвертерный передел является частью плавильного цеха. В нем размещаются конвертеры - агрегаты, в которых перерабатывается медно-никелевый штейн, поступающий из рудно-термических и обеднительных электропечей. Целью конвертерного процесса является удаление из штейна практически всего железа и получение продукта, который называется файнштейном. В файнштейн с возможной полнотой должны быть извлечены никель, медь, кобальт, благородные (платина, рутений, родий, еридий, осмий) металлы.

В конверторах расплавленный штейн продувают воздухом в присутствии вводимого в конвертер кварцевого флюса. Образующее при продувке закисное железо FeO взаимодействует с кварцем флюса, образуя силикат типа фаялита [(FeO)₂´SiO₂].

В операции конвертирования получают три конечных продукта: файнштейн; конверторный шлак и запыленные отходящие газы, содержащие сернистый ангидрид (SO₂).

Конверторный шлак направляют на операцию обеднения для обеспечения более высокого извлечения ценных металлов в файнштейн.

Конверторные газы после очистки от пыли, поступающей в оборот, выбрасывают в атмосферу или передают на сернокислотный завод для получения серной кислоты.

Файнштейн далее поступает на операцию разделения никеля и меди.

Сульфиды железа, кобальта, никеля и меди, из которых в основном состоит штейн, каждый в отдельности, при температуре конвертирования (1200С-1300^oС) обладает высоким сродством к кислороду. Это означает, что каждый сульфид способен активно окисляться кислородом по следующим реакциям :

FeS+0,5´O₂ =FeO+SO₂ ;

CoS+0,5´O₂=CoO+SO₂ ;

Cu₂S+0,5´O₂=2´Cu+SO₂ ;

2´Cu+0,5´O₂=Cu₂O ;

Ni₃S₂+1,5´O₂=3´NiO+2´SO₂.

Высокое сродство к кислороду при температурах конверторного процесса имеют также свободные металлы - железо, кобальт, никель и медь - и поэтому, они каждый в отдельности, весьма активно взаимодействуют с кислородом.

При совместном присутствии в расплаве металлы и сульфиды окисляются не одновременно, а в определенной последовательности в соответствии с величинами их сродства к кислороду или сере.