5.4.2. Сировина для виробництва шкелю

Ниш промисловють переробляе два види руд — сульфщш та окиснеш, як1 р1зняться Х1М1ЧНИМ складом 1 властивостями.

Окиснеш руди — це прсью породи вторинного походження, що В1ДР13НЯЮТЬСЯ ЗМ1НШСТЮ СКЛаду ЯК Ц1ННИХ КОМПОНеНТ1В, так 1 пусто! по­роди. Саме цим пояснюеться вщсутшсть рацюнальних метод1в !х збага- чення. Ншель у рудах переважно знаходиться у вигляд1 мшерал1в 1>.-п динськ!ту [3(№, М§)0-38Ю₂ -2Н₂0], гаршериту [(№, М§)-5Ю_гя11 ,о| або бунзешту (N10). Пуста порода складаеться з алюмосил1кат!в, ндр.' товани* оксидов феруму, кремнезему, оксидов магнда, тальку та'шпшх складотзих. За зовн1шн!м виглядом окиснеш шкелев1 руди под1бш -т глини. Вмгст шкелю становить 0,7-4 %, кобальту - _д0 0,15 % Персч плавлениям зазвичай проводять Гх огрудкування.

Сул^Фадн! руди М1стять шкель у вигляд1 пентлантиду [(№, Ре)8| 13оморфно1 СУМ1Ш1 сульф1д1в ткелю та феруму. Як супутник м'щг мютитьСЯ у ВИГЛЯД1 халькошриту (СиРе§2). тому так! руди ще називаюп,' м1дно-н1келевими. Крш того, наявш кобальт, метали илатиновоТ групп (Р1, Р(1, КЬ, Ни, Оз, 1г), золото, ср!бло, селен, телур, а також с!рка Й залпо Отже, сульфщт мщно-шкелев1 руди - досить складна пол1метал1чпт сировина. Вмгст ткелю становить 0,3-5,5 %, мщ! 0,6-4,5, кобальту 0,01 -0,2 %. Пуста порода складаеться з оксидов та сшпкапв феруму кремнезему, глинозему 1 невелико'/ кшькосп оксид'т кальщю й магнии' Збагачують лише бщш руди ( не больше шж 1,5-2,5 % №). Багаг! руди теля вщповщно! подготовки подають для плавки.

5.4,3. Перероблення окиснених шкелевих руд

Технолопчна схема перероблення окиснених шкелевих руд грунту еться на б1лышй х1М1чтй спорщненост! шкелю до арки, шж до кисню, тобто для вщокремлення нжелю вщ пусто!' породи його спочатку у вп гляд1 сульфщу переводить до штейну, з якого пот!м виробляють ншель

Виплавлення никелевого штейну. Плавку на штейн проводять у шахтних печах, яга оснащен: так само, як 1 печ1 для плавлення мщних руд. Мета шахтно! плавки - максимальне вилучення шкелю й кобальту в штейн та шлакування пусто! породи.

В окиснених рудах арки немае, тому в шихту разом 1з флюсами й коксом додають пне або шрит. Кокс використовують як паливо 1 джере то вщновноТ атмосфери, вапняк видыяе СаО, потрхбний для утворення шлаку, а ппс (Са30₄-Н₂0) 1 шрит (РеЗ) - потр1бну для процесу С1рКу.

Вщновш гази шдшмаюгься назустрхч шихп, вщдаючи свою тепло ту та беручи участь у вах ф1зико-х1м1чних процесах. Температура б\ля фурмено'Т зони становить 1450 -1500 °С, а на колошнику - 400

500 °С.

У зош високих температур кр1м згоряння коксу вщбуваеться також терм1чна дисощащя шриту (Р_е3₂ = Ре§ + 1/25₂) та вапняку (СаСО, = = СаО + С0₂), починають утворюватися розплави, в яких оксиди й су ль фщи взаемодпоть м1ж собою:

ЗМО + ЗСаЗ = N1382 + ЗСаО +1/2 3₂; (5.18)

3№0 + ЗРеЗ = №₃8₂ + ЗРеО + 1/2 5₂. (5.19)

чм<1 I. Виплавлення шкелю з окисиених руд

Сульфщи залдза та шкелю утворюють штейн, а оксиди переходять до шлаково! фази. Частково вщновлеш зал1эо й шкель розчинюються н штейш, вихщ яких шд час плавления окисиених руд становить 5 — 8 %. За Х1М1ЧНИМ складом штейн М1стить 15 — 20 % №, 55 — 60 Ре, 18 — 20 % 5, невелику юльюсть мщ[ та кобальту. Вилучення шкелю в штейн досягае 75 — 80 %. Шлак майже наполовину складаеться з кремнезему, до якого потрапляе до 0,15 % шкелю.

Конвертування никелевого штейну. Мета конвертування — отри- мати шкелевий файнштейн (сплав Н1₃8₂ 1 N0 унаслщок окиснення

зализа 1 зв'язано'! з ним арки та максимально окиснити кобальт з перс ведениям його до конвертерного шлаку.

Процес проводять у горизонтальиих конвертерах мкткктю 20 — 30 т, ЯК1 за конструкщею под1бш до тих, як1 використовують для виробииц тва мщь Для дуття застосовують звичайне пов!тря.

Метали, що мктяться в шкелевому штеЙ1Й, мають р^зну Х1М1Чну а к тившеть, 1IX спорщнешсть до кисшо зменшуеться в ряду Ре —> Со —> N1. Отже, пщ час продувания за паявност! кварцевого флюсу насамперед окисшоються та шлакуються в1льие зал1зо та його сульфщ:

2Ре + 0₂+810₂ =Ре₂810₄; 2Ре8 + 30₂+8Ю₂ =Ре₂8Ю₄ + 280₂.

За иаявност! сульфиду феруму оксид шкелю перетворюеться па сульфщ:

ЗЫЮ + 4Ре8 + 5/2 0₂ + 28Ю₂ = №₃8₂ + 2Ре₂8Ю₄ + 280₂. (5.22)

Продувания тривае 8—12 год, шеля чого отримують файшптейн сплав №₃8₂ 1 №. Шлак, який зливають, мае у своему склад1 0,7—1,2 "„ N1 та 0,2 — 0,5 % Со. 3 метою використання корисно! складово! йою зм1шують з 61ДНИМ штейном у спещалышх конвертерах або електропе чах 1 виробляють кобальтовий штейн (4 — 5 % Со 1 24 — 30 % №), з якого в кобальтовому виробництв1 вилучають кобальт 1 1пкель. Файп штейи подрхбиюють 1 спрямовують його па випалювання для видалення

С1рКИ.

Випалювання файнштейну. Мета випалювання — видалення с1ркп з файнштейну 1 переведения 1йкелю в N10. Глибоке видалення арки потребуе високих температур, а сульфад шкелю №₃5₂ плавиться вже за температури 788 °С. Це потребуе проводити окиснення файнштейну у дв1 стадИ. Спершу випалювання проводять у печах з киилячим шаром за температури 950—1000 °С. Для п1двищення тугоплавкост1 шихти подр1бнений файнштейи зм1шують 31 зворотпим шлаком.

Процес випалеиия автогешшй 1 безперервний. У печ1 забезпечуеться добре контактування часточок файнштейну з дуттям та 1х окиснення:

2№₃8₂ + 70₂ = 6№0 + 4§0₂; № + 1/20₂ =№0.

Випалювання вщбуваеться з вщцлениям теплоти, при цьому виго ряе 90 —95 % 8. Якщо продукт випалювання — недогарок мктить бшыпе, П1ж 0,45 % Си, проводять його оброблення з додаванням природного сильвпйту (ИаС1, КС1). Це дае змогу перевести мщь у водорозчишп сполуки СиС1₂ 1 Си80₄, як1 пот1м видаляють з недогарка. Шкель 1 кобальт при цьому залишаються в окиснеиому сташ.

Рис. 5.10. Агрегат для другоТ стада випалювання шкелевого штейну:

Другу стадпо випалювання проводять у трубчастих обертових пе­чах, футерованих вогнетривкою цеглою та встановлених шд кутом 2 — 3° до горизонту (рис. 5.10).

Шч опалюють природним газом або мазутом з надлишком пов1тря, що дае змогу створити окисну атмосферу. У печ! використовуеться також принцип протитечп. Недогарок з бункера безперервно заванта- жують у верхнш кшець печ1. У процес1 и обертання з! швидшстю близько 1 об/хв матер1ал перем1щуеться назустрхч потоку гарячих га31В 1 ви- даляеться з нижнього кшця печь Температура випалювання (стано- вить 1250 — 1300 °С) та наявшсть кисню (8 — 10 %) у топочних газах зумовлюють до майже повного окиснепня с!рки.

(5.25)

Оксид шкелю №0, що мае температуру 900—1000 °С, 13 обертово! печ1 подають у трубчастий реактор, додаючи туди 4 —8 % нафтового коксу. Завдяки ф1зичшй теплот1 недогарка за наявност1 вуглецю май­же половина оксиду шкелю вщновлюеться:

№0 + С = № + СО,

що надал1 прискорюе та здешевлюе його перероблення в електропечах.

В1дновлення оксиду шкелю. Для вщновлення оксиду шкелю засто­совують вщновну плавку в дугових електричних печах м1стк1стю 4,5 — 15 т. Технолопчпий процес складаеться 13 таких операцш:

1. шихтування (зм^шувапня в певних пропорц1ях №0 з твердим шдповником, найчаст1ше з нафтовим коксом та вапняком);

2. завантаження шихти та п розплавлення завдяки теплот1, що вид1- ляеться пщ час горшня дуги м1ж вуг1лышми (граф1товими) електрода- ми та металом; утворена рщина вщновлюеться й одночасно навуглецьо- иусться, при цьому температура плавления металу знижуеться майже

\2 Основи мет. вир-ва... 353

до 1300 °С, а це, в свою чергу, скорочуе тривалють розплавлення шихти та витрати електроенергп;

3. доведения металу — вилучення надлишку вуглецю додаванням у шч оксиду шкелю

№₃С + 2№0 = 5№ + С0₂. (5.26)

з одночасним додаванням вапняку. Шлакова фаза, що утворюеться при цьому, захищае метал вщ вторинного окиснення та очищае його вщ арки:

№₃5₂ + 2СаО + 2С = 3№ + 2Са5 + 2СО, (5.27)

однак при цьому сульфщ кальщю у метали не розчиняеться 1 повшстю переходить до шлаково!' фази;

4. випускання готового металу та його гранулящя у басейш з хо­лодною водою.

Кшцевий продукт, так званий вогняний шкель, отримують у виг ляд! гранул, що мютять понад 98,6 % шкелю, 1 мщь, зал1зо, вуглець, кобальт

Та ШШ1 ДОМ1ШКИ.

Ця технолопя добре освоена, широко використовуеться на практищ, однак мае щтотш недолжи: багатостадшшсть, висою витрати дефщит- ного та високоварт1сного коксу, пор1Вняно низьке вилучення шкелю й кобальту, повна втрата зал1за, що М1ститься в ру/и.