23. Тотыққан никель кендерін ферроникельге балқыту. Ферроникельді тазарту

Тотыққан никель кендерін ферроникель ала балқыту электр пештерінде жүргізіледі. Феррониель темір мен никельдің қорытпасы. Кобальт та ферроникельге өтеді.

Тоттыққан никель рудаларын ферроникельге балқыту технологиялық сұлбасы қарапайым, никель мен кобальттың шығымы жоғары, кокстың шығыны аз.

Ферроникельге балқыту кентермиялық пештерде жүргізіледі де тотықсыздандыру процестеріне жатады. Бұл әдістің негізгі артықшылығы кенді қиын балқитын магнезиалды–силикатты бос тау жынысымен қоса балқыту мүмкіндігі, металдардың шығымының жоғары дәрежеде болуы, отын шығынының аздығы және шикізатты пайдалану кешенділігінің жоғары болуы.

Тоттыққан никель кендерін ферроникельге балқыту үшін алдын ала кенді агломерациялай күйдіру немесе кенді құбырлы айналмалы пештерде кептіру және күйдіру қажет. Күйдіру процестерін көбінесе тотықсыздандырумен қатар жүргізеді. Кептіру гидроскопиялық ылғалды, ал күйдіру конститутциялық ылғалды аластатады және кеннің бір бөлігін тотықсыздандырады. Бұл процесс кейін электр пешінде балқытқанда электр энергиясын көп үнемдетеді. 700 - 900⁰ С дейін қызған өртенді кентермилық пеште балқытылады. Тотықсыздандырғыш ретінде ірілігі 10-35 мм кокс ұсақтары қолданылады. Кокстың шығыны кен массасының 3 - 4% құрайды.

Балқыту кезінде никель оксиді келесі реакция бойынша тотықсызданады:

NiO + C = Ni + CO (2.39)

Никельмен қатар кобальт, темір, хром, кремний тотықсызданады.

Fe₂O₃ + 3C =2Fe + 3CO (2.40)

CoO + C= Co + CO (2.41)

Cr₂O₃ + 3C =2Cr + 3CO (2.42)

SiO₂+ 2C= Si + 2CO (2.43)

Нәтижесінде негізінен кремниймен, күкіртпен және көміртегімен ластанған ферроникель алынады.

Никельдің ферроникельге өтуі 90-95%, ал кобальттың өтуі 85-90%. Электр пешінде алынған ферроникельдің құрамында 4-20% Ni, 10% дейін Si, 3% дейін Cr, 1,5% дейін С, 0,4% S, 0,3% P болады.

Ферроникель хроммен, күкіртпен, кремниймен, және фосформен ластанғандықтан, ол рафинирленеді.

Күкірттен тазарту үшін балқыған ферроникельдің үстіне құрамында 53% CaO және 47% Al₂O₃ бар әкті-глиноземді қож түзеді. Ферроникельдің күкірттен тазаруы келесі химиялық реакция бойынша жүреді:

(CaO)+[FeS]=(CaS) +(FeO) (2.44)

Ферроникельді күкірттен тазарту үшін жиі соданы қолданады:

Na₂CO₃ + [FeS] + [C] = (Na₂S) + [Fe] + CO + CO₂ (2.45)

Реакциялардың нәтижесінде түзілген сульфидтер Na₂S және CaS метал фазасында ерімейді де, қожға өтеді.

Ферроникельді басқа қоспалардан тазарту конвертерде жүргізіледі, онда сұйық ферроникель таза оттегімен үрленеді. Рафинирлеу үшін дуплекс процесс қолданылады. Процестің бірінші сатысында үрлеу қышқыл (динас) кірпішпен шегенделген конвертерде жүргізіледі. Мұнда темірге қарағанда оттегімен байланыс күші артық Si, Cr және C сияқты қоспалардан келесі реакциялардың нәтижесінде тазартылады:

[Si] + O₂ = (SiO₂) (2.46)

2[Cr] + 1,5O₂ = (Cr₂O₃) (2.47)

[C] + 0,5O₂ = CO (2.48)

Қоспалар қождағы темір оксидімен және метал фазада еріген оттегімен тотығуы мүмкін:

[Si] + 2(FeO) = 2[Fe] + (SiO₂) (2.49)

2[Cr] + 3(FeO) = 3[Fe] + (Cr₂O₃) (2.50)

[C] + [O] = CO (2.51)

Соңғы реакция былау көлемінде жүреді де, балқыманың газсыздануында маңызы үлкен.

Түзілетін қождың құрамы, %: Ni – 0,07; SiO₂ – 34-51; FeO – 22-40; Fe₂O₃ – 4,5-13; Cr₂O₃ – 1,5-10.

Рафинирлеу процесінің екінші сатысы негіздік кірпішпен шегенделген конвертерде жүргізіледі. Бұл сатыда ферроникель фосфордан және күкірттен толығымен тазартылады.

Фосфордың қожға өтуі келесі реакция бойынша жүреді:

2[P] + 5(FeO) + 3(CaO) = Ca₃(PO₄)₂ + 5[Fe] (2.52)

Күкірттен толық тазарту (2.44) реакциясы бойынша жүреді.

Негіздік кірпішпен шегенделген конвертерде үрлеуде түзілетін қождың құрамы,%: Ni – 0,1-0,3; Co – 0,02-0,08; Fe – 30-50; CaO – 20-30.

Құрамында 15-20% Ni бар ферроникель құйма қалыпқа құйылып, тұтынушыларға жіберіледі. Ферроникель қара металлургияда легірленген болат алу үшін қолданылады.