§ 18 Обжиг никелевого файнштейна

Цель обжига – удаление из файнштейна серы до содержания не более 0,02% и перевод никеля в закись (NiO) для того, чтобы в следующей операции восстановить его до металла. В. связи с тем, что файнштейн при обжиге способен спекаться, а глубокое удаление серы требует высоких температур, окислительный обжиг осуществляют в две стадии: в печи кипящего слоя и трубчатой печи.

Для предотвращения спекания файнштейна в печи КС осуществляется возврат пыли. Практически основы обжига никелевого файнштейна в кипящем слое аналогичны обжигу в печах кипящего слоя медного и никелевого концентрата после флотационного разделения медно-никелевого файнштейна.

Процесс обжига в кипящем слое никелевого файнштейна характеризуется следующими показателями:

1) удельная производительность печи по файнштейну 8–10 т/(м²-сут);

2) расход воздуха на 1 т файнштейна 1600–1700 м³;

3) температура кипящего слоя 1000–1050⁰С;

4) давление дутья под подиной печи 320–340 мм рт.ст.;

5) высота кипящего слоя 3–4 м;

6) высота лежащего слоя 0,8–1,0 м;

7) скорость выхода воздуха из сопел 30–100 м/с;

8) содержание серы в огарке 1,6–2,5%.

Огарок печи КС хлорируют и выщелачивают. После выщелачивания с содержанием 0,3–0,45% Сu его направляют на второй обжиг в трубчатой печи. Огарок загружают в печь при помощи шнека в хвостовой части печи, где поддерживают температуру в пределах 750–800⁰С. К головной части печи огарок перемещается навстречу топочным газам, температура здесь достигает 1300⁰С. Высокая температура и присутствие в газах 8–10% О способствуют обжигу и получению закиси никеля с содержанием 0,02% S. Расход топлива при втором обжиге составляет 30–40% от массы закиси.

Из трубчатой обжиговой печи закись никеля при температуре 800–1000⁰С поступает по течке в восстановительную трубчатую печь. Туда же вводят 4–8% нефтяного коксика, что дает возможность частично восстановить закись никеля по реакции

NiO + С = Ni + CO.

Огарок из этой печи выходит охлажденный, металлизированный с содержанием 82–86% Ni.

18.1 Расчет расхода воздуха

На обжиг поступает файнштейн следующего состава: 77,0% Ni;. 0,4% Со; 21,0% S; 0,3% Fe; 1,0% Сu; 0,3% прочие. Расчет ведем на 100 кг файнштейна. Рациональный состав файнштейна приведен в таблице 51.

ТАБЛИЦА 51 Рациональный состав никелевого файнштейна, %

Компоненты файнштейна	Ni	Co	S	Cu	Fe	Прочие	Всего
Ni3S2 Ni Co Cu2S Fe прочие	56,02 20,98 – – – –	– – 0,4 – – –	20,36 – 0,22 0,25 0,17 –	– – – 1,0 – –	– – – – 0,3 –	– – – – – 0,3	76,38 20,98 0,62 1,25 0,47 0,30
Всего	77,00	0,4	21,0	1,0	0,3	0,3	100,0

Определяем расход воздуха для обжига, количество и состав, отходящих газов:

1. Принимаем, что серы в огарке остается 2 кг, что соответствует 7,5 кг Ni₃S₂. Следовательно, 68,88 кг Ni₃S₂ окисляются по реакции

2Ni₃S₂ + 7О₂ = 6NiO + 4SO₂ + 548480 ккал.

Потребуется кислорода (68,88•7•32)/(2•240,1)=32,1 кг.

Образуется SO₂ (68,88•4•64)/(2•240,1)=36,6 кг.

Образуется NiO (68,88•6•74,7)/(2•240,1)=64,5 кг.

2. Металлический никель окисляется по реакции

Ni + 1/2О₂ = NiO + 58400 ккал.

Потребуется кислорода (20,98•16)/58,7=5,72 кг.

Образуется NiO (20,98+5,72)=26,70 кг.

3. Сульфид кобальта (CoS) окисляется по реакции

CoS + 1,5О₂ = СоО + SO₂ + 108000 ккал.

Потребуется кислорода (0,62•1,5•32)/(58,9+32)=0,33 кг.

Образуется SO₂ (0,62•64)/(58,9+32)=0,44 кг.

Образуется СоО (0,62•58,9+16)/(58,9+32)=0,51 кг.

4. Сульфид меди Cu₂S окисляется по реакции

Cu₂S + 1,5О₂ = Cu₂O + SO₂ + 93000 ккал.

Потребуется кислорода (1,25•1,5•32)/(2•63,6+32)=0,38 кг.

Образуется SO₂ (1,25•64)/(2•63,6+32)=0,5 кг.

Образуется Сu₂О [(1,25 (2•63,6+16)]/(2•63,6+32)=1,12 кг.

5. Сульфид железа (FeS) окисляется по реакции

2FeS + 3,5O₂ = Fe₂O₃ + 2SO₂ + 291500 ккал.

Потребуется кислорода (0,47•3,5•32)/(55,8•2+64)=0,3 кг.

Образуется SO₂ (0,47•2•64)/(55,8•2+64)=0,34 кг.

Образуется Fe₂O₃ [0,47•(2•55,8+3•16)]/(55,8•2+64)=0,43 кг.

Всего потребуется кислорода 32,1+5,72+0,33+0,38+0,30=38,83 кг. Теоретический расход воздуха составит (38,83•100)/23=168,8 кг, или 130,9 м³, в том числе азота 129,97 кг. Практически расход воздуха при α=1,2 составит 168,8•1,2=202,6. кг, или 157,0 м³ на 100 кг файнштейна, в том числе кислорода 46,6 кг, азота 156,0 кг. На 1 т файнштейна расходуется 1570 м³ воздуха. Практически расход воздуха составляет 1600–1750 м³/т. Определим состав газов. Всего азота в газах 156,0 кг, или (156,0•22,4)/29=124,8 м³. Кислорода в газах 46,6–38,83=7,77 кг, или (7,77•22,4)/32=5,4 м³. Поскольку согласно приведенным выше реакциям серы окисляется 21–2=19 кг, то SO₂ образуется (19•64)/32=38 кг, или 13,3 м³. Таким образом, получается следующий состав газов от обжига никелевого файнштейна:

м³ %

SO₂ 13,3 9,3

O₂ 5,4 3,7

N₂ 124,8 87,0

В результате обжига получен огарок следующего рационального состава:

	Всего	NiO	Ni3S2	CoO	Cu2O	Fe2O3	Прочие
кг	101,06	91,2	7,5	0,51	1,12	0,43	0,3
%	100,0	90,5	7,4	0,50	1,0	0,4	0,2

Принимаем, что при обжиге образуется 30% пыли от массы файнштейна. Химический состав пыли практически не отличается от состава огарка. Для предотвращения спекания файнштейна в печи кипящего слоя осуществляем возврат пыли на обжиг. Ниже приведены результаты расчета материального баланса обжига файнштейна, кг:

	Приход		Расход
Файнштейн Оборотная пыль Воздух	100,0 30,0 202,6	Огарок Пыль Газы Невязка	101,6 30,0 201,8 0,8
Всего	332,6	Всего	332,6