§ 20. Электроплавка закиси никеля

Технологический процесс электроплавки закиси никеля состоит из следующих операций: 1) шихтовка закиси никеля с восстановителем и флюсами; 2) загрузка шихты и расплавление металла; 3) грануляция металла или разливка его на аноды; 4) сушка и упаковка гранул. В процессе электроплавки закись никеля восстанавливается по реакции NiO+С=Ni+CO. По этой реакции определяется теоретический расход нефтяного кокса при плавке на гранулированный никель или каменного угля при плавке на анодный металл. Практически расход восстановителя больше теоретического, так как часть углерода окисляется кислородом воздуха. Расход восстановителя, подаваемого в электропечь, уменьшают путем предварительного восстановления NiO.

Для получения гранулированного никеля обычно NiO смешивают в установленной пропорции с нефтяным коксиком (насыпная масса около 0,4 т/м³). Содержание углерода в нефтяном коксе равно 93–95%. При плавке на анодный металл в качестве восстановителя применяют мелочь каменного угля. В настоящее время при плавке частично восстановленной закиси никеля на 1 т товарного никеля (гранулы) расходуется: электроэнергии 1300–1100 кВт•ч; графитированных электродов 15–16 кг; коксика 135–160 кг; известняка 15–20 кг; огнеупоров 26–28 кг. Извлечение никеля в гранулированный никель составляет 98–98,6%.

Расчет электроплавки закиси никеля. Дан химический и рациональный состав NiO (таблица 53).

ТАБЛИЦА 53 Химический и рациональный состав технической закиси никеля, %

Компоненты	Ni	Co	Cu	Fe	S	O2	Прочие	Всего
NiO Ni Fe3O4 Co3O4 Cu2S Cu2O Прочие	69,4 9,6 – – – – –	– – – 0,5 – – –	– – – – 0,04 0,41 –	– – 0,4 – – – –	– – – – 0,02 – –	18,9 – 0,15 0,17 – 0,05 –	– – – – – – 0,36	88,3 9,6 0,55 0,67 0,06 0,46 0,36
Итого	79,0*	0,5	0,45	0,4	0,02	19,27	0,36	100,0

*Часто 83-86%.

Определить расход восстановителя на 1 т металла и выход гранулированного никеля марки Н-3.

Восстановителем служит нефтяной коксик. Расчет ведем на 100 кг NiO. Определяем расход углерода на восстановление:

1) никеля NiO+С=Ni+СО (12/58,7)•69,4=14,2 (расход углерода определен здесь с небольшим избытком, так как не учтен переход NiO в шлак в количестве 0,4 кг);

2) кобальта Со₃О₄+4С=ЗСо+4СО (48/176,7)•0,5=0,136;

3) железа Fe₃O₄+4С=3Fe+4CO (48/167,4)•0,4=0,115;

4) меди Сu₂О+С=2Сu+СО (12/127,2)•0,41=0,039.

Всего требуется углерода 14,489 или округленно 14,49 кг. Теоретический расход коксика составит 14,49/0,96=15,1 кг на 100 кг NiO. Переходит кислорода в газы 19,27 кг (таблица 53).

Определяем выход гранулированного никеля марки Н-3. По практическим данным, никель распределяется по продуктам плавки следующим образом, %: 98,6±0,2% в гранулированный никель – в данном расчете это 79•0,984=77,730 кг (при 98,4%); 0,5±0,16%–в шлак или это 79•0,004=0,32 кг (при 0,4%); 1±0,2% в угар и пыль или 79•0,012=0,95 кг (при 1,2%). Всего, 79,000 кг.

Выход металла марки Н-3 с учетом содержания в нем 98,6% Ni составит 77,730/0,986=78,84 кг. Расход на 1 т металла составляет NiO (100/78,84)•1000=1268,4 кг; коксика (15,1/78,84)•1000=191,5 кг. Расход коксика фактически меньше за счет частичного использования образующегося в печи СО для восстановления NiO, а также в результате плавки NiO, предварительно восстановленной на 70–80% в трубчатом реакторе, и составляет 0,14–0,16 т на 1 т никеля.

Далее, для составления полного материального баланса следует учесть расход известняка для получения шлака. Необходимо также определить состав образующегося в печи газа. Порядок этих расчетов рассмотрен ранее и здесь они не приводятся. Отметим, что шлак образуется из сколов и капель с динасового свода (2 кг), известняка (3 кг), закиси никеля (0,5 кг), огнеупоров ванны (1 кг), золы коксика (0,23 кг). В шлаке содержится около 30% СаО, 35–40% SiO₂, 7–10% Ni. Газы образуются из углерода и кислорода окислов металлов и СО₂ известняка. Подсос воздуха в печи достигает 100% от объема технологических газов. Результаты расчета представлены ниже, кг:

	Загружено		Получено
Закиси никеля Коксика Флюсы Невязка	100,0 15,1 3,0 2,78	Гранулированного никеля Шлака Газов Пыли**	78,84 5,47 34,97* 1,60
итого	120,88	итого	120,88

* В том числе от диссоциации известняка 1,5 кг.

** Содержание никеля в пыли 60%.