§ 25. Продувка никелевого концентрата кислородом в вертикальном конверторе

Требуется определить расход кислорода, состав отходящих газов и тепловой баланс при продувке расплавленного никелевого концентрата в вертикальном конверторе. Состав концентрата: 67% N1; 0,9% Со; 3,2% Fe; 4,6% Сu; 24,3% S.

В настоящее время внедряют технологию получения металлического никеля путем продувки сульфидного никелевого расплава кислородом в вертикальном конверторе с последующей вакуумной обработкой расплава и разливкой металла на аноды. Расплавление никелевого концентрата производится в специальной отражательной печи, отапливаемой природным газом. Продувка сульфидного никелевого расплава ведется до остаточного содержания серы 2–4% и заканчивается при температуре 1600–1650⁰С. Основной реакцией, определяющей процесс, является реакция взаимодействия между сульфидом и закисью никеля:

Ni₃S₂ + 4NiO ↔ 7Ni + 2SO₂.

Полнота протекания этой реакции определяется температурой процесса. Данные по влиянию температуры на конечное содержание серы в никеле приведены ниже.

t,0C	1200	1250	1300	1350	1400	1450	1500	1550	1600	1650
S,%	26,2	22,4	17,8	14,2	9,6	6,0	4,8	3,7	2,6	2,0

25.1 Расчет расхода кислорода

Расчет производится на 100 кг расплавленного никелевого концентрата. Первоначально определяем его рациональный состав, принимая, что вся медь связана с серой в форме Cu₂S, а остальная сера связана с никелем в форме Ni₃S₂ Рациональный состав исходного никелевого расплава приведен в таблице 58.

ТАБЛИЦА 58 Рациональный состав исходного никелевого расплава, %

Компоненты	Ni	Cu	Co	Fe	S	Всего
Ni3S2 Cu2S Niмет Coмет Feмет	64,0 – 3,0 – –	– 4,6 – – –	– – – 0,9 –	– – – – 3,2	23,14 1,16 – – –	87,14 5,76 3,0 0,9 3,2
Итого	67,0	4,6	0,9	3,2	24,3	100,00

Для расчета можно принять, что извлечение никеля в расплав после кислородной продувки составляет 75%. В такой же мере извлекается кобальт.

Железо извлекается на 50%, а медь на 90%. Содержание никеля в расплаве после кислородной продувки составляет 85%, а серы 2%. Определяем выход расплава после кислородной продувки: 67•0,75/0,85=59,12 кг, в том числе никеля 50,25 кг.

Данные о составе расплава приведены ниже:

	кг	%		кг	%
Ni Сu Со	50,25 4,14 0,68	85,0 7,0 1,15	Fe S О2	1,60 1,18 1,27	2,70 2,0 2,15

Для расчета выхода шлака принимаем, что содержание никеля в шлаке составляет 65%. Определяем количество никеля, перешедшего в шлак: 67–50,25=16,75 кг.

Определяем выход шлака: 16,75/0,65=25,77 кг.

Шлак имеет следующие массу и состав:

	кг	%
Ni Cu Co Fe O2	16,75 0,46 0,22 1,6 6,74	65,0 1,79 0,86 6,20 26,15
Итого	25,77	100,00

Шлак в основном состоит из окислов никеля, кобальта, железа и меди. Кислород в расплаве и шлаке определяется по разности и переходит из дутья.

Определяем количество серы, которое окисляется при кислородной продувке сульфидного никелевого расплава: 24,3–1,18=23,12 кг.

При окислении серы до SO₂ на 1 г-атом серы (32 ед.) затрачивается 1 моль кислорода (32 ед.). Следовательно, на окисление 23,12 кг серы нужно израсходовать 23,12 кг кислорода. Определяем количество кислорода, которое пошло на окисление серы и перешло в расплав и шлак: 23,12+6,74+1,27=31,13 кг.

При содержании кислорода в дутье 98% и степени его усвоения 90% расход кислорода составит 31,13/(0,98•0,9)=35,29 кг.

Для определения состава отходящих газов принимаем, что с кислородом дутья поступает 2% N, а подсос воздуха составляет 100% от расхода дутья. Тогда количество азота, поступающего с дутьем, составит 35,29–35,29•0,98=0,71 кг. Определяем количество кислорода, которое из дутья перейдет в отходящие газы: (35,29–0,71)•0,1=3,46 кг. Подсос воздуха составляет 35,29 кг. Определяем количество кислорода, поступающего с воздухом: 35,29•0,23=8,11 кг.

Состав и количество отходящих газов приведены ниже:

	кг	м3	%(объемн)
O2 N2 SO2	11,57 27,89 23,12	11,57/32•22,4=7,91 27,89/28•22,4=22,57 23,12/64•22,4=8,09	19,73 59,29 20,98