Металлургия цветных металлов

Полученный таким образом серый порошок закиси никеля, содержащий окислы кобальта и платиновые ме­ таллы, восстанавливают углем в электропечах до метал­ ла, который разливают в аноды.

Никйгевые аноды подвергают электролитическому ра­ финированию, попутно извлекая из электролита кобальт и остаток меди, а из шлама — платиноиды.

Схема выплавки файнштейна из сульфидных никеле­ вых руд и концентратов дана на рис. 42.

Богатые крупнокусковые медно-никелевые руды пла­ вят на штейн в шахтных печах, если пустая порода этих руд не слишком тугоплавка. В ряде случаев для руд, содержащих много окиси магния или другие тугоплав­ кие составляющие, приходится прибегать к электро­ плавке.

Флотационные концентраты и мелкие фракции бога­ тых руд плавят в отражательных или электрических пе­ чах; при высоком содержании серы в этих материалах применяют предварительный обжиг.

Выбор способа плавки во многом зависит от состава сырья и местных экономических условий, в частности от наличия того или иного топлива и цены на электро­ энергию.

Гидрометаллургический способ переработки сульфидных руд

По этому способу измельченную руду или концентрат обрабатывают раствором аммиака и (NH4)2S0 4 в авто­ клавах под избыточным давлением воздуха около 506,7 кн/м2 (7 ат). Медь, никель и кобальт переходят в раствор в виде комплексных аммиачных солей, напри­ мер по реакции

NiS + 202 + 6 NH3-^ Ni (NH3)6S04.

Энергичное окисление сульфидов сопровождается вы­ делением тепла, избыток которого отводят холодильни­ ками, поддерживая в автоклаве температуру 70—80° С. Сера, входящая в состав концентрата, при этом окисля­ ется до S2O3- , S30;?~ и SC^“ , а железо выпадает в оса­

док в виде гидроокиси и основных сульфатов. Отфильтрованный раствор кипятят для осаждения

меди по реакции

Cu2+ + 2Sa03- = CuS + SOt~ + S + S02.

После этого частично оставшуюся в растворе медь осаждают сероводородом, а очищенный от нее раствор, содержащий никель и кобальт, обрабатывают в автокла­ ве водородом при давлении около 2,5 Мн/м2 (25 ат) и температуре около 200° С.

Сначала осаждается основная масса никеля

сероводородом.

При дальнейшей обработке осадка сульфидов кисло­ родом и аммиаком в автоклаве растворяется кобальт. Нерастворимый осадок, содержащий преимущественно сульфид никеля, возвращают на основное выщелачива­ ние, а из раствора действием водорода под давлением выделяют кобальт.

Схема сложна и требует дорогой аппаратуры; одна­ ко она позволяет извлекать из комплексных концентра­ тов до 95 % Ni, около 90% Си и 50—75% Со.

Плавка окисленных руд на штейн

Наиболее распространенный в настоящее время спо­ соб переработки окисленных никелевых руд плавкой на

штейн — сплав Ni3S2 и FeS; основная масса железа уда­ ляется со шлаком:

6FeS + 6NiO 6FeO + 2Ni3S2 + S2.

2FeO -J- Si02—>Fe2Si0 4 .

Окисленные руды не содержат серы, поэтому ее при­ ходится вводить, добавляя при плавке пирит или гипс. Гипс, восстанавливаясь до сернистого кальция, сульфи­ дирует железо и никель. Действие гипса при плавке бо­ лее сложно, чем действие пирита, однако во многих слу­ чаях все же пользуются гипсом, а не пиритом, так как гипс дешевле пирита и не дает железистых шлаков.

Наиболее выгодно при переработке окисленных нике­ левых руд применять местный кобальтсодержащий пи­ рит (если он имеется), в котором очень мало меди и нет благородных металлов.

Руда

L. J

яГ г

Плавна на штейн

Л(райнштейн

„ I

Дробление й измельчение

Рис. 43. Схема переработки окисленных никелевых руд

Никелевый штейн, полученный в результате плавки руды с пиритом или гипсом, содержит до 60% Fe, кото­ рое далее отделяют от никеля продувкой жидкого штей­ на в конвертере. При конвертировании происходит из­ бирательное окисление железа и шлакование его добав­ ляемым в конвертер кварцем— получается практически чистый от железа никелевый файнштейн. Конвертерный

шлак богат никелем, поэтому он является оборотным продуктом — его возвращают в рудную плавку либо на­ правляют на отдельную переработку для извлечения кобальта.

Файнштейн разливают в изложницы, затем измельча­ ют и обжигают намертво:

электрической печи при 1500° С, получая жидкий никель. Схема переработки окисленных никелевых руд приведе­ на на рис. ,43.

Никель отливают в аноды для электролитического ра­ финирования либо гранулируют, сливая его тонкой струей в воду.

Плавка окисленных руд на никелистый чугун (ферроникель)

Богатые окисленные руды иногда плавят в электри­ ческих печах с углем, восстанавливая из них все железо, никель и кобальт в природнолегированный чугун.

Подобную плавку сравнительно бедных руд проводят и в доменых печах, однако она имеет ограниченное применение.

Несмотря на преимущественное использование нике­ ля в специальных сталях, выплавка его в виде сплава с железом не всегда приемлема: в сплав переходят ко­ бальт, марганец, хром и другие примеси, случайные со­ четания которых не всегда позволяют использовать цен­ ные свойства этих металлов.

Кричный способ переработки окисленных руд

По этому способу руду, смешанную с углем, нагрева­ ют в трубчатых вращающихся печах при температуре около 1050° С, позволяющей восстановить вместе с ни­ келем и кобальтом только часть железа. Восстановлен­ ные металлы получаются в виде зерен (криц), смешан­ ных с полурасплавленным шлаком. Охлажденный шлак дробят и извлекают из него кричный сплав электромаг­ нитом. Способ не получил широкого распространения по

тем же причинам, что и предыдущий — из-за невозмож­ ности отдельного использования кобальта-.*

Гидрометаллургия окисленных руд

По одному из этих способов, известному' в литерату­ ре под названием кубинского, измельченную руду подвер­ гают восстановительному обжигу в механических много­ подовых печах в среде генераторного газа. При 600— 700° С никель и кобальт восстанавливаются до метал­ лов, а железо — только до закиси. Далее руду выщела*-

2Ni + 12NH3 + 2C02 + 0 2^2N i(N H 3)6C03.

После отделения пустой породы сгущением и промыв­ кой раствор обрабатывают острым паром. В результате удаления избытка аммиака протекает гидролиз с выде­ лением в осадок основных карбонатов никеля:

2Ni(NH3)6C03 + H20 + NiC03N i(0H )2 + С02 +

+ 12NH3.

Осадок прокаливают в трубчатых печах, получая за­ кись никеля, содержащую СоО. Аммиак из газов погло­ щают водой и вновь направляют на выщелачивание. Закись никеля спекают на агломерационных машинах и в виде спека поставляют на сталеплавильные заводы.

§23. Выплавка никеля из сульфидных руд

иконцентратов

Концентраты и мелкие руды со сравнительно легко­ плавкой пустой породой, не требующей много флюсов, плавят в отражательных печах.

.Электроплавка применяется для шихт, образующих тугоплавкие шлаки, например для руд и концентратов с повышенным содержанием окиси магния. Для плавки таких руд и концентратов в отражательных печах нуж­ но много флюсов, в результате чего повышаются потери никеля и меди. В электрических печах можно поддержи­ вать высокую температуру и работать на тугоплавких

10 — ковш для заливки конвертерного шлака

Температура ванны поддерживается автоматически по заданной силе тока с помощью устройства, переме­ щающего электроды по высоте. Кроме того, температуру можно регулировать, изменяя напряжение питания в пре­ делах от 420 до 570 в, а также график загрузки шихты и выпуска шлака.

Через отверстия в своде шихту загружают близ элек­ тродов или «на электрод». Глубину слоя шлака для удоб­ ства регулирования температуры поддерживают в преде­ лах 1,4—1,8 м.

Проплав в электрических печах достигает 14 тшихты на 1 м2 площади пода в сутки, расход энергии — от 500 до 820 квт-ч/т шихты. Извлечение в штейн меди, нике­ ля и благородных металлов в связи с малым выходом шлаков и малыми потерями с пылью достигает 96%.

Современные электропечи для медноникелевой плавки имеют мощность 15—35 Мв.

П л а в к а в ш а х т н ы х п е ч а х пригодна для круп­ нокусковых богатых руд. Она выгодна при дешевом кок­ се, расход которого достигает 9—11% от массы шихты. Медноникелевая шахтная плавка подобна медной полупиритной. Из-за значительного содержания пирротина в рудах и повышенного расхода кокса десульфуризация здесь ниже, чем при медной плавке, и штейны получают­ ся более бедные.

Путем тщательной сортировки руды по крупности, спекания мелочи и концентратов удается получать штей­ ны с суммарным содержанием меди и никеля до 15— 25%. Выплавка более богатых штейнов была бы невы­ годной из-за возрастающих потерь металлов в шлаках.

Суммарное содержание меди и никеля в шлаках не превышает 0,2—0,4%, однако из-за высокого выхода шлака на единицу штейна извлечение меди, никеля и благородных металлов в штейн только при богатой ших­ те достигает 90%.

Проплав колеблется в широких пределах в зависи­ мости от состава сырья и качества его подготовки. При плавке спека он выше, чем при плавке сырой шихты. Практически проплавляют от 70 до 140 т/м2 площади се­ чения у фурм в сутки. Примеры состава шлаков от плав­ ки сульфидных руд в разных печах приведены в табл. 17.

П р о д у в к а м е д н о - н и к е л е в о г о ш т е й н а в к о н в е р т е р а х . Независимо от способа выплавки мед-

но-никелевый штейн представляет собой сплав сульфидов меди, никеля и железа, содержащий растворенные фер­ риты, сульфид кобальта и платиноиды. В штейнах раст­ ворено также некоторое количество окислов пустой по­ роды. Содержание серы в медно-никелевых штейнах в среднем равно 25%, к ним применимо правило В. Я. Мо­ стовина.

Цель конвертерного передела состоит только в окис­ лении и шлаковании железа для получения медно-нике­ левого файнштейна. Применяемые для этого конвертеры не отличаются от известных в металлургии меди.

В соответствии с разностью сродства к кислороду и сере в конвертерный шлак переходит сначала железо, а затем кобальт. Стремясь оставить максимальное ко­ личество кобальта в файнштейне, окисляют не все желе­ зо, заканчивая продувку до того, как железо полностью перейдет в шлак.

Конвертерные шлаки дважды переплавляют в элек­ тропечах на слое бедного штейна, который возвращают в производство, а шлак направляют в отвал. В результа­ те такой переработки в файнштейн извлекается из руды около 60% кобальта. Учитывая малое его содержание в руде, эту цифру надо считать удовлетворительной.

Далее кобальт и платиновые металлы, которые везде сопутствуют никелю, отделяются от него при электроли­ тическом рафинировании.

Медно-никелевый файнштейн представляет собой сплав сульфидов меди и никеля, обычно он содержит 3—4% Fe и около 22% S,