1236

Вследствие неоднородности состава окисленных никелевых руд перед плавкой различные сорта руд смешивают—усредняют. Усредненную руду направляют на грохочение и дробление. Затем руду, предназначенную для плавки, окусковывают брикетирова­ нием или спеканием (агломерацией). Хорошее окускование обес­ печивает высокую производительность шахтной печи и низкий расход топлива при плавке.

в результате чего полученные брикеты сохраняют приданную им во время прессования форму. Этот процесс основан на свойстве глинистой никелевой руды слипаться под воздействием внешнего давления и сохранять данную форму брикетов. Глину не добав­ ляют, так как это увеличило бы выход шлака. Перед брикетиро­ ванием руду подсушивают, измельчают и смешивают с гипсом или пиритом. Сушку руды от первоначальной влажности 25—28 % Д° 12—16 % производят в барабанах-сушилках диаметром 1,9—2,2 м. Производительность сушилки составляет 17—19 т/ч руды при рас­ ходе топлива 1—2 % от ее массы. После сушки руду сортируют на барабанном грохоте и куски крупностью 25—30 мм направ­ ляют на плавку, а мелочь — на брикетирование. Брикеты полу-

чают на валковых или других механизированных прессах при давлении до 50 МПа.

Ниже приведена характеристика современных брикетных прес-

сов, изготовляемых на отечественных машиностроительных водах:

Агломерация. В процессе агломерации шихту нагревают до температуры размягчения или частичного плавления. Нужное для этого тепло получают от горения коксика, вводимого в шихту.

Руда

\

Смешивание различных сортов руд

________Грохочение________

в прочный пористый пирог-агломерат. Руду подготавливают к аг­ ломерации по технологической схеме, приведенной на рис. 49.

кания слоя шихты. Обычно она составляет 2 —3,5 м/мин. Агломе­ рат из окисленных никелевых руд отличается малой прочностью и содержит много мелочи. Мелкий агломерат и часть неспечеииой шихты (—30 мм) отделяют от крупного агломерата, его называют возвратом. Он поступает на спекание с новой порцией руды. Со­ держание возврата в шихте 20 %.

Машины с полезной площадью спекания 50 м2 перерабатывают в сутки 1500 т шихты. При выходе годного агломерата 65—70 %

крупнокусковой руды, пирита (или гипса), флюса-известняка. Топ­ ливом служит кокс. В связи с тем что при плавке никельсодер­ жащих материалов (агломерата, брикетов и руд) одновременно протекают процессы восстановления и образования сульфидов, она носит название восстановительно-сульфидирующей шахтной плавки. Поведение важнейших компонентов шихты при шахтной плавке излагается ниже.

Горение кокса. Никельсодержащие материалы плавятся за

По мере расходования кислорода в верхней части слоя кокса на­ чинается реакция С + С02 = 2СО— 172,2 МДж. Эта реакция протекает со значительным поглощением тепла, и температура печных газов быстро снижается до 1000 °С. Реакция неполного горения почти прекращается.

Общая эффективность сжигания кокса определяется соотно­ шением С02 и СО в газах при выходе из шихты.

Сульфидирование и образование никелевого штейна. Окислен­ ная никелевая руда не содержит серы, поэтому ее приходится вводить, добавляя при плавке в шихту пирит или гипс. Пирит при нагревании разлагается по реакции 2 FeS2 = 2FeS + S2. Гипс (CaS0 4 -2 H20 ) при нагревании теряет влагу и безводный сульфат

статочно полно и быстро сульфидируют силикат никеля по реак­

печи почти не выделяется. Пиритом можно регулировать содер­ жание никеля в штейне, так как избыточный FeS переходит в штейн. В противоположность этому избыток гипса мало влияет на состав штейна и избыток его разлагается, выделяя SO?. Де­ сульфуризация при работе на пирите составляет около 60 %, на гипсе 30%. При повышенном расходе гипса десульфуризация возрастает до 50—75 %.

Загрузка печи — одна из самых важных операций; она опре­ деляет успешную работу печи. Шихту в печь загружают отдель­ ными порциями—колошами. Масса колоши зависит от размера печи и составляет 8—10 т. Набор компонентов шихты в колошу

В начале загрузки колоши по длине печи загружают кокс, затем известняк, гипс или пирит и на них загружают агломерат и руду. При загрузке, падая с загрузочных плит, крупные куски шихты ложатся дальше, а мелкий материал — ближе к той стороне, с ко­ торой производят загрузку. Это создает неравномерное распреде­ ление материала по крупности.

Компоненты шихты распределяются в печи в зависимости от уровня загрузки (рис. 51). При низком уровне кокс и кусковая часть шихты попадают к противоположной стенке кессона. Мел­ кая часть шихты падает ближе к центру печи. Сопротивление слоя кокса и крупного агломерата и руды меньше, и печные газы при низком уровне загрузки проходят главным образом по пери­ ферии. Ход печи в этом случае называется периферийным. Он характеризуется устойчивым ходом печи, большим проплавом и хорошим состоянием фурм. По мере повышения уровня загрузки кокс и кусковая часть шихты перемещаются к центру и печь пе­

реходит на «центральный ход», т. е. печные газы проходят в ос­ новном в центре. Такой ход печи отличается малым проплавом и значительными настылями в области фурм.

Оптимальный уровень загрузки на каждом заводе, устанавли­ вают опытным путем в зависимости от мощности воздуходувки, крупности шихты и регламентируют технологической инструкцией. При хорошо подготовленной крупнокусковой шихте и более мощ­ ной воздуходувке уровень загрузки от уровня фурм устанавли­ вают 4—5 м.

Технические показатели шахтной плавки никелевых окислен­ ных руд. Шахтные печи для плавки окисленных никелевых руд имеют различные размеры, а поэтому и неодинаковую суточную производительность по проплаву никельсодержащего сырья. Для сопоставления их производительности принято определять удель­ ную производительность, которая равна количеству руды (агло­ мерата), проплавляемому на 1 м2 сечения печи в области фурм за сутки. Практически удельная производительность шахтных пе­ чей на отечественных заводах следующая, т/(м2?сут):

Расход кокса. Окисленные никелевые руды требуют значитель­ ного расхода кокса, поэтому почти половина всех расходов на вы­

кокса, чем железистые руды. При плавке агломерата расход кокса меньше, чем при плавке брикетов, так как он порист, бы­ стрее, чем плотные брикеты, нагревается до температуры плавле­ ния, и шлак в агломерате почти сформирован. При большом содержании мелких классов (до —40 мм) кокса на плавку тре­ буется больше, так как мелкий кокс успевает сгореть преимуще­ ственно в верхней зоне столба шихты.

Решающее значение для экономии кокса имеет расход воз^ духа, а также обогащение дутья кислородом и подогрев дутья. Для нормальной работы необходимо подавать воздух в количе­ стве 45—60 м3/мин на 1 м2 сечения печи в области фурм при упругости дутья 11,0—13,0 кПа при плавке брикетов и 15,7— 18,0 кПа при плавке агломерата. Уменьшение расхода воздуха снижает проплав, так как уменьшается количество сожженного кокса в единицу времени на 1 м2 сечения печи в области фурм. Для увеличения интенсивности горения кокса и уменьшения его расхода рекомендуется дутье обогащать кислородом или подогре­ вать до 500—800 °С.

В настоящее время внедрено обогащение дутья кислородом до 25 % при расходе кокса 20—22 % от агломерата на «Южурал­

никеле» и до 24,5 % при расходе кокса до 29 % от массы брике­ тов на Уфалейском никелевом комбинате.

При плавке шихты в штейн переходит 70—80 % никеля,

Чем меньше расходуется на 1 т штейна сырья, кокса, тем ниже себестоимость никеля.

Конвертирование никелевого штейна

Следующий за шахтной плавкой передел — это продувка никеле­ вого штейна в агрегатах, аналогичных конвертерам для медной плавки. Цель этой операции — полный перевод железа и по воз­ можности кобальта, содержащегося в штейне, в шлак и окисление части серы.

При продувке штейна в конвертере в первую очередь окисля­ ется (соединяется с кислородом) металлическое железо. Полу­ чающийся оксид железа (FeO) соединяется с загружаемым квар­ цем и образует силикат оксида железа, называемый фаялитом, который является основной составляющей конвертерных шлаков: 2Fe + 0 2 + Si02 = 2Fe0-Si02. После того как большая часть металлического железа окислилась, начинает окисляться серни­ стое железо (FeS) с образованием фаялита и сернистого газа: 2FeS + 302 + Si02 = 2Fe0-Si02 + 2S02. Параллельно с образо­ ванием фаялита протекает реакция образования магнетита:

3FeO -f- 1/г02 == Fe30 4 .

Продукты конвертирования. При конвертировании получаются файнштейн, конвертерный шлак, пыль и газы. Файнштейн — сплав Ni3S2, содержащий 20 % металлического никеля. Кроме никеля и

фаялит (60—70 %) и магнетит (18—30% ). Конвертерный шлак содержит, ,%: 24—28 Si02; 60—65 FeO; до 5 А120 3; 0,5—3,0 S. Содержание никеля в среднем достигает 0,8—2,0 %, кобальта 0,4%. Температура плавления конвертерных шлаков низкая — не превышает 1250 °С. Плотность жидкого конвертерного шлака 3,8 г/см3. Выход пыли составляет 1 —3 % от массы переработан­ ного штейна. Она улавливается в пылевой камере или электро­ фильтре и перерабатывается в конвертере. Содержание никеля в пыли достигает 25—30 %. Газы выходят из горловины конвер­ тера при 1000—1100°С. В период конвертирования свежей порции штейна при окислении металлического железа газы содержат азот и до 1 % (0 2 + S 02). При окислении сернистого железа содержа­

ние в газе S 0 2 повышается до 12 %, но при выходе из конвертера этот газ разубоживается в 3—4 раза.

Поведение кобальта. В процессе конвертирования штейна ко­ бальт соединяется с кислородом труднее, чем железо, но легче, чем никель. Это объясняется тем, что кобальт имеет большее срод­ ство к кислороду, чем никель, но меньшее, чем железо. Поэтому кобальт при конвертировании интенсивно переходит в конвертер­

концентрировать его в последних сливах шлака. Содержание ко­ бальта в конвертерных шлаках последних сливов возрастает до 1,2 %, иногда и более.

В процессе переработки штейна кобальт не полностью пере­ ходит в конвертерный шлак; до 15 % от всего кобальта, содер­ жащегося в штейне, остается в файнштейне и переходит в товар­ ный никель. Поскольку на уральских заводах никель не под­ вергают электролизу, перешедший в него кобальт теряется для кобальтового производства. Поэтому при конвертировании никеле­ вого штейна кобальт стремятся максимально извлечь в конвертер­ ный шлак, из которого его затем извлекают в кобальтовый полу­ продукт, пригодный для переработки в автоклавах с целью по­ следующего получения из него металлического кобальта.

Обеднение конвертерных шлаков. С целью увеличения извле­ чения кобальта и никеля конвертерные шлаки обедняют в жид­ ком виде. Процесс можно проводить в электропечах или конвер­ терах. На рис. 52 приведена технологическая схема обеднения жидких конвертерных шлаков и получения богатой кобальтом ав­ токлавной массы в обогреваемом конвертере. Схема внедрена на комбинате «Южуралникель». Она позволила без понижения из­ влечения никеля и кобальта закрыть ряд переделов, сэкономить материальные, энергетические ресурсы и снабдить сырьем гидро­ металлургический цех для получения солей никеля и металличе­ ского кобальта.

Процесс получения автоклавной массы из конвертерных шла­ ков состоит из следующих операций: первичного обеднения рядо­ вых конвертерных шлаков; вторичного обеднения оборотных конвертерных шлаков; получения автоклавной массы; обработки богатых по никелю и кобальту шлаков конвертера получения ав­ токлавной массы массой конвертеров обеднения.

Обеднение конвертерных шлаков производят металлизирован­ ным штейном (14—17 % Ni) согласно известному правилу, что бедный шлак можно получить только над бедным штейном. Ме­ таллическое железо штейна при перемешивании штейна со шла­ ком в конвертере способствует переходу части кобальта из кон­ вертерных шлаков в штейн по реакции СоО -|- Fe = Со + FeCX

Операции обеднения конвертерных шлаков проводят в следу­ ющем порядке. В обогреваемый конвертер заливают 20—30 т го­

продувкой и дают отстояться в течение 5—10 мин при включен­ ной горелке.

Качество отстаивания определяется по ломковой пробе. От­ стоявшийся шлак сливают. После слива обедненного шлака зали­ вают следующую порцию шлака и так повторяют несколько раз.

На переработку

Рис. 52. Краткая схема обеднения конвертерного шлака и получения авто­ клавной массы

Установлено, что конвертерные шлаки обедняют до отвальных (0,060 % Со и 0 ,11 % Ni) до тех пор, пока в штейне не возрастет содержание кобальта до 1,3%. Шлаки, обработанные штейном, содержащим более 1,3 % Со, направляют на вторичное обеднение